Effecten van de energietransitie op de elektrische installatie

Tot voor kort werd de stabiliteit van ons elektriciteitsnet gegarandeerd door grote centrales, die inspelen op fluctuaties in de vraag. Dit soort centrales verdwijnt echter langzaam door de opkomst van wind- en zonne-energie. Echter: deze hernieuwbare bronnen zijn minder flexibel en dat heeft weer gevolgen voor de netstabiliteit. We zien nieuwe eisen en voorwaarden verschijnen voor hernieuwbare bronnen, inclusief diverse typen ‘zelfopwekkers’. In de netcode wordt hier al rekening mee gehouden. ‘Requirements for generators’ moeten borgen dat hernieuwbare bronnen, van relatief klein tot heel groot, ook bijdragen aan netstabiliteit. Bijvoorbeeld door slim om te gaan met te hoge frequenties, spanningslimieten en -dips, en door te zoeken naar manieren om meer in te voeden.

Deze ontwikkelingen zien we niet alleen binnen het hoogspannings-segment, maar ook op laag- en middenspanningsniveau. Naast integratie van hernieuwbare bronnen, zorgen het groeiende aantal elektrische voertuigen, de ontwikkeling van energieprijzen, aanleg van nieuwe netinfrastructuur, en aanpassingen in regelgeving voor (snellere) verduurzaming in de netten. Het tekort aan technisch personeel vormt echter een belemmering. Techniek Nederland heeft aangegeven dat er een aanvalsplan nodig is om vele duizenden vacatures in te vullen. Gedurende de komende tien jaar wordt er dan ook 1 miljard geïnvesteerd in o.a. nieuwe instroom, certificering van vakmanschap, en doorlopende educatie.

Op de langere termijn zijn er verschillende oplossingen voor het toekomstbestendig maken van de infrastructuur en het verbeteren van de netstabiliteit denkbaar. Bijvoorbeeld door netverzwaringen (hoewel dat niet onbeperkt kan) en ander gebruik van bestaande netstructuren (wat tijd nodig heeft). Congestiemanagement en vrijgave van reservecapaciteit kunnen uitkomst bieden. Ook slimme netten maken deel uit van een oplossing – mits verbonden met slimme installaties.

De hoog-, midden-, en laagspanningsnetwerken zijn steeds meer met elkaar verknoopt. Op de midden-en laagspanningsinstallaties worden steeds meer warmtepompen aangesloten en veel meer zonnepanelen dan we ooit hadden kunnen voorspellen. Aan de andere kant zorgt de elektrificatie van woningen en verkeer voor grotere vraag naar stroom. Er is meer spanningsvariatie, maar de geleverde spanning moet altijd binnen een bepaalde bandbreedte blijven: een uitdaging voor netbeheerders. Een slimme transformator kan bijvoorbeeld helpen door de spanning te regelen.

Tot nu toe werd er telkens tijdelijk meer energie  opgewekt om de grotere belasting aan te kunnen. Maar de opbrengst van zonne- of windenergie is niet zomaar schaalbaar. Inmiddels is het beter om naar regelbaarheid te zoeken in de belasting en aanpassing aan de vraag.

NEN 1010 deel 8, over efficiënte installaties, laat zien hoe er ‘andersom’ kan worden gedacht. Installaties worden steeds complexer, wat zwaardere eisen stelt aan mensen en processen, en leidt tot meer risico en uitval. De energie-classificatie elektrische installatie (NEN 1010-deel 8-1) streeft naar meer efficiëntie door minimaal verbruik en een hoog rendementsniveau. Processen, waar vaak heel veel te winnen valt, worden hierbij buiten beschouwing gelaten. NEN 1010 deel 8 gaat vooral over hoe alles zo efficiënt mogelijk kan worden aangesloten en hoe je het beste met vermogens en belasting omgaat. Zo kun je bijvoorbeeld een  invoedingspunt in het centrum van de belasting plaatsen om verliezen te minimaliseren. Ook kan het lonen om een dikkere leiding te gebruiken omdat verliezen kwadratisch zijn aan stroom – bij lange bedrijfstijden betaalt een dikkere doorsnede zichzelf terug!

De bedoeling is uiteindelijk dat de maximale belasting omlaag gaat zodat de piekbelasting binnen contractueel vastgestelde waarden blijft. Uiteindelijk zou de contractwaarde zelfs omlaag kunnen. Uiteindelijk mogen de kwaliteit van de dienstverlening en de prestaties van de elektrische installatie er niet op achteruitgaan. Hoe bereik je dit? Regelbare belasting en opslagsystemen spelen een belangrijke rol, alsook het meten en verbeteren van Power Quality-aspecten. De ‘Power Quality’ kan op meerdere manieren van invloed zijn op de energierendementsprestaties, bijvoorbeeld door het voorkomen van extra verliezen of abnormale veroudering van materieel.

Ontwerpers en installateurs moeten een strategie ontwikkelen voor het meten en bewaken van belangrijke parameters waarin het volgende wordt meegenomen:

Vermindering van harmonischen op het niveau van de belasting verlaagt bijvoorbeeld de thermische verliezen in de bedrading. Mogelijke oplossingen zijn onder andere harmonischen verminderen door harmonische filters op de desbetreffende belastinggroepen te installeren, of het effect van harmonischen te verkleinen door de dwarsdoorsnede-oppervlakte van de geleiders te vergroten.

Overbelasting van condensatoren, leidingen, motoren en andere componenten in een installatie leidt tot onnodig energieverlies! Er is echter vaak te weinig kennis over deze verliezen en mogelijkheden om deze aan te pakken. Meten is niet moeilijk maar absoluut essentieel.

Het inpassen duurzame energie en regelen van de belasting op basis van vraagsturing zijn belangrijk voor netstabiliteit (en voor het behalen van relevante normeringen) maar er moet dan eerst worden nagedacht over een flink aantal factoren. Bijvoorbeeld:

Opslag is relatief duur – deze zou niet alleen moeten worden ingezet voor “demand response” maar ook voor het verbeteren van de spanning en continuïteit van  installaties.

‘Inbreiden’ kan ook een belangrijke rol spelen. Door ‘inbreiding’ kan er ruimte worden gecreëerd achter trafo(‘s) in elektrische installaties. Zo kan er op een veilige, slimme en duurzame manier meer rendement worden gehaald uit bestaande systemen.

Installaties worden groter en complexer en hernieuwbare bronnen en groeiende vraag dienen in balans te worden gebracht. Deel 8-2 NEN 1010 kijkt hierbij naar functionele aspecten en elektrische installaties voor laagspanning van prosumenten. Er wordt gekeken naar strategieën voor het bouwen van zulke installaties, inclusief onderlinge afhankelijkheden en distributie / overdrachtspunten. Bij het definiëren van een oplossing moeten we goed naar een aantal factoren kijken:

Waar staan we nu bij de realisatie van stabiele, flexibele, toekomstbestendige netten? Er moet meer ingezet worden op energiebesparing en het gebruik van duurzame energiebronnen moet worden uitgebreid. Belasting moet meer “flexibel” zijn (opslag) en er  moet optimalisatie komen per klant/wijk/gebied. Dat vraagt om meer sensoren en dus meer meten en beter gebruik maken van alle data. En daarnaast dient er draagvlak en bewustwording te worden gecreëerd.