Wat is een elektriciteitsnet?

Definitie

Een elektriciteitsnet, ook wel stroomnet genoemd, wordt gedefinieerd als een uitgebreid netwerk dat energieopwekking, -overdracht en -distributie-eenheden integreert. De primaire functie is het faciliteren van de overdracht van elektrische energie van opwekkingsbronnen naar eindgebruikers. Een aanzienlijk deel van de elektriciteit wordt met spanningen van 220 kV of hoger van opwekkingssites naar belastingscentra getransporteerd. Het netwerk dat bestaat uit deze hoogspanningsleidingen wordt het supergrid genoemd. Dit supergrid levert vervolgens stroom aan het sub-overdrachtsnetwerk, dat meestal werkt met spanningen van 132 kV of lager.

Soorten elektriciteitsnetwerken

Kragcentrales in een elektriciteitsnet zijn vaak dicht bij brandstofbronnen gelegen om de transportkosten van het systeem te minimaliseren. Dit betekent echter meestal dat ze ver van dichtbevolkte gebieden liggen. De hoogspanningselektriciteit die in deze centrales wordt opgewekt, wordt in aansluitingen met stroomverlagende transformatoren verlaagd voordat deze aan consumenten wordt gedistribueerd. Elektriciteitsnetwerken kunnen hoofdzakelijk worden ingedeeld in twee soorten:

Regionaal net

Een regionaal net wordt gevormd door verschillende overdrachtssystemen binnen een specifiek geografisch gebied via overdrachtslijnen te verbinden. Dit type net zorgt voor optimalisatie van stroomdistributie en -beheer op lokaal of regionaal niveau, waardoor de elektriciteitsbehoeften van het gebied efficiënt worden voldaan.

Nationaal net

Het nationale net wordt gevormd door meerdere regionale netten met elkaar te verbinden. Het biedt een geünificeerd en uitgebreid stroomdistributienetwerk over een heel land, waardoor de naadloze overdracht van elektriciteit tussen verschillende regio's mogelijk wordt. Dit verbonden systeem helpt bij het evenwicht houden van de stroomvoorziening en -vraag over het hele land, wat de algehele stabiliteit en betrouwbaarheid van het net vergroot.

Redenen voor netverbinding

De verbinding van elektriciteitsnetwerken biedt verschillende belangrijke voordelen. Het stelt optimale gebruik van energiebronnen in staat, waardoor energie efficiënt over verschillende gebieden wordt verdeeld. Deze verbinding vergroot ook de veiligheid van de stroomvoorziening, omdat storingen in een deel van het net kunnen worden gecompenseerd door stroom uit andere verbonden regio's.

Bovendien draagt de netverbinding bij aan de economische efficiëntie en betrouwbaarheid van het gehele krachtstelsel. Door de genererende stations met elkaar te verbinden, kan de noodzakelijke reservecapaciteit in elk afzonderlijk gebied worden verminderd. Deze benadering van gedeelde middelen bespaart niet alleen de kosten die gepaard gaan met het onderhouden van excessieve back-upkracht, maar verhoogt ook de algehele veerkracht en prestaties van het elektriciteitsnet.

Wanneer er plotseling een piek in de belasting of een verlies van energieopwekking in een specifiek gebied van het elektriciteitsnet optreedt, kan dat gebied stroom trekken uit aangrenzende verbonden gebieden. Echter, om betrouwbare verbindingen te garanderen, is een bepaalde hoeveelheid generatiecapaciteit, bekend als de spinnende reserve, essentieel. De spinnende reserve bestaat uit generators die met normale snelheid draaien en klaar staan om onmiddellijk stroom te leveren wanneer nodig.

Soorten verbindingen

De verbindingen tussen elektriciteitsnetwerken kunnen hoofdzakelijk worden ingedeeld in twee soorten: de HVAC (High Voltage Alternating Current) verbinding en de HVDC (High Voltage Direct Current) verbinding.

HVAC (High Voltage Alternating Current) verbinding

In een HVAC-verbinding worden twee wisselstroomsystemen (AC) verbonden via een AC-overdrachtslijn. Voor een succesvolle verbinding van AC-systemen is het cruciaal om de frequentie op beide systemen nauwkeurig te controleren. In een 50 Hz-systeem ligt het aanvaardbare frequentiebereik meestal tussen 48,5 Hz en 51,5 Hz. Deze soort verbinding wordt aangeduid als synchrone verbinding of synchrone koppeling, omdat het een starre verbinding creëert tussen de twee AC-systemen.

Ondanks de wijdverspreide toepassing heeft AC-verbinding verschillende beperkingen, en de verbinding van AC-systemen stuit vaak op de volgende uitdagingen:

• Propagatie van frequentiestoringen: Aangezien de verbinding van twee AC-netwerken synchroon is, worden frequentiefluctuaties in één systeem snel doorgegeven aan het andere. Dit kan leiden tot instabiliteit in het verbonden netwerk.

• Invloed van vermogenszwaai: Vermogenszwaai in één AC-systeem kan het andere aanzienlijk beïnvloeden. Grote schaalvermogenszwaai kunnen het frequente uitschakelen van beschermingsapparatuur veroorzaken, wat potentiële ernstige fouten in het systeem kan veroorzaken. In extreme gevallen kunnen dergelijke fouten leiden tot het volledige instorten van het gehele verbonden AC-netwerk.

• Verhoogde foutniveaus: Het verbinden van een bestaand AC-systeem met een ander via een AC-koppelingslijn kan het foutniveau verhogen. Dit komt doordat de extra parallelle lijn de equivalente reactantie van het verbonden systeem vermindert. Als beide AC-systemen echter aan dezelfde foutlijn zijn verbonden, blijft het foutniveau van elk individueel systeem onaangetast.

HVDC (High Voltage Direct Current) verbinding

Een DC-verbinding, of DC-koppeling, biedt een flexibelere koppeling tussen de twee verbonden AC-systemen. Anders dan HVAC-verbindingen zijn DC-koppelingen niet-synchroon (asynchroon). De HVDC-verbindingen komen met verschillende opmerkelijke voordelen:

• Frequentie-onafhankelijkheid: De asynchrone aard van het DC-verbindingssysteem maakt het mogelijk om AC-netwerken te verbinden die op dezelfde of verschillende frequenties werken. Deze unieke eigenschap stelt diverse AC-systemen in staat naadloos te integreren, terwijl elk systeem zijn eigen frequentienormen kan handhaven en onafhankelijk kan opereren.

• Nauwkeurige controle van stroomstroom: HVDC-verbindingen kunnen snel en betrouwbaar de grootte en richting van de stroomstroom controleren door de vuurhoek van de converters aan te passen. Dit nauwkeurige controlemechanisme verhoogt aanzienlijk de tijdelijke stabiliteitslimiet van het verbonden systeem, waardoor een betrouwbaardere stroomoverdracht wordt gewaarborgd.

• Demping van vermogenszwaai: Door de stroomstroom via de DC-koppeling te moduleren, kunnen HVDC-verbindingen snel vermogenszwaai in de verbonden AC-netwerken dempen. Dit verbetert effectief de algehele stabiliteit van het elektriciteitsnet, waardoor het risico op kaskade-uitval wordt verminderd en de veerkracht van het systeem wordt vergroot.

In moderne tijden worden traditionele elektriciteitsnetwerken steeds vaker vervangen door slimme netwerken. Met behulp van slimme meters en intelligente apparaten bieden slimme netwerken een verbeterde operationele efficiëntie, beter beheer van de vraagzijde en een betere algehele prestatie vergeleken met hun conventionele tegenhangers.