28 juni 2018 ∙ Komkommertijd is het niet in hoogspanningsland. (Aspergetijd is een ander verhaal, maar laten we daar maar niet op ingaan.), Maar de nadering van de zomervakantie en het fraaie zomerweer biedt wel de mogelijkheid om een keer in te gaan op een evergreen in onze mailbox: hoeveel energie loopt er nou over een hoogspanningslijn?

De vraag hoeveel energie een hoogspanningslijn transporteert komt in de mailbox terug in verschillende vormen, de ene keer nog trivialer dan de andere. Eerst het goede nieuws: aan deze vraag kunnen we uitstekend rekenen. Nu het slechte nieuws: het net is vermaasd, het vermogen op de hoogspanningslijn varieert door de dag heen en niemand van ons kan vloeiend in joule denken. We moeten dus eerst wat aannames en definities stellen, een tijdsvak nemen en -vuur moet je met vuur bestrijden- de uiteindelijke antwoorden uitdrukken in triviale eenheden waar we ons makkelijker een voorstelling bij kunnen maken.

Het lopend vermogen heet in jargon de load. Dat betekent zoiets als vracht. En die varieert per lijn, per dag en ook van hoe de situatie elders op het net is. Zijn er omleidingen, storingen of marktrestricties op de grenzen? De load en ook de totale transportcapaciteit worden uitgedrukt in MVA: mega-volt-ampère. Dat lijkt vrij veel op MW (megawatt) maar het is niet helemaal gelijk. Door ingewikkelde verschijnselen zoals blindstroom en capacitief gedrag komt het in de praktijk voor dat een klein deel van de stroomsterkte door de draden niet in staat is om nuttig energie te transporteren, terwijl het als het ware wel ruimte op de draden inneemt. Gelukkig is dat verschil klein, veel kleiner dan de marges in de aannames die we verderop doen. Vandaag kunnen we MVA voor één keer gelijk stellen aan een MW. Nu komen we ergens, want watt is simpelweg het aantal joule per seconde.

De fysieke richting waarin het vermogen loopt maakt niet uit voor de hoogspanningslijn. De absolute grootte van het vermogen wel. We nemen een flinke hoogspanningslijn in gedachten zoals we ze aantreffen in het 380 kV koppelnet van Nederland, nominaal berekend op 1645 MVA transportcapaciteit. Daar zetten we een flinke loading van 1000 MVA op. Laten we dat een uur zo doorgaan, dan transporteert de hoogspanningslijn in die tijd 1000 MWh aan energie tussen de trafostations aan beide uiteinden. Die hoeveelheid energie is gelijk aan 3,6 * 10¹² joule.

3,6 * 10¹² joule is een indrukwekkend getal en onmogelijk te duiden voor ons als huis- tuin en keukenmensen. Maar omdat joule de SI-eenheid voor energie is, kunnen we in alle andere vormen van energie omrekenen en straffeloos appels met peren vergelijken op dezelfde weegschaal. Met 3,6 * 10¹² joule kan je bijvoorbeeld:

– Een volledig beladen olietanker van 400.000 ton op aarde bijna een kilometer optillen
– Een gloeilamp van 50 watt ruim 2000 jaar laten branden; een lamp van 50 watt neemt dus 50 joule per seconde aan elektrische energie op – en dissipeert dat voor 95% weg als stralingswarmte (zodat binnenshuis gebruik eerder neerkomt op een straalkachel dan op verlichting, maar dat terzijde.)
– Ruim vier volledig gevulde Olympische zwembaden van 2500 m3 water van 20ºC volledig aan de kook brengen

Het is ook ongeveer 1/17e van de energie die vrijkwam bij de detonatie van Little Boy, de atoombom waarmee Hiroshima werd verwoest. (Een griezelig idee eigenlijk: de dagelijks getransporteerde energie op een 380 kV-verbinding is groot genoeg om, mits in een paar microseconden vrijkomend, dit te kunnen doen.)

Maar omgekeerd is het soms ook verbazingwekkend weinig. Het is bijvoorbeeld maar net genoeg om een kudde van 100 hoogproductieve melkkoeien slechts acht maanden in hun energiebeghoefte te voorzien.

Op deze manier, via joule, kan je berekenen wat je wil in appels, peren en hoogspanningslijnen. Maar het blijft altijd een benadering: het werkelijke vermogen op hoogspanningslijnen varieert continu, overal en per lijn.

Afbeeldingen: hoogspanningslijn zoals in dit voorbeeld gebruikt. Onder: in een vermaasd net waarin op meerdere plekken productie en belasting zit, lijkt het uitrekenen van hoeveel vermogen er over elke link loopt wel wat op hoe we dat op de middelbare school leerden. We zien dat er ook verbindingen in zitten die momenteel weinig tot niets te doen hebben. Zulke berekeningen lopen heel snel uit de hand als het net groter wordt. Gelukkig is daar software voor.