Elektriciteit

Inleiding

De elektriciteitsvoorziening omvat het totale systeem van elektriciteitsproductie (centrales) en netwerken waarover elektrisch vermogen wordt getransporteerd (via bovengrondse lijnen en ondergrondse kabels) en verdeeld (via stations). Uitval van een schakel in de elektriciteitsvoorziening leidt tot grote ontwrichting van de samenleving, zoals de stroomstoring die optrad in januari 2017 in groot Amsterdam (Gils 2017; Stokmans 2017). Hieronder een algemene beschrijving van de assets:

Elektriciteitsproductie

Elektriciteit kan worden geproduceerd uit nucleaire bronnen (via atoomsplitsing), fossiele bronnen (zoals kolen en aardgas) en hernieuwbare bronnen (wind, zon, biomassa en waterkracht). In 2017 is aardgas met 41% de belangrijkste energiedrager, gevolgd door aardolie (39%), steenkool (12%) en energie uit hernieuwbare bronnen, kernenergie en afval (samen 8%). Het totale elektriciteitsverbruik in Nederland is sinds 2006 tamelijk constant en bedraagt jaarlijks ongeveer 120 miljard kWh. Het constante verbruik heeft wel een onderliggende dynamiek. Enerzijds neemt de vraag toe wanneer de economie groeit, anderzijds wordt de vraag door nieuwe besparingstechnieken gedempt. Ook de verdeling tussen energiedragers verandert, zij het geleidelijk. De productie van aardgas uit het Groninger veld wordt stapsgewijs teruggeschroefd naar nul (Anon. 2018), maar daar staat tegenover dat geïmporteerd aardgas toeneemt en deels op dezelfde kwaliteit wordt gebracht als het aardgas uit Groningen. Het verbruik van steenkool zal gaan afnemen met het sluiten van kolencentrales, terwijl de productie van energie uit hernieuwbare bronnen jaarlijks toeneemt. Sommige kolencentrales schakelen over naar meer dan 80% biomassa bijstook (Santen 2018). Daarnaast wordt er jaarlijks elektriciteit geïmporteerd en geëxporteerd die op een verschillende samenstelling van energiebronnen is gebaseerd.

Landelijk en regionaal transport en distributie van elektriciteit

In de elektriciteitsvoorziening wordt onderscheid gemaakt tussen hoogspanning (HS), middenspanning (MS) en laagspanning (LS). Deze verdeling is enerzijds gemaakt om grote hoeveelheden elektrische energie met een zo laag mogelijk verlies over grote afstand te kunnen transporteren, en anderzijds zorgt dit voor veilige voltages met een lage kans op brand en uitval (Oirsouw 2015). Elektriciteitsnetten bevatten een grote mate van redundantie, zodat bij storingen en uitval van individuele assets energie alsnog geleverd kan worden.

Geproduceerde elektrische energie wordt op het nationale hoogspanningsnet (HS) gezet en via een netwerk van hoogspanningslijnen en hoofdverdeelstations (HSV) getransporteerd en verdeeld. Het HS-net bestaat uit een (inter)nationaal koppelnet (380 en 220 kV) en een landelijk transportnet op deels 150kV en deels 110kV. De landelijke transportnetten verbinden alle grote elektriciteitscentrales in Nederland met elkaar en via 380kV met het buitenland. Dit maakt het mogelijk om vraag en aanbod (inter)nationaal op elkaar af te stemmen. Landelijke hoogspanningsnetten van 220kV, 150 kV en 110 kV zorgen enerzijds voor bovenregionale transporten en anderzijds voor de voeding aan de netten van de regionale netbeheerders alsmede zeer grote afnemers en producenten.

Regionale netbeheerders ontvangen elektrisch vermogen via een hoofdverdeelstation (bv. 150kV) en transformeren deze op een onderstation naar middenspanning ten behoeve van regionale distributie (bv. 20 of 10 kV). Tussen het HS-net en het MS-net bestaat in sommige netstructuren een tussenspanningsnet van 25 tot 50 kV dat zowel een transportfunctie als distributiefunctie heeft. Middenspanningskabels liggen vrijwel altijd ondergronds. Via schakelstations en distributiestations kunnen verschillende middenspanning niveaus worden gekoppeld en/of getransformeerd naar laagspanning (230/400 V). Figuur 1 toont dit netwerk schematisch.

Figuur 1: Schematise weergaven van het elektriciteitsnetwerk. Links: Van productie (rode lijn) via HS transport (blauwe lijn) en na transformatie naar MS (groene lijn) en vervolgens de gebruiker of transformatie naar LS (gele lijn) en naar de gebruiker (Pers.Comm). Rechts: Overzicht van spanningsniveaus in het transport- en distributienet (Oirsouw 2015)

In omgekeerde volgorde wordt op een HVS ook decentraal opgewekte energie, afkomstig van wind- en zonneparken, naar het HS-net getransporteerd. Dit omgekeerde energietransport gaat via aparte en of reguliere distributiestations en MS-kabels. Met oog op de energietransitie is de verwachting dat het aantal assets hierdoor zal toenemen.

Hoofdverdeelstations

Een hoofdverdeelstation (zie figuur 2) maakt het mogelijk om te sturen binnen het HS-net en vermogen te transformeren. Vermogenstransformatoren vormen het hart van een station en transformeren elektrische spanning van een hoger naar een lager niveau (bijv. van 380 naar 150 kV, of van 150 kV naar 50 of 10 kV). Een trafo is ongeveer elf meter lang en zes meter hoog en heeft een metalen behuizing. Links en rechts van de trafo bevinden zich meestal warmtewisselaars gevuld met olie voor de isolatie van de spoelen en de koeling van de trafo. Een trafo is vloeistofdicht uitgevoerd zodat er als gevolg van een overstroming geen water in de trafo kan binnendringen. De rail vormt het centrale deel van het transformatorstation. Lijnenvelden (hoogspanningslijnen) en transformatorvelden (aansluiting van transformatoren) zijn met vermogensschakelaars aan de rail verbonden. Samen vormen deze het schakelveld. Door aanwezigheid van meerdere rails (vaak drievoud) en transformatoren ontstaat redundantie waardoor er bij onderhoud en storingen zodanig geschakeld kan worden dat de elektriciteitsvoorziening gewaarborgd is. Met vermogensschakelaars wordt dan elektrische spanning van installatiedelen afgeschakeld en met scheiders worden installatiedelen vervolgens fysiek en zichtbaar gescheiden. De rail bestaat uit een staalconstructie van verticale staanders en horizontale profielen met daarboven rechtopstaande isolatoren en horizontale aluminium buizen die onder spanning staan (of een hangend systeem van isolatoren en lijnen). De horizontale staalprofielen (dus onderkant isolatoren) bevinden zich op minimaal 2,5 meter boven maaiveld, zodat medewerkers zich veilig door het schakelveld kunnen bewegen. De aandrijfkast waarmee de vermogensschakelaars worden aangestuurd hangt aan het horizontale staalprofiel (bovenkant kast op ongeveer 2,5 m). Deze aandrijfkasten zijn spatwaterdicht. De exacte maatvoering kan tussen stations verschillen.

Figuur 2: Opbouw van een hoofdverdeelstation (TenneT 2017)

.

De secundaire installaties, zoals de besturingsinstallatie en de beveiligingsinstallatie zijn niet geschikt voor hoge spanningen en stromen. Zogenaamde stroom- en spanningstransformatoren transformeren de primaire spanning en stroom naar een werkbare waarde zodat de secundaire apparatuur hiermee overweg kan. In veldhuisjes bevindt zich alle veldgebonden besturings- en beveiligingsapparatuur. In het centraaldienstengebouw (CDG) zijn diverse centrale functies ondergebracht, zoals de koppeling met het landelijk telecommunicatienetwerk maar ook de laagspanningsvoedingen, het noodstroomaggregaat en de stationsbeveiligingen. Daarnaast bevinden zich in het CDG installaties waarmee de regel- en meetwaarden worden doorgegeven aan bedrijfsvoeringscentra van TenneT en regionale netbeheerders. In deze bedrijfsvoeringscentra komt de informatie uit alle stations samen. CDGs worden tegenwoordig standaard gelijkvloers op maaiveld gebouwd, maar in het verleden zijn een aantal stations ook verhoogd gebouwd of bestonden ze uit meerdere etages.

Figuur 3 HS-station met verhoogd CDG (Pers.comm)

Middenspanning

Het middenspanningsnet omvat meerdere typen stations en kabels van 10 tot 20 kV. Vanuit een onderstation wordt het getransformeerde vermogen getransporteerd naar één of meerdere MS-schakelstations. In het schakelstation wordt het MS-transportnet aan het MS-distributienet gekoppeld. Dit spanningsnet met een veelvoud aan MS-kabels distribueert de spanning vanuit een schakelstation in zogenaamde ringen naar MS-verdeelkasten en/of naar distributiestations. In deze distributiestations wordt de netspanning getransformeerd van MS naar LS. Deze stations zijn het meest bekend als betonnen huisjes maar zijn ook ingebouwd in ruimten van gebouwen (bv. bedrijven en winkels). De zogenaamde ringen van het MS-distributienet zijn vanuit twee kanten te voeden. Hierdoor is het MS-net redundant, omdat in geval van een onderbreking binnen circa twee uur handmatig is om te schakelen. Sommige distributiestations zijn via een ’uitloper‘ aangesloten. In het geval van een storing worden deze stations met een aggregaat van energie voorzien. In het algemeen zijn dit stations met weinig aansluitingen.

Figuur 4. Opbouw van een HS/MS onderstation (Oirsouw 2015)

Figuur 5. Opbouw van een schakelstation. (Oirsouw 2015)

Het MS-rek en LS-rek in een distributiestation bestaan uit enkelvoudige railsystemen met smeltveiligheden voor de transformator. Een overschrijding van de maximale toelaatbare waterstand op een verdeelrek leidt tot uitval van een station en de daarmee verbonden laagspanningskabels en aangesloten klanten (Anon. 2017; Pers. Comm. Enduris, 2017). Met behulp van noodaggregaten kan een lokaal uitgevallen distributiestation opgevangen worden mits het LS-verdeelrek nog beschikbaar is (Pers. Comm. Enduris 2017; Oirsouw 2015; Anon. 2017).

Figuur 6. Opbouw van het laagspanningsnet, van Middenspanning tot eindgebruiker (Oirsouw 2015)

Laagspanning

Vanaf een distributiestation wordt het LS-distributienet doorgaans met zes of zeven afgaande kabels gevoed. Via LS-verdeelkasten wordt elektriciteit getransporteerd naar de eindgebruikers (klanten), zie figuur 6. De LS-netopbouw is sterk afhankelijk van de lokale situatie. Laagspanningsnetten zijn in principe vanaf een MS-distributiestation stervormig aangelegd en hebben meestal geen verbinding met een ander distributiestation (Oirsouw 2015), zie figuur 7.

Figuur 7. Opbouw van het laagspanningsnet, van Middenspanning tot eindgebruiker (Oirsouw 2015)

Assets in Zeeland en gemeente Reimerswaal

Beheer van het elektriciteitsnet

Het landelijk HS-net wordt beheerd door TenneT. Naast het beheer van het hoogspanningsnet bewaakt TenneT de betrouwbaarheid en continuïteit van de Nederlandse elektriciteitsvoorziening [ Anon. 2017]. Het MS-net en LS-net wordt door regionale netbeheerders beheerd. Binnen de netregio Zeeland is Enduris B.V. de aangewezen regionale netbeheerder voor zowel de elektriciteits- als de gasnetten. De Netwerkgroep (DNWG) is een holding bestaande uit Enduris die het elektriciteit- en gasnetwerk beheert en DNWG Infra die de aanleg en onderhoud aan de netwerken uitvoert. In gemeente Reimerswaal zijn onder andere industrie, (agrarische) bedrijven en particulieren afhankelijk van een stabiele elektriciteitsvoorziening. Tegelijkertijd is Reimerswaal een belangrijk doorvoergebied tussen Zeeland en de rest van Nederland en vindt er uitwisseling plaats met België en Duitsland.

Elektriciteitsproductie

De energie van centrales en ander productievermogen uit Zeeland wordt getransporteerd door Reimerswaal naar de rest van Nederland en België. Belangrijke energieproducenten in de regio betreffen de kerncentrale Borssele (490 MW), de gasgestookte Sloecentrale (860 MW) en de WKC ELSTA (400MW). De Sloecentrale is sinds 2010 in bedrijf en levert vermogen voor ongeveer 2 miljoen huishoudens. Het belang van doorvoer door Reimerswaal zal in de toekomst naar verwachting toenemen met de ontwikkeling van wind- en zonne-energieparken in Zeeland en op zee. Het plan is om in 2020 voor minimaal 570 MW op land en 1400 MW op zee aan windenergie te produceren (Kamp 2016). Daarmee blijft Zeeland een belangrijke regio voor productie en export van energie. Als de hoofdverdeelstations in Reimerswaal uitvallen als gevolg van een overstroming, kan het overige deel van Zuid Beveland en Walcheren voorzien worden vanuit deze elektriciteitscentrales (Anon. 2017; Pers. Comm. Enduris, 2017).

Hoog- en middenspanningsnet

Door Reimerswaal loopt een 380 kV en 150 kV verbinding (zie figuren 8, 9 en 10). De 380 kV lijn is onderdeel van het landelijke koppelnet. De 150 kV lijn zorgt de naast een transportfunctie met Brabant ook voor de regionale elektriciteitsvoorziening aan de stations Goes De Poel, Willem-Annapolder te Kapelle, Kruiningen en Rilland te Reimerswaal. Onderhoud aan centrales en het hoogspanningsnetwerk is gelijktijdig van elkaar niet meer mogelijk zonder aanzienlijke economische gevolgen. Er wordt daarom een nieuwe 380 kV-verbinding van Borssele naar Tilburg aangelegd, die zal bestaan uit twee tracés met een knip in Rilland waar een nieuw 380 kV station wordt gebouwd. Hiermee wordt voorzien in een grotere uitwisselcapaciteit met België en worden onderhoudsknelpunten in het 380 kV net opgelost (TenneT, 2016). In Reimerswaal wordt de nieuwe 380 kV verbinding gecombineerd met de bestaande 150 kV verbindingen vanaf station Willem-Anna-Polder tot aan Rilland, waardoor het bestaande 150 kV tracé kan worden afgebroken (zie figuur 9). Dit project is naar verwachting in 2022 gereed (Anon. 2017; Pers. Comm. Enduris, 2017).

Figuur 8: 380 kV en 150 kV hoogspanningslijnen en hoofdverdeelstations in de bestaande en toekomstige [ Anon. 2014]

.

Figuur 9: De huidige situatie van het hoofdverdeelstation Rilland. met op de voorgrond 20 kV middenpanningslijn die het decentraal opgewekte energie, afkomstig van het nabij gelegen windpark, naar het HS-net transporteert. In het midden wordt de 150 kV net vanaf de grond opgehangen en op het net verder gedistribueerd. Langs het hoofdverdeelstation loopt de 380 kV interconnectie hoogspanningslijn naar België

.

Figuur 10: Het hoofdverdeelstation Kruiningen in de huidige situatie met op de voorgrond 380 kV hoogspanningslijn Borsselle – Tilburg die langs het station loopt. In de linker hoek wordt de 150 kV net naar de grond afgehangen en op het hoofdverdeelstation verder gedistribueerd over een ondergronds tussenspanningsnet en een middenspanningsnet

.

Op de onderstations Rilland en Kruiningen wordt 150 kV hoogspanning getransformeerd naar 10kV en 20kV middenspanning. Vanuit de beide onderstations wordt tezamen ongeveer 10.000 gebruikers bediend (Anon. 2017; Pers. Comm. Enduris, 2017).

In dijkring 31 zijn de volgende typen en aantallen stations aanwezig:

2 hoofdverdeelstations
4 MS schakelstations
7 MS-verdeelkasten
280 MS-distributiestations (waarvan 277 zowel MS als LS rek)
207 LS-verdeelkasten

Mocht een onderstation onverwacht uitvallen dan kan het volgens Enduris één tot twee uur duren voordat het getroffen gebied weer spanning heeft. Bij een calamiteit als een overstroming met zout water kan dat meerdere weken tot een jaar zijn, afhankelijk van de duur, de schade en het aantal stations dat gerepareerd (vervangen) moet worden. In de tussentijd zorgt de regionale netbeheerder dat de niet getroffen gebieden zo snel als mogelijk weer spanning krijgen via omleidingen of noodvermogen (Anon. 2017; Pers. Comm. Enduris, 2017). Tijdelijk kan dit leiden tot transportbeperkingen waardoor bepaalde functies deels of geheel niet beschikbaar zijn.

Effecten overstroming

De effecten van een overstroming worden beschreven op de volgende pagina

Referenties

GAS Kwaliteits- en Capaciteitsdocument, Anon., Enduris B.V., 2017.
Hoogspanningsverbinding Borssele – Rilland, Anon., Tennet, 2014.
Samenvatting startbijeenkomst Kwetsbaarheid Vitale Infrastructuur Zeeland, Anon., Centre of Expertise Delta Technology, HZ, 2017.
Wat kost een stroomstoring nou eigenlijk, Gils, S. van, Follow the money, 6 februari 2019.
Kamerstuk 205, Kamp H., Ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie, 11 april 2016.
Netten voor distributie van elektriciteit, Oirsouw P., Phase tot phase, 6 februari 2019.
Amercentrale begint met stroom opwekken uit houtsnippers, Santen van H., 26 november 2018.
Hoe één verroest draadje de halve Randstad platlegt, Stokmans, D. & H. Logtenberg, NRC, 7 juli 2017.