Over technische infrastructuren

02-10-2019

Over technische infrastructuren

Afgelopen week was er bij Dell EMC in Amsterdam een interessante bijeenkomst over hoe open data kan helpen de energietransitie effectiever en efficiënter te laten verlopen (zie ook de podcast hierover). Meten is immers weten. In Nederland komt steeds meer open data beschikbaar over de kwaliteit van onze essentiële technische infrastructuren als elektriciteit, gas, water, communicatie etc. Die data wordt helaas te vaak op verschillende plaatsen, onder verschillende verantwoordelijke organisaties en in afzonderlijke silo's bewaard. Het vinden, controleren, opschonen en standaardiseren van die data om vanuit een groter perspectief hiernaar te kunnen kijken, is Fortierra's uitdaging.

Historie

De eerste fabrieken* voor lichtgas werden in 1825 in ons land gebouwd. De grotere steden hadden al in de negentiende eeuw een grote ondergrondse infrastructuur voor gaslevering aan bedrijven en particulieren. Daarnaast gebruikte men voornamelijk kolen en huisbrandolie om kachels te stoken. Na de ontdekking van ons aardgas in Slochteren hebben we in Nederland in de jaren zestig en zeventig van de vorige eeuw een groot deel van onze huidige technische energie infrastructuren opgebouwd. De omschakeling van stadsgas naar aardgas was zo'n grootschalige operatie. De gastransitie in die tijd was de ombouw van stadsgas-installaties in de steden naar aardgas en de aanleg van aardgasnetwerken op het platteland als vervanging van olie en kolengestookte kachels. Een enorme inspanningen gebaseerd op een lange termijnvisie en één van de best uitgevoerde energie-transities in Europa!

In diezelfde tijd werden ook veel nieuwe elektrische hoogspanningsnetten in Nederland aangelegd. Gebaseerd op het principe van een groot aantal via hoogspanning verbonden kolen- en gasgestookte centrales. Via dat hoogspanningsnetwerk worden steden en dorpen voorzien van knooppunten met steeds lagere spanning. Formeel spreken we alleen over hoogspannings- en laagspanningsnetten. Informeel speken we over midden-spanningsnetten als de spanning tussen de 3 kV en 26 kV is. Dit is feitelijk het meest uitgebreide elektriciteitsnet van allemaal dat via wijkstations uiteindelijk eindigt in de haarvaten van het net bij woningen en kantoren.

Status en beschikbaarheid

Onze gasnetten zijn nog steeds één van de betrouwbaarste van de hele wereld. Volgens Netbeheer Nederland ligt de gemiddelde tijd dat een klant geen gas heeft rond de 1 minuut. De gemiddelde duur van een storing is twee en half uur waarbij afgelopen jaar 1 op de 142 eindgebruikers met een storing werd geconfronteerd. Het grootste aantal storingen komt voor bij de gasmeteropstelling (63%) hetgeen meestal een gevolg is van slijtage, veroudering of inwendig defect. Voor de leidingen worden de meeste storingen veroorzaakt door corrosie, veroudering, gevel- en grondverzakkingen en door onzorgvuldig graafwerk (25%).

Ook onze elektriciteitsnetwerken zijn betrouwbaar en hebben een hoge beschikbaarheid. De ACM meldt in zijn factsheets dat de gemiddelde gebruiker jaarlijks 20 minuten geen stroom heeft door een onderbreking, veroorzaakt in het net van de regionale netbeheerders. Die uitval is de afgelopen jaren redelijk stabiel en onderbrekingen hebben in het midden-spanningsdeel het grootste aandeel in de totale jaarlijkse uitvalduur. De Autoriteit Consument & Markt controleert of de spanningskwaliteitscriteria voldoen aan de overheidsregels. In de wandelgangen is dit bekend als het PQM-project, het Power Quality Monitoring-project. Op basis van metingen levert dit een indicatie van de spanningskwaliteit van de Nederlandse elektriciteitsnetten.

Kwaliteit

Wat betreft beschikbaarheid zijn zowel het Nederlandse gas- als elektriciteitsnet zeker in orde. Anders wordt het als we naar de kwaliteit van de geleverde spanning van onze elektriciteitsnetten kijken. In toenemende mate worden deze distributienetten belast met wat velen intussen ‘toevalstroom' noemen. Stroom die ‘toevallig' aan het net wordt toegevoerd omdat het waait of de zon schijnt. Energie waar je lastig een betrouwbare energievoorziening mee opbouwt, omdat als die bron opeens ophoudt, ergens anders snel beschikbare elektriciteit moet worden geregeld. Hoe groter het aandeel toevalstroom wordt, hoe lastiger het wordt onze energielevering stabiel te houden. Er ontstaan steeds vaker variaties in spanning en de powerfactor komt buiten de afgesproken specificaties. De Powerfactor is een maat hoe spanning en stroom in fase lopen; zo niet dan ontstaat er ‘blindstroom'. Dat is stroom die wel het net belast maar geen energie overdraagt en dus de capaciteit van onze energievoorziening verminderd.

Wanneer het spanningsniveau te hoog of te laag wordt, kan dit leiden tot versnelde veroudering, storingen en – vooral in het geval van spanningsstijging – beschadiging van elektrische apparaten. Dit gebeurt vooral als er wisselend aanbod (zoals windmolens of zonnepanelen) of snel wisselende vraag ontstaat (zoals elektrische auto's en warmtepompen). Dus onze gewenste energietransitie van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie doet op twee manieren een zwaar beroep op onze elektrische infrastructuur. Enerzijds door een groter variërend aanbod en anderzijds door een groeiend variërende vraag. Een andere vorm van netvervuiling is de aanwezigheid van hogere harmonischen op de basisfrequentie van 50 Hz. Momenteel een groeiend probleem door steeds meer – vaak goedkoop – schakelende elektronica die direct met het net is verbonden zoals Ledverlichting en omvormers.

Uitdagingen of problemen?

Ons elektriciteitsnet is – hoewel het nog prima functioneert – ook best oud. Veel distributiekabels liggen al vele decennia onder de grond en zijn ooit aangelegd vanuit het principe van hoog naar laag en van groot naar klein. Grote dikke verbindingen van en tussen landen en energiecentrales en dan via midden-spanningsnetten naar de eindgebruikers. Zonder enige vorm van terug levering. Zonder al te grote spanningsvariaties. Zonder al te grote hogere harmonischen. Zonder al te grote blindstroom-belastingen. Kabels en verbindingsmoffen waarvan de kwaliteit na 50 jaar minder wordt, waar vocht in kan zijn gekomen. Die langzaam zijn gaan corroderen. Kortom, op het moment dat we met een energietransitie besluiten (veel) meer elektriciteit te gaan gebruiken, loopt onze elektrische infrastructuur op een groot aantal plaatsen tegen zijn maximale levensduur aan.

Bekend is het filmpje waar een metershoge steekvlam ontstond op een – door toeval – net ontruimd terras toen door een graaf-incident kortsluiting ontstond in een ondergrondse 26kV distributiekabel. De kwetsbaarheid van ondergrondse kabels is afgelopen decennia gegroeid omdat we aan het einde van de zogenaamde badkuipkromme komen van technische systemen. De badkuipkromme is een beschrijving van de kosten voor een apparaat of systeem tijdens de levensduur van dat apparaat. In het begin zijn er onvolkomenheden en die moeten worden aangepast of gerepareerd. Aan het einde van de levensduur nemen de kosten van reparatie, onderhoud en vervanging steeds meer toe. Veel delen van onze huidige elektrische infrastructuur lijken dit laatste deel van de badkuipkromme te hebben bereikt. Dat zijn vooral oude bestaande stedelijke infrastructuren waar vernieuwing, naast overlast ook erg kostbaar zal zijn.

Remedie

Enerzijds is weten meten. En gelukkig stelt de grotere beschikbaarheid van open data ons in staat de non-kwaliteit van onze energielevering steeds beter inzichtelijk te maken. Maar weten betekent ook handelen, zoals ik in mijn vorige blog ‘sustainability en digitalisering' al stelde. Bestuurders die weten dat we eerst onze elektrische energiedistributie infrastructuur moeten vernieuwen en uitbouwen, vóórdat we verder kunnen met hernieuwbare energievormen, hebben een verantwoordelijkheid voor de toekomst. Bezint voordat ge begint, is een heel oud gezegde dat nog steeds geldt. Die politieke bezinning zie ik helaas nog veel te weinig...

*) Gemeentelijk Gas Bedrijven (GGB) en Gemeentelijk Elektriciteit Bedrijven (GEB) zijn ontstaan voor veiligheid (licht op straat) in de steden. Vanuit concurrentie is elektrificatie van openbare verlichting & openbaar vervoer ontstaan (trams/trolleybus).

Door: Hans Timmerman (foto), directeur van Fortierra

Terug naar nieuws overzicht

Tags

data, Digital