Transitietechnologie - Factsheets energietechnologieën

Elektriciteittransport

Stand van de techniek

Technologiebeschrijving
De infrastructuur voor elektriciteitstransport en -distributie functioneert in Nederland als volgt. Grote elektriciteitscentrales leveren elektriciteit aan het hoogspanningsnet. Het gaat hier om hoogspanningwisselstroom (HVAC, High Voltage Alternating Current), op 220 of 380 kV. Regionaal elektriciteitstransport vindt plaats door transformatie naar 110 of 150 kV. Het transport van elektriciteit vindt plaats van hoogspanning via middenspanning naar laagspanning. Een deel van het industri?le elektriciteitsverbruik vindt plaats op het niveau van middenspanning. De kleinverbruikers nemen elektriciteit af via het laagspanningsnet.

Hoogspanningswisselstroom is de dominante vorm van hoogspanningstransport over afstanden tot honderden kilometers. Een andere optie is hoogspanningsgelijkstroom (HVDC, High Voltage Direct Current). Bij HVDC treden geen blindstroomverliezen op en zijn de transportverliezen geringer dan bij HVAC. HVDC wordt toegepast in het elektriciteitstransportsysteem waar AC niet economisch inzetbaar is. Een groot voordeel van HVDC is dat asynchrone netwerken kunnen worden gekoppeld. Vermogensuitwisselingen zijn met HVDC gemakkelijker te sturen dan met HVAC. HVDC wordt o.a. gebruikt voor transmissie over grote tot zeer grote afstanden op land, overbrugging van grote zeestraten en ?Back-to-back? koppeling van asynchrone netwerken. HVDC kan o.a. een rol spelen bij het aan land brengen van door offshore windparken geproduceerde elektriciteit.

Decentrale elektriciteitsopwekking en de inzet van duurzame bronnen met een intermitterend aanbod zoals windenergie en PV kunnen gevolgen hebben voor de elektriciteitsinfrastructuur.

Huidige toepassing
In 1997 stond in Nederland voor tientallen miljarden guldens aan elektrische laag- en hoogspanningsinstallaties opgesteld (Smit, 1997), wat overeenkomt met cumulatieve ?assets? in het hoogspanningsnet van tenminste ? 10 miljard. TenneT, die in Nederland is belast met het hoogspanningstransport, investeert de komende jaren ca. ? 400 mln in nieuwe hoogspanningsverbindingen in de Randstad. Al in 2005 moet de eerste nieuwe verbinding klaar zijn. De aanleg van nieuwe hoogspanningsverbindingen houdt met name verband met de toenemende vraag naar elektriciteit in huishoudens en de ICT-sector (EnsocWeekly, 2003a).

Thans wordt 10 tot 15% van alle elektriciteit die in Nederland op jaarbasis wordt gebruikt ge?mporteerd uit Duitsland of Belgi? (c.q. Frankrijk). Dit percentage kan niet veel meer toenemen op basis van de huidige grensoverschrijdende hoogspanningsverbindingen met Duitsland en Belgi?. Deze verbindingen hebben een capaciteit van ca. 3600 MW (ETSO).

TenneT en de zustermaatschappij in Engeland de National Grid Transco (NGT) hebben onlangs besloten een nieuwe hoogspanningsverbinding aan te leggen tussen Nederland en Groot Brittanni?. Deze HVDC-verbinding zou een capaciteit krijgen van 1000-1300 MW. De ca. 200 km lange zeekabel met zogenoemde converter stations (voor het gelijkrichten van wisselstroom en het weer omzetten van gelijkstroom in wisselstroom) zou een investering van ? 300-400 mln vergen (Ensoc Weekly, 2003b). Door de aanleg van deze HVDC-verbinding wordt ook in Nederland ervaring opgedaan met andere typen hoogspanningstransport dan de gebruikelijk hoogspanningswisselstroom. Deze ervaring kan van nut zijn bij de grootschalige ontwikkeling van offshore windenergie, die ook toepassing van HVDC nodig zal maken, zoals hierna zal blijken.

Tot nu toe is er beperkte ervaring met het koppelen van windturbineparken door middel van HVDC-technologie. In Denemarken is voor het eerst een klein offshore windpark met vier turbines (totaal vermogen 6,5 MW) door middel van HVDC Light? (ABB) aan het elektriciteitsnet gekoppeld (S?brink, 2002).

Voor elektriciteitstransport over zeer grote afstanden wordt al in toenemende mate HVDC toegepast, o.a. bij waterkrachtprojecten in Brazili?, China en andere landen. Ook zijn er 23 HVDC-projecten met een zee-infrastructuur gebouwd, in uitvoering of gepland. Deze hebben een totale capaciteit van ca. 16.000 MW (Balloch, 2003; Internetbron 1; Lako, 2003), waarvan ca. 3100 MW werd gerealiseerd in de negentiger jaren van de 20ste eeuw.

Ontwikkelingsfase en verbeteropties
HVDC en HVAC zijn volop in ontwikkeling. Sommige elektriciteitsbedrijven beproeven FACTS technologie (Flexible AC Transmission Systems), een techniek die volgens (Gr?nbaum, 2002) veel mogelijkheden biedt om AC-netten effici?nter te benutten. Vergroting van de capaciteit met 30% lijkt haalbaar (Roseman, 2002). Ook worden nieuwe bekabelingstechnieken voor ondergrondse kabels onderzocht en andere technieken om de transmissie-efficiency te vergroten.

Technische gegevens en kostenaspecten
De karakteristieken van hoogspanningstransport voor relatief vlak terrein op basis van hoogspanningswisselstroom (HVAC) op land en hoogspanningsgelijkstroom (HVDC) op land en offshore zijn als volgt.

Hoogspanningswisselstroom (HVAC)
Bij HVAC worden onderscheiden: 1 x 220 kV, 2 x 220 kV en 1 x 380 kV (Tabel 8.1) (ICF, 2002).

Tabel 1 Kosten hoogspanningswisselstroom (HVAC) in [k?/km]
Bron: ICF, 2002.

Over kostendalingen bij HVAC zijn geen gegevens gevonden. De grootste kostenreducties zijn te realiseren door overgang van 220 naar 380 kVac en door verdubbeling van HVAC-verbindingen (2 x 380 kVac, 2 x 220 kVac).

Hoogspanningsgelijkstroom (HVDC)
Bij HVDC treden geen blindstroomverliezen op en zijn de transportverliezen geringer dan bij HVAC. Daardoor kan op brandstof en op de kosten van hoogspanningsverbindingen worden bespaard. Daartegenover staan hogere kosten voor converter stations in vergelijking met transformatorstations bij HVAC. HVDC-verbindingen en converter stations hebben een levensduur van ca. 50 jaar.

Voor offshore toepassing van HVDC wordt onderscheid gemaakt tussen twee capaciteiten, namelijk 600 MW en 1200 MW, terwijl voor HVDC op land alleen data worden gegeven voor een verbinding van 220 MW (in Tabel 2). Omdat de HVDC-technologie nog in ontwikkeling is, kunnen voor offshore-projecten op lange termijn de laagste kosten in k?/km als richtwaarden gelden.

Tabel 2 Kosten hoogspanningsgelijkstroom (HVDC)  

Bron: ECN-rapport ECN-C--04-020, 2004