Er komt een hoogspanningsnet tussen Chemelot en de Noordzee, bovenop het bestaande net. Dit dient om grote hoeveelheden stroom van de Noordzee over het land te distribueren. Voor dat doel worden twee ondergrondse gelijkspanningsverbindingen van 525 kV aangelegd.
Tussen Haringvliet en Maasbracht wordt een ondergrondse gelijkstroom hoogspanningsverbinding van 525 kV gelegd. Over ruim 160 kilometer komt deze op een diepte van 1,5 meter. Deze verbinding kan 2 GW (2000 MW) vermogen overbrengen en dient om industriecomplex Chemelot in Zuid-Limburg te verbinden met windparken op de Noordzee. De route loopt langs Breda, Tilburg en Eindhoven.
Ook tussen Egmond aan Zee en Diemen dient er in de ogen van hoogspanningsnetbeheerder Tennet een dergelijke verbinding te komen, maar dat is nog in studie. De lengte hiervan is ongeveer 40 km. Deze loopt van Egmond tussen Heiloo en Castricum door, langs Purmerend, en via het Amsterdamse havengebied naar Diemen.
Beide verbindingen worden genoemd in het Nationaal Plan Energiesystemen, kort voor de val van het kabinet gepresenteerd door minister Jetten. Hij baseert zijn voornemen op het in april gepresenteerde plan ‘Target Grid’, de visie van Tennet op het hoogspanningsnet van 2045. Uitvoering van dit plan gaat volgens Tennet ondanks de val van het kabinet gewoon door, maar bestuursvoorzitter Maarten Otto van netwerkbedrijf Alliander spreekt er in NRC zijn twijfels over uit.
‘Target Grid’ omvat versterking en uitbreiding van het bestaande wisselstroom hoogspanningsnet (HVAC), uitbreiding van het gelijkstroom hoogspanningsnet (HVDC) op zee, en aanleg van genoemde HVDC-verbindingen op land. Dat betreft kabels en daarnaast converterstations om wisselspanning om te zetten in gelijkspanning en andersom.
Tennet heeft dit programma inmiddels (deels) aanbesteed. Het gaat om acht converterplatforms op het Nederlandse deel van de Noordzee en zes op het Duitse deel. Plus 10.000 kilometer HVDC-kabel benodigd voor de verbindingen op land en zee. Daar zijn de komende decennia tientallen miljarden euro’s mee gemoeid, aldus een Tennet-woordvoerder. Tennet gebruikt de 525 kV HVDC-kabel al in de 623 kilometer lange Nordlink-verbinding tussen Duitsland en Noorwegen.
Ondergronds
Al veel langer is er de wens om alle hoogspanningsverbindingen ondergronds te leggen. Bij wisselspanning kan dat echter maar tot 150 kV, en dan ook nog over een afstand niet langer dan twintig kilometer. Bij hogere spanningsniveaus is dat met gelijkstroomkabels beter mogelijk. De meeste hoogspanningsnetten van 110 en 150 kV liggen in Nederland overigens al ondergronds.
Ondergrondse verbindingen zijn echter duurder dan bovengrondse. Ze kunnen bovendien hun warmte slecht kwijt. Dit speelt vooral bij zwaar belaste kabels in veengrond. Soms is het nodig grond te vervangen door zand met een betere thermische geleidbaarheid, aldus de website hoogspanningsnet.com.
Ondergrondse kabels moeten ook geïsoleerd zijn tegen vocht en lekstroom, en gepantserd tegen boomwortels en graafmachines. Daarom worden er afdekplaten bovenop gelegd.
Een sleuf graven voor zo’n ondergrondse verbinding ligt uiteraard gevoelig. Het moet soms dwars door woonwijken, en onder wegen, kanalen en spoorlijnen door. Bovendien liggen er al veel kabels, leidingen en buizen. Bezwaarprocedures zijn dus te verwachten, maar ‘dat is voor ons business as usual’, zegt de Tennet-woordvoerder.
In de toekomst zal vaker gebruik worden gemaakt van Horizontal Direct Drilling (HDD: gestuurd boren). Deze tamelijk nieuwe techniek is inmiddels concurrerend met open ontgraven. Dat betekent een groot voordeel: ‘je prikt zo onder een kanaal, bos of lintdorp door’, zegt een deskundige.
HDD is inmiddels toegepast in de anderhalf kilometer lange verbinding tussen Diemen en IJburg, en ook bij het aan land brengen van twee zeekabels, bij de Maasvlakte en bij Wijk aan Zee. Daar gaat de kabel achttien meter onder de zeewering door. Maar ook met deze techniek heeft Tennet te maken met andere partijen en kunnen er juridische procedures volgen.
Overlay-net
De stroomsnelwegen van 525 kV gelijkspanning (DC: direct current) vormen een ‘extra’ stroomnet (‘overlay-net’), dat maar op een beperkt aantal punten (zogenaamde ‘hubs’) wordt verbonden met het reguliere stroomnet. Dat beperkte aantal verbindingen komt de stabiliteit van beide netten ten goede, aldus Tennet. De optelsom van beide netdelen noemt Tennet ‘Target Grid’.
Deze ‘stroomsupersnelwegen’, in de woorden van Tennet, zijn specifiek bedoeld voor bulktransport van zeer grote hoeveelheden (duurzame) elektriciteit. Bijvoorbeeld van en naar buurlanden – zo’n verbinding wordt ‘interconnector’ genoemd – of van windparken op de Noordzee naar industriële verbruiksclusters in het achterland.
Het reguliere hoogspanningsnet is dubbel uitgevoerd, maar de supersnelwegen bestaan uit enkele verbindingen. Eventuele uitval van zo’n snelweg beïnvloedt volgens Tennet niet het transport aan stroomverbruikers. Dat verloopt via het reguliere 380 KV-net en dat is sterk genoeg om, met eventuele invoeding vanuit het buitenland, alle verbruikers enige tijd van voldoende elektriciteit te voorzien.
Wel leidt uitval van de 525 KV-kabel ertoe dat bijvoorbeeld offshore windparken hun productie niet kwijt kunnen. Maar dat risico weegt niet op tegen de meerkosten van een dubbele verbinding.
Met converters op basis van halfgeleidertechniek is wisselspanning om te zetten in gelijkspanning, en andersom. Vanwege het risico bij dergelijke hoge spanningsniveaus op overslag tussen de componenten staan de grote converters ver uit elkaar in hallen met het formaat van een vliegtuighangar.
Hoogspanningslijnen of -stations zijn in- of uit te schakelen met behulp van vermogensschakelaars. Dat is nog niet zo eenvoudig, vanwege de vlamboog die ontstaat tijdens het schakelen van dergelijke enorme vermogens. Bij 50 Hz wisselstroom is er honderd keer per seconde geen stroom (het nulmoment), wat de kans biedt om te schakelen. Maar bij gelijkstroom is dat moment er niet.
De 525 kV HVDC-verbindingen had Tennet al op het oog om de verder op de Noordzee gelegen windparken, zoals IJmuiden Ver en Nederwiek, met het vaste land te verbinden. Die verbindingen zijn uiterlijk 2031 operationeel. Voor de genoemde verbindingen op land – Haringvliet-Maasbracht en Egmond – Diemen – zijn nog geen jaartallen genoemd.
Er zijn nog enkele innovaties nodig om een ‘vermaasd‘ HVDC-net – met meerdere kabels die op elkaar aansluiten – mogelijk te maken. Het ontbreekt nog aan vermogensschakelaars voor dergelijke hoge spanningen. Ook de interoperabiliteit tussen converters van diverse aanbieders moet nog beter.
HVDC- versus HVAC-kabel
Een HVDC-kabel bestaat uit drie geleiders: een plus-kabel, een min-kabel en een nul-kabel, plus nog een dunne glasvezelkabel voor informatie-uitwisseling. Ze zijn uitgevoerd met een polyetheen mantel. De kabels in de zeebodem krijgen extra bescherming in de vorm van een stalen raster, plus een extra mantel vanwege waterdichtheid. De zeekabel is vanwege die lagen een paar centimeter dikker dan een landkabel en moet extra voorzichtig worden gelegd: niet te scherpe bochten, niet teveel trekkracht bij boringen. Een gelijkspanningslandkabel van 525 KV is 15 centimeter dik en weegt 50 kilogram per meter.
Bij het transport van elektriciteit zijn er altijd verliezen. Deze transportverliezen zijn (ongewenste) elektrische verliezen in het geleidende metaal van de kabel, veroorzaakt door de elektrische weerstand ervan. Voor deze verliezen maakt het niet uit of men wisselspanning of gelijkspanning gebruikt. Koperverliezen zijn te verminderen door een hogere spanning te kiezen. Als de spanning verdubbeld wordt en dus de stroom gehalveerd, zijn de koperverliezen viermaal zo klein. Bij wisselspanning zijn er behalve de koperverliezen ook nog elektromagnetische verliezen. Als een hoogspanningskabel voor wisselspanning langer wordt, werkt de kabel zichzelf als het ware steeds meer tegen. Bij gelijkspanning speelt dit effect niet.
China
Internationaal is men ook bezig met deze HVDC-verbindingen. Op zee, om windparken te verbinden met de kust, en voor interconnector-kabels tussen landen, is het al standaard. Zoals de Norned-kabel, Nederland – Noorwegen (623 km), en de BritNed-kabel. De ‘COBRA’-verbinding (Eemshaven-Endrup, Denemarken) is inmiddels in werking.
In Duitsland staan al wel 525 kV-verbindingen op land in de planning. De SüdOstLink moet in 2030 operationeel zijn, de NordOstLink in 2031. Ook worden HVDC-interconnectoren overwogen tussen Frankrijk en Spanje en tussen Duitsland en België. Bekeken wordt nog of de verbinding Haringvliet-Maasbracht kan worden doorgetrokken naar Duitsland, om het Ruhrgebied van stroom te voorzien.
China gebruikt HVDC in zeer lange koppelnetverbindingen om enorme vermogens van de stuwmeren in de bergen naar de miljoenensteden aan de oostkust te krijgen. In 2018 werd de Changji-Guquan UHVDC Link in bedrijf gesteld, die zelfs met 1100 kV DC net zo zwaar is als de zwaarste bovengrondse wisselstroomverbindingen ter wereld.
Bovengrondse HVDC-verbindingen van 2000 kilometer met 800 kV als werkspanning zijn al in gebruik in Congo en Brazilië (Itaìpu).
Al sinds dit jaren veertig worden grondkabels voor wisselspanningen tot 150 kV toegepast. Maar zulke kabels waren aanzienlijk duurder en minder betrouwbaar dan luchtlijnen. Ook kennen ze een langere reparatietijd bij schade en kunnen ze moeilijker aangepast worden aan toenemende belasting. Volgens deskundigen is het technisch vooralsnog niet mogelijk om een betrouwbare ondergrondse 380 kV AC-verbinding aan te leggen wanneer deze langer moet zijn dan 20 kilometer.
Overigens is een stuk van ongeveer tien kilometer al in gebruik tussen Delft en Pijnacker. Op dit moment loopt Nederland daarmee voorop: het is de langste 380 kV-wisselstroomkabel ter wereld in een koppelnetverbinding. Hoe deze zich gedraagt blijkt pas wanneer hij op volle capaciteit wordt belast.
Kapitaalvernietiging
De meeste verbindingen in het bestaande Nederlandse hoogspanningsnet kunnen nog zo’n dertig tot vijftig jaar mee. Het zou kapitaalvernietiging zijn om deze al in de nabije toekomst te vervangen door ondergrondse verbindingen. Denemarken heeft overigens wel besloten om alle hoogspanningslijnen ondergronds te brengen, ook die nog (lang) niet aan het eind van hun levensduur zijn.
