Sinds de elektriciteitsoorlog aan het einde van de 19e eeuw domineert wisselstroom onze elektriciteitsnetten. De afnemende efficiëntie van ons AC-net en het veranderende gebruik van elektriciteit vragen wellicht om een heroverweging.
Edison\’s eerste elektriciteitscentrale werkte met gelijkstroom, wat hem vanaf dat moment een fervent voorstander maakte van deze technologie tegen alle argumenten in. Hoewel wisselstroom duidelijke voordelen had – je kunt de spanning gemakkelijk aanpassen om elektriciteit over lange afstanden te transporteren – probeerde Edison de massa\’s van zijn technologie te overtuigen.
Zoals bekend zijn Tesla en Westinghouse, de uitvinders van wisselstroom,
Nu, bijna 125 jaar later, is het tij gekeerd – gelijkstroomtechnologie heeft vandaag de dag om vele redenen meer nut dan wisselstroom, omdat de manier waarop we elektriciteit opwekken, distribueren en verbruiken fundamenteel is veranderd. Dit zal ook diepgaande veranderingen in de industrie teweegbrengen op alle niveaus, inclusief netwerktechnologie, en brengt nieuwe fysieke en technische uitdagingen met zich mee.
Welke voordelen brengt gelijkstroom met zich mee?
Thuis of in fabrieken wordt de elektriciteit verdeeld via laagspanningsnetten, hetzij via Schuko-aansluitingen, hetzij via driefasige verbindingen. Tegenwoordig hebben steeds meer elektrische apparaten gelijkstroom nodig: computers en andere elektronische apparaten of LED-lampen werken op gelijkstroom en hebben een transfo nodig voor de conversie.
In de komende jaren zullen elektrische auto\’s aan deze lijst worden toegevoegd. In industriële aandrijvingen worden steeds vaker frequentieregelaars met een DC-verbinding gebruikt voor de snelheidsregeling.
Als we zouden vertrouwen op DC-netwerken met centrale spanningsconversie, zouden deze vele converters overbodig worden. In de automobielindustrie zijn er al proefprojecten om hele productie-eenheden alleen met gelijkstroom te bevoorraden. Ze bevatten ook batterijen voor de opslag van energie voor korte periodes.
Bijna de helft van onze energie gaat verloren
Het meest overtuigende argument om over te schakelen is efficiëntie. Het totale rendement van de elektriciteitsvoorziening in België is rond de 65 procent. Of anders gezegd: ongeveer een derde van de elektrische energie gaat verloren, bijvoorbeeld door warmteverlies.
Vandaag de dag is de situatie zichtbaar verslechterd, aangezien fotovoltaïsche systemen, windturbines en de toenemende installatie van batterijopslagsystemen steeds meer elektriciteit in het net injecteren, die eerst moet worden omgezet van DC- naar AC-spanning. Daarbij worden verliezen geleden.
Hetzelfde geldt voor de consumenten: stroomvoorzieningsapparaten worden warm – een tastbaar bewijs dat er energie wordt verspild in het proces. Als gevolg daarvan is de efficiëntie van ons energienet gedaald tot naar schatting 56 procent – en dat zal zo blijven, tenzij we onze aanpak fundamenteel heroverwegen.
Het alternatief is het gebruik van gelijkstroomtechniek voor het transport over lange afstanden door middel van hoogspanningsgelijkstroomoverdracht – HVDC voor kortstondig – laagspanningsnetten met gelijkstroom in huishoudens en de industrie, waarop u bijvoorbeeld uw laptop, of zelfs een industriële aandrijving, rechtstreeks kunt aansluiten – zonder voedingseenheid of transfo.
Met een fotovoltaïsch systeem op het dak en een elektrische auto in de garage zou het rendement onovertroffen zijn. Een energienet dat consequent is ontworpen voor gelijkstroom zou een algemeen rendement van 90 procent bereiken. Met een hoger rendement van tien procent zouden fossiele centrales in België kunnen worden stilgelegd.
Waarom wordt er meer gelijkstroom in onze elektriciteitsnetten geïnjecteerd?
Een gelijkstroomnet zou meer voordelen opleveren voor de elektriciteitsproductie. De omzetting van gelijkstroom in wisselstroom brengt echter verliezen met zich mee – een gelijkstroomnet zou voor deze duurzame energiebronnen zoals fotovoltaïsche systemen, die ook steeds meer worden ondersteund door batterijen of chemische opslag de betere keuze zijn.
Het elektriciteitsnet wordt meer gedecentraliseerd en kleiner.
Het elektriciteitsnet werd lange tijd gedomineerd door grote energiecentrales die hun energie verdeelden naar de omliggende regio\’s. Maar met het succes van hernieuwbare energieën wordt het elektriciteitsnet steeds meer gedecentraliseerd en kleinschaliger en wordt elektriciteit vaak verbruikt op de plaats waar deze is opgewekt.
De AC-technologie is niet in staat om de voordelen ervan te benutten. En ook over lange afstanden is wisselstroom niet ideaal. De transmissieverliezen nemen aanzienlijk toe. Daarom bouwt China bijvoorbeeld uitgebreide netten met HVDC die grote hoeveelheden energie van de waterkrachtcentrales in het binnenland naar de agglomeraties aan de kust brengen.
Overschakelen op gelijkstroom roept veel vragen op
Het probleem blijft echter bestaan: de hoogspanningsgelijkstroomtransmissie is bewezen en gevestigd, terwijl aan de laagspanningszijde nog een aantal technische en economische vragen moeten worden opgehelderd. Of gelijkstroom wisselstroom zal vervangen of dat beide technologieën parallel zullen blijven bestaan, is nog volkomen onduidelijk, evenals de vraag hoe een dergelijke co-existentie eruit zou kunnen zien. Op weg naar meer gelijkstroom – in welke vorm dan ook – er zijn nog enkele technische en economische hindernissen die moeten worden overwonnen, waarvan er vele niet eens bekend zijn.
Het probleem is dat een HVDC-verbinding in aanbouw ongeveer twee keer zo duur is, maar vanwege de lage energieverliezen zou de gelijkstroomlijn de moeite waard moeten zijn vanaf een lengte van ongeveer 400 km – voor onderzeese kabels, bijvoorbeeld voor het aansluiten van offshore windparken, vanaf 60 km. HVDC-verbindingen zijn nu zeer betrouwbaar.
Vooral dankzij de vooruitgang in de energieomzetting door middel van vermogenselektronica kunnen gelijkspanningen zonder transformator worden omgezet tot 800.000 V.
