TenneT bouwt in windenergiegebied IJmuiden Ver aan twee transformatorplatforms die de wisselstroom van de windenergie op zee omzetten in gelijkstroom. Een primeur in Nederland. Voor het transport van stroom wordt gebruik gemaakt van High Voltage Direct Current (HVDC): gelijkstroom met hoge spanning. Over lange afstanden zijn er met HVDC relatief minder verliezen dan bij wisselstroom (AC) systemen. Toch is de keuze voor HVDC niet zomaar voor de hand liggend.
Oorsprong
Zeekabels voor elektriciteit bestaan al heel lang. Een aantal van de Waddeneilanden en wereldwijd vele andere eilanden en windparken zijn door middel van zeekabels aangesloten op het elektriciteitsnet. Ook kabels die gebruik maken van gelijkstroom zijn niet nieuw.
Zware HVDC-kabels zijn een vrij nieuw fenomeen in vergelijking met de van oudsher toegepaste AC hoogspanning. Ze worden veelal gebruikt voor onderzeese verbindingen om elektriciteit internationaal te kunnen transporteren en om vraag en aanbod van landen aan elkaar te koppelen, waar dat vroeger niet mogelijk was omdat er een zee tussen lag. Ze zijn onmisbaar geworden in het net.
Zeekabels die in staat zijn tot het transporteren van het totale vermogen van een grote centrale zijn een betrekkelijk nieuw fenomeen. Dat komt omdat het technisch ingewikkeld is om een vermogen van wisselstroom om te zetten naar gelijkstroom en het aan de andere kant van de kabel weer terug te veranderen in wisselstroom.
De eerste van de nieuwe generatie HVDC-interconnectors met een groot vermogen is de in 1991 opgeleverde Baltic Cable (Duitsland-Zweden).
Ontwikkelingen
Sinds dat jaar zijn de ontwikkelingen in kabeltechniek en conversiestations aan weerzijden snel gegaan. Op dit moment liggen zo’n dertig HVDC kabels door de Europese zeebodem (en deels bovengronds).
In Nederland werd de NorNed-kabel, tussen Nederland en Noorwegen, in 2008 opgeleverd. Deze verbinding heeft een capaciteit van 700 MW en is momenteel de langste onderzeese stroomkabel ter wereld.
In 2010 is ook de BritNed-kabel gereed gekomen, met een nog iets hogere capaciteit (1000 MVA). Een derde verbinding is momenteel in aanleg, de COBRA Cable (tussen de Eemshaven en Endrup).
Vergelijking
Alternating Current (AC), oftewel wisselspanning verschilt van Direct Current (DC) gelijkstroom omdat bij wisselspanning de stroom voortdurend van richting veranderd.
Globaal genomen zijn er bij wisselstroom hogere kosten per kilometer en lagere kosten voor de stations aan weerzijden. Bij een hoogspanningsnet voor gelijkstroom is dat net andersom: daar zijn hogere kosten voor complexere on- en offshore converterstations en lagere kosten per kilometer. Hoe zit dat precies?
- Kosten per kilometerDe energieproductie van windparken op zee die verder van de kust af liggen, kan via een HVDC-net kostenefficiënter getransporteerd worden naar het vasteland omdat de kosten per kilometer lager zijn dan die van AC. Dat komt onder meer omdat de kabels van HVDC gemiddeld kleiner van omvang zijn dan die van AC. De achterliggende reden is dat de HVDC-kabels relatief minder warmteverlies geven zodat er minder materiaal nodig is.
- Efficiënter transportHet transport van elektriciteit over lange afstanden verloopt over het algemeen efficiënter via HVDC-systemen dan via traditionele wisselstroom (AC) systemen. Dat komt vooral omdat er bij DC-verbindingen geen blindvermogen wordt getransporteerd zoals dit bij AC-verbindingen wel het geval is. Blindvermogen is vermogen dat wel door de kabel heen en weer pendelt en daarmee niet bijdraagt aan het transport van energie door het net, maar wel aan de energieverliezen in het net.
- Interconnectie van asynchrone zonesBijna het gehele vaste land van Europa vormt één synchroon gekoppelde zone. Het Verenigd Koninkrijk, Ierland, Scandinavië en de Baltische Staten vormen ieder een eigen synchrone zone, waarin de netfrequentie niet synchroon loopt met de rest van het Europese vaste land. AC-interconnecties zijn in deze gevallen geen optie. Elektriciteitsverbindingen met deze landen kunnen daarom alleen via HVDC.
- RuimteverschillenDe doorsnede van AC-kabels wordt bepaald door de stroomsterkte en de kabellengte. Bij wisselstroom zijn er aanvullende eisen volgens de NEN10102. De doorsnede van HVDC-zeekabels is vaak groter dan die van AC-kabels vanwege de hogere vermogens en lagere verliezen. Ook voor de converterstations voor HVDC is veel meer ruimte en technologie nodig dan de transformatorstations voor AC.
- Hogere kostenTegenover de relatief lagere kosten per kilometer, staan de vele malen complexere en dus hogere kosten voor de on- en offshore converterstations dan die nodig zijn voor de transformatorstations van wisselstroomsystemen. Dat komt met name door de vermogenselektronica. De technologie hierachter omvat veel hoogfrequente componenten die zo'n 10.000 keer per seconde schakelen. In totaliteit zijn er voor HVDC hogere kosten voor:
- Onderhoud en logistiek;
- De converterstations aan het begin en de aan het einde bij de aanlanding;
- Hogere initiële- en investeringskosten.
Naar de praktijk
Hoewel de keuze voor HVDC vooral evident is voor de langere afstanden, vraagt het nogal wat aan investeringen van de netbeheerders. Ook op andere vlakken, zoals voor kennisontwikkeling en de veel complexere logistieke processen.
Op verschillende plekken wordt intussen gewerkt aan de bouw van HVDC-systemen, zoals voor IJmuiden Ver.
Om de steeds groter wordende opbrengst van windenergie aan land te brengen, bouwt TenneT samen met haar partners in 2032 minimaal 14 hoogspanningsgelijkstroom (HVDC) offshore netaansluitsystemen met elk een transportcapaciteit van 2 gigawatt (GW) in de Nederlandse en Duitse Noordzee. Eenmaal geïmplementeerd, zullen ze tot 35 miljoen huishoudens voorzien van groene windenergie uit de Noordzee.
Ook in Europees verband lijkt de toekomst te wijzen in de richting van HVDC. Het Europese net kan aaneen worden geklonken tot een veel effectiever netwerk waarin verschillende geografische gebieden veel efficiënter gebruik kunnen maken van bestaande en hernieuwbare productie en verschuivend gebruik.
Nieuwe planning
Op 28 april 2024 heeft demissionair minister Jetten de aanvullingen op de routekaart wind op zee naar de Kamer gestuurd. Hierin is een aangepaste planning opgenomen voor het gereedkomen van een aantal kavels en tenders. Als gevolg van de ruimere termijn voor het aansluiten van de windparken op de TenneT platforms én als gevolg van vertraging in de oplevering van enkele platforms, verschuiven de data van ingebruikname van de windparken.
