Sinds het ontstaan van ons stroomnet is wisselspanning of alternating current (AC) de standaard. Zonnepanelen, windturbines en elektrische auto’s werken echter allemaal op gelijkstroom. Daardoor groeit de rol van deze direct current. Gelijkstroom-experts Harry Stokman en Henry Lootens van Techniek Nederland spreken over de kansen en mogelijkheden met ‘DC’.
Van hoogspanningsleiding tot het stopcontact thuis: wisselspanning is de norm, al ongeveer 140 jaar lang. Maar moderne tijden vragen om andere oplossingen en nieuwe standaarden. De werkgroep Gelijkspanning (DC) van Techniek Nederland organiseerde onlangs een webinar, waarin leden en gelijkstroom-specialisten Harry Stokman en Henry Lootens de stand van zaken doornamen. De redactie van de Makers van Morgen luisterde mee – en leerde weer een boel bij!
Alles op gelijkstroom?
Harry: “Al 130 jaar bouwen we ons stroomnet op dezelfde manier, maar de eisen die we eraan stellen veranderen nu flink. Dus is het logisch dat we goed gaan kijken of dit niet beter en efficiënter kan. We wekken gelijkstroom op en we gebruiken gelijkstroom, waarom zouden we het dan ook niet transporteren? Er bestaan nog veel vooroordelen over efficiëntie en veiligheid bij gelijkstroom, terwijl die door technologische ontwikkelingen al lang verwaarloosbaar zijn. Die vooroordelen zijn vaak gebaseerd op een gebrek aan kennis, veroorzaakt doordat opleidingen nog vooral zijn ingericht op wisselstroom. Werken met gelijkstroom is echt andere koek.”
Henry: “Het AC-transportsysteem zoals we dat nu kennen werkt prima, daar hoef je ook eigenlijk niets aan te veranderen. Als je alles zou vervangen, ben je minimaal 30 jaar en een enorme kostenpost verder. Ik zie daarom veel meer in twee systemen naast elkaar. Die grote ‘AC-flow’ kan blijven bestaan, terwijl we daarnaast op lokaal niveau met gelijkstroom grote voordelen kunnen behalen. Zoals het efficiënt terugleveren van energie aan het net. Dat werkt eenvoudiger met DC en is veel beter te regulieren dan nu met wisselspanning.”
Toepassingen op dit moment
Henry: “Tja, welke toepassingen werken eigenlijk níet op gelijkstroom, kun je beter zeggen? Alle apparatuur die je koopt, is al voorzien van een gelijkrichter die wisselstroom omzet naar gelijkspanning, van je tv tot zelfs je moderne koelkast. Zonde eigenlijk. Met USB-C is daarvoor al een prachtige standaard neergezet, die inmiddels wereldwijd wordt gebruikt. Die weg zouden we door moeten zetten.”
Harry: “Vooral op het punt van ‘vehicle-to-grid’, ofwel het koppelen van je elektrische auto aan het stroomnet, is er met gelijkstroom heel veel mogelijk. Die kan een actieve rol spelen in de energievoorziening. Dan kun je opladen wanneer er veel zon- en windenergie wordt opgewekt, en stroom afgeven aan het net als dat nodig is. Zo bouw je een dynamisch systeem, iets dat eigenlijk nauwelijks kan met AC. Dat moet je dus ook niet willen.”
(lees verder onder dit kader)
De ‘War of Currents’ van 1880: Tesla vs. Edison
Gelijkspanning en wisselspanning zijn twee ‘soorten’ elektriciteit die naast elkaar worden gebruikt. Ze zijn ongeveer gelijktijdig ontdekt aan het begin van de 19e eeuw. Rond 1880 was er veel discussie over de vraag welke variant het beste was voor het aansluiten van woonhuizen. Voorstander van wisselspanning was Nikola Tesla: zijn elektriciteitsnetten hadden als voordeel dat je met wisselspanning gemakkelijk de spanning kon verhogen en grote hoeveelheden elektriciteit met weinig verlies over lange afstanden kon vervoeren. Opponent in deze ‘war of currents’ was Thomas Edison, uitvinder van de gloeilamp. Hij voorzag in die tijd de eerste huizen en bedrijven in New York van een gelijkspanning van 110 volt. Nadeel van gelijkstroom was dat je daarvan niet eenvoudig de spanning kon te verhogen of verlagen, waardoor er bij transport veel verlies optrad en elektriciteitscentrales (dus) dicht bij de afnemers moesten worden gebouwd. Uiteindelijk won de wisselspanning: die werd de norm voor de elektriciteitsdistributie.
Henry: “Het mooie van DC is dat je heel mooi je powerflow kunt reguleren. Als de zon schijnt op al die panelen in de wijk, gaat de spanning omhoog en daar kun je apparaten op laten reageren. Dan gaat de wasmachine draaien bijvoorbeeld, of worden auto’s bijgeladen, waardoor die energie optimaal wordt gebruikt. Bij AC kan dat niet. Daar is het ‘aan’ of ‘uit’. Wil je AC laten reageren op het stroomaanbod, dan heb je daarvoor heel veel sturing en ICT voor nodig. Dat maakt apparatuur nodeloos complex.”
Harry: “In Nederland lopen we overigens voorop met het ontwikkelen van mooie projecten op het gebied van gelijkstroom. Zo hebben we inmiddels zo’n 380 kilometer straatverlichting voorzien van DC en zijn het CIRCL-gebouw van ABN-Amro aan de Zuidas en het PULSE-gebouw van de TU-Delft al vanaf het ontwerp ingeregeld op gelijkstroom. Daarbij is recent ook de N470 opgeleverd, deze weg is volledig ontworpen met een eigen microgrid van 4,7 kilometer, met straatverlichting en batterijen, zonnepanelen en verkeerslichten en is volledig autonoom. De energiestroom wordt helemaal gemanaged zonder gebruik te hoeven maken van ICT.”
DC niet te hacken
Henry: “Dat DC-systemen in de basis te reguleren zijn zonder ICT, is ook gezien de veiligheid een enorm voordeel. Je hebt eigenlijk alleen maar een voltmeter nodig om te zien hoe je systeem ervoor staat. Is er een balans in vraag en aanbod? Als de zon gaat schijnen, stijgt de spanning. Dan moet je energie gaan opslaan, gebruiken of je zonnepanelen gaan knijpen. Daar heb je geen data voor nodig. Je belangrijkste graadmeter is je voltage. Die houd je lokaal. Communicatie is niet nodig. Nog een voordeel: Als je een mooie gelijkspanning hebt, kun je data meesturen. Ik zie dat wel zitten. Neem laadpalen: datacommunicatie met de auto en het net kan dan prima via de kabels. Met gelijkspanning is dat veel moeilijker.”
Harry: “De veiligheid heeft natuurlijk ook een fysieke component. Een belangrijk nadeel van DC zijn de vlambogen die ontstaan bij in- en uitschakelen. Althans, dat was vroeger. Want nu neemt een printplaat de beveiliging voor z’n rekening. Elektronisch de spanning eraf alvorens de verbinding fysiek te verbreken is een prima oplossing die z’n waarde al lang heeft bewezen.”
Henry: “Nog een voordeel is natuurlijk dat je bij het ontwikkelen van producten die omzetting van AC naar DC niet meer hoeft te regelen. Dat is veel efficiënter en de boel gaat minder snel stuk, al was het alleen maar omdat je een flink stuk warmteontwikkeling kwijt bent. Modulariteit wordt ook interessanter: als een soort Lego-blokjes kun je elementen toevoegen, weghalen en hergebruiken ergens anders. Bij AC moet je bij wijzigingen heel veel in de keten aanpassen; bij DC hoeft dat niet.”
Nieuwe ontwikkelingen en wetgeving
Harry: “Je ziet dat de ontwikkeling van DC-producten, ook in de professionele markt, nu heel hard gaat. Ook er worden nieuwe stroomonderbrekers ontwikkeld; als 2000 auto’s bijvoorbeeld stroom gaan terugleveren aan het net heb je die wel nodig. Wat je nu ziet, is dat vooral wet- en regelgeving nog ontbreekt. Ik ben inmiddels lid van 23 commissies, ook op Europees niveau, die werken aan standaardisatie. Daar is nog veel werk aan de winkel; deze transitie heeft een grote impact op ons allen. Neem alleen al lokaal stroom produceren. Wie mag er leveren, hoe zit het met de kosten, dat levert ook sociaal gedoe op, hoe zit het met de energiegelijkheid? Dat moet toch gereguleerd gaan worden.”
Henry: “Ook op het gebied van educatie moeten we nog een flinke slag maken. Je merkt het al in de discussies over veiligheid. Ik durf de stelling wel aan dat DC veel veiliger is dan de installaties die er nu zijn. Mechanisch schakelen is echt niet heilig. met DC maken we en systeem eerst stroomloos en scheiden dan pas fysiek de geleiders van elkaar. Veiliger kan niet. Die perceptie vereist de juiste kennis bij installateurs. Pas dan kun je echt DC-vriendelijke installaties ontwikkelen.”
Snelste groei in microgrids
Henry: “De grootste ontwikkelingen zijn nu gaande in microgrids; daar kun je van de grond af aan systemen opbouwen. De netbeheerder lift vaak nog dwars, die zit vast aan de Autoriteit Consument en Markt die onder meer de tarieven reguleert. Maar op kleine schaal kun je flink wat stappen zetten. Neem een buurt, buren die samen investeren in zonnepanelen of een batterij, daar zie ik dat het snelst groeien, die zijn flexibeler. De bottleneck ligt daar vaak bij de beschikbare apparatuur. Er zijn simpelweg nog geen spullen. Ik ben consument, dus wil ik kiezen voor een kookplaat van merk A, lampen van merk B en een koelkast van merk C, een TV van merk Z, et cetera. Dat hele ecosysteem is er nog niet. Het kan allemaal wel, maar het is nog wel een avontuur.”
Harry: “Systemen blijven vooralsnog naast elkaar bestaan, dus dat betekent dat we in de toekomst een verdeler AC en DC in huis hebben. We hebben nu de kans om voor DC te komen tot één standaard, die moeten we pakken. Geen ingewikkeld gedoe met voor ieder land een eigen stekker en een eigen systeem, maar net als bij USB-C: één afspraak. Daar wordt nu hard over nagedacht. Zo kunnen fabrikanten straks producten van ontwikkelen die kunnen samenwerken. Dat is de uitdaging nu. De grootste aandrijver daarvoor is mobiliteit: de auto aan het net en de woning gaat straks leidend zijn in de energievoorziening in je huis, samen met de zonnepanelen en warmtepomp. Dan is de auto geen bedreiging meer voor de capaciteit van het stroomnet, maar juist een zegen.”
Werken aan DC: ingedeeld in zones
Henry: “Wij zeggen wel eens gekscherend: DC is een mooie kans om van ons vak weer een vak te maken. Je moet echt goed weten waar en wanneer je welke werkzaamheden kunt uitvoeren. Wij hebben dat opgedeeld in verschillende zones van complexiteit, en daarbij behorende vakkennis. Als je een USB-C wandcontactdoos wil plaatsen, is er niet zoveel aan de hand. Maar voor het installeren van een buurtbatterij heb je meer kennis nodig, en andere materialen en gereedschappen. Daar ligt een belangrijke taak voor de opleidingen.”
Harry: “We denken nu in vier zones: Zone nul staat voor de onbeschermde bron, dus de batterij zelf. Zone 1 staat voor de klassieke beveiliging bij DC zoals we die kennen, met grote vlambogen. Zone 2 betreft de zonnepanelen en zone 3 de elektronische systemen. Wat we willen bereiken, is dat je als monteur voor elke zone de juiste kennis en opleiding gaat volgen. Nu mag iedereen nog even veel – of je nu net van school bent gekomen, of al 40 jaar ervaring hebt. Daar willen we vanaf. Je krijgt straks de mogelijkheid om voor verschillende tarieven te gaan werken omdat je verschillende kwaliteiten hebt. Net als VCA krijg je straks een persoonlijk certificaat voor persoonlijke skills op DC.”
Heb jij ‘n tip voor deze rubriek? Stuur je suggestie naar demakersvanmorgen@technieknederland.nl!
