De fragiele balans tussen energieproductie en energieverbruik in het elektriciteitsnetwerk

balansweegschaal

Het openbaar elektriciteitsnetwerk is een netwerk waarbij elektriciteits­producenten en elektriciteits­verbruikers rechtstreeks met elkaar verbonden zijn. Elektriciteit in het openbaar elektriciteitsnet hebben we niet ergens op voorraad. Iedere Watt die een verbruiker nodig heeft moet precies op hetzelfde moment door een elektriciteitsfabriek geproduceerd worden.

Wanneer te veel elektriciteit wordt geproduceerd zal de netspanning van 230 Volt en de netfrequentie van 50 Hz stijgen. Wanneer te weinig elektriciteit wordt geproduceerd dan daalt de netspanning onder de 230 Volt en komt de netfrequentie steeds verder onder de 50 Hz te liggen.

Het elektriciteitsnet is dus als een balansweegschaal met aan de ene zijde de producenten en de andere zijde de verbruikers. De kunst is om de weegschaal precies in balans te houden. Dan hebben we allemaal 230 Volt en 50 Hz. Die balanceertaak wordt uitgevoerd door de netbeheerders.

In Nederland voert Tennet deze taak uit. Een kleine onbalans is binnen bepaalde grenzen nog acceptabel, maar we willen niet dat de elektrische apparaten door een te hoge netspanning doorbranden. Onzichtbaar voor het grote publiek proberen de netbeheerder dit fragiel evenwicht voor ons in balans te houden. Dat evenwicht is constant in beweging en online kan je de afwijking van de netfrequentie van 50 Hz zien (deze website is vaak buiten werking).

Marges, maximale afwijking van 230 Volt en 50 Hz elektriciteit

Elektrische apparaten werken bij bepaalde elektrische specificaties. Voor de huishoudelijke apparatuur is dit 230 Volt en 50 Hz. Het mag ook wel een beetje meer en ook een beetje minder. Maar het moet wel binnen bepaalde grenzen blijven. Worden deze grenzen overschreden dan kan de apparatuur kapot gaan door een te hoge spanning of niet goed functioneren vanwege een te lage spanning.

de netspanning mag dalen tot 195,5 Volt en stijgen tot maximaal 253 Volt

In Europees verband is in de EN 50160 norm vastgelegd dat de netspanning nooit 15% lager of 10% hoger mag zijn dan de nominale spanning van 230 Volt. De netspanning mag dalen tot 195,5 Volt en stijgen tot maximaal 253 Volt. Daarnaast is vastgelegd dat in 99,5% van de tijd de spanning zich moet bevinden tussen de grenzen van -10% en +10%.

Voor de netfrequentie van 50 Hz moet deze in 99,5% van de meettijd tussen de 49,5 - 50,5 Hz liggen. Maximaal 44 uur per jaar mag de frequentie uitschieters hebben naar 47 en 52 Hz.

In onbalans: elektriciteitsproductie lager dan verbruik

Wanneer verbruikers meer energie vragen dan op dat moment door elektriciteitscentrales wordt geproduceerd ontstaat er een elektriciteitstekort. De generatoren van de elektriciteitsfabrieken hebben dan moeite om die energie te leveren en daardoor worden ze te zwaar belast. Het gevolg is dat de generatoren langzamer gaan draaien. Daardoor daalt de netfrequentie en wordt lager dan de gewenste 50 Hz. Ook de netspanning zal dalen en komt onder de 230 Volt te liggen. Het is de taak van de netbeheerder om op dat moment heel snel capaciteit bij te schakelen. De netwerkbeheerder zal dan aan bepaalde elektriciteitscentrales (die zo snel kunnen opschalen) de opdracht gegeven om "wat harder te gaan draaien".

Het opschalen van deze elektriciteitsproductie gebeurt onder de verantwoordelijkheid van de netbeheerders maar wordt voor kleine verstoringen geheel automatisch uitgevoerd. Dit is wat in Nederland "regelvermogen" wordt genoemd of in het Engels "primary control power". Dit mechanisme treed in werking wanneer de netfrequentie lager wordt dan 49,98 Hz. Op deze manier zal (hopelijk) de netfrequentie weer stijgen en uitkomen op 50 Hz en zal de netspanning ook weer 230 Volt zijn.

Bij grote energietekorten zal de netbeheerder handmatig productiecapaciteit laten starten. Deze productiecapaciteit, die binnen het uur beschikbaar kan komen wordt reservevermogen genoemd.

Bij zeer acute en grote productietekorten zal de netbeheerder zijn noodvermogen inzetten. Dat is geen productiecapaciteit maar zijn afspraken die de netbeheerder heeft gemaakt met zeer grote energieafnemers. Die zullen op verzoek hun verbruik drastisch beperken.

In onbalans: elektriciteitsproductie groter dan verbruik

Wanneer het verbruik sneller dan verwacht daalt ontstaat er ook een onbalans. De elektriciteitsfabrieken produceren dan meer energie dan de verbruikers nodig hebben. De generatoren van de elektriciteitscentrales zullen minder belast worden dan van te voren is aangenomen en gaan daardoor sneller draaien. Daardoor zal de netfrequentie boven de 50 Hz uitkomen en zal ook de spanning stijgen.

Zodra de frequentie boven de 50,02 Hz komt zal de netbeheerder automatisch (bepaalde) elektriciteitscentrales een opdracht geven om de productie geleidelijk te verminderen. Het doel is om de productie weer in balans te brengen met het verbruik. Hopelijk lukt dit met dit mechanisme en zal de spanning weer dalen richting de 230 Volt en zal ook de frequentie weer richting de 50 Hz gaan.

Andere technieken om productie tekorten en productie overschotten te voorkomen

Wanneer de vraag naar elektrische energie sneller daalt dan met het regelvermogen hersteld kan worden heeft de netbeheerder een aantal mechanismen in handen om het overschot aan elektriciteit kwijt te kunnen. Zo zijn onder andere contractuele afspraken gemaakt met bepaalde afnemers om tijdelijk meer energie af te nemen. Die afnemers krijgen dan elektrische energie tegen zeer gunstige tarieven aangeboden en hebben daar bepaalde productieprocessen op afgestemd.

acute energieoverschotten worden weggewerkt door water op te pompen in een spaarbekken

Acute energieoverschotten worden weggewerkt door water op te pompen in een spaarbekken in een pompcentrale of spaarbekkencentrale. Die energie kan later nuttig gebruikt worden als juist weer een tekort aan energie ontstaat. In dat geval zal het water van boven naar beneden stromen en turbines aandrijven. Spaarbekkencentrales zou je dus kunnen zien als een accu voor het elektriciteitsnet. Realiseer dat de capaciteit hiervan, relatief, heel klein is.

In Duitsland staat zo'n spaarbekken­centrale in Herdecke. In BelgiĆ« staat deze tussen Coo en Trois-Points. De centrale van Herdecke kan binnen zeventig seconde van stilstand naar volle productiecapaciteit gebracht worden en levert dan maximaal 153 MW. De pompcentrale van Coo Trois-Point kan maximaal een vermogen leveren van 1100 MW. Dat lijkt heel veel vermogen maar het is maar een druppel op de gloeiende plaat. De zonnepanelen in Duitsland alleen al produceren samen 17.000 MW.

pompcentrale herdecke
pompcentrale Herdecke (Duitsland)
pompcentrale coo trois-points
pompcentrale Coo Trois-Points (Belgiƫ)

Foutje of aanvulling? Gebruik het reactieformulier.
wij gebruiken cookies
dat accepteer ik
meer informatie