Ton Mast cartoon

HoogspanningsNet St(r)oomcursus

Deel 5. Het gaat allemaal om evenwicht

Op het elektriciteitsnet zijn duizenden grote en kleinere producenten en miljoenen verbruikers tegelijk actief. Dat zou een zootje ongeregeld worden als er geen netbeheerders waren die de zaak onder controle houden. 

Elektriciteit kan je niet opslaan. Hoe wordt er dan alsnog voor gezorgd dat er op ieder moment precies voldoende vermogen in het net wordt gestopt?

 

 

Eerst moeten we een begrip afhandelen dat net zo belangrijk is als de stroomkring. Eigenlijk is het raar dat we deze eigenschap van elektriciteit pas zo laat in de cursus tegenkomen. Het is een simpel kenmerk waarin elektriciteit cruciaal van van water of gas verschilt. 

5.1. Het opslagprobleem

Elektriciteit kan je niet opslaan.

Ja ja, zien we je nu denken. En wat doet een batterij dan?

Helaas moeten we je toch teleurstellen. Een batterij of accu slaat geen elektriciteit op, maar bewaart stiekem elektrische energie in een andere vorm van energie: chemische energie. Voor het gemak vatten we een batterij of accu in deze cursus toch maar op als een 'apparaat dat elektriciteit opslaat', maar je weet nu dat het feitelijk niet helemaal juist is. 
Kijk verder eens naar de eigenschappen van een accu. Het is een groot, zwaar ding vol giftige chemicaliën waar naar verhouding maar weinig energie in kan. De energie-inhoud van een autoaccu (volume van tien liter) is een ordegrootte lager dan dat van eenzelfde volume benzine. En over de accu in je telefoon hoeven we het al helemaal niet te hebben, want na een tijdje druk whatsappen moet je altijd weer op jacht naar een stopcontact voor je oplader. (Ellende is het, maar dat terzijde.)

Elektriciteit kan je opwekken en gebruiken, je kan het transporteren of het gebruiken om ermee te transporteren, zoals we hier op station Zwolle zien… maar je kan de elektriciteit zelf niet bewaren. Het is iets ongrijpbaars.

Een beetje telefoonaccu kan een uur lang ongeveer 5 watt leveren voordat hij leeg is. Een autoaccu kan gedurende een uur iets in de ordegrootte van 500 tot 800 watt leveren voordat hij leeg is. Of twee uur lang de helft daarvan. Maar om het rekenen gemakkelijk te maken gaat men in de elektriciteitswereld uit van het vermogen dat de accu maximaal kan leveren als je hem in één uur leeg maakt. Een kWh (afkorting van kilowattuur) is de energie die je verbruikt als je een apparaat met een vermogen van 1 kilowatt een uur lang laat draaien.

De basislast (de ondergrens van het continue stroomverbruik van de hele samenleving) is in België ongeveer 6 gigawatt en in Nederland ongeveer 9 gigawatt. Op ieder moment van de dag moet in ieder geval dat vermogen worden geproduceerd en in het net worden gestopt. Stel nu, we willen voor één dag lang alleen de basislast van Nederland opslaan: dat is een hoeveelheid energie van 24 [h] x 9 [GW] = 216 GWh (ofwel 216 miljoen kWh) aan elektrische energie. Dat is een totaal andere ordegrootte dan wat je met accu's kan doen.

Kortom, er is een groot verschil tussen elektriciteit opslaan op broekzakniveau en elektriciteit opslaan op vermogens- of hoogspanningsniveau. 

Maasvlakte bij nacht

Elke watt vermogen die door de indrukwekkende (en overdadige) verlichting wordt geconsumeerd, moet op precies hetzelfde moment in het net worden gestopt. 

Als we met accu's dat soort vermogens langere tijd willen opslaan, hebben we er dus miljarden nodig. Dat is momenteel niet te doen, zeker niet op een economisch of milieutechnisch aanvaardbare, laat staan betaalbare wijze. Grote elektrische vermogens kunnen met de huidige stand van de techniek alleen langdurig worden bewaard in de vorm van een andere energiedrager. Die zijn er voor zulke grote vermogens niet veel: alleen met pompmeren (zie verderop) kan men hoeveelheden energie opslaan die ertoe doen op hoogspanningsniveau. Maar ook die zijn niet toereikend om er voor meerdere dagen energie in op te slaan.

Het gevolg van het niet of nauwelijks kunnen opslaan van elektriciteit is even simpel als schokkend:

Elektriciteit moet op precies hetzelfde moment worden opgewekt als waarop het wordt gebruikt.

5.2. Over vermogen en belasting

Nee, dit gaat niet over geld. Vermogen en belasting zijn ook twee belangrijke elektriciteitstermen.
Hoe weten de producenten het als ik mijn straalkachel aanzet? Dat vertelt niemand hen, dus zodra ik de kachel, de oven en de wasmachine aanzet zal er toch te weinig stroom in het net aanwezig zijn? In beginsel heb je gelijk. Stel, er wordt op een bepaald moment van de dag 10 kilowatt vermogen in het elektriciteitsnet gestopt (wat belachelijk weinig is, maar het is slechts een voorbeeld). En dan opeens zet je de wasdroger en het fornuis aan, die samen goed zijn voor 5 kilowatt extra verbruik. Het gevolg is een tekort aan productie: de 10 kilowatt vermogen moet dan opeens over 15 kilowatt belasting worden verdeeld. Dat gebeurt dan ook direct, zodat iedere aangesloten verbruiker in het elektriciteitsnet het opeens moet doen met tweederde van de hoeveelheid vermogen.

Ook aan de productiekant ontstaan er problemen. De gevraagde energie moet ergens vandaan komen, zodat de generators van decentrale producenten en de grotere exemplaren in centrales plotsklaps zwaarder gaan lopen. De machines die de generatoren aandrijven (hydro-, gas- en stoomturbines) moeten meer kracht zetten om de generatorkern op de juiste snelheid rond te blijven draaien. In een grote centrale moet men dan meer gas toevoegen, de stoomdruk verhogen, de waterstroom vergroten of de kernreactor harder zetten. Dat kan tot op zekere hoogte, maar daar gaat tijd in zitten. Tijd die we niet hebben op het net, omdat er ter plekke op hetzelfde moment moet worden geproduceerd wat er verbruikt wordt. Een tekort of een overschot levert direct problemen op.

Die elektrische motoren trekken net zoveel vermogen als twee wasdrogers  en een fornuis tegelijk. Maar afgezet tegen het verbruik van een heel land merk je ze gelukkig niet op. Zo is dat voor iedere gebruiker hetzelfde: ze vallen per stuk weg in het grotere geheel.

Er is gelukkig ook iets in ons voordeel: de schaalgrootte van het geheel. Als het elektriciteitsnet 10 kilowatt aan productiecapaciteit heeft draaien en er is ook 10 kilowatt aan belasting aangesloten, dan maakt een extra verbruiker van 2 kilowatt heel wat verschil: 20%. Maar als een net 10 gigawatt aan aangesloten productiecapaciteit heeft en eveneens 10 gigawatt belasting, dan zorgt een stijging van de belasting van 2 kilowatt slechts voor een toename van 0,000000002%. In een groot net vallen individuele gebruikers weg in het totaalbeeld van een heel land. De netbalans van een groot net wordt niet merkbaar beïnvloed door een individueel apparaat dat aan of uit wordt gezet.

Maar wat als we nu allemaal tegelijk bedenken dat we de kachel, de wasdroger en het fornuis aandoen? Dan gaat het toch alsnog mis?

Het angstaanjagende antwoord is ja. Als een miljoen mensen binnen een halve minuut tijd alle zware verbruikers in huis aanzetten (of uitzetten) veroorzaken we een enorme stroomstoring. Als de belasting te ver uit de pas gaat lopen met de productie, slaat de beveiliging alarm en wordt de stroom afgeschakeld. De reden waarom dit soort storingen in de praktijk niet ontstaan is omdat zulke afspraken niet bestaan. Het komt nooit voor dat we met zoveel mensen tegelijk allemaal binnen een paar minuten tijd zoveel extra elektriciteit gaan gebruiken dat de producenten het niet bij kunnen houden om de productie eraan aan te passen. 

5.3. Dagelijkse gang oftewel de trend

We gebruiken 's avonds meer elektriciteit dan laat in de nacht of rond de lunch. Dat is iedere dag zo. Piepkleine rimpeltjes in de gevraagde belasting, bijvoorbeeld door het aanzetten van individuele kooktoestellen, worden gladgestreken door de enorme schaal van het elektriciteitsnet. Het gedrag van elektriciteitsconsumptie gedraagt zich daardoor vloeiend. 's Ochtends stijgt deze langzaam om gedurende de werkdag weer iets te zakken. Rond de avond stijgt deze tot een maximum als we onze lampen, kooktoestellen en televisies aanzetten. En vanaf de late avond tot het einde van de nacht zakt het terug omlaag naar ongeveer hetzelfde niveau als waarop we de ochtend ervoor ook begonnen.

Afmonteren van een bretel

De spanning op deze draden is altijd vrijwel gelijk. Maar het vermogen dat de hoogspanningslijn op een zeker moment transporteert kan elke waarde zijn, zolang het maar tussen nul en de maximale ontwerpcapaciteit ligt. De stroomsterkte, hat ampèrage, is de variabele en die verandert met de dagelijkse gang mee. In de avond loopt er dus werkelijk meer vermogen over de draden dan aan het einde van de nacht.

Dit typische gedrag van het elektriciteitsgebruik is redelijk voorspelbaar en het wordt in de elektriciteitswereld de trend of de dagelijkse gang genoemd. Beide termen worden in de praktijk door elkaar heen gebruikt.

Hoe groter de groep aangeslotenen, hoe kleiner het individuele aandeel van elke gebruiker en hoe geringer het gevolg van een individuele handeling die uit de toon valt met de grootschalige trend.

De dagelijkse gang wordt gemonitord door de netbeheerders en het laat zich goed in een grafiekvorm zetten. We pakken er eentje bij van België op een willekeurige dag ergens eind november 2014.

Op de grafiek van de dagelijkse gang kunnen we iedere dag dezelfde trend herkennen. Dit exemplaar is van Elia, de beheerder van het Belgische hoogspanningsnet. Het geeft de load (zie het vorige deel van de curaua) op het Belgische hoogspanningsnet weer. Op de verticale as zien we de totale vermogensvraag in MW. Op de horizontale as staan de uren van de dag. Een curve voor Nederland zou er hetzelfde uitzien, behalve dat die in zijn geheel wat hoger ligt.

Dit is een loadgrafiek van België op 28 en 29 november 2014. Merk op dat de dagelijkse gang zich gedraagt zoals we dat gewend zijn: een piek in de ochtend, enige daling in de middag en een hogere, scherpe piek in de vooravond. Waarom de blauwe curve van 28 november overdag hoger is dan de paarse? Dat komt omdat 28 november 2014 een vrijdag was en 29 november een zaterdag. Op vrijdag werken we en dan verbruiken alle bedrijven in de middag meer elektriciteit dan op zaterdag. In de avond doen we iedere dag echter min of meer hetzelfde, zodat het verschil dan kleiner is. We zien dat de dagelijkse gang telkens een ordegrootte van uren heeft. Grote veranderingen in het totale verbruik ontstaan niet in een minuut. Zolang de producenten deze voorspelbare, relatief trage schommelingen in verbruik op tijd bij kunnen houden is er niets aan de hand. 

Op deze manier is een voorspelbare en redelijk precieze prognose te maken van het verbruik voor over enkele uren, voor morgen en zelfs voor enkele dagen verderop. Verder vooruit is moeilijker, want we hebben te maken met het weer. Als het plotseling gaat vriezen, zet iedereen de kachel hoger. In het algemeen hanteert men in de elektriciteitswereld een voorspellingshorizon van ongeveer een week vooruit, net zo ver als het weerbericht ongeveer gaat.

Dit proces van de balans bewaren is nooit perfect. Er is altijd wel een lichte overproductie of een klein tekort, wat te vernemen is door een kleine daling van de netspanning en een kortstondige afname van de wisselstroomfrequentie van 50 Hz naar bijvoorbeeld 49,98 Hz. De netbeheerder zorgt ervoor dat vraag op ieder moment wordt gemonitord, zodat de verschillende producenten die tegelijk actief zijn tijdig kunnen worden ingelicht dat er meer of minder productie moet komen in de komende uren. Maar op de rol van de netbeheerder komen we in het laatste deel van de cursus nog uitgebreid terug.

5.4. De opregeltijd: snel en traag vermogen

Eerst moeten we het zogeheten productiepark bekijken: alle producenten samen die energie op het net inbrengen.

Er zijn hele kleine producenten, zoals particulieren met een setje zonnepanelen op het dak. Tuinders gebruiken gasturbines om warmte en elektriciteit op te wekken, maar overdag is die elektriciteit niet nodig voor verlichting zodat ze het dan aan het stroomnet leveren. Weer een andere producent werkt met grote thermische centrales die door middel van verbranding (olie, kolen, biomassa, afval) water koken en daarmee stoomturbines aandrijven die op hun beurt de generators aandrijven. Er zijn gascentrales die brandbaar gas direct in een gasturbine stoken om zo de stap met stoomvorming over te slaan. Andere categorieën thermische centrales zijn de geothermische centrales (die aardwarmte gebruiken) en kerncentrales (die met een kernreactor grote hitte opwekken). Verder heb je windvermogen, WKK en chemische methoden om stroom op te wekken, en de laatste belangrijke (en qua vermogen per eenheid allergrootste) manier om elektriciteit op te wekken is hydropower: stuwmeren en pompmeren.

Verschillende centrales hebben verschillend gedrag. Links zien we de oude kolencentrale van Ferrybridge in Engeland: fossiele centrales van die omvang hebben we in Nederland en België niet eens. Dit monster heeft een opregeltijd van ruim een halve dag. Rechts zien we een eveneens stokoude waterkrachtcentrale bij Odda in Noorwegen: die is juist in enkele minuten op te regelen en reageert dus zeer snel.

Waar het om gaat is hoe snel je de eenheid harder of zachter kan zetten. Men noemt dit de zogeheten responstijd of opregeltijd. Er is snel vermogen (met een korte opregeltijd), traag vermogen en alles ertussenin. De opregeltijd is grotendeels afhankelijk van de productiemethode en de schaalgrootte.

Er zijn wel een paar vuistregels.

Snel vermogen (opregeltijd van enkele minuten)

  • WKK (decentrale gasturbineproducenten met klein vermogen tot een paar MW)
  • Gasturbines
  • Hydropower
  • Pompmeren (zie verderop)
  • Individuele windturbines (indien het waait)
  • Kleinschalig zonvermogen (indien de zon schijnt)
  • Grootschalige zonneparken (indien de zon schijnt)

Matig snel vermogen (opregeltijd van een kwartier tot een half uur)

  • Hele windparken (indien het waait en ze nog niet actief waren)
  • Grote gascentrales
  • STEG-eenheden (gecombineerde gas- en stoomturbines)

Traag vermogen (opregeltijd van meerdere uren)

  • Thermische centrales (kolen, olie)
  • Aardwarmte
  • Vuilverbranders
  • Moderne kerncentrales
  • Getijdencentrales

Zeer traag vermogen (opregeltijd van 1-2 dagen)

  • Oudere kerncentrales

5.5. Trendvolging

Als het stroomverbruik omhoog schiet, kan dat te snel gaan om bij te houden met een traag reagerende kolencentrale. Een veel snellere gascentrale of een hydrocentrale is is dan nodig om bij te springen.

Snel vermogen kan worden gebruikt als maatregel om een tijdelijke snelle stijging van het verbruik het hoofd te bieden totdat de trage thermische centrales op stoom zijn gekomen en het stokje weer over kunnen nemen.

De netbeheerder bewaakt de netbalans en laat het aan de markt over op welke manier vermogen wordt geproduceerd. De producenten concurreren met elkaar en kunnen enigszins spelen met de wijze van opwekking en de snelheid van het vermogen. Bij dat spel proberen alle producenten een zo groot mogelijk deel van de dag energie op te wekken op de manier die op dat moment het goedkoopst is. Als er praktische problemen ontstaan heeft de netbeheerder de wettelijke macht om een prijsprikkel te geven. Daarmee kan een producent worden verleid om alsnog sneller reagerend, maar duurder vermogen in te zetten wanneer dat nodig is. Zo blijft de netbalans altijd gehandhaafd. Op de rol van de netbeheerder wordt in het laatste deel van de cursus uitgebreider ingegaan.

NuonMagnum in de Eemshaven

Door prijsprikkels kunnen producenten bewust worden verleid om op een bepaalde geografische locatie meer of minder elektriciteit te produceren, of ze kunnen verleid worden een sneller reagerende, maar duurdere manier van productie te gebruiken. Of bewust een centrale op een andere plek. Door de transportverbindingen van het hoogspanningsnet kan een plaatselijk overschot of tekort dan worden verhandeld en wordt het Europees gladgestreken.

Naast een tekort aan vermogen kunnen we ook met een overschot te maken hebben. Dat lijkt makkelijker, maar in de praktijk is het juist moeilijker op te lossen: waar laat je een overschot aan vermogen? De beste oplossing is verhandelen: het overschot wordt dan verkocht aan een gebied waar op datzelfde moment een tekort is. Via het koppelnet, zie het vorige deel van de cursus, kan vermogen worden verplaatst van een gebied met een overschot naar een gebied met een tekort, dwars over de landsgrenzen van Europa heen.

Normaal gesproken gaat dit spel eigenlijk altijd goed. Maar er zijn uitzonderingen. Als er geen bufferopties zijn in een geografisch gebied en als er zo'n groot overaanbod van vermogen is dat er niet voldoende capaciteit op het koppelnet beschikbaar is om het uit het gebied vandaan te exporteren, dan zal netbeheerder een of meer producenten verzoeken om hun productie te matigen. Doorgaans zijn producenten niet erg blij mee met dit soort zogeheten marktrestricties, het kost ze potentiële winst. De netbeheerder mag dit wettelijk ook niet zomaar doen. Het zogeheten geforceerd losnemen of in spreektaal het afgooien van productievermogen gebeurt in de praktijk alleen met een duidelijke technische motivatie of in noodgevallen.

5.6. Bufferen: 'peak shaving' op het hoogste niveau

Naast handelen is ook bufferen een manier om de netbalans in orde te houden. Bufferen is meer technisch van aard, maar het kan slechts beperkt.
Energie die in de elektriciteit zit kan je omzetten in een andere energievorm die zich beter laat opslaan. In de praktijk gebruiken we daar voornamelijk pompmeren voor. Een pompmeer lijkt op een gewoon stuwmeer, maar het verschil is dat we er ook water in omhoog kunnen pompen. Daardoor hebben ze een bufferfunctie: bij een overschot aan elektriciteit kunnen de turbines en generatoren juist als motoren en pompen worden ingezet om water omhoog te pompen en zo een overschot aan elektriciteit benutten alsof ze hele zware extra verbruikers zijn. Zo kunnen pieken in zowel productie als in belasting een beetje gladder worden gestreken. Dit wordt peak shaving genoemd.

Bufferen betekent het op afroep opslaan van elektriciteit in een andere energievorm. Een vorm die later, wanneer de netbalans weer neigt naar een tekort, zo goed mogelijk kan worden terug veranderd in elektriciteit. 

De elektrische energie wordt in een pompmeer omgezet in potentiële energie van hoog bewaard water. Later kan dit water weer omlaag door de turbines worden geleid. De energie die de pompen erin stopten komt dan weer tevoorschijn. Uiteraard gaat er bij de conversie wel energie verloren: het zogeheten turnover loss. Dat zit doorgaans tussen 5 en 20%. Een ordegrootte van minimaal 80% is dus op die manier nuttig voor langere tijd te bewaren. Pompmeren treffen we aan in onder andere België (Coo), Duitsland en Frankrijk, maar ze zijn in veel grotere aantallen in de Alpen en Scandinavië te vinden.

Een pompmeer kan worden gecombineerd met een normaal stuwmeer. In Noorwegen is men vergevorderd met die techniek. Via verbindingen met andere landen, waaronder Denemarken en Nederland, kan Noorwegen opslagcapaciteit voor stroom op de commerciële markt aanbieden aan andere producenten. Als het gaat om elektriciteit maken bergen alles makkelijker – nou ja, behalve de lijnenbouw zelf dan.

Producenten willen het liefst zo weinig mogelijk gebruik maken van pompmeren omdat de turnover losses ten koste gaan van hun winst. Liever handelen ze dus, of gaan ze slim om met hun productiepark. Centrales die zo traag zijn dat ze onmogelijk de dagelijkse gang kunnen volgen, laat men de basislast leveren. Ze kunnen dan heel constant draaien op hun hoogste rendement, precies waar ze goed in zijn. De dagelijkse gang bovenop de basislast kan dan worden opgevangen met sneller reagerende productiecapaciteit, met handel en met buffering.

Grid balancing, zoals het bewaken van de netbalans een net woord heet, heeft dus een tijd- en een ruimtecomponent. Zowel in de tijd (de trend) als in de ruimte (geografisch) moeten vraag en aanbod op het net in balans blijven zodat de netfrequentie zo dicht mogelijk bij 50 Hz blijft en er op geen enkele plek een overschot of tekort aan vermogen ontstaat dat zo groot wordt dat het plaatselijke net het niet meer kan aan- of afvoeren. Op die manier doet het licht het altijd.

5.6. De energietransitie

Vele decennia was de elektriciteitswereld relatief voorspelbaar. Vermogen werd in grote centrales geproduceerd op thermische wijze (fossiele brandstoffen of nucleair) en met hydropower. Het verbruik groeide langzaam per jaar en waggelde wat mee met de geopolitiek, wat handelsconflicten en de prijzen van grondstoffen, maar op een oliecrisis en een ontplofte kerncentrale na was er in het productiepark betrekkelijk weinig dynamiek. Maar nu, na vele tientallen jaren van rust, nadert de overgang van een tijdperk.

Tegenwoordig bewegen we ons naar een wereld waar energie op een andere wijze wordt geproduceerd. Maatschappelijke wil, klimaatproblemen, geopolitiek, het schaarser worden van fossiele brandstoffen en (ja echt) ook het vanzelf concurrerend worden van technieken waar geen dure brandstoffen in hoeven te worden gestopt zijn redenen om elektriciteit steeds meer op hernieuwbare wijze op te wekken. Groene stroom is het toverwoord geworden, hoewel de omwenteling zich nog in de kinderschoenen bevindt. Hernieuwbaar vermogen wordt uit de leefomgeving gehaald, zoals via zon, wind, water en biomassa. Voor het langzaam verlaten van fossiele brandstoffen ten gunste van hernieuwbare energiebronnen is jarenlang het Duitse woord energiewende gebruikt. Pas rond 2018 verscheen een goed Nederlands synoniem, de energietransitie.

De Duitse bondskanselier Angela Merkel is van oorsprong natuurkundige. Haar regering vormt de grote motor achter de voortvarende aanpak van de energiewende in Duitsland, een proces waar ook Denemarken gretig op inhaakte en waar inmiddels ook België en Nederland aan zijn begonnen. Een gewaagde stap waarmee Europese samenwerking op energiegebied verandert van een aardigheidje in een noodzaak.

De energietransitie is een veld vol technische en maatschappelijke uitdagingen die bezig is de hele energiewereld drastisch te veranderen. Een belangrijk kenmerk is dat klanten veranderen van een passieve consument in afwisselend consument en leverancier. Grote centrales krijgen steeds meer gezelschap van miljoenen kleine, decentrale opwekkers: losse windmolens, daken met zonnepanelen, biogasturbines en warmte/koudeopslag. Bedrijven en huizen gaan terugleveren. De grootste uitdaging is niet of het elektriciteitsnet daarop kan worden aangepast, maar de aard van de meeste hernieuwbare energiebronnen: van nature onvoorspelbaar. We weten slechts kort van tevoren of de windparken wel energie leveren. Waait het dinsdag eigenlijk wel? Hetzelfde geldt voor zon: we weten dat het 's nachts donker is, maar ook overdag heb je soms zon en soms wolken. Een gascentrale kunnen we harder en zachter kunnen zetten wanneer we maar willen, maar we kunnen we niet zomaar even een windpark harder of zachter zetten.

Inmiddels zien we dat in het noorden van Duitsland, in Denemarken en in het noorden van Nederland de eerste problemen ontstaan door het onvoorspelbare karakter. In Noord Nederland is in sommige streken een bouwstop ingesteld voor grote zonneparken omdat het elektriciteitsnet in de van oorsprong dunbevolkte boerenstreek niet is berekend op grootschalige afvoer van vermogen, soms wel een factor vijf zoveel als het maximale eigenverbruik in de streek ooit wordt. In Duitsland en Denemarken speelt dit probleem nog groter, zelfs tot in de koppelnetten. Momenteel is dat nog net onder controle te houden: door handel in energie (soms zelfs wanhopige handel, een onoplosbaar overschot tegen een dumpprijs verkopen) is er momenteel nog wel wat te regelen zodat er in elk geval geen technische storingen ontstaan. Maar het verstoort de normale prijsbalans in de energiemarkt van de gebieden eromheen.

Maar met het voortgaan van de energietransitie zullen dit soort problemen vaker voorkomen. Om storingen te voorkomen zal men winbare hernieuwbare energie soms helaas moeten laten schieten. Of er ontstaat juist een storing bij een onoplosbaar tekort, wanneer de fossiele centrales in het gebied al buiten dienst zijn genomen. De energiewereld van de komende decennia is dus vol uitdagingen zoals netverzwaringen, peak shaving, balancing, meer interconnecties en slimmere sturing op opwek en verbruik. (Zoek je een spannende carriére met uitdaging waarin je werkelijk iets kan betekenen voor de wereld van nu en die van morgen, dan zit je in de energiewereld de komende tientallen jaren op de juiste plek! Wij achter HoogspanningsNet kunnen het weten!)

Windmolen in aanbouw

 Zonnepark bij Delfzijl
De energietransitie brengt grote kansen met zich mee, maar ook grote moeilijkheden omdat het energienet er onvoorspelbaarder door wordt: niemand weet of deze windturbine over een paar dagen wel wind heeft om hem te laten draaien en of de lucht niet bewolkt is zodat dit zonnepark nauwelijks energie opwekt. Onvoorspelbaarheid in ruimte en tijd kenmerken de toekomst van de energieopwekking.

Ook losse installaties van zonnepanelen op daken zijn niet zonder uitdagingen. Hier is het probleem dat dakopstellingen tot in het extreme decentraal zijn. Er is amper controle op deze panelen en of ze energie leveren is puur van de willekeur van het weer afhankelijk. Als het opklaart gaan alle zonnepanelen prompt energie leveren zonder dat er enige sturing of controle op is, onafhankelijk van de dagelijkse gang in verbruik. Dat kan de netbalans flink verstoren wanneer het afzetgebied klein is. Een groot net met sterke hoogspanningslijnen en goede koppeling tussen de netvlakken helpt dus echt: het effect van een lokale opklaring kan dan verspreid worden over een veel groter afzetgebied.

Daar raakt de energietransitie de Europese energiepolitiek. Europa is een bergachtig schiereiland met relatief kleine landen: te klein om per stuk een eigen plan te kunnen trekken en onafhankelijk van elkaar de energiewende aan te gaan. De energietransitie vereist dat we niet langer in natiestaten en landsgrenzen denken, maar in kustlijnen, geografische gebieden en hoge- en lagedrukgebieden. Landen hebben elkaar op elektrisch gebied steeds harder nodig om samen letterlijk en figuurlijk de balans te bewaren. Hier ligt een belangrijke taak voor de Europese Unie, we zullen dit echt samen moeten doen.

5.7. Smart grid

Het antwoord op de toename van onbalanssituaties in het toekomstige elektriciteitsnet is complex en nog niet goed duidelijk. Een belangrijke ontwikkeling op regionale en lokale schaal is de aanleg van zogeheten slimme elektriciteitsnetten. Pompmeren en andere manieren van buffering (zoals ontwikkelingen bij elektrische autoaccu's) worden steeds belangrijker, maar op de lange termijn zal de capaciteit daarvan niet kunnen voldoen aan de steeds grotere onbalanssituaties die wordt veroorzaakt doordat het moment van productie en verbruik los van elkaar raken.

Door de energietransitie komt het moment van productie los van de dagelijkse gang in verbruik. Buffering, handel, transport (zwaarder hoofdverbindingen) en ook verbruik- en extra productie op afroep zullen steeds belangrijker worden.

On-demand verbruik (verbruik op afroep) is een ander deel van het antwoord. We zagen dit al genoemd bij peak shaving door pompmeren, maar het kan ook met zware klanten die gewoon ouderwets energie verbruiken in plaats van het op te slaan. Door deze zware verbruikers bewust extra vermogen te laten gebruiken wanneer er een overschot is, kunnen zij tegen een gereduceerde, prikkelende prijs worden verleid om hun kernactiviteit vooral te verrichten wanneer het elektriciteitsnet dat nodig heeft.

Naast smelters zijn er ook andere grote stroomvreters die de rol van nuttige verbruiker op afroep kunnen vervullen, zoals hier bijvoorbeeld een zwaar windtunneltestpark in de Noordoostpolder. Overschotten veroorzaakt door onvoorspelbare hernieuwbare productie hoeven op die manier niet verloren te gaan of verkocht te worden, want we kunnen er binnen het gebied van opwek dan wat nuttigs mee doen. Foto door Gerard Nachbar.

Aluminiumsmelters en vlamboogovens verbruiken enorme hoeveelheden elektriciteit. Zo'n smelter kan worden gebruikt om pieken in productie af te vlakken en tegelijk wat nuttigs te doen met het overschot. Op huishoudschaal (dat is moeilijker om te realiseren, dus dat zal nog wat langer duren voor het tot ontwikkeling komt) kunnen we denken aan een boiler of wasdroger die pas aan springt wanneer er een overproductie aan energie is. Dat heeft zowel voor de netstabiliteit als voor degene die de stroomrekening betaalt grote voordelen.

Bij een tekort kan een deel van de oplossing worden gezocht in het juist bewust niet aanzetten van dit soort verbruikers. Maar ook in de vorm van noodvermogen en regelvermogen: op afroep beschikbaar, snel op te regelen productiecapaciteit waarmee ter plekke binnen een kwartier kan worden bijgesprongen om een ontluikende onbalans niet te veel uit de hand te laten lopen. Overigens, noodvermogen is iets dat vandaag al bestaat en waar de netbeheerder op afroep over beschikt. Meer daarover in het laatste deel van de cursus.

5.8. Handel

Handel is eigenlijk iets kunstmatigs. Een elektriciteitsnet werkt door natuurkunde: het poogt een evenwicht te vinden tussen productie en verbruik, zodat er automatisch transport ontstaat tussen plekken met overproductie en plekken met netto vraag. Met dwarsregeltransformators kan je technisch wel een beetje sturen, maar het kent zijn grenzen. Handel bestaat dan ook vooral uit niet-technische aspecten: de ene producent koopt vermogen van de andere, bijvoorbeeld in een ander deelnet of land, zodat hij optimaal gebruik kan maken van de manier die het goedkoopste is. Of bij een storing aan een centrale koopt de eigenaar van die centrale tijdelijk eenzelfde opwekcapaciteit in bij andere producenten, zodat binnen het deelnet of elders in het net alsnog voldoende vermogen wordt geproduceerd, dat via het koppelnet dan alsnog naar het deelnet met vraag zal stromen.

Handel gaat dus om technische overwegingen, maar ook om geld. Er gaan miljarden in om en het is een ongeziene, maar zeer belangrijke wereld waarin techniek, geld, wetten en natuurkunde samenkomen. Het zorgt voor optimale benutting van het productiepark en het vermindert verliezen of inefficiëntie. Het is een wereld op zichzelf, waarin EPEX SPOT, Intraday en MWh price grote termen zijn. Maar het is tevens een spel zonder genade: in de commerciële elektriciteitsmarkt wordt het hard gespeeld, soms op de grenzen van de wet.

Enorme centrale in de Eenshaven

Iedere producent heeft zijn eigen productielocaties. Soms zijn dat grote centrales zoals hierboven, maar ook kleine zonnepaneelinstallaties van particulieren die een contract hebben bij die producent (de energiemaatschappij) gelden als productiecapaciteit bij de energiemaatschappij wanneer ze netto terugleveren.

Zo'n grijs gebied komen we bijvoorbeeld tegen bij omkatten. Zo kan een producent er met opzet voor kiezen om goedkope kolenstroom 's nachts naar pompmeren te sturen, deze de dag erna terug te winnen en daarna op de markt te brengen als waterkracht. Of als een producent heel veel klanten heeft die allemaal een contract voor groene stroom hebben terwijl de opwek van hernieuwbaar vermogen niet voldoende is op een bewolkte en sombere dag, dan is handel ook geen optie: andere producenten zitten dan met hetzelfde tekort. Ze kunnen er dan voor kiezen om die dag grijze stroom als groene stroom te verkopen, om later op de eerstvolgende dag waarop er weer een overaanbod is, alsnog de 'groene schuld' in te lossen en zo met terugwerkende kracht het contract na te komen. Tsja, het voelt allemaal een beetje eh… nouja, dat mag iedereen zelf invullen.

5.9. Vrije keuze van energiebedrijf

Een derde aspect van handel is dat het vrije keuze van energieproducenten mogelijk maakt, iets waar we in het laatste deel dieper op in zullen gaan. Al het aangeleverde elektrische vermogen wordt in één gezamenlijk net gestopt. Koop je je energie bij producent A? Dan wordt er door die producent een vermogen opgewekt dat gelijk is aan jouw verbruik, en dat wordt op het gezamenlijke hoogspanningsnet ingevoed. Aan jouw kant haal je precies datzelfde vermogen er weer af – maar dat zijn dus niet letterlijk dezelfde elektronen als waarvoor je betaalt.

Een gevolg is dat iedereen precies dezelfde mix van elektriciteit krijgt, geproduceerd met verschillende opwekkingsmethoden. Stel dat 20% van alle opgewekte elektriciteit met waterkracht wordt geproduceerd. Dat gaat in het gezamenlijke net zodat er bij iedere klant 20% waterkrachtstroom op het stopcontact staat. Als jij betaalt voor groene stroom, is de producent verplicht om een vermogen ter grootte van jouw verbruik hernieuwbaar op te wekken en in de voeden op het hoogspanningsnet. Maar in feite wordt jouw aandeel over al die miljoenen klanten verdeeld. Jouw stroom is gelijk aan dat van de buurman: een mix van groen, fossiel en hydro uit binnen- en buitenland, maar voor jouw aandeel staat wel ergens een groene productiecapaciteit te draaien zodat een piepklein gedeelte van alle vermogen op het gezamenlijke net bestaat uit jouw gecontracteerde groene vermogen.

Zolang er per producent telkens precies net zoveel vermogen door zijn klanten wordt afgenomen als dat de producent opwekt en aan het gezamenlijke net toevoegt, blijft alles keurig werken en schiet niemand er bij in. Ook dat is moderne energiehandel. De toezichthouders op de energiemarkt (zoals de ACM, Autoriteit Consument en Markt in Nederland) zien erop toe dat de energieproducenten zich houden aan waar ze voor gecontracteerd zijn en niet stiekem ietsje minder opwekken.

Het bewaken van de netbalans is de taak van de netbeheerder.
Het handelen in energie en spelen met productiemethoden om op ieder moment zo goedkoop mogelijk te kunnen produceren is de taak van de producenten. Producenten kunnen daarbij reageren op prikkels en handelingen van de netbeheerder, maar de netbeheerder mag dat alleen om technische redenen doen.

Samenvatting: kan je de volgende vragen beantwoorden?

  1. Wat zijn de belangrijkste gevolgen van het feit dat je stroom niet kan opslaan?
  2. Wat is de netbalans?
  3. Wat is de dagelijkse gang?
  4. Is een kolencentrale vooral geschikt voor basislast of voor het volgen van de dagelijkse gang? En waterkracht?
  5. Noem een manier om bij een tekort en bij een overschot de netbalans te handhaven
  6. Noem een paar uitdagingen die de energiewende met zich meebrengt

De netbalans is een moeilijk tastbaar maar zeer belangrijk begrip. We konden er niet omheen in de St(r)oomcursus.
Je hebt nu gezien waarom dat zo is. En hoe producenten van vermogen er door middel van verschillende vormen van opwek en handel ervoor zorgen dat er altijd precies voldoende vermogen aanwezig is op het net. Een netbeheerder ziet erop toe dat de netbalans gehandhaafd blijft, een toezichthouder houdt in de gaten dat geen enkele handelende producent de zaak oplicht.

Oja, die netbeheerder. Daar hebben we het telkens maar over, maar we zijn er nog steeds niet op ingegaan. Maak je basiskennis compleet en ga door naar het laatste deel van de cursus, waar je leert wat de netbeheerder is en waarom een modern hoogspanningsnet niet zonder een neutrale beheerder kan.