Als je het volle stroomnet wil snappen, ontkom je niet aan een snelle opfriscursus natuurkunde. Gelukkig hoef je daarvoor niet zelf de studieboeken in te duiken. Mats van Loon is 'Natuurkundedocent van het Jaar' en heeft het er regelmatig over met zijn leerlingen. "Dan probeer ik zo'n maatschappelijk probleem te combineren met de natuurkundige uitleg", vertelt hij.
Elektronen
"Het verschilt wel per klas, hoor: met de tweedeklassers heb ik het er alleen algemeen over, in de bovenbouw bespreken we ook de natuurkundige details", vertelt Van Loon. "Dan hebben we het bijvoorbeeld over elektronen."
Ja, want elektronen? Daar begint het mee. Het zijn kleine deeltjes die energie kunnen verplaatsen. En als ze dat doen, krijgen we stroom. Er moet dan wel een 'route' zijn die de elektronen kunnen volgen; ze kunnen niet zomaar ergens naartoe stromen, maar hebben een netwerk van bijvoorbeeld kabels nodig om doorheen te bewegen. Zie daar: het stroomnet.
"Ons stroomnet kun je vergelijken met een wegennet", verduidelijkt woordvoerder Peter Hofland van netbeheerder TenneT. "Door heel Nederland lopen snelwegen: dat is het hoogspanningsnet van TenneT. Daar zijn alleen tientallen zeer grote verbruikers en opwekkers van elektriciteit rechtstreeks op aangesloten."
"Dan heb je provinciale wegen: dat zijn de middenspanningsnetten van Liander, Stedin en Enexis. Daar zijn vrijwel alle bedrijven op aangesloten, denk aan supermarkten, kantoren en kleine fabrieken", gaat Hofland verder. "En dan heb je rotondes: dat zijn de transformatorhuisjes bij jou in de wijk. Die zetten de middenspanning om in laagspanning, zodat jij het thuis kunt gebruiken."
Eerst spanning, dan stroom
"Elektronen zijn dus de dragers van energie", vertelt natuurkundedocent Van Loon verder. "Maar om die energie daadwerkelijk te verplaatsen in een net, is spanning nodig. Een soort duwkracht." Stroom gaat namelijk niet uit zichzelf 'lopen'. Daar is een kracht voor nodig die de elektronen een duwtje geeft.
Dat gebeurt bijvoorbeeld wanneer je een zonnepaneel aansluit. Zodra de zon schijnt, wekt dat paneel stroom op. Die stroom wordt met een omvormer omgezet in een type stroom dat gebruikt kan worden op het net. Ook ontstaat er een spanningsveld, dat de elektronen als het ware een duwtje geeft, het net op.
Piekmomenten
Het stroomnet raakt vol, omdat er te veel elektronen tegelijkertijd in beweging komen. "En dat gebeurt op verschillende momenten. Er zijn piekmomenten aan de vraag-kant en er zijn andere piekmomenten aan de aanbod-kant", vertelt woordvoerder Peter Hofland van netbeheerder TenneT.
Hij licht toe hoe die piekmomenten zijn toegenomen. "Ons stroomnet is traditioneel verbonden met kolen- en gascentrales waar elektriciteit wordt opgewekt. Maar nu de energietransitie is ingezet, gaan we daar afscheid van nemen. In plaats daarvan komen er meer windmolens en zonneparken, en ook meer particulieren met zonnepanelen."
Afhankelijk van het weer
"De momenten dat het net zijn piek bereikt door teruglevering zijn met name de dagen dat er maximaal stroom wordt opgewekt met zonnepanelen en windmolens, terwijl het verbruik laag is."
"Die piekmomenten vragen iets heel anders dan waar het net voor is ontworpen", zegt Hofland. Kolen- en gascentrales zijn namelijk sneller op- en af te schalen door simpelweg meer of minder te stoken, maar bij zonne- en windenergie zijn we afhankelijk van het weer. Het aanbod van elektriciteit werd door de energietransitie dus moeilijker te organiseren. "Het leidde in eerste instantie tot volle regionale netten in bepaalde delen van het land waar te veel stroom het net op kwam."
Van gas naar elektriciteit
"Daarna kwam er ook meer vraag. Steeds meer bedrijven en huishoudens wilden overstappen van gas op elektriciteit. Ook de oorlog met Rusland leidde tot een groeiende vraag", vertelt Hofland.
"De momenten waarop de vraag naar elektriciteit hoog is, zijn met name de koude, donkere winterdagen en -avonden waarop iedereen maximaal stroom verbruikt voor verwarming en verlichting", zegt hij. "Daarbij zien we door toegenomen verbruik van airconditioning de laatste jaren piekmomenten in de vraag tijdens hete zomeravonden."
Regelmatig komt terug dat het stroomnet 'vol' is en dat de gevolgen daarvan groot zijn. Maar wat betekent dat eigenlijk? 'Geduw op de weg'
Wat er natuurkundig gebeurt als er te veel elektronen in beweging komen? Dat kun je vergelijken met een snelweg waar ineens een heleboel auto's tegelijkertijd op willen. Er staat al file op de snelweg, maar toch beginnen de auto's op de oprit ook te drukken om zichzelf ertussen te krijgen. Door dat gedruk neemt de onderlinge spanning tussen automobilisten toe.
Dat gebeurt ook op het stroomnet. Door al het 'geduw' van elektronen die het stroomnet op of af willen, neemt de spanning toe en kan er kortsluiting ontstaan.
Gevolgen te hoge spanning
De spanning in onze huizen is 230 Volt. Die mag iets oplopen, maar als de spanning te lang en te veel toeneemt, gaat dat niet goed. Onze huishoudelijke apparaten zijn gebouwd om 230 Volt te verwerken. Bij hogere spanning slijten ze sneller of branden onderdelen in het ergste geval door.
Ook zonnepanelen werken dan mogelijk niet meer. "Als er in een straat te veel zonnestroom wordt opgewekt en aan het net wordt aangeboden, loopt de spanning in de kabel in de straat op. Als die oploopt tot 253 Volt - 10 procent bovenop de normale spanning van 230 Volt - dan schakelen de omvormers van de zonnepanelen automatisch uit", zegt Hofland. Dat is een ingebouwde beveiliging die zonnepanelen verplicht moeten hebben.
Files in twee richtingen
Ook wanneer het lukt om de spanning nét onder de kritieke grenzen te houden, komt er nog steeds veel stroom op het net. We krijgen ook dan problemen door deze grote hoeveelheid stroom. Vergelijk het weer met de files op de snelweg, waar auto's dan misschien niet meer stilstaan maar óók niet harder dan stapvoets kunnen gaan rijden. De files kunnen in beide rijrichtingen van de weg ontstaan, vertelt Hofland.
"Enerzijds van een centrale naar een verbruiker, dus naar ondernemers of huishoudens", legt hij uit. "Anderzijds zijn er ook steeds meer ondernemers en huishoudens die zelf meer elektriciteit opwekken dan ze gebruiken en de overtollige stroom aan het net terugleveren. Je kunt het dus zien als een weg, waar de auto's twee richtingen op rijden. En in beide rijrichtingen kan een file ontstaan."
Kabels smelten
Door alle druk en 'files' op het stroomnet, stuiten elektronen in de kabels op weerstand. Kabels hebben van zichzelf een bepaalde weerstand, afhankelijk van het materiaal waarmee ze zijn gemaakt. Als er te veel beweging is voor wat de kabel aankan, dan houdt de weerstand het niet meer en kan de kabel beschadigen.
"Je krijgt dan warmteontwikkeling, waardoor de kabels te heet worden en kunnen doorbranden of smelten", legt Van Loon uit. Op kleinere schaal, thuis, werkt dit ook zo: "Thuis heb je groepen in je meterkast. Als je energiegebruik te hoog is, moet je die groepen uitbreiden om te voorkomen dat stroomkabels beschadigen. Op dezelfde manier moet op het stroomnet van Nederland ook de capaciteit worden uitgebreid, om te voorkomen dat stroomkabels beschadigd raken."
Slaan de stoppen door?
Toch leidt het volle stroomnet er niet toe dat bij jou thuis de stoppen er ineens uitslaan. De stoppen, ook wel zekeringen, kijken namelijk alleen naar de stroomsterkte binnen jouw eigen huis en binnen groepen in jouw huis. Zolang jij zelf geen overbelasting veroorzaakt, gaat het goed. Wat wel kan gebeuren is dat de 'hoofdstoppen' in transformatorhuisjes doorslaan.
Die huisjes verbinden het grote net met dat in jouw buurt. Om te voorkomen dat door alle beweging van elektronen de kabels te heet worden, slaan de grote stoppen door in het transformatorhuisje. Ook hier is dus - net als bij zonnepanelen - een soort zekerheid ingebouwd. Maar: dit heeft wel tot gevolg dat een complete straat of wijk opeens zonder stroom zit.
Noodzaak om uit te breiden
Om te voorkomen dat zonnepanelen het niet meer doen, dat kabels doorbranden of dat er stroomstoringen komen, wordt gewerkt aan de uitbreiding van het stroomnet. "Op dit moment zit het net te vol: er wordt zo veel van gevraagd dat het fysiek mis kan gaan", verklaart Van Loon.
Woordvoerder Hofland van TenneT bevestigt dit: "Om al die miljoenen mensen een betrouwbare elektriciteitsvoorziening te blijven garanderen, zeggen wij: het net zit vol."
Capaciteit verdubbelen
TenneT en andere netbeheerders zijn druk bezig met de uitbreiding van het stroomnet, vertelt de woordvoerder. Om het stroomnet betaalbaar te houden en te voorkomen dat er nog veel meer elektriciteitsstations en transformatorhuisjes moeten worden gebouwd, moet het stroomnet ook ingericht worden op piekmomenten.
"Maar er moet veel gebeuren: we voorzien dat we de komende jaren de capaciteit moeten verdubbelen, om aan alle vraag te kunnen voldoen", zegt Hofland.
'Verbouwen terwijl winkel nog open is'
"Extra stations en kabels zijn niet van de ene op de andere dag gerealiseerd. Als wij een hoogspanningsstation willen bouwen, gaat daar eerst gemiddeld 8 tot 10 jaar aan papierwerk aan vooraf. En dan duurt het nog 2 tot 3 jaar om zo'n station daadwerkelijk te bouwen", maakt Hofland duidelijk.
"Daar komt bij dat 'de verbouwing plaatsvindt terwijl de winkel nog open is'", gaat hij verder. "Straten moeten open om bij kabels te kunnen, terwijl mensen ondertussen nog steeds stroom willen en moeten krijgen."
Gedrag aanpassen
Terwijl netbeheerders het net versterken, kunnen huishoudens en ondernemers zelf ook hun gedrag aanpassen, zeggen Hofland en Van Loon. "Zo wordt steeds meer gestimuleerd dat mensen zelf, lokaal, energie opwekken en opslaan om op een later moment zelf te gebruiken, bijvoorbeeld via een thuisbatterij. Daarmee kan het stroomnet wat ontlast worden", vertelt Van Loon.
Verder zouden huishoudens en ondernemers meer rekening kunnen houden met de piekmomenten. "Nu komt er bijvoorbeeld bij veel zon overdag opeens veel stroom tegelijkertijd het net op. En huishoudens verbruiken stroom vooral 's ochtends voor 9 uur of weer na 4 uur", zegt Hofland.
Voorlopig wachtlijsten
Om mensen te stimuleren hun gebruik te spreiden, wordt er ook gewerkt aan een prijsprikkel waarmee stroom tijdens de piekuren duurder wordt, vertelt Hofland.
Voorlopig zijn er helaas wachtlijsten voor gebruik van het stroomnet, vertelt Hofland. "Bij de gezamenlijke netbeheerders staan er nu 8.000 bedrijven op de wachtlijst voor het aanleveren van elektriciteit en 15.000 bedrijven voor het afnemen. Daarnaast ontstaan er wachtrijen bij de regionale netbeheerders, voor bijvoorbeeld de aansluiting van nieuwbouwwijken."
