Je leest:

Smart Grid: elektriciteitsnet met slimme trekjes

Smart Grid: elektriciteitsnet met slimme trekjes

Auteur: | 22 december 2010

We weten het allemaal: we moeten andere energiebronnen gaan gebruiken. Dat kan echter niet zomaar, want meer duurzame energie leidt indirect tot meer elektriciteit. En om hiermee om te kunnen gaan, is een slimmer elektriciteitsnet nodig. Oftewel, een Smart Grid.

Prof.dr.ir. Han Slootweg in zijn intreerede: “De zon is een zeer krachtige energiebron; het totale energieverbruik van de mensheid in één jaar komt overeen met de hoeveelheid zonne-energie die de aarde in één uur bereikt.”

Het gas raakt een keer op, net als de olie en de steenkolen. De zon zal het echter voorlopig blijven doen (de mensheid zal het einde naar verwachting niet meemaken) en daarmee beschikken we ook gelijk over wind, waterkracht en biomassa. Er wordt dan ook hard gewerkt deze duurzame bronnen van energie ‘af te tappen’. Nieuwe windmolenparken, efficiëntere zonnepanelen, noem het maar op.

Er zit echter een addertje onder het gras. De groene energie moet namelijk nog wel naar onze huizen gebracht worden. En het meest handige vervoersmiddel daarvoor is elektriciteit, wat zou betekenen dat meer groen tot meer stroom leidt. Groene stroom, dat wel, maar ons elektriciteitsnet kan zulke hoeveelheden niet aan. Sterker nog, het netwerk staat nu al ‘op springen’ dus voordat we massaal aan het groen gaan, moet er iets gebeuren. En zie daar: het Smart Grid.

Toe aan een update

In feite is het bestaande elektriciteitsnet hopeloos ouderwets. De hoofdcomponenten – zoals die ooit zijn bedacht door de pioniers Edison, Tesla en Westinghouse – zijn verder doorontwikkeld en geoptimaliseerd, maar het principe is nog altijd hetzelfde.

Grote elektriciteitscentrales sturen hun stroom het hoogspanningsnet op. Transformatoren verlagen de spanning vervolgens weer, zodat wij geen 50 kV (of meer) uit het stopcontact krijgen, maar zo’n 220 V.

Dat maakt het overigens geen slécht netwerk. Integendeel, het is een heel degelijk en betrouwbaar web, waar miljoenen mensen dagelijks veel plezier aan beleven. De National Academy of Engineering heeft ‘elektriciteitsvoorziening’ zelfs als meest belangrijke technische prestatie van de twintigste eeuw (de auto volgt op plek twee en het internet is dertiende).

Edison vs Graham Bell

Een populaire vergelijking die onderstreept hoe snel – of eigenlijk hoe langzaam – ons elektriciteitsnet verandert:

Stel dat Alexander Graham Bell naar de 21e eeuw getransporteerd wordt. Hij zou dan helemaal niets snappen van de moderne telefonie, met alle mobieltjes, smsjes, zendmasten en smartphones. Maar Edison, één van de grondleggers van onze stroomvoorziening, zou het huidige elektriciteitsnetwerk moeiteloos begrijpen.

Het probleem is echter dat we steeds meer van het net vragen. Er zijn televisies, computers, wasmachines en vaatwassers bijgekomen, terwijl het elektriciteitsnet niet in hetzelfde tempo is verbeterd. Hierdoor valt het netwerk vaker uit en dat kan grote gevolgen hebben. Denk maar aan fabrieken die stilvallen, verkeerslichten die niet meer werken, financiële transacties die misgaan.

En de vraag zal alleen maar toenemen. Niet zozeer door nóg meer apparaten, maar – ironisch genoeg – door het aanwenden van duurzame energiebronnen. Die groene energie moet namelijk ergens in worden opgeslagen en elektriciteit ligt daarbij het meest voor de hand. We kunnen het gemakkelijk gebruiken (een stekker in het stopcontact en klaar) en waterkracht, wind en zonlicht zijn heel efficiënt in elektriciteit om te zetten. Alleen, dat betekent dat hoe duurzamer we worden, hoe meer elektriciteit we gaan gebruiken.

Op naar het Smart Grid

Het elektriciteitsnet is dus toe aan update en volgens veel wetenschappers, bedrijven en overheden betekent dat overgaan op het Smart Grid. Ons elektriciteitsnet moet transformeren in een slimmer, flexibeler en efficiënter netwerk dat gebruik maakt van moderne technologieën.

Het draait daarbij vooral om monitoren en afstemmen. Monitoren wil zeggen dat stroomopwekking en –verbruik (maar ook bijvoorbeeld persoonlijke wensen en behoeften) beter in de gaten worden gehouden. Dat gebeurt met intelligente systemen, sensoren en het internet, vandaar de term ‘smart’.

Dit is de ‘slimme meter’ van energie-netbeheerder Liander. De gas- en of elektriciteitsmeter is op afstand uitleesbaar, waardoor de gegevens doorgegeven kunnen worden aan de energieleverancier. Die brengt vervolgens alleen de kosten in rekening van je werkelijke verbruik.

Door het monitoren wordt veel duidelijker waar en wanneer er welke behoefte is aan stroom, en waar en wanneer er stroom beschikbaar is. Met die informatie kun je het aanbod vervolgens nauwkeurig op de vraag afstemmen. Dat maakt de stroomvoorziening een stuk efficiënter, wat helpt bij het besparen.

Efficiënter = zuiniger

Als het elektriciteitsnet al slechts 5% efficiënter zou werken, besparen we net zoveel energie als wanneer we 53 miljoen auto’s van de weg zouden halen. Vergelijk het met spaarlampen: die gaan efficiënter om met energie en verbruiken daardoor minder elektriciteit.

Niet alleen van a naar b

Goed kunnen monitoren is niet alleen belangrijk voor de efficiëntie, maar ook noodzakelijk als we meer duurzame energiebronnen gaan inzetten. Het gebruik van die bronnen brengt namelijk – naast extra elektriciteit – een aantal veranderingen met zich mee.

Eén zo’n verandering is tweerichtingsverkeer in het elektriciteitsnet. Nu is het duidelijk: ergens in het land wordt stroom opgewekt en die komt via allerlei kabels bij jou het huis binnen. Dat systeem kan veranderen als we duurzame energiebronnen gaan inzetten. Duurzame bronnen leveren namelijk per oppervlakte relatief weinig energie. Met andere woorden, je hebt een groot stuk grond nodig om met bijvoorbeeld zonne- of windenergie elektriciteit te produceren. Je kunt daarom niet zo snel een grote zonne-elektriciteitscentrale bouwen, daarvoor is domweg geen plek. In plaats daarvan kun je wel op verschillende plekken kleine centrales bouwen, zodat je toch aan dezelfde hoeveelheid stroom komt.

Het zoneiland in Almere bestaat uit 520 zonnecollectoren met een oppervlakte van 7.000 m2. De duurzame energie uit dit eiland zal 2700 woningen van warm water gaan voorzien.

De elektriciteit van zo’n kleinere centrale wordt in principe lokaal gebruikt. Maar het kan zijn dat er méér elektriciteit wordt opgewekt dan nodig. In dat geval verandert de energiestroom van richting: de elektriciteit gaat náár het algemene energienet, in plaats van ervan af. Dit is technisch gezien geen probleem, maar om efficiënt gebruik te maken van overschotten, moet er wel meer toezicht zijn. Het systeem moet ‘weten’ waar de stroom het beste heen kan.

De toename van het aantal ‘kleine’ decentrale opwekkers maakt het daarnaast moeilijk om de spanning van het net constant te houden, wat de betrouwbaarheid niet ten goede komt. Daarom is het belangrijk dat het netwerk nauwkeurig aangestuurd kan worden, waarvoor weer monitoring nodig is. En dat kan dus door middel van het Smart Grid.

Eerst met kleine stapjes

Wetenschappers en overheden zijn het er vrijwel over eens dat het Smart Grid er moet komen en dat het ook goed haalbaar is. Het is nog onduidelijk wanneer precies, maar op korte termijn verwachten ze wel een ‘Smarter Grid’. Dat wil zeggen, een efficiënter en slimmer elektriciteitsnetwerk dat technieken gebruikt die nu al bestaan.

Onlading verraadt storing

De Smart Cable Guard maakt gebruik van het principe dat op zwakke plekken (bijvoorbeeld door vocht of een kleine schade) zogeheten ‘deelontladingen’ optreden. De pulsjes daarvan worden gemeten en op basis van het tijdverschil in aankomst bij de sensoren wordt de locatie bepaald. Een netbeheerder kan dan de zwakke plek verwijderen vóórdat er kortsluiting optreedt. Zo kan kortsluiting worden voorkomen.

Zie ook het Kennislink-artikel ‘Kortsluitingsvoorspeller: èchte elektrotechniek…’

Een voorbeeld van zo’n ‘eerste stap’ is de Smart Cable Guard die is ontwikkeld door netwerkbedrijven Enexis en Alliander, automatiseringsbedrijf Locamation en energieadviesbedrijf KEMA. Het meetapparaatje maakt het mogelijk nauwkeurig te bepalen waar zwakke plekken zitten zonder dat kabels buiten werking gesteld hoeven te worden (zie kader).

Het apparaatje is inmiddels al in meerdere landen in gebruik en deze week kondigden de bedrijven aan dat ze het systeem verder gaan ontwikkelen. Het apparaat moet dan bij kortsluiting in een kabel direct een seintje kunnen geven en binnen een minuut de locatie van die kortsluiting bepalen. Er hoeft dan niet meer gewacht te worden op telefoontjes van mensen bij wie de stroom uitvalt of de TV op zwart gaat.

Het duurt echter nog wel even voordat het ‘echte’ Smart Grid er is. De ontwikkeling van het huidige elektriciteitsvoorzieningsysteem duurde ruim een eeuw dus ook deze volgende fase kan enkele decennia in beslag nemen. De Amerikaanse regering vergelijkt het Smart Grid in een folder echter met e-mail: ook dat was een ‘ingrijpende verandering’, maar in een rap tempo heeft alles en iedereen zich aangepast. En kun je je nu nog voorstellen hoe het was vóór de e-mail? Het is goed mogelijk dat het Smart Grid op zo’n zelfde manier tot stand komt. En dat er een moment komt dat je je niet meer weet hoe het eerst was.

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 december 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.