Terwijl de wereld haast maakt naar een toekomst met duurzame en elektrische energie, vergeten we vaak een cruciaal onderdeel. Waar zonnepanelen, windturbines en energieopslag vaak het gesprek domineren, blijft spanningskwaliteit grotendeels onopgemerkt. Waarom is dit van belang?

Een voorbeeld: je bent thuis, stopt de stekker van je auto in de laadpaal voor de rit van morgen en plotseling beginnen de lichten te knipperen, je slimme thermostaat herstart en het laden van je auto vertraagt aanzienlijk. Dit zijn geen kleine storingen – het is een voorproefje van wat mogelijk kan gebeuren met hele elektriciteitsnetten als we de rol van spanningskwaliteit in de energietransitie negeren.

Spanningskwaliteit, ook wel gedefinieerd als de betrouwbaarheid en stabiliteit van onze elektriciteitsvoorziening, is een essentiële vereiste voor succesvolle integratie van hernieuwbare energie. Het negeren hiervan kan ons op de lange termijn duur komen te staan. Denk aan beschadigde infrastructuur en elektrische apparatuur, verloren productie van hernieuwbare energie en een onbetrouwbaar energiesysteem. Iets wat we te allen tijden willen voorkomen want de schade en ongemak kan aanzienlijk zijn (zoals dit TV-programma Blackout ook onlangs liet zien en deze website van de overheid).

Waarom krijgt dit onderwerp niet meer aandacht?

De waarheid is dat we veel van de hierboven beschreven problemen nog niet zien – tenminste nog niet. Bovendien kan spanningskwaliteit complex en technisch lijken en wellicht niet zo aansprekend als zonnepanelen of windparken. Toch erkennen we bij Withthegrid de essentiële rol ervan en streven we ernaar om helderheid te bieden over dit onderwerp.

📌 Withthegrid expert Pieter Hogeveen gaf in samenwerking met Henry Lootens een interview in Solar Magazine over Spanningskwaliteit problemen in Nederland. Geïnteresseerd? Lees hier het artikel Spanningskwaliteit – een vergeten factor in de energietransitie?

I. De basis van Spanningskwaliteit

Wat is Spanningskwaliteit?

Spanningskwaliteit beschrijft de mate waarin de stroomtoevoer voldoet aan ideale specificaties voor optimale en efficiënte prestaties van apparatuur.

Het omvat belangrijke factoren zoals spanning, frequentie en golfvorm consistentie. Dit zijn elementen die alles beïnvloeden, van huishoudelijke apparaten tot industriële apparatuur.

Wanneer deze factoren afwijken, kunnen de gevolgen variëren van knipperende lichten tot verlies van productiviteit, beschadigde apparatuur, verstoringen van processen, hogere onderhoudskosten, netwerkstoringen en in sommige gevallen zelfs veiligheidsrisico’s. Het handhaven van hoge normen voor spanningskwaliteit is essentieel, vooral nu meer industrieën en technologieën afhankelijk zijn van ononderbroken elektriciteit.

Het definiëren van normen in Spanningskwaliteit

In Nederland geven de spanningsnormen voor residentiële aansluitingen op het laagspanningsnet een spanning van 230 volt bij een frequentie van 50 Hertz, met een toegestane afwijking van 10% (207 tot 253 volt). Binnen dit bereik blijven zorgt voor een soepele werking van apparaten en een langere levensduur.

Op middenspanningsnetten, waar de spanning oploopt tot 25.000 volt, zijn deze kwaliteitsparameters even cruciaal. Normen volgens de Netcode Elektriciteit en NEN-EN 50160, gereguleerd door de Autoriteit Consument & Markt (ACM), definiëren deze kwaliteitseisen.

II. Oorzaken en gevolgen van slechte spanningskwaliteit

Veelvoorkomende problemen met spanningskwaliteit

Slechte spanningskwaliteit kan ontstaan door verschillende factoren, vaak gerelateerd aan het aanbod of de belasting op het systeem. Het begrijpen van deze indicatoren helpt om problemen in netten te identificeren en strategieën te ontwikkelen om de impact ervan te beperken.

Arbeidsfactor:

Deze vertegenwoordigt de verhouding tussen schijnbaar vermogen (gemeten in kVA) en actief vermogen (gemeten in kW). Een lage arbeidsfactor betekent inefficiënties, wat leidt tot energieverspilling.

Spanningskwaliteit in de energietransitie

Schommelingen in spanningskwaliteit hangen vaak samen met variaties in duurzame energieopwekking, veranderingen in vraag of slecht ontworpen apparatuur. Naarmate de integratie van hernieuwbare energie en elektrificatie toeneemt, worden spanningskwaliteitsproblemen frequenter. Overbelasting van het net vereist nu versterkingen en operationele aanpassingen.

Spanningskwaliteit in een duurzaam energiesysteem

De overgang naar een duurzaam elektriciteitssysteem betekent een verandering in de manier waarop elektriciteit door het netwerk stroomt. Het integreren van zonne-energie, elektrische voertuigen (EV’s) en windparken brengt grotere variabiliteit en richtings wijzigingen met zich mee op verschillende spanningsniveaus.

Ondertussen krijgen huishoudens meer nieuwe elektronische apparaten, die door “harmonische vervuiling” de betrouwbaarheid kunnen beïnvloeden. Het stijgende gebruik van elektrische voertuigen en batterijen brengt het net naar een kantelpunt.

De uitdaging is nu om al deze nieuwe technologieën te integreren en tegelijkertijd de kwaliteitsnormen voor de spanning te handhaven en de kosten voor zowel consumenten als netbeheerders te minimaliseren.

Spanningskwaliteit in Nederland: recente nieuwsitems

In Nederland doen spanningskwaliteitsproblemen zich vooral voor in gebieden met uitgebreide decentrale zonne-energieproductie. Een recent rapport van Netbeheer Nederland (2023) meldde enkele incidenten:

• In Zevenbergen werd een totale harmonische vervorming (THD) iets boven de acceptabele grens van 8% gemeten, namelijk 8,04%.
  
• In Bleiswijk zorgde een snelle spanningsvariatie voor zichtbaar knipperende verlichting.
  
• Langzame spanningsvariaties werden gerapporteerd in plaatsen zoals Schoonebeek, Bargermeer en Coevorden, veroorzaakt door decentrale opwekking die bij zonsopgang en zonsondergang spanningspieken veroorzaakte.

Deze voorbeelden benadrukken dat het elektriciteitsnet nu al te maken heeft met afwijkingen in de stroomkwaliteit, waardoor de betrouwbaarheid van onze elektriciteitsvoorziening in gevaar komt.

III. Spanningskwaliteit aanpakken: het begint bij continue monitoring

Om de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening te waarborgen, zijn continue monitoring en interventie essentieel. Hulpmiddelen zoals Power Quality Monitoring (PQM)-systemen geven inzicht in de systeemprestaties en helpen om mogelijke verstoringen vroegtijdig te identificeren.

Conventionele PQM-systemen meten echter slechts gemiddeldes van 10 minuten over een periode van 7 dagen om te voldoen aan de EN 50160-standaarden, wat kortdurende spanningspieken onopgemerkt laat die serieuze problemen kunnen veroorzaken.

Met het Asset Monitoring Platform van Withthegrid worden deze hiaten opgevuld door bijna real-time data te bieden over spanningskwaliteitsindicatoren. Met IoT-verbonden apparaten worden cruciale meetwaarden zoals spanningsschommelingen en harmonische vervorming continu gevolgd, met onmiddellijke waarschuwingen voor afwijkingen die anders onopgemerkt zouden blijven.

Dit proactieve toezicht helpt storingen te voorkomen en verlengt de levensduur van netwerkcomponenten. Lees hier meer.

Conclusie

Spanningskwaliteit is een fundamenteel, maar vaak over het hoofd gezien onderdeel van de energietransitie. Zonder stabiele, betrouwbare spanning kunnen hernieuwbare energiebronnen, elektrische voertuigen en slimme energie netwerken hun volledige potentieel niet bereiken.

Engie Laborelec pleit voor een aanzienlijke uitbreiding van de monitoringcapaciteit, waaronder meer slimme meters op strategische locaties en de implementatie van real-time monitoring om de dynamische veranderingen binnen het net beter te beheren. Dit is vooral belangrijk in regio’s met veel decentrale opwekking en frequente fluctuaties.

Volgens recente aanbevelingen zouden meer wekelijkse of continue metingen in gebieden met veel hernieuwbare energie (met bijvoorbeeld veel PV, warmtepompen of EV’s) netbeheerders in staat stellen om potentiële problemen eerder op te sporen en aan te pakken. Om deze verbeteringen te ondersteunen, bereidt de Autoriteit Consument & Markt (ACM) een marktconsultatie voor om verbeteringen in de stroomkwaliteit te onderzoeken.

Het implementeren van verbeterde, frequentere monitoring is essentieel voor het aanpakken van zowel de huidige als toekomstige uitdagingen op het gebied van spanningskwaliteit. Alleen met deze maatregelen kunnen we zorgen voor een veerkrachtige en duurzame energie-infrastructuur die onze overgang naar een schonere, efficiëntere energietoekomst ondersteunt.