Naar een elektriciteitsnet dat weerbaar is tegen kortsluitingen

Zit je net lekker te werken of televisie te kijken en pats boem, de stroom valt uit. Iedereen weet hoe vervelend het is om in een koud, donker huis of kantoor naar kaarsen te zoeken tijdens een stroomstoring. Maar door graafwerkzaamheden of extreem weer is de kans op een storing in het elektriciteitsnetwerk altijd aanwezig.

En die kans wordt in de toekomst alleen maar groter. Bijvoorbeeld door extremer weer als gevolg van klimaatverandering. Hoe zorg je ervoor dat het elektriciteitsnetwerk van de toekomst met een grotere bijdrage van wind- en zonne-energie er niet voortdurend uitklapt en zo stabiel mogelijk blijft? Om daar achter te komen, onderzocht TU/e-onderzoeker Martijn Roos hoe je tijdens een kortsluiting een deel van het elektriciteitsnet in eilandbedrijf brengt als een microgrid om de gevolgen van kortsluiting mee te verkleinen.

Stabiel net

“Vraag en aanbod van energie moeten gelijk zijn voor een stabiel elektriciteitsnet”, zegt TU/e-onderzoeker Martijn Roos. “Als kortsluiting ontstaat, moet je voor de hand liggende scenario’s kunnen schetsen, om erop in te spelen.” Daarom ontwikkelde Roos een aantal dynamische modellen. Hiermee is het mogelijk om de stabiliteit van het net te analyseren tijdens en na kortsluiting. In het model kijkt Roos naar het vormen van een microgrid in eilandbedrijf na een kortsluiting, ook wel een kortsluiting-geïnitieerd eilandbedrijf genoemd.

Roos concludeert dat wanneer je zo’n microgrid tijdens een stroomstoring inzet, de schade beperkt blijft doordat er geen massale uitval plaats vindt. Je voorkomt een grote blackout, omdat het net als het ware in kleine eilandjes is verdeeld.

Toetsen aan de praktijk

Roos deed ook casestudies. “Om te bepalen of het net stabiel blijft tijdens kortsluiting, moet je zoiets ook toetsen in een dynamische omgeving want dat lijkt het meest op de praktijk.” Hij keek heel pragmatisch wat er gebeurde in zijn modellen als hij verschillende apparaten op de microgrid aansloot. “Je wilt weten wat het effect is van laptops, motor en verlichting die aanstaat. Want dat soort apparaten gebruiken mensen ook tijdens een stroomstoring en dan moet het net wel stabiel blijven. Dat nam ik dus allemaal mee in mijn berekeningen en modellen.”

Overstromingen en bosbranden

Hoe meer er decentraal, bijvoorbeeld via zonnepanelen en windmolens, wordt opgewekt, hoe effectiever het is om in de toekomst microgrids in te zetten tijdens een stroomstoring, ontdekte Roos. “Een grootschalige stroomstoring kan een flinke economische impact hebben en de maatschappij lokaal ontwrichten. De kosten voor het implementeren van kortsluiting-geïnitieerd eilandbedrijf zijn daarmee vergeleken relatief laag.” Ook gebieden waar veel gegraven wordt en waar veel overstromingen, bosbranden of tornado’s zijn hebben baat bij het vormen van microgrids, omdat deze gebieden vaker met kortsluiting te maken hebben.

Voorlopig is dit nog toekomstmuziek, omdat de regelgeving op dit gebied nog in de kinderschoenen staat. “Maar het is wel een mooi idee dat als we het over ongeveer tien jaar gebruiken, ik aan de basis hiervan heb gestaan met mijn onderzoek.”

Martijn Roos promoveert 30 september op zijn proefschrift met als titel: Transient stability analysis for planning and operation of fault-initiated islanding inverter-based microgrids. Begeleiders: prof.dr.ir. J.G. Slootweg, dr.ir. J. Morren en dr. P.H. Nguyen.