Het 50,2 Hz probleem op het elektriciteitsnet

Tot voor kort vreesden de netbeheerders, degene die moeten zorgen voor de continuïteit van onze elektriciteitsvoorziening, voor het moment dat de netfrequentie de 50,2 Hz zou aantikken. Rampspoed lag in het verschiet.

De netbeheerders kunnen inmiddels weer goed slapen. Het tij is gekeerd, sterker nog ze zijn zelfs blij. Waar vreesde de netbeheerder voor en hoe heeft men dat probleem aangepakt?

Met dank aan Duitsland die hierin het voortouw heeft genomen en het Duitse parlement die dit in een wet heeft verankerd.

Waarom vreesden de netbeheerders voor 50,2 Hz?

De netbeheerders hebben tot taak om te zorgen dat het hoogspanningsnet constant de elektriciteit kan leveren waardoor niet allen thuis het licht kan branden maar ook onze hele economie zonder probleem kan blijven functioneren.

De grootste uitdaging voor de netbeheerders is om continu te zorgen voor een balans tussen de elektriciteitsproductie en het elektriciteitsverbruik. Dat moet binnen zéér kleine grenzen in evenwicht zijn. Wordt op een moment meer elektriciteit geproduceerd dan wordt verbruikt dan stijgt de spanning en de netfrequentie van 50 Hz. Wordt te weinig elektriciteit geproduceerd dan daalt de spanning en de netfrequentie.

Hoe zorgden de netbeheerders voor de balans?

Wanneer bepaalde grenzen van de spanning en netfrequentie worden overschreden zullen de netbeheerders maatregelen nemen om energie productie te verlagen. Dit kunnen zij doen omdat van te voren afspraken zijn gemaakt met bepaalde elektriciteitsproducenten. Alleen bepaalde type centrales kunnen namelijk snel hun productie aanpassen waardoor minder of meer elektriciteit geproduceerd wordt. Dit wordt het primair vermogen genoemd. Door dit primair vermogen automatisch, op basis van de afwijking van de netfrequentie t.o.v. 50 Hz, de elektriciteitsproductie te verhogen of te verlagen kan men een kleine onbalans automatisch wegwerken.

Wanneer grotere fluctuaties dreigen te ontstaan dan het primair vermogen kan opvangen, wordt door de netbeheerder handmatig ingegrepen en zullen op basis van contractuele afspraken bepaalde partijen hun productie binnen een kwartier aanpassen. Dat is wat regelvermogen wordt genoemd.

En toen waren er zonnepanelen

Toen zonnepanelen nog niet werden toegepast, was het landschap van de netbeheerder overzichtelijk. Men wist uit ervaring hoeveel energie op ieder moment van de dag nodig was en men zorgde door afspraken te maken met elektriciteitsproducenten deze vraag exact af te dekken. Zo wist men vrij eenvoudig de balans in het elektriciteitsnet te bewaren en daardoor kon men ook de levering van elektriciteit garanderen.

Met de komst van zonnepanelen voegde zich aan het elektriciteitsnet een nieuwe en onbeheersbare variabele toe waar de netbeheerder geen invloed op had. Een zonnepaneel levert een bepaalde hoeveelheid energie, of de netbeheerder daar op zit te wachten of niet. De netbeheerder had totaal geen invloed op de mate waarin elektriciteit opgewekt wordt.

50,2 Hz is de grens

De netbeheerders hadden al lang geleden bepaalde eisen gesteld aan omvormers van zonnepanelen. Zo is in een norm vastgelegd dat, zodra de netfrequentie tot 50,2 Hz is gestegen, de zonnepaneelomvormer zich direct moet uitschakelen. Dit had men geëist met het idee dat in geval van een groot elektriciteitsoverschot de netbeheerders automatisch het vermogen van alle zonnepanelen "kwijt" was en zo indirect toch invloed had op een productieoverschot van zonnepanelen. Pas als de netbeheerders de netfrequentie weer onder controle krijgen, door de elektriciteitsproductie aan te passen aan de elektriciteitsvraag, mogen de zonnepaneelomvormers zich opnieuw weer inschakelen en energie gaan leveren.

Maar wat was dan het probleem?

Dat automatisch uitschakelen van zonnepaneelomvormers was een goed idee, maar men had nooit rekening gehouden met een exponentiële stijging van het aantal zonnepanelen. Zorgden vroeger op een zonnige dag de zonnepanelen voor een paar procent van de benodigde elektriciteit, tegenwoordig, vooral in Duitsland, kan dit stijgen tot 100%.

Als, door wat voor reden dan ook, de netfrequentie toch boven de 50,2 Hz zou stijgen dan hebben we op zo'n moment en groot probleem. Alle omvormers schakelen dan tegelijkertijd hun productie uit. Daarmee valt ineens de totale elektriciteitsproductie weg. Dat kan de netbeheerder niet op vangen. Het gevolg is dan een black out. Het elektriciteitsnetwerk zal dan totaal uitvallen. Waarschijnlijk in grote delen of wellicht in heel west Europa.

Hoe is het probleem aangepakt?

Netbeheerders voorzagen ruim op tijd dit probleem en hebben een methode bedacht die eenvoudig en uiterst effectief dit probleem bestrijdt. Deze oplossing heeft men beschreven in de VDE4105 normering. In Duitsland is een wet aangenomen die er voor zorgde dat vanaf 2011 nieuwe zonnepaneelomvormers zich moeten houden aan deze VDE4105 standaard.

Natuurlijk was deze wet niet van toepassing op reeds geïnstalleerde zonnepaneelomvormers bij particulieren. Maar grote zonnepaneelinstallaties zoals bij boeren of andere grote partijen moesten in een hoog tempo de omvormers laten aanpassen waardoor ze voldeden aan de eisen die beschreven waren in de VDE4105 normering.

Wat is het idee van de VDE4105 normering?

Het idee van de VDE4105 normering is dat niet abrupt de omvormers bij 50,2 Hz (of daarboven) uitgeschakeld worden maar dat in kleine stapjes het vermogen geleidelijk gereduceerd wordt. Hiermee hebben de netbeheerders een enorm groot primair vermogen in handen gekregen dat automatisch zorgt voor een stabilisering van het elektriciteitsnet.

Omvormers die voldoen aan deze VDE4105 norm zullen hun productie van elektriciteit vanaf 50,3 Hz een klein beetje laten dalen en voor iedere stijging van de netfrequentie van 0,1 Hz wordt het vermogen steeds verder in kleine stapjes gereduceerd. Uiteindelijk zal bij 51,5 Hz de elektriciteitsproductie van de omvormers tot nul gedaald zijn.

Met deze VDE4105 norm kreeg de netbeheerder indirect weer controle over de elektriciteitsproductie van zonnepanelen. Het probleem werd met deze regeling bij de kern opgelost. Wanneer bij een zeer groot elektriciteitsoverschot de netbeheerders al hun maatregelen hebben genomen maar nog steeds geen stabiliteit kunnen krijgen tussen productie en verbruik doordat op zonnige dagen de zonnepanelen enorme hoeveelheden elektriciteit produceren, zal de veroorzaker, de zonnepanelen dus, het productieoverschot op het elektriciteitsnet zelf moeten wegwerken.

Een pareltje van een maatregel die door de Duitse Bondsdag tot wet is verheven. Deze norm combineert op een prachtige manier de belangen van twee partijen en wel zodanig dat beiden hier heel gelukkig mee zijn.

Aan de ene kant wil de zonnepaneelbezitter niet beknot worden op de levering van energie met zijn zonnepanelen. Aan de andere kant moet de netbeheerder wel instrumenten hebben om de elektriciteitsvoorziening te kunnen blijven garanderen.

De netbeheerders kunnen niet, wanneer zij dit willen, de productie van zonnepanelen aan banden leggen. Dat zou op verzet stuiten van de zonnepaneelbezitters. Maar in het geval van een zéér groot elektriciteitsoverschot die de netbeheerder niet meer kan corrigeren, zullen de zonnepaneelbezitters voor een korte duur de productie van elektriciteit moeten beperken. Daarmee werken zij mee aan de kant van de netbeheerders en zorgen ze dat continuïteit van het elektriciteitsnetwerk niet in gevaar gebracht wordt. En aan dat laatste wil iedere zonnepaneelbezitter maar wat graag meewerken omdat bij uitval van het elektriciteitsnetwerk ook de zonnepaneelbezitter helemaal geen elektriciteit meer kan produceren en als klap op de vuurpijl ook zelf zonder elektriciteit komt te zitten.

En zo helpt de VDE4105 norm zowel de netbeheerders als de zonnepaneelbezitters. Bij een elektriciteitsoverschot stijgt vanzelf de netfrequentie. In eerste instantie zullen de netbeheerders ingrijpen en proberen de frequentie weer stabiel te krijgen op de 50 Hz. Als ze dat niet lukt omdat op dat moment de zonnepanelen een té groot aandeel hebben in de elektriciteitsproductie van het net, zullen bij 50,2 Hz de omvormers zonder VDE4105 ondersteuning zich zelf (tijdelijk) uitschakelen. Wanneer dan nog sprake is van een elektriciteitsoverschot zal de netfrequentie nog verder stijgen en zullen vanaf 50,3 Hz alle andere omvormers mét VDE4105 ondersteuning een klein beetje hun productie reduceren.

Bij het steeds verder stijgen van de netfrequentie, zullen stapje voor stapje, en geheel automatisch (als een hulp van de netbeheerders) de zonnepaneelomvormers hun vermogen steeds verder reduceren net zo lang tot bij een bepaalde frequentie tussen de 50,3 en 51,5 Hz de elektriciteitsproductie en elektriciteitsvraag vanzelf op elkaar afgestemd raken waardoor het elektriciteitsnet weer in balans komt. De netbeheerders glunderden van oor tot oor, een zware last was van hun schouders afgevallen. De "onbeheersbare zonnepanelen" die bij 50,2 Hz voor rampspoed zouden zorgen werken nu ineens samen met de netbeheerders voor een stabiel elektriciteitsnet.

Geldt deze VDE4105 norm verplichting ook voor Nederland?

Nee, nog niet. Het valt wel te verwachten dat ook in Nederland deze norm verplicht gesteld zal worden zodra de elektriciteitsproductie van zonnepanelen een te groot deel van de productiecapaciteit zal innemen. Overigens, producenten van zonnepaneelomvormers bouwen deze VDE4105 normering in steeds meer omvormers die ook in Nederland worden geleverd. Dus zonder wetgeving zullen steeds meer installaties hieraan voldoen.

Wat heeft dit voor invloed op de productie van je zonnepanelen?

De huidige wettelijke eisen die gesteld zijn aan zonnepaneelomvormers schrijven reeds voor dat bij 50,2 Hz de omvormer abrupt moet stoppen met productie. De kans dat dit gebeurd is overigens zéér klein. Maar als het gebeurt dan valt je productie totaal uit. Overigens zal deze situatie van 50,2 Hz of meer niet lang duren, dus heel veel productie ben je niet kwijt.

Wanneer je zonnepaneelomvormers wel de VDE4105 standaard ondersteunen ben je beter af. Bij 50,2 Hz produceer je nog steeds 100%. Stijgt de netfrequentie verder dan zal heel geleidelijk je productie afnemen. Maar dit is altijd nog beter dan totaal geen productie meer zoals hiervoor is beschreven. Het is bij elkaar geen punt om je echt zorgen om te maken. Het is al weer jaren geleden dat de netfrequentie zo hoog is geweest dat dit invloed heeft gehad op jouw elektriciteitsproductie. En zoals je hiervoor hebt kunnen lezen is het in je eigen belang dat het elektriciteitsnet niet overbelast wordt door de zonnepanelen. Want bij uitval wordt je twee keer gestraft; je productie valt stil én je hebt zelf ook geen elektriciteit.