Stroomstoringen zijn er in allerlei soorten en maten. Aan de TU Delft worden dit soort incidenten onderzocht, en gaat men op zoek naar manieren om het elektriciteitsnet in de toekomst robuuster te maken. Zo zette universitair hoofddocent Marjan Popov aan de TU Delft het Power System Protection Centre op om de omslag naar duurzame energie soepel te laten verlopen. Aan de hand van een aantal recente black-outs legt hij uit wat er zoal mis kan gaan.

“Vervoerschaos in Engeland en Wales na grote stroomstoring”, “Stroomstoring legt Groot-Brittannië lam” en “Onderzoek naar het nationale stroomnetwerk na grootste stroomstoring van het decennium”. De krantenkoppen van de Guardian, Daily Mail en Sunday Times logen er niet om toen grote delen van het Verenigd Koninkrijk in augustus 2019 werden getroffen door een flinke stroomstoring. Een miljoen huishoudens zaten zonder elektriciteit, de treinen reden niet, en er ontstonden gevaarlijke situaties op de weg doordat de verkeerslichten buiten werking waren. De oorzaak: een defecte generator, waardoor er minder elektriciteit werd geleverd dan afgenomen.

Op 10 augustus 2019 werd dit filmpje op het YouTube-kanaal van de Britse krant The Guardian geplaatst. Op de video zijn reizigers te zien die, als gevolg van een grote stroomstoring, op verschillende treinstations in Engeland en Wales strandden.

‘In de afgelopen zes jaar heb ik samen met mijn team veel vooruitgang geboekt in dit ingewikkelde onderzoeksveld,’ zegt Popov. ‘In het MIGRATE-project hebben we een goedwerkend nieuw algoritme en beschermingsplatform ontwikkeld die kleine stroomstoringen kunnen ontdekken en deze bovendien direct kunnen verhelpen. In het project NWO-URSES maakten we een nieuw platform voor dataverzameling in real time, waarmee we onder meer voltage en elektrische stroom kunnen meten. Op deze manier kunnen we snel het “zieke” gedeelte van een netwerk detecteren en isoleren.’

Lees ook

Al rekenend naar een flexibel elektriciteitssysteem

Belachelijke fout

‘In mijn projecten – genaamd MIGRATE en URSES – ga ik op zoek naar een manier om een elektriciteitsnetwerk te monitoren,’ zegt Popov. ‘Met behulp van big-data-onderzoek hebben we onderzocht wat de zwakheden in het systeem zijn, waarna we die onderdelen konden isoleren van de rest van het netwerk. Want je kunt een elektriciteitsnetwerk nog het best vergelijken met het menselijk lichaam: doordat alles met elkaar in verbinding staat, kunnen gekoppelde onderdelen elkaar gemakkelijk besmetten.’

Hoe gevaarlijk dat is, bleek wel in Italië in 2003. Ook zeventien jaar na dato spreekt Popov nog vol verwondering over de “belachelijke fout” die destijds leidde tot een van de allergrootste stroomstoringen uit de geschiedenis van Europa. Italië importeerde destijds stroom vanuit Frankrijk en Zwitserland. Toen de Italianen echter meer stroom vanuit Zwitserland besloten te importeren, raakten de stroomdraden vanuit het Alpenland overbelast. Al snel vielen de eerste verbindingen uit. Zo’n 24 uur lang zat de laars van Europa zonder stroom, en de kosten liepen in de miljarden. Alleen de inwoners van Sardinië ontsprongen de dans. Een domino-effect had ook andere Europese landen in het donker kunnen zetten, ware het niet dat Italië snel werd losgekoppeld van het Europese stroomnetwerk om besmetting te voorkomen.

Duurzame energie als spelbreker

Met een dekkingsgraad van maar liefst 99,9948 procent heeft Nederland vrijwel altijd stroom. Toch is het niet ondenkbaar dat de elektriciteitsvoorziening ook in ons land de komende jaren wat onbetrouwbaarder wordt, meent Popov. Dat heeft één belangrijke reden: de opkomst van duurzame energiebronnen. Met name wind- en zonne-energie moeten de uitstoot van koolstofdioxide sterk terugbrengen. Maar als je de structuur van je elektriciteitsnetwerk volledig omgooit van enkele kolencentrales naar duizenden windmolens en zonnepanelen, dan maakt dat het netwerk wel kwetsbaar voor verstoringen.

Een belangrijk verschil zit in de aard van de verstoringen. In een “groen” elektriciteitsnet zijn de stroomstoringen doorgaans van een lagere amplitude en hebben ze veel harmonischen, oftewel schadelijke hoge frequenties die de efficiëntie van het net negatief kunnen beïnvloeden. Duurzame bronnen hebben bovendien weinig tot geen inertie , waardoor ze minder stabiliteit aan het stroomnetwerk geven dan kolencentrales. Al deze verstoringen zijn erg moeilijk te detecteren met bestaande beschermingsmiddelen.

‘In de afgelopen zes jaar heb ik samen met mijn team veel vooruitgang geboekt in dit ingewikkelde onderzoeksveld,’ zegt Popov. ‘In het MIGRATE-project hebben we een goedwerkend nieuw algoritme en beschermingsplatform ontwikkeld die kleine stroomstoringen kunnen ontdekken en deze bovendien direct kunnen verhelpen. In het project NWO-URSES maakten we een nieuw platform voor dataverzameling in real time, waarmee we onder meer voltage en elektrische stroom kunnen meten. Op deze manier kunnen we snel het “zieke” gedeelte van een netwerk detecteren en isoleren.’

Als gevolg van een plotselinge stroomstoring kwamen bijna een miljoen mensen, in Engeland en Wales, zonder stroom te zitten. Ook strandde een groot aantal reizigers. Nieuwszender ITV News, een Britse nieuwszender die in Londen is gevestigd, maakte dit item over de gevolgen van de stroomstoring.

Power System Protection Centre

‘Het elektriciteitsnetwerk wordt dus een stuk complexer na de invoering van duurzame energie, veel ingewikkelder dan de meesten zich kunnen voorstellen,’ zegt Popov. ‘Doordat we grote energiecentrales buiten gebruik gaan stellen, moeten we nieuwe manieren bedenken om stroomuitval en elektrische resonantie te voorkomen. We moeten in andere woorden ons system opnieuw immuun maken tegen verstoringen. Het is dus noodzakelijk om snel met betrouwbare beveiliging te komen.’

Om die reden is Popov het Power System Protection Centre begonnen, een samenwerking van de TU Delft met de Nederlandse netbeheerders TenneT, Alliander en Stedin en de bedrijven General Electric en Siemens. In Delft zijn alle factoren aanwezig om toonaangevend onderzoek te doen op dit gebied. Met de bestaande Real-Time Digital Simulator en het toekomstige Electrical Sustainable Power Lab is de universiteit goed voorbereid om de uitdagingen van de toekomst in al hun facetten te bestuderen. Popov zal daar ongetwijfeld een belangrijke rol in blijven spelen.

Bliksem blijft ongrijpbaar

Hebben Popov en zijn team daarmee alle soorten stroomstoringen getackeld? Nee, dat nog niet. Zo blijken blikseminslagen bijvoorbeeld vooralsnog lastig te temmen voor de wetenschappers. Op zoek naar de aarde slaan de bliksemflitsen meestal in hoge objecten, zoals elektriciteitsmasten. Die zijn natuurlijk goed beveiligd met bliksemafleiders en andere beveiligingsmechanismen, maar toch gebeurt het met enige regelmaat dat de flitsen doorslaan naar de transformator.

Dat gebeurde bijvoorbeeld in juni 2012 in Nieuwegein. Maar liefst zeventig procent van de bewoners – in totaal zo’n 17.000 huishoudens – kwam er bijna 24 uur lang zonder stroom te zitten. Dat leidde niet alleen tot ergernis, maar ook tot flinke financiële schade omdat winkels noodgedwongen dicht moesten blijven. En dit is lang niet de enige stroomstoring die door bliksem werd veroorzaakt. ‘Ik zag dat de impact van bliksem heel onvoorspelbaar is,’ zegt Popov. ‘Onder sommige omstandigheden werken de beveiligingsmaatregelen dan ook niet. Om die beveiliging te verbeteren is er onderzoek nodig naar het samenspel tussen de bliksem en het aardingssysteem. In het SINTEF-project ontwierp ik een unieke interface om aan te tonen hoe je een betrouwbare beveiliging kunt ontwerpen.’

Tekst: Merijn van Nuland | Portretfoto: Thierry Schut

Meer verhalen

Energietransitie

Al rekenend naar een flexibel elektriciteitssysteem

Digital Society

Elektrotechniek, Wiskunde & Informatica

Marjan Popov