Knelpunten op het laagspanningsnet

De verwachting is dat de problemen op het laagspanningsnet de komende jaren net zo zichtbaar worden als bij het middenspanningsnet. De oplossing hoeft niet altijd netverzwaring te zijn. In veel gevallen kunnen batterijen en flexibele vraagsturing intelligente oplossingen bieden. Maar hoe komen we daar? Bij welke partijen ligt de verantwoordelijkheid, en waar de oplossing? Is de salderingsregeling nog houdbaar? En hoe benutten we de enorme capaciteit van de batterijen in auto’s?

Het laagspanningsnet is in het verleden niet gemaakt voor een decentrale duurzame elektriciteitsvoorziening en toenemende elektrificatie. Zonnepanelen op veel daken kunnen op bepaalde momenten te veel stroom leveren. En als we op grote schaal kiezen voor koken op inductie, (hybride) warmtepompen en elektrische auto’s krijgt het elektriciteitsnet te maken met meer pieken. En specifiek een grotere gelijktijdige piek waarvoor het net niet ontworpen is.

Het laagspanningsnet

Op het laagspanningsnet worden de kleinverbruikers, zoals huishoudens en kleine bedrijven aangesloten. Er zijn zo’n 30.000 laagspanningsnetten in Nederland. Per laagspanningsnet gaat het om een paar honderd huishoudens en mogelijk enkele tientallen bedrijven. Het laagspanningsnet is 3-fasen en heeft een spanning van 400 Volt. In een woning gaat dit omlaag naar 230 Volt. De meeste huishoudens hebben een aansluiting van 3 x 25 Ampère. Oudere woningen hebben vaak nog  1 x 25 of 1 x 35 Ampère (afhankelijk van het netwerkbedrijf). 3 x 25 Ampère komt overeen met een vermogen van 17 kW.  

Het laagspanningsnet is echter in de verste verte niet gebouwd om zoveel stroom te leveren aan alle woningen. Integendeel, de netbeheerder ging er indertijd bij de aanleg van uit dat een huishouden gemiddeld niet meer dan 1.5 kW gebruikt. Het vermogen van een transformatorhuis sluit daarbij aan en varieert, afhankelijk van het aantal aansluitingen, tussen de 200 en de 700 kVA (700 kW). Bij 700 kVA gaat het om een wijk met 400 – 500 aansluitingen. En ook de kabels hebben vaak onvoldoende capaciteit. De kabels worden ook dunner naar het einde van het laagspanningsnet toe. Dit betekent dat de problemen op het laagspanningsnet niet op woningniveau spelen, maar op buurtniveau.

Gemiddeld is het laagspanningsnet zo’n 25 – 30 jaar oud. De technische levensduur is 40 – 60 jaar. Dit betekent dat ongeveer 70 % van de netten de komende 30 jaar vervangen moeten worden.

Zonnepanelen

Op dit moment hebben ongeveer 1.5 miljoen huishoudens zonnepanelen. Dit aantal is de afgelopen jaren snel gestegen en het is de verwachting dat de sterke groei doorzet. Het Rijk en gemeenten zetten met name in op zon op daken. Er is nog veel ruimte voor zon op daken van huishoudens en klein-zakelijke klanten, maar de verwachting is dat er op delen van het laagspanningsnet de komende jaren problemen gaan ontstaan. 

Een huishouden gebruikt gemiddeld ruim 3.000 kWh. Dat gaat naar verwachting toenemen door (hybride) warmtepompen, koken op inductie en elektrisch vervoer. Om een dergelijke hoeveelheid stroom op te wekken met eigen zonnepanelen praat je al snel over 4 – 6 kW aan vermogen, een veelvoud van de 1.5 kW waar de meeste bestaande netten op zijn berekend. Bij een sterke toename van zonnepanelen in een straat of een buurt kunnen er op veel plaatsen problemen ontstaan. 
De spanning kan met name te hoog oplopen in de zomer door hoge productie van de zonnepanelen, terwijl er nauwelijks verbruik is van stroom. Zowel de kabel als de transformator kan overbelast raken.

De eerste problemen doen zich naar verwachting voor aan het eind van het laagspanningsnet waar de kabels dun zijn. Om het doorbranden van kabels te voorkomen, schakelen beveiligingsmechanismes daarom steeds vaker zonnepanelen uit. Op dit moment zien we daarvan de eerste voorbeelden, vooral in oude stadswijken en in poldergebieden zoals de Noordoostpolder.

Verdere elektrificatie

Ook de toename van elektriciteit door (hybride) warmtepompen, koken op inductie en elektrisch vervoer gaat naar verwachting voor problemen zorgen. Een rekenvoorbeeld:

Stedin heeft berekend dat in een wijk met een laagspanningsnet van 700 kVA  (400 – 500 woningen) ruimte beschikbaar is voor: 
•    127 All-Electric woningen (inclusief kookplaten en 100% zonnestroom) of
•    280 warmtepompen of
•    467 hybride pompen of
•    875 kookplaten of
•    467 laadpalen  

De wijk zal bij verdere elektrificatie dus over de grenzen van de beschikbare netcapaciteit gaan. Dat geldt zeker als een bepaalde buurt aardgasvrij wordt. Bij een te hoge vraag naar elektriciteit kunnen spanningsdips ontstaan en ook de kabels en/of de transformator kunnen overbelast raken.

Oplossingen

In grote lijnen zijn er twee oplossingsrichtingen voor de problemen die gaan ontstaan:

Structurele netverzwaring

De eerste is kiezen voor structurele netverzwaringsprogramma’s. De netten die netbeheerders nu vervangen en uiteraard ook de nieuwe netten kunnen prima de vraag en het aanbod aan. In de inleiding is al aangegeven dat de komende dertig jaar 70% van de laagspanningsnetten moeten worden vervangen. De problemen ontstaan echter al in de komende tien jaar. 

Het belangrijkste probleem is dat door tekorten aan technisch personeel en materialen het tempo van netverzwaring een stuk lager ligt dan de sterk stijgende vraag . Daarom is het ook zinvol dat gemeenten een actieve rol pakken en nu al houtskoolschetsen maken per wijk van toekomstige infrastructuur, inclusief een schatting van extra transformatorhuisjes. Gemeenten kunnen zo al rekening te houden met deze benodigde ruimte in hun gebiedsontwikkeling.

Een tweede reden waarom het tempo van netverzwaring achterblijft, is dat het netwerkbedrijf wettelijk verplicht is knelpunten zo spoedig mogelijk op te lossen. Dit gaat ten koste van de structurele aanpak, die als voordeel heeft dat het uiteindelijk gaat om minder werk en lagere kosten. De straat moet dan immers minder vaak open. 

Flexibiliteit

De tweede oplossingsrichting is meer flexibiliteit. Belangrijk hierbij is dat niet één woning zijn pieken afvlakt, maar dat de hele buurt dat doet. Dan pas kan netverzwaring uitgesteld dan wel voorkomen worden.

Bij zonnepanelen gaat het daarbij om een aantal praktische maatregelen zoals beperking van het piekvermogen, slimme faseselectie en plaatsing van zonnepanelen op het oosten en/of het westen.  Beperking van het piekvermogen betekent dat tijdens de piekuren iets minder energie wordt opgewekt door de panelen. De jaaropbrengst van de PV-installatie blijft echter nagenoeg gelijk. Bijkomend voordeel is dat een kleinere omvormer goedkoper is. Faseselectie betekent dat de PV-installatie wordt aangesloten op de fase die overdag de laagste spanning heeft. En bij plaatsing van zonnepanelen op het oosten en/of westen daalt de opbrengst weliswaar met zo’n 10%, maar het voordeel is tijdens de ochtend of aan het eind van de dag het stroomverbruik meestal hoger is. Er wordt dus een groter deel van de stroom door bewoners zelf gebruikt.

Bij de nieuwe elektrische apparaten kan vraagsturing een belangrijke oplossing bieden. Door auto’s op een slim tijdstip op te laden wordt het mogelijk om een factor 10 meer publieke laadpalen op hetzelfde net aan te sluiten, met dezelfde capaciteit. En ook de (hybride) warmtepomp kan in de toekomst zo worden ingeregeld dat deze stroom gebruikt als de rest van de vraag wat lager is. Bij grootschalige toepassing van warmtepompen in een wijk zijn regelingen beschikbaar om de gelijktijdigheid van de warmtepompen slim op elkaar af te stemmen. Deze flexibiliteit is echter beperkt, want men gaat niet wachten met het verwarmen van de woning tot de buren het warm hebben.

Naast deze praktische maatregelen biedt de opslag van zonnestroom een belangrijke oplossing. Het grootste potentieel biedt daarbij de batterij in de elektrische auto. Een batterij van een gemiddelde auto heeft een capaciteit van 50 kWh. Dat is een stuk meer dan het gebruik van een huishouden tijdens een winterdag en ook meer dan de productie van zonnepanelen op een zomerse dag. Thuisbatterijen kunnen ook een belangrijke optie worden, zeker als autobatterijen op grote schaal beschikbaar komen voor een tweede leven. En ook buurtbatterijen bieden mogelijk een goede oplossing. De verwachting is dat (auto)batterijen in veel gevallen netverzwaring overbodig kunnen maken. Dat blijkt uit de eerste ervaringen met opslag in o.a. Utrecht.

Maatschappelijke knelpunten flexibiliteit

Op dit moment ontbreken nog de randvoorwaarden voor grootschalige invoering van de verschillende flexibiliteitsopties. De problemen op het laagspanningsnet zijn nog vrijwel onbekend. De salderingsregeling betekent dat er op dit moment geen incentive is om zonnestroom op te slaan. De elektriciteitsprijs en de netwerktarieven zijn geen stimulans om producten te ontwikkelen om huishoudens op een financieel aantrekkelijke manier te helpen met vraagsturing en de opslag van stroom. En ook het hele idee van energiegemeenschappen die ervoor zorgen dat de stroom die in een bepaalde wijk wordt opgewekt daar ook daadwerkelijk wordt gebruikt, staat nog nauwelijks in de kinderschoenen.