09 mei 2022 ∙ Netstrategie, we schrijven er hier met regelmaat over. Het is een vak waarbij je alleen achteraf kan beoordelen of je het goed hebt aangepakt terwijl je toch altijd beslissingen naar voren moet nemen. Een van de zaken die hier regelmatig de revue passeert is de kwestie 50/20 kV van netbeheerder Liander. Vandaag gaan we niet bashen, maar duiken we dieper in deze aparte strategische keuze.

De vaste lezers weten het: al jaren staat hier zo nu en dan een nieuwsbericht over verdwijnende 50 kV-verbindingen en stations en het al dan niet aanleggen van 20 kV, telkens met een soort stekelige opmerking ergens in de tekst ('willen we in Nederland méér, of minder kV's?'), maar intussen kunnen we er blind vanuitgaan dat er bij de netbeheerders strategen aan het werk zijn die goed weten wat ze doen. Ze nemen naar beste wil en kunnen beslissingen. Dat wil niet per sé zeggen dat alle beslissingen achteraf ook slim waren, maar het wil wel zeggen dat over iedere beslissing is nagedacht met verstand van zaken. Waar het dan mis gaat? De echte wereld is niet lineair en soms is er een gamechanger of zwarte zwaan. Zo was in 2010 onmogelijk te voorzien dat zonnepanelen zo'n gigantische vlucht zouden nemen. Ook was in 2010 de atomausstieg in Duitsland niet voorzien, we pompten toen elk jaar nog tientallen miljarden kubieke meters gas uit Slochteren en datacenters waren nog te voeden vanuit 10 kV. Kortom, netstrategie is zoeken naar wijsheid, zwevend tussen no-regret, robuustheid en kosteneffectiviteit.

Vervangingsonderdelen voor 50 kV die moeilijk of niet te krijgen zijn, in combinatie met capaciteitsvraagstukken in steeds zwaarder belaste 10 kV-kabelnetten. Die twee dingen waren rond 2010 voor netbeheerder Liander de reden om eens goed te kijken of het vrij oude 50 kV-netvlak eigenlijk wel toekomstvast was. Hoewel 50 als een mooi rond getal klinkt is 50 kV helemaal niet zo'n gangbare spanning. Buiten delen van Nederland treffen we 50 kV eigenlijk alleen op een soortgelijke schaal aan op de oostelijk Deense eilanden Lolland, Sjælland en in Kopenhagen. Elders zijn 60 kV en vooral 66 kV de gebruikelijke spanningen. Voor die markt worden veel spullen gemaakt. Nu kan je soms spullen voor 66 kV ook wel op lagere spanning bedrijven waardoor het probleem beperkt is, maar voor trafo's en bewaakapparatuur komt het preciezer dan een interval. Andersom, het 50 kV-net ombouwen naar 66 kV, is ook niet mogelijk vanwege juist de reeds bestaande populatie kabels die nog van voor de NEN-IEC 60038 zijn en dus echt bij 50 kV de bovengrens hebben qua isolatiewaarde.

Liander besloot twee vliegen in één klap te slaan met een oplossing die tegelijk toestond de verouderde 50 kV langzaam uit te faseren en de overbelaste 10 kV van extra ruggensteun te voorzien: introductie van een 20 kV netvlak. Door 20 kV rechtstreeks uit 110 en 150 kV te transformeren, het net in ringvormen aan te leggen en het strategisch te koppelen met onderliggende 10 kV zou dan een nieuwe cascade ontstaan. De KCD's en Investeringsplannen staan sinds ongeveer 2010 vol met dit voornemen.

Op papier klinkt het te verdedigen. Laten we eerst eens drie voordelen bekijken.

1. Het biedt antwoord op het vervangingsvraagstuk 
Elektriciteitsnetten zijn bijna altijd historisch gegroeid en dan zitten er altijd zwakke plekken in waar veel te veel circuits kritiek bij elkaar komen (Hemweg) of waar 50 kV in lange transportlijnen is aangelegd, zodat het tegenwoordig met het bovenliggende 150 kV-net moet worden bedreven in pockets om doortransporten te voorkomen. Vaak is dat wel einde oefening voor ringredundantie, zodat het dagelijks bedrijf kwetsbaarder wordt. Door op zulke plekken geografisch en strategisch goed uitgedachte 20 kV-ringvormen aan te leggen die aangepast zijn op de huidige belastingscentra 'klopt' het net geografisch dan weer.

2. Het 10 kV-net kan met 20 kV op strategische plekken makkelijker worden versterkt dan met 50 kV
Het mooie aan 20 kV is dat je bij nieuwe aanleg flinke loeders van kabels kan gebruiken, maar dat standaard 20 kV apparatuur nog net in gangbaar formaat trafo- en schakelhuisjes past zodat je ze nog een beetje prettiger kwijt kan in stedelijke omgevingen. Met 50 kV is dat proppen en soms wil het gewoon helemaal niet.

3. 20 kV-apparatuur is goedkoper en beter leverbaar dan 50 kV
Deze hadden we al benoemd. Voor hetzelfde geld heb je meer kilometers 20 kV dan dat je 50 kV hebt. Ook is de markt aan spullen gewoon groter. 20 kV wordt bijvoorbeeld ook veel toegepast als parkspanning in windparken zodat het makkelijker aansluiten is. Immers, als je een trafo kan overslaan gaat ie nooit stuk, kost geen geld, heeft geen onderhoud nodig en er gaat ook geen energie in verloren.

Je zou bijna denken, wat zeur je dan eigenlijk? Jammer van de oude luchtlijntjes, maar kom op stelletje pylon geeks, hier argumenteren jullie je niet uit. Toch gaan we ook drie nadelen pakken.

1. Een stap omlaag in spanning is een stap omlaag in transportvermogen
Om precies te zijn, het gaat om de transportcapaciteit per vierkante millimeter geleider. Met 50 kV kan je met dezelfde draaddikte ongeveer tweeënhalf keer zoveel vermogen transporteren als met 20 kV. Wil je bestaande 50 kV vervangen door 20 kV, dan heb je dus dikkere draden nodig. Verder zijn de transportverliezen bij lagere spanningen hoger. Daar zijn onderzoeken en scripties over geschreven en daaruit blijkt klip en klaar dat het elektrisch gewoon rendabeler is om de spanning zo lang mogelijk zo hoog mogelijk te houden. Opendeur-alarm: dat weten we al een eeuw en daarom is er ook een hoogspanningsnet. 

2. Niet alle 50 kV is over de datum
Het geforceerd vervangen van 50 kV door 20 kV betekent dat er spullen voor het einde van hun levensduur moeten worden afgeschreven en gesloopt. Dat is een kostenpost. In Denemarken zien we dat met een deel van het 132- en 150 kV-luchtnet. Men heeft er besloten om het volledige net van die spanningen actief ondergronds te stoppen voor 2030, zodat bepaalde netdelen soms tientallen jaren 'te vroeg' gesloopt worden. Het geld dat er ooit in is geïnvesteerd heeft dan te kort zijn doel gediend en er is eerder dan verwacht nieuw geld nodig voor de vervanging. Denemarken betaalt daar een hoge prijs voor op de stroomrekening. 

3. Het gat tussen 150 en 20 kV is groter dan tussen 150 en 50 kV
De ideale spanningscascade heeft telkens ongeveer dezelfde step-down verhouding tussen hiërarchisch getrapte netvlakken. Met minder ingewikkelde woorden, een cascade van bijvoorbeeld 150 – 50 – 10 kV levert in de transformators en schakelaars een betere situatie op dan 150 – 20 – 10 kV. Dat komt door de maximale stroomsterkte die in de zijde met de laagste spanning mag ontstaan. In trafo's en schakelaars mogen de maximale stroomsterktes niet hoger worden dan 4 kA. Dat betekent dat je bij een 150/50 kV trafo op papier tweeënhalf keer zoveel vermogen uit de secundaire zijde kan trekken dan bij een 150/20 kV trafo, waarna dat vermogen ook nog eens vrij efficiënt over dunnere draden verder kan worden vervoerd. Immers, je houdt de spanning dan zo lang mogelijk zo hoog mogelijk en maakt er pas dichter bij de eindgebruikers 10 kV van. 

Je zou voor die laatste zeggen: kan je dan geen compromis vinden door bijvoorbeeld 33 kV te gebruiken? Dat is op de hele wereld uiterst gangbaar (meer dan 20 kV), 150/33 of 110/33 levert trafo's op met een hoger vermogen op de secundaire zijde, het ligt beter tussen 150 of 110 en 10 in, en je hebt meer transportcapaciteit in je kabels. De reden waarom daar niet voor is gekozen is bij ons eigenlijk niet duidelijk. Het niet eenvoudig kunnen weg proppen van 33 kV in gangbare trafohuisjes is waarschijnlijk belangrijk geweest, maar het lijkt puur strategisch niet voldoende om alle voordelen van 33 kV mee af te serveren. Leek 33 kV misschien overkill in 2010?

Met de kennis van vandaag, de explosieve vraag naar meer transportcapaciteit, en de grote ervaring die in andere landen aanwezig is met 33 kV als soort tussenspanningsnet, kan het best zijn dat de keuze voor 20 kV stiekem een beetje betreurd wordt in het Liander HQ in Duiven (en in mindere mate ook in het Enexis HQ in Zwolle). Toch is het belangrijk om te blijven bedenken dat dé ideale spanning niet bestaat. Verder is een keuze ook geen alles-of-nietsverhaal. We kunnen vandaag zien dat de vraag naar transportvermogen zo groot is dat we de luxe niet eens meer hebben om 50 kV uit te faseren. Veel 20 kV die eigenlijk ter vervanging zou worden aangelegd, wordt nu aangelegd als aanvulling terwijl de bestaande capaciteit op 50 kV ook nog gehandhaafd blijft met wat pleisters en nieuwe schakelaars die eigenlijk voor 66 kV waren bedoeld. Dat is maatwerk, kunst- en vliegwerk, en heel soms zelfs het aanschaffen van een maatwerk 50/20 kV trafo, maar op dit moment is dat rationeel de beste keuze.

Liever zouden netbeheerders een logisch net zien. Robuust, duidelijk, helder. De praktijk is dat een net altijd mee moet bewegen met de veranderende randvoorwaarden. De wereld eromheen verandert en keuzes die vandaag slim zijn, kunnen morgen achterhaald zijn of dom lijken. Wie goed door ons net heen vlooit ziet wel meer van dit soort eigenaardige dingen. Telkens mogen we niet vergeten dat iedere keuze zelden 'dom' is geweest op het moment waarop die werd genomen. En voor ons als zolderkamernetstrategen is er nog een extra pluspunt: het levert een interessantere netkaart op, want achter de gekleurde lijntjes en labeltjes zitten meer keuses, achtergronden en verhalen dan je ooit kon vermoeden.

Afbeeldingen: 50 kV is meestal 'oud', verbindingen en stations voor deze spanning zijn soms al aangelegd in de jaren 30. Soms is het aan vervanging toe, maar 20 kV levert dan flink in op transportcapaciteit. Onder: wat met 20 kV wel weer lukt en met 50 kV moeilijker gaat is een compact station ergens in een bestaande omgeving inpassen. Dit exemplaar in Wageningen (20 kV ready, nu nog 10 kV) valt nauwelijks op. De 50 kV schaketuin op de onderste foto is voor een vergelijkbaar vermogen, maar die is niet te missen.