donderdag 10 juli 2014

Smart grid

Elektrische energie opwekken, distribueren en afleveren lijkt simpel, maar dat is het niet. Het grote probleem is dat je elektrische energie niet gemakkelijk kunt opslaan. Het opgewekte vermogen moet daarom nauwkeurig gelijk zijn aan het (door de afnemers) gevraagde vermogen.
Wanneer te weinig vermogen wordt opgewekt daalt de spanning op het net. Als dat tot gevolg heeft dat de afnemers minder vermogen afnemen is de situatie min of meer stabiel. In dat geval kan het elektriciteitsbedrijf de afname enkele procenten bijsturen door de spanning iets te laten zakken of stijgen. Dat werkt vooral voor de heel korte termijn (orde grootte van een seconde). Voor langere termijn (minuten, uren) werkt dit minder doordat veel afnemers gewoon wat langer energie blijven afnemen. Op die langere termijn moet het elektriciteitsbedrijf dus generatoren bijschakelen. Met dag- en nachttarieven stimuleert het elektriciteitsbedrijf haar afnemers het langere termijn verbruik zo aan te passen dat de pieken overdag en de dalen 's-nachts niet al te groot worden. Sommige elektriciteitsbedrijven verhuren elektrische boilers die op afstand door het elektriteitsbedrijf worden ingeschakeld. Daarmee kunnen de diepste dalen in het verbruik worden opgevuld.
In het verleden hadden de grote afnemers van elektrische energie vooral machines en apparaten die zich gedragen als brave elektrische weerstanden. Een afname van de spanning met (bijvoorbeeld) 1% veroorzaakt een vermindering van de stroomsterkte met 1%. Het afgenomen vermogen vermindert dan met ongeveer 2%. Ideaal dus voor een elektriciteitsbedrijf.

Maar dat was vroeger

Tegenwoordig hebben we steeds meer apparaten die zich helemaal niet gedragen als brave elektrische weerstanden. Een computer bevat een netvoeding die, bij dalende netspanning juist meer stroom gaat gebruiken. Het energiegebruik is bij zo'n voeding nagenoeg onafhankelijk van de netspanning. Deze netvoedingen zijn (zonder omschakelen) geschikt voor netspanning tussen de 100V en 250V. Als de netspanning bij zo'n voeding 1% daalt gaan ze 1% meer stroom gebruiken. Dit soort voedingen zitten ook in spaarlampen en bijna alle opladers van onze moderne gadgets. Al deze apparaten maken het elektriciteitsnet minder stabiel.

Welke apparaten zijn nog brave weerstanden?

In onze huishoudens zijn dit vooral apparaten voor elektrische verwarming van water. Denk hierbij aan onze wasmachines, vaatwassers, waterkokers en koffiezetters. In de industrie gaat het om grote ovens en sommige motoren.

Het wordt nog erger

Steeds meer huishoudens plaatsen PV zonnepanelen. Bij overdrijvende wolken kan de opbrengst van zo'n installatie in een seconde halveren en even later weer verdubbelen. Deze schommelingen moeten door het elektriciteitsnet worden opgevangen. De inverter die de energie van zulke zonnepanelen omzet is beslist geen brave weerstand. Ook ondergetekende heeft sinds kort deze zonnepanelen op het dak liggen en dat is de aanleiding voor deze aflevering van dit blogje.

Wat kan het elektriciteitsbedrijf hieraan doen?

Zelf kunnen ze erg weinig. Het moet in samenwerking met de afnemers en dat vergt motivatie van die afnemers door meer flexibiliteit in de tarieven.
Om de toenemende instabiliteit van elektriciteitsnet te stoppen zijn smart grid oplossingen nodig. Het woord grid staat hier voor het elektriciteitsdistributienet. Dit moet dus slim worden. Het huidige systeem met twee tarieven voor elektriciteit en op afstand schakelbare elektrische boilers zal op den duur niet meer volstaan.
Het tarief voor elektrische energie zal in veel meer stapjes moeten kunnen variëren en ook veel vaker per dag. Bovendien kan het tarief niet (zoals nu) lang van tevoren worden vastgelegd; het moet snel reageren op de actuele vraag en het actuele aanbod. Dit variërende tarief zal real-time naar de afnemers moeten worden gecommuniceerd.
Slimme apparatuur bij de afnemers zal het verbruik dan aanpassen om de kosten laag te houden. Een slimme wasmachine, of vaatwasser zal wachten totdat het tarief laag is. (Voor onze waterkokers en koffiezetters werkt dat niet, want we willen onze thee en koffie graag snel hebben.)

Elektrische auto's

Maar de echt grote stap komt van het opladen van de accu's in onze (toekomstige) elektrische auto's. Dit opladen kan veelal 's-nachts. Nog een stap verder is een laadstation dat energie teruglevert op momenten dat de elektriciteitsprijs hoog is. Zo'n autolaadstation kan heel snel reageren en het gaat om veel energie. De batterijen in elektrische auto's kunnen behoorlijk veel energie opslaan. Hier ligt een goede mogelijkheid om de stabiliteit van het elektriciteitsnetwerk in de toekomst te waarborgen.

Aanvullingen en correcties

23 december 2014: spelfoutje en slecht lopende zin aangepast.

Geen opmerkingen:

Een reactie posten