Decentrale opwekking van elektriciteit onder de loep

Op 9 april is in Arnhem het Flex Power Grid Lab officieel geopend. Dit laboratorium biedt een ideale test- en onderzoeksomgeving voor geavanceerde vermogenselektronica. Bedrijfsleven én universiteiten kunnen nu beter onderzoeken hoe decentraal opgewekte energie – door bijvoorbeeld windmolens, micro-WKK-installaties en zonnecellen – kan worden ingepast in het elektriciteitsnet. ECN en KEMA werkten zeer nauw samen in de totstandkoming van dit laboratorium.

Met de blijvende groei van het aantal decentrale energieopwekkingseenheden – onder meer als gevolg van de zorg om het veranderende klimaat – en nieuwe ontwikkelingen zoals de HSL en smart grids, de zogenoemde ‘intelligente elektriciteitsnetten’, speelt het Flex Power Grid Lab (FPG-lab) in op het aspect van energieveiligheid. Het toekomstige elektriciteitsnet moet immers ingesteld zijn op de toename van elektriciteit gegenereerd uit deze decentrale eenheden. Dit laatste kan zorgen voor vervuiling op het centrale elektriciteitsnet.

Die vervuiling op het net is aan limieten gebonden. Er zijn normen voor, maar geschikte faciliteiten om de vermogenselektronica met groot vermogen bij de grenzen van die normen te testen bestonden nog niet. Wereldwijd niet. Tot nu. Over drie à vier jaar moeten jaarlijks circa 125 proeven worden uitgevoerd. Uiteindelijk moeten die proeven bijdragen aan een duurzamere wereld, of in elk geval een wereld waarin decentrale stroomopwekking beter in het net kan worden ingepast.

Hoogleraar vermogenselektronica prof.dr. J.A. Ferreira, TUDelft Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica:“Alle kleine opwekkers, zoals windmolens, gebruiken vermogenselektronica om hun energie om te vormen tot 50 hertz netspanning. Het nieuwe laboratorium biedt de mogelijkheid om de wisselwerking van die elektronica met het net en met andere omvormers te testen.”

Uniek
Wat het Flex Power Grid Lab uniek maakt, is de mogelijkheid om een flexibel middenspanningsnet te creëren, dat bewust vervuild is. Wanneer twee vermogenselektronica-componenten te dicht bij elkaar geplaatst zijn, kan instabiliteit in het elektriciteitsnet ontstaan, met elektriciteitsuitval als mogelijk gevolg. Het nieuwe laboratorium is in staat deze instabiliteit natuurgetrouw weer te geven. In het laboratorium kan apparatuur worden getest bij voortdurende industriële middenspanningen (tien keer hoger dan in andere laboratoria), waarbij de programmeerbare omvormer fungeert als een 1 MegaWatt versterker met een vermogen dat tien keer hoger is dan dat op het grootste popconcert.

Tot nog toe is er veel aandacht geweest voor de ontwikkeling van de afzonderlijke technologieën voor het opwekken van duurzame elektriciteit. Maar er is tot nu toe nog te weinig studie verricht naar de vraag hoe die elektriciteit moet worden getransporteerd en ingezet in het huidige netwerk. Met het Flex Power Grid Lab kunnen bedrijfsleven en universiteiten testen en onderzoeken hoe vermogenselektronica kan worden verbeterd om verstoringen in het elektriciteitsnet, onder andere door toevoeging van duurzame energie, te voorkomen. Juist dit gegeven stelt bedrijven en onderzoekers in de gelegenheid om de componenten voor het elektriciteitsnet van de toekomst te ontwikkelen.

Het hart van de opstelling van het FPG-lab is de rij watergekoelde vermogensomvormers in de kelder. Die worden zodanig aangestuurd dat ze een netspanning van maximaal 4.000 volt tot 20 procent vervormen. Ter vergelijking: de maximaal toegestane vervorming op het elektriciteitsnet bedraagt 8 procent.

De helft van de tijd is het lab gereserveerd voor tests in opdracht van het bedrijfsleven door KEMA, de andere helft voor onderzoek door ECN, TU Delft en TU Eindhoven. De vier miljoen euro kosten voor de nieuwe faciliteit zijn gelijk verdeeld tussen KEMA en het ministerie van Economische Zaken. Het laboratorium is gevestigd bij KEMA in Arnhem om optimaal gebruik te maken van de daar al aanwezige infrastructuur.

Josco Kester, ECN-projectleider Intelligent Distribution Station: “We zijn op dit moment bijvoorbeeld met het project ‘Intelligent Distribution Station’ bezig. Daarin ontwerpen en bouwen we, samen met industriële partners, een intelligent onderstation voor elektriciteitsnetten. Dit intelligente onderstation maakt het mogelijk om meer duurzame opwekking te integreren in het elektriciteitsnet. Het station wordt getest in het FPG-lab daarna gaan we het ook in het veld testen in het net van Continuon.”

Contact:
Peter Heskes
ECN Energie Gebouwde Omgeving & Netten
Tel.: 0224 - 564780
heskes@remove-this-part-ecn.nl