Licht op uitdagingen en idealen in de energietransitie Schoon, gratis en altijd?

Licht op uitdagingen en idealen in de energietransitie Schoon, gratis en altijd? Lector dr. Rob Ross

intreerede | elektriciteit - schoon, gratis en altijd?

Inhoud 1 Inleiding 1.1 Behoefte aan elektriciteit

Colofon Hogeschool van Arnhem en Nijmegen Faculteit Techniek Lectoraat Reliable Power Supply Postbus 2217 6802 CE Arnhem Lector dr. Rob Ross T: 06-11588703 E: [email protected] Realisatie: HAN Marketing, Communicatie en Voorlichting & HAN Event Vormgeving: Bureau Ketel Drukwerk: DPN ISBN: 978-90-825205-0-7 HAN University of Applied Sciences Press Arnhem, the Netherlands, 2016 © Alles uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotografie, microfilm, geluidsband of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van de auteur en uitgever, mits er zorgvuldig verwezen wordt naar de auteur en de uitgever.

2

4 5

2

Energievoorziening voorafgaand aan elektriciteit 2.1 Stadsverlichting als nutsvoorziening 2.2 De olielamp als technologische doorbraak 2.3 Stadsgas als technologische doorbraak 2.4 Overheidsmonopolie op de gasvoorziening

8 9 9 12 13

3

De ontwikkeling van de elektriciteitsnetten 3.1 Elektrische opslag en opwekking 3.2 Elektrische lampen 3.3 De opkomst van elektriciteitsvoorziening 3.4 Het einde van de energievoorziening door de overheid

16 16 18 22 24

4

De elektriciteitsvoorziening in de 21ste eeuw 4.1 Splitsing van de verticale bedrijfskolom 4.2 De uitdagingen van nu 4.3 Duurzaam 4.4 Betrouwbaar 4.5 Betaalbaar

28 28 29 30 33 36

5

Tenslotte Asset management en het lectoraat RPS 5.1 Superkabel 5.2 Antigeluid bij transformatoren 5.3 Ontwikkeling van statistische technieken 5.4 Human Capital Agenda

38 38 39 41 42

6 Referenties

44

7

47

Lijst van figuren

3


1

Inleiding

Elektriciteit – schoon, gratis en altijd? Dit thema is gekozen als overtreffende trap van het motto: Duurzame Energie – betrouwbaar en betaalbaar. “Schoon” doelt op duurzaam en “Altijd” duidt op altijd leveren oftewel betrouwbaar. “Gratis” voor ultiem betaalbaar? De elektriciteitsprijzen zijn al hard gezakt en soms is er zoveel aanbod en zo weinig vraag, dat er zelfs een negatieve prijs ontstaat [1]. Dat betekent: u gebruikt elektriciteit en wordt daar ook nog voor betaald. Nu vooral voor bedrijven, maar wellicht ooit ook voor de consument. Een mooie wens: “Elektriciteit – schoon, gratis en altijd”. Op het gebied van elektriciteit vinden grote veranderingen plaats. Niet alleen in Nederland, maar ook internationaal. Het is een omwenteling en we spreken daarom van de energietransitie. “Licht op uitdagingen en idealen in de energietransitie”. Bij de opkomst van elektriciteit speelde verlichting een zeer grote rol. Eerst zullen we peilen wat de behoefte is aan elektriciteit in de huidige samenleving. Daarna neem ik u graag mee op een tocht door de eeuwen, zelfs van ver voor de elektrische toepassingen, om te zien hoe dit zo ontstaan is. De reis begint in de 16de eeuw toen Nederland nog geen zelfstandig land was. De reis komt langs de spectaculaire 19de eeuw waarin technologische uitvindingen de maatschappij in een hoog tempo begonnen om te vormen en tenslotte de elektriciteit opkwam. Dan komen we bij 20ste eeuw met nutsbedrijven en een monopolie van de overheid. Richting de eeuwwisseling eindigt dat overheidsmonopolie. Daar spelen de thema’s duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar al een grote rol. En uiteindelijk belanden we dan weer hier in de huidige tijd om te bezien welke plaats HAN en TenneT daarin hebben. Terugblikkend op de reis blijkt dat de geschiedenis in grote mate bepaald wordt door technologieontwikkeling en dat zal in de toekomst ook het geval blijven.

1.1 Behoefte aan elektriciteit Hoe belangrijk is elektriciteit? In zijn artikel “A theory of human motivation” uit 1943 deelde de psycholoog Maslow de menselijke behoeften in naar prioriteit [2]. Hij onderscheidde in eerste instantie vijf en later zes niveaus: 1. De fysiologische of lichamelijk behoefte om in stand te blijven: eten, drinken, genezing vinden etc. Wie ook het meest basale ontzegd is, zal al zijn tijd besteden aan overleven. Maar wat gebeurt er met de verlangens van een mens als zijn maag voortdurend gevuld wordt? Er komen andere (‘hogere’) behoeften op die de mens zal proberen te bevredigen: 2. Behoefte aan veiligheid om beschermd te zijn tegen gevaar en dreiging. Het weerstaan van noodsituaties van rampen tot neurosen. Een vredige, soepel lopende, goede samenleving draagt er zorg voor dat zijn leden zich veilig voelen. 3. Behoefte aan liefde en aanhankelijkheid als de mens veilig is. Het gevoel bij een vriendenkring of familie te horen. Het geven en ontvangen van liefde. 4. Behoefte aan respect voor gevoelens van zelfvertrouwen, waarde, het nuttig en nodig te zijn in deze wereld zodra de mens zijn plaats heeft gevonden. Enerzijds de behoefte de wereld aan te kunnen en anderzijds reputatie en prestige oftewel erkenning. Maslow noemt personen bij wie deze vier behoeften vervuld zijn, in de grond tevreden mensen. Van hen kan de volste creativiteit verwacht worden. 5. Behoefte aan zelfverwezenlijking: de behoefte te worden wie je kunt zijn. Een wetenschapper moet onderzoeken en een techneut moet bedenken en bouwen. Het onvervuld laten van deze behoefte geeft een rusteloosheid. 6. Behoefte aan transcendentie: de behoefte boven zichzelf uit te stijgen. De volledig ontwikkelde (en zeer gelukkige) mens wordt gemotiveerd door waarden die hemzelf en zijn eigenbelang overstijgen. Hij is niet zelfzuchtig meer. Er is veel over deze theorie gezegd. Maslow nam zelf ook enkele slagen om de arm. Zo hoeft de ene behoefte de andere niet uit te sluiten. Een bedreigd of ziek mens zal liefde waarschijnlijk niet als hogere behoefte zien, maar ook als verzachting van de dreiging en troost. Hoe dan ook, we hebben nu een kader om behoeften op urgentie te rangschikken. Verder dan dat hoeven we niet te gaan. Elektriciteit was eerst een puzzel voor onderzoekers; Maslow 5: zelfverwezenlijking. Het was vermaak iemand een schok te bezorgen, wat overigens met het voortschrijden der techniek steeds gevaarlijker werd. Toen elektriciteit nuttig toepasbaar werd, kwam geldelijke waardering.

4

5


Maslow 4: respect. Met toepassingen als verlichting en communicatie werd de behoefte aan elektriciteit steeds essentiëler, wat richting Maslow 2 gaat. Minister Van der Steur van Veiligheid en Justitie stelt op 12 mei 2015 in de Tweede Kamer [3]: “Aandacht voor veiligheid vormt de basis van een samenleving waarin iedereen vrij en veilig kan leven.” [Maslow, punt 2]. Hiertoe heeft de Minister een overzicht laten maken van wat vitaal is voor onze samenleving om rampen en crises te kunnen beheersen. Als we de samenleving zelf zouden beschouwen als organisme, dan is elektriciteit een fysiologische behoefte voor de samenleving geworden: Maslow 1. Landelijke elektriciteitstransport en distributie behoren namelijk tot de hoogste categorie A van vitale infrastructuur.

Figuur 1 Categorie voor herijking vitaliteit infrastructuur [3]

Figuur 2 Herijking lijst vitale Infrastructuur [3]

6

7


2

Energievoorziening voorafgaand aan elektriciteit

Hoe is de elektriciteitsvoorziening tot dit punt gekomen? Hebben de thema’s duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar altijd een belangrijke rol gespeeld? De stadsverlichting heeft diverse energietransities gezien en de historie ervan biedt een boeiend decor van processen die daarbij optreden. Van grote invloed blijken technologische ontwikkelingen en de rol van de overheid. Bij de voorstudie van deze rede vond ik het boek “De Geschiedenis der Verlichting van Amsterdam” uit 1911 geschreven door G.P. Zahn Jr. [4]. Dit boek is geschreven door iemand die meer dan 30 jaar verbonden was aan de Amsterdamse Gasfabrieken en dateert uit de periode waarin de omwenteling naar elektriciteit plaatsvond. In het voorwoord vermeldt Dr. L. J. Terneden van de Vereeniging van Gasfabrikanten in Nederland: “Ook is het een eigenaardig verschijnsel dat wijzigingen in iets waarmede ieder te maken heeft, niet gemakkelijk plaats vinden, niet gebeuren zonder strijd. De overgang van olieverlichting op gasverlichting, van gaslicht op electrisch licht, en thans weer die van electrische verlichting tot verlichting door gas, zij gaan alle met strijd gepaard. Komen daarbij nog principes in het spel, particulier— of gemeentebedrijf, dan wordt die strijd soms hevig.” U ziet: het pleit was nog lang niet beslecht in het voordeel van elektriciteit en de publiek-private samenwerking (of: concurrentie) vormde een onderdeel van een heftig debat. Vandaag, 105 jaar later, bekijken we diezelfde geschiedenis opnieuw, maar dan tegen de achtergrond van de elektriciteitsvoorziening. “Licht op uitdagingen en idealen in de energietransitie” te beginnen in de 16de eeuw. Tijd voor onze reis door de eeuwen.

8

Figuur 3 Werken bij kaarslicht. Gerrit Dou: de astronoom (Gerard Dou, eerste leerling van Rembrandt, circa 1650). Museum De Lakenhal, Leiden, in langdurig bruikleen van de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed (Digitale foto ter beschikking gesteld door De Lakenhal).

2.1 Stadsverlichting als nutsvoorziening De eerste straatverlichting was uitgevoerd met kaarsen en markeerde letterlijk het eind van de donkere middeleeuwen. De oudst bekende straatlantaarn op kaarslicht in Amsterdam hing in 1544 aan Zeedijk tegenover de Molensteeg. Aanvankelijk werden lantaarns vooral bij poorten en bruggen aangebracht; bij posten van de nachtwacht. Omdat men vond dat de stad ‘s nachts te donker bleef, werd in 1595 in Amsterdam bevolen dat aan elk 12de huis ‘s avonds en ‘s nachts een lantaarn met brandende kaars diende te worden gehangen. De overheid wees hierbij een minderheid van burgers aan die dit als plicht kregen op basis van hun adres. De bewoners (‘of velen tenminste’) verzuimden echter deze opdracht uit te voeren en ‘men moest van stadwege luiden aanstellen die voor het onsteeken der lantaarns zorg droegen, zooals reeds in het jaar 1597 geschiedde’ [4]. Aangestelde collecteurs vorderden ter financiering lantaarngeld in van de ingezetenen. Evenzo kreeg Leiden straatverlichting met kaarsen in 1597 [5]. Een openbare nutsvoorziening met gemeentelijke belasting was geboren.

9


2.2 De olielamp als technologische doorbraak Een technologische ontwikkeling veroorzaakte een transitie in de stadsverlichting. Jan van der Heyden, gewaardeerd uitvinder van de slangbrandspuit, had in 1663 een olielamp en lantaarn ontwikkeld. Deze werd aangebracht op een houten stellage aan de muur, op een paal en later hangend tussen de huizen. De lantaarn was technisch goed doordacht en werd een dermate succes dat voor 1669 de hele stad Amsterdam van deze lantaarns werd voorzien en deze ook in diverse buitenlandse steden werden toegepast.

De gemeente hield de beheerskosten goed in beeld. Uit het overzicht (Figuur 5) bleek dat er binnen 20 jaar maar liefst 2380 lantaarns in gebruik waren genomen, waarvan de operationele kosten, beheerskosten, bediening van de specials, reparatie en vervangingskosten in totaal zo’n 24.000 gulden kosten, waarvan iets meer dan de helft de benodigde brandstof betrof. De verbruikte olie moet in de orde van 61.582 liter hebben gelegen wat het verbruik in 1681 was. De olieprijs lag kennelijk op circa 0,20 gulden/l (9 eurocent/l).

Figuur 5 Weergave van de jaarrekening van stadsverlichting in Amsterdam (1682) [4]

Het toezicht op de lichtvoorziening was streng [4]. Zo moesten de ‘lantaarnvulders’ een eed afleggen die afgesloten werd met het “Zo waarlijk helpe mij God Almachtig”. De instructies voor de ‘lampbezorgers’ respectievelijk de ‘aanstekers’ bestonden uit 21 respectievelijk 12 artikelen.

Figuur 4 De olielamp van Jan v.d. Heyden in 1663.

10

Qua onderhoud inspecteerden de ‘Nagtronders’ of ‘Naspeurders’ elke nacht welke lampen te vroeg doofden en markeerden deze met krijt voor onderhoud. Over onderhoud zullen we het later nogmaals hebben, maar in huidige termen zouden we hier spreken van periodieke inspecties en correctief onderhoud.

11


Figuur 7 Standbeeld van Minckelers in Maastricht met in de hand een geweerloop waarmee hij de eerste proeven Figuur 6 Kalverstraat met hangende verlichting begin 19de eeuw [4]

deed om steenkoolgas te maken [8].

Bijna anderhalve eeuw bleef de bedrijfsvoering in handen van de overheid, maar in 1809 werd de bediening van de lantaarns uitbesteed aan F.L. Behr. Inmiddels bedroegen de kosten in 1814 f 79.920.

De luchtvaart had zijn intrede gedaan en bracht een belangwekkende technologische spin-off voort voor de energievoorziening. Dergelijk gas bestaat voornamelijk uit de brandbare gassen waterstof, methaan en koolstofmonoxide en werd geproduceerd in de steden. Het was goed geschikt voor gasverlichting.

2.3 Stadsgas als technologische doorbraak

Inmiddels naderen we de 19de eeuw. Vanaf 1811 werd stadsverlichting met dergelijk gas uitgevoerd in Freiburg, Londen (1812) en Parijs (1819).

Een nieuwe technologische ontwikkeling bracht lampen op steenkoolgas. Jan Pieter Minckelers was een Maastrichtenaar die op 23-jarige leeftijd hoogleraar werd in Leuven. In 1782 was de heteluchtballon uitgevonden door de gebroeder Montgolfier. Op verzoek van Louis Engelbert, hertog Arenberg, zocht Minckelers naar een goedkopere gassoort voor de ballon. In 1783 ontdekte hij met een collega dat het verhitten van fijngestampte steenkool in een geweerloop zonder zuurstof een gas opleverde dat viermaal lichter was dan lucht. Dit bleek inderdaad bruikbaar voor de ballonvaart [6]. In 1784 publiceerde Minckelers deze productiewijze [7] van droge destillatie van steenkool.

In Amsterdam werd in 1825 een gasfabriek als vennootschap gestart met een looptijd van 25 jaar. Deze mocht gas echter alleen uit raapolie winnen. Beleggers dumpten prompt hun aandelen en Mr. Attwood van de Imperial Continental Gas-Association, een Engels bedrijf, verwierf 98 van de 120 aandelen in 1833. De fabriek ging over in handen van ICGA en kreeg in 1835 wel een vergunning om toch steenkoolgas te maken.

12

In 1836 trad een geheimzinnige iepenziekte op in Amsterdam en men vreesde dat dit door de gasbuizen werd veroorzaakt. Een milieuprobleem werd gevreesd. Het stadsbestuur stelde geen onderzoek in, maar ICGA financierde een eigen onderzoek en toonde aan dat wormen (larven van een tor) genaamd Hylesinus Destructor de oorzaak waren. Zoals ook elders in Europa. De

13


gasfabriek kon verder. Ook bij latere onderzoeken werd het steenkoolgas vrijgepleit van het aantasten van bomen. Milieubeheer in de 19de eeuw. Olie hield nog stand tot halverwege de jaren 1840. Bij het aflopen van de looptijd van de ICGA gasfabriek werd de Amsterdamse Pijp-Gas-Compagnie opgericht. Er ontstond een heftige discussie tussen de voordelen van gas en olie. Gas won dit uiteindelijk in 1847 doordat de verlichting beter werd, maar niet meer kostte dan met olie. Betrouwbaar en betaalbaar.

2.4 Overheidsmonopolie op de gasvoorziening De stedelijke overheden wilden een monopolie op gas vestigen middels stedelijke gasfabrieken. Een citaat uit de beschouwingen van B&W Amsterdam: “… De stijging der steenkolenprijzen heeft den bloei der gemeentelijke fabrieken niet gedeerd en men kan, als te Manchester, de gasprijzen naar de kolenprijzen telkens wijzigen. En het electrisch licht is tot dusver voor huiselijk gebruik ongeschikt en zal het wellicht nooit worden (!); ... Voor straatverlichting kan electriciteit alleen dienen in lange rechte straten en op pleinen. Bovendien als het electrisch licht het gas kan vervangen, behoort de gemeente zelve er de vruchten van te plukken. De vrees voor concurrentie heeft in de gasfabricatie veel verbeteringen gebracht, zoodat de kosten ook zeer zijn gedaald. …” [4]. Het is duidelijk dat de stedelijke overheden geen private bedrijven meer de ruimte wilden geven, maar zelf de complete keten van productie, distributie en levering naar zich toetrok. De Hollandse Gasfabriek betoogt in 1881 tegen de oprichting van een stedelijke gasfabriek: “… De voorstanders eener stedelijke gasfabriek, verblind door de tonnen gouds, die zij in het verschiet, volgens berekeningen op het papier, in de stedelijke kas zien vloeien, in aanbidding van het gouden kalf, dat reeds geslacht zal kunnen zijn, alvorens het voetstuk, waarop het geplaatst moet worden, is gereed gemaakt, mogen dit in twijfel trekken, en zelfs loochenen, — de wetenschap, de ontwikkeling van de mechanische industrie, die met reuzenschreden zich een weg baant door de duistere toekomst, is daar, om de meest ongeloovigen te beschamen, en te omstralen met een electrischen glans, die door het kwijnende gaslicht niet kan worden geëvenaard. …” [4].

14

Exegetisch twijfelachtig: men placht een kip met gouden eieren te slachten, maar niet een gouden kalf. Dat trof een geheel ander lot [9]. Maar het blijft een bloemrijk en gepassioneerd pleidooi. Elektriciteit als afschrikkingsmiddel tegen een dreigend overheidsmonopolie. De gemeente betoogt in 1882: “… dat men voor de toepassing van elektriciteit als lichtbron niet bevreesd behoeft te zijn, want dat de ondervinding in het buitenland reeds geleerd heeft, dat beide zeer goed naast elkaar kunnen bestaan, ja sterker, dat de electriciteit verre van een concurrent, een vijand van het gas te zijn, diens krachtigste bondgenoot belooft te worden, …” [10] (zie ook [4]). Dit hadden zeer profetische woorden kunnen zijn in het licht van de tegenwoordige gascentrales in Nederland, maar in datzelfde jaar herroepen B&W dit statement en voorzien “dat er een aanhoudende oorlog tusschen de verschillende wijzen van verlichting zal worden gevoerd …”. Men gaat ook inzien dat stadsgas feitelijk een kunstmatige energiedrager is en dat energieomzettingen verschillen in efficiëntie: “Want het is een feit, dat voor voortdurende werking stoom goedkooper is dan gas, en wordt de stoom dan ook hoofdzakelijk als opwekker van electriciteit aangewend. En overwegende dat goed gas eene dure brandstof is, is het in het geheel niet te begrijpen hoe eene combinatie van gas en electriciteit een meer oeconomisch licht zal verwekken.” [4]. Over betaalbaar gesproken. De grote gemeenten hadden in recente jaren de gasproductie naar zich toe getrokken en zagen in elektriciteit nu een concurrent die hun investeringen ernstig kon schaden. De gemeenten zouden later dan ook een monopolie op de productie, distributie en levering van elektriciteit vestigen. De gemeentelijke gasproductie zou standhouden tot 1959 toen de aardgasbel in Slochteren werd ontdekt en in de jaren zestig de gemeenten zich gingen beperken tot de distributie van het Groningse gas.

15


3

De ontwikkeling van de elektriciteitsnetten

We springen nogmaals terug in de tijd, maar nu om het ontstaan van de elektriciteitsnetten te volgen. Elektriciteit en magnetisme zijn bekend sinds de oudheid. Elektriciteit is vernoemd naar barnsteen (‘ἤλεκτρον’), dat door wrijven statisch geladen werd. Magnetisme is vernoemd naar de plaats Magnesia waar magnetiet (‘μάγνης’) voorkomt dat ijzer aantrok.

In 1745 vonden Ewald Georg von Kleist en Pieter van Musschenbroek de condensator uit die statische lading kan opslaan. Dit was een glazen fles met aan de binnen- en buitenkant een geleidend materiaal. Pieter kwam uit Leiden en publiceerde als eerste hierover, waardoor de vinding bekend kwam te staan als de Leidse fles. Men hield de fles in de hand en laadde de inhoud op met een elektriseermachine (Figuur 8). De hand was feitelijk de buitenelektrode waar later tinfolie voor werd gebruikt. Deze ladingen waren aanvankelijk vermaak, maar door flessen te combineren (Figuur 9) kon men op de duur zelfs dodelijke ladingen elektriciteit opslaan. Waarom eigenlijk een fles? Men kende nog geen elektronen en dacht dat elektriciteit een vloeistofkarakter had. Een fles om lading op te slaan was daarom een zeer logische gedachte.

Pas in 1873 formuleerde de Schotse wetenschapper Maxwell de elektromagnetische wetten [11], maar toepassingen waren toen al volop in ontwikkeling in de tomeloze 19de eeuw.

3.1 Elektrische opslag en opwekking Rond 1663 bouwde Otto von Guericke een elektriseermachine: een draaiende bol zwavel laadde op als iemand zijn handen erbij hield. Later werden ook glazen bollen of schijven gebruikt (zie rechts in Figuur 8). Men kon nu statische elektrische lading opwekken.

Figuur 9 Leidse flessen in het Teylers Museum parallel geschakeld om de capaciteit van deze condensator te vergroten. (Foto: auteur)

Een belangrijke ontdekking was de zuil van Volta (Figuur 10). De eerste batterij. De vinding wordt gedateerd tussen 1796 [5] en de publicatie in 1800 [13]. De zuil was een stapeling van koperen en zinken platen met beurtelings een vochtig stoffen contact voor de ionengeleiding en een droog contact voor elektronengeleiding. Via elektrochemische accu’s kon men nu grote en langdurige stromen maken. Figuur 8 Een Leidse fles wordt opgeladen met een draaiende elektriseermachine [12].

16

17


Figuur 10 Dubbele Zuil van Volta in Teyler’s museum. Het vochtige contact bestaat een stof zoals vilt gedrenkt in een zure of zoute oplossing. De vinding is daar gedateerd 1797. (Foto: auteur)

In 1827 respectievelijk 1831 demonstreerden Ányos István Jedlik en Michael Faraday het principe van de elektromotor en de dynamo door een draaiende magneet bij een elektrische spoel. Hierdoor werd het mogelijk om krachtige elektrische stromen mechanisch te produceren door een generator aan te drijven met een stoommachine of waterrad.

Figuur 11 Booglamp (Fig. 126 uit [14]) met handmatige regeling van de afstand tussen de koolspitsen.

3.2 Elektrische lampen Men kon stroom en spanning maken, maar nu nog licht. De allereerste gloeidraad wordt toegeschreven aan Humphrey Davy in 1802. Hij sloot een platina draad aan op 2000 voltaïsche cellen (ruwweg een spanning van 2000 Volt). De draad ging gloeien en begaf het snel, maar markeert desalniettemin het begin van licht uit gloeidraden. In 1809 voerde Davy met deze batterij een grote stroom door twee koolstof staven. Door de staven uit elkaar te trekken, ontstond een vlamboog die een helder wit licht gaf. Dit werd de booglamp die in combinatie met generatoren een krachtige lichtbron vormde voor straatverlichting, vuurtorens, fabriekshallen en zoeklichten in de tweede helft van de 19de eeuw. De lichtkleur kon worden bijgesteld door de koolspitsen te mengen met zouten [14]. Voor huishoudens was deze lamp te krachtig, te duur en stonk te veel.

18

Figuur 12 Booglamp in het Elektriciteitsmuseum (Amsterdam). Bovenop is de regulateur te zien die automatisch een redelijk constante afstand tussen de koolspitsen handhaafde (zie ook Figuur 13).

19


Figuur 13 Booglamp met regulateur (Fig. 169 uit [14]). Figuur 14 Kooldraadlamp, d.w.z. cellulose bevestigd aan platina

Vanaf 1840 experimenteerde men met draden in glazen bollen met een vacuüm. Hierdoor konden de draden niet verbranden. In 1874 verwierven Henry Woodward en Mathew Evans een patent op een lamp met een koolstof staafje in een met stikstof gevulde cilinder, maar konden deze niet vermarkten. Zij verkochten hun patent U.S. Patent 0,181,613 aan Edison in 1879 en deze wist als geen ander innovaties tot een commercieel succes te ontwikkelen. Het succes van Edison wordt toegeschreven aan drie factoren [15]: een effectief gloeiend materiaal (later m.n. draad van verkoolde bamboe), een beter vacuüm, een hoge draadweerstand waardoor lampen parallel aan elkaar konden branden. Wat Edison veel beter deed dan briljante tijdgenoten is dat hij een compleet elektrotechnisch systeem ontwikkelde in 1882, terwijl velen niet verder kwamen dan ideeën voor een lamp. De Brit Swan was Edison zelfs enkele jaren voor met de verlichting van meerdere huizen op waterkracht in 1878 [16]. In 1882 werd de Parkschouwburg in Amsterdam verlicht met 1400 Swan gloeilampen en 8 Siemens booglampen.

(Fig 121 uit [14]).

Figuur 15 Metaaldraad met vacuüm in de ballon (Fig. 123 uit [14]).

Later kwamen Wolfraam spiraaldraden met een hoog smeltpunt van 3422°C en werd vacuüm vervangen door edelgas. Wolfraam lampen waren energiezuiniger dan kooldraadlampen, wat significant bijdroeg aan het succes van elektrische verlichting. Tabel 1 Energie-efficiëntie volgens verschillende referenties. Lamptype

Opbrengst /vermogen [17] [18]

Vermogen/ opbrengst [14]

Pluspunt

Kooldraadlamp

3-4,5 lumen/W

3 W/kaars

Robuust en stil

1,1 W/kaars

Zuiniger en stil

Metaaldraadlamp Half-watt lamp (spiraaldraad argon)

18 lumen/W

8-24 lumen/W 0,5 W/kaars

Veel licht en stil

Booglamp

9-12 lumen/W

2-7 lumen/W

Eerst beschikbaar

20

Figuur 16 Half-watt lamp (d.w.z. 0,5 W/kaars) van 1000 kaarsen. Wolfraamdraad in Argon-gas (Fig. 124 uit [14]).

21


3.3 De opkomst van elektriciteitsvoorziening De eerste bekende industriële toepassing van elektrisch licht was een grote booglamp gevoed met 30 cellen bij de constructie van de ijzeren draaibrug over de rivier de Mark in 1854 [5], waardoor ‘s nachts doorgewerkt kon worden. Nederlandse installatiebedrijven begonnen met hulp van buitenlandse elektrotechnische firma’s complete installaties te installeren van stoomgeneratoren tot en met de verdeelinstallaties, netwerk en lampen bij vooral bedrijven [5]. Zo liet het Rotterdamse Hotel Leygraaff in 1878 als eerste een elektrische installatie aanleggen voor verlichting van de hoteltuin [19].

In 1890 kreeg Electra een concessie in Amsterdam voor elektrische geleidingen [4]. Vanaf 1892 groeide het aantal afnemers van elektriciteit van 227 naar 500 in 1897. De gemeenteraad vreesde de concurrentie met de Gemeente Gasfabrieken. De gemeente bouwde in 1900 een centrale voor tramlijn10 waar motorkracht voor het eerst paardenkracht verving en besloot in november 1900 tot de oprichting van een “algemeene Electrische Centrale”, waarmee de gemeente nu ook een monopolie vestigde in de elektriciteitsvoorziening. Zahn vermeldt: “Een begeerig oog werd eveneens op de openbare verlichting geslagen en als eerste slachtoffers vielen in handen der electriciteitsmannen de monumentale lantaarnpalen op het Stationsplein, dit geschiedde op 23 Februari 1904, toen daar 24 booglampen geplaatst werden.”

In de publieke ruimte lijkt de winkelpassage aan de Coolvest de eerste te zijn in 1883. Grand Café du Passage stal de show met maar liefst 172 Edison lampen. De verbinding tussen generator en winkelpassage bestond uit een kabel in een ijzeren buis. Deze lag echter voor een deel in particuliere grond zonder instemming van de eigenaar. Deze eigenaar zorgde voor een mogelijke primeur; namelijk de eerste kabelstoring door de kabel te vernielen. Tot op de dag van vandaag is circa een derde van de kabelstoringen te wijten aan graafschade. De reparatie en iets verleggen van de kabel duurde circa een maand. Drie maanden later staakte de N.V. ‘Nederlandsche Electriciteitsmaatschappij’ deze dienst, omdat de revenuen niet opwogen tegen de kosten.

Persgas en betere gaslampen met een gloeikousje [20] boden nog even het perspectief op rentree van gas waar Terneden op duidde [4], maar het elektrische licht won het van gaslicht omdat elektriciteitscentrales minder kolen verbruikten dan gasfabrieken tijdens de kolenschaarste in de eerste wereldoorlog.

Figuur 17 De waarschijnlijk eerste door een centrale verlichte winkelpassage aan de Coolvest (1883).

Figuur 18 De ‘Electrische Centrale’ van de Gemeente Amsterdam in bedrijf vanaf circa 1903 [4].

Bron: www.engelfriet.net/Alie/Aad/passagerotterdam.htm.

22

23


In 1911 stelde de regering de staatscommissie Van IJsselsteyn in om te adviseren hoe verschillende streken en met name het platteland zo doeltreffend en economisch mogelijk van elektriciteit konden worden voorzien [21]. Uiteindelijk zou het Rijk concessies uitgeven aan provincies om provinciale elektriciteitsbedrijven op te richten, omdat zo het algemeen belang het best gewaarborgd zou worden. Nederland koos voor grootschaligheid om goedkoop elektriciteit te produceren en voor koppeling van centrales om grilligheden in het verbruik tegen te gaan. Ook werd de industrialisatie op het platteland bevorderd met elektrische energie zodat industrieën zich niet hoefden te concentreren in de grote steden en een trek naar de grote stad werd tegengaan [22]. Tijdens de slag om Arnhem in 1944 waren Van Staveren en Prof De Zoeten geëvacueerd naar Eerbeek waar zij bij een berkenhout vuurtje de eerste plannen ontwikkelden voor de SEP (NV Samenwerkende Electriciteits-Productiebedrijven) die alle Nederlandse centrales aan elkaar zou koppelen [23]. Op diverse plaatsen zouden de provinciaalse netten met elkaar verbonden worden tot één nationaal koppelnet. In 1949 werd de SEP opgericht en in 1953 waren alle centrales aan elkaar gekoppeld. Dit koppelnet werd in de jaren zestig en zeventig verbeterd en verzwaard. Het is dit net dat de basis vormde van TenneT.

Figuur 19 Brandstofinzet in Rotterdamse elektriciteitscentrales. Bij de oliecrisis van 1973 was de elektriciteitsproductie grotendeels afhankelijk van gas. Diversificatie was dringend gewenst (Figuur overgenomen uit [23], Fig. 37).

3.4 Het einde van de energievoorziening door de overheid In de jaren tachtig zouden drie vraagstukken grote veranderingen teweeg brengen in de elektriciteitsvoorziening [21]: 1. zekerheid van energievoorziening 2. milieuproblematiek 3. internationale markt De oliecrises van 1973 (Israel) en 1979 (Sjah) toonden de riskante afhankelijkheid van olieproducerende landen. Nederland moest oliereserves aanleggen, zuiniger omgaan met de eigen gasreserve (80% van de elektriciteitsvoorziening) en diversifiëren met kolen, olie, kernenergie en alternatieven. Ook de Europese Unie plaatste energie op de agenda. Leveringszekerheid werd een issue.

24

Qua milieu veroorzaakte steenkool al eeuwen luchtverontreiniging. Edinburgh werd bijvoorbeeld ‘Auld Reekie’ (ouwe roker) genoemd vanwege de smog uit de schoorstenen van de 18de tot de 20ste eeuw [24]. Maar in de tweede helft van de 20ste eeuw namen milieuproblemen soms ongekende vormen aan. In 1979 werd een complete nieuwbouwwijk in Lekkerkerk afgebroken en 100.000 m3 grond gesaneerd, omdat de bodem zo ernstig vervuild was met xyleen en tolueen dat zelfs de pvc hoofdwaterleiding aangetast werd [25]. Nog vele kwesties zouden volgen. Het broeikaseffect wordt veroorzaakt door o.a. waterdamp, kooldioxide, methaan en ozon. M.n. kooldioxide oftewel CO2 neemt gestaag toe en wordt toegeschreven aan menselijke energie footprint. Enkele ongelukken in kerncentrales hadden grote gevolgen tot in een wijde omgeving en internationaal toe (Tabel 2). Het meest recente voorval bij Fukushima leidde tot het drastische besluit alle Duitse kerncentrales te sluiten voor 2022 als onderdeel van de Energiewende. De reactoren van voor 1980 zijn inmiddels al uit bedrijf [26]. Duurzame energie werd een serieuze kwestie.

25


Tabel 2 Ongelukken met kernreactoren die bovenlokale gevolgen hadden (INES 5 en hoger, zie Tabel 3) [27]. Jaar

Locatie

INES score

1952

Chalk River, Ottawa, Canada

INES 5

1957

Kyschtym, Sovjet-Unie

INES 6

1957

Windscale, Groot-Brittannië

INES 5

1979

Three Mile Islands, USA

INES 5

1986

Tschernobyl, Oekraïne

INES 7

2011

Fukushima, Japan

INES 6-7

Tabel 3 International Nuclear Event Scale. Score

Betekenis

Meaning

Category

7

grootschalig ongeval

Major accident

Accident

6

ernstig ongeval

Serious accident

5

ongeval met bredere gevolgen

Accident with wider consequences

4

ongeluk met plaatselijke gevolgen

Accident with local consequences

3

ernstig incident

Serious incident

2

incident

Incident

1

onregelmatigheid

Anomaly

0

onregelmatigheid zonder gevolgen voor de veiligheid

Deviation (no safety significance)

Incident

Figuur 20 Maandelijkse meting van CO2 bij Mauna Loa , Hawaii. De toename van 1958 tot 2015 is ongeveer 27%. Bron: [28].

De energiemarkt was nog een nationale aangelegenheid. De overheid bezat circa een eeuw het monopolie op de complete keten van elektriciteitsvoorziening. De overheid behartigde het algemeen belang, maar was zeker niet de goedkoopste oplossing. Er kwam behoefte aan Europese internationale marktwerking. De behoefte aan energiezekerheid, milieuproblematiek en internationale marktwerking zouden een zware wissel trekken op de energievoorziening. In 1986 kreeg de energiesector de opdracht te reorganiseren [23].

26

27


4

De elektriciteitsvoorziening in de 21ste eeuw

Aan het eind van de 20ste eeuw hadden de Europese elektriciteitsnetten nationale verzorgingsgebieden met een beperkt aantal koppelingen tussen aangrenzende landen, de zogenaamde interconnectoren. De voortschrijdende Europese eenwording leidde tot een Europees grensoverschrijdend energiebeleid. Het thema Duurzaam, Betrouwbaar en Betaalbaar wordt ook door de EU gehanteerd, namelijk Sustainable, Secure and Affordable [29] met drie hoofddoelen [30]: 1. Veilige energielevering om de betrouwbare energielevering waar en wanneer nodig te waarborgen 2. Zekerheid dat energieleveranciers opereren in een concurrerende omgeving die betaalbare prijzen voor huishoudens, bedrijven en industrieën waarborgt 3. Duurzaam energieverbruik door het verminderen van broeikasgasemissies, van vervuiling en van afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. EU landen kunnen vrijelijk hun energiebronnen kiezen, maar ze dienen rekening te houden met de Europese duurzame energie doelen [29]. Daarbij wordt een vrije Europese energiemarkt beoogd.

4.1 Splitsing van de verticale bedrijfskolom De uitwerking van de elektriciteitswetten van 1989 en 1998 en de Europese besluiten is het opsplitsen van de verticale bedrijfskolom (productie, transport, distributie en levering) in drie delen: • Productie van elektrische energie • Transport en distributie van elektrische energie. Transport is het hoogspanningsnet met interconnectoren; distributie is de verdeling van elektrische energie naar klanten op midden- en laagspanningsniveau, zoals huishoudens. • Levering (verkoop) van elektrische energie

28

Productie en levering zijn geliberaliseerd waarbij de concurrentie borg moet staan voor kwalitatief hoogwaardige elektriciteit tegen internationaal concurrerende prijzen. Bij transport en distributie blijft echter noodzakelijk een monopolie bestaan. Er is geen ruimte voor meerdere verbindingen naar klanten toe. Dit zou ook niet kostenefficiënt zijn. De netbeheerders hebben een monopolie op de elektriciteitsnetten. De aandelen van deze bedrijven blijven in handen van overheden. Om misbruik van het monopolie te voorkomen en om efficiënt werken te stimuleren, is een toezichthouder ingesteld. Tegenwoordig heet deze de ACM – Autoriteit Consument & Markt. Het toezicht van de ACM omvat de prijs vaststellen die TenneT mag vragen voor elektriciteitstransport en regionale netbeheerders zoals Alliander voor de distributie van elektriciteit. De best presterende regionale netbeheerders mogen een iets hoger tarief rekenen. TenneT wordt vergeleken met andere hoogspanningsnetbeheerders in het buitenland.

4.2 De uitdagingen van nu Hoe dient een netbeheerder zijn taak te zien en hoe gaat hij daar mee om? Dit werken we uit voor TenneT waar de Europese eenwording sterker speelt. De hoofdtaken die TenneT als netbeheerder heeft, zijn [31]: 1. Transportdiensten 2. Systeemdiensten 3. Marktfacilitering Transportdiensten omvatten het aanleggen en onderhouden van het hoogspanningsnet voor het massatransport van elektriciteit in Nederland en een groot deel van Duitsland. Dit net vormt de snelweg voor elektriciteitstransport waarmee de netten van de regionale netbeheerder worden gevoed. Daarnaast bouwt en beheert TenneT interconnectoren voor import en export van elektriciteit; een taak die exclusief bij TenneT is gelegd met de elektriciteitswet van 1998. De systeemdiensten houden in dat TenneT verantwoordelijk is voor het evenwicht van vraag en aanbod van elektriciteit. TenneT dient continu deze balans te handhaven.

29


De marktfacilitering houdt in dat TenneT de handel in elektriciteit en overgang naar grootschalige duurzame energie ondersteunt. Internationale verbindingen zoals de BritNed kabel tussen Groot-Brittannië en Nederland en NorNed kabel tussen Noorwegen en Nederland helpen de wederzijdse markten op elkaar in te spelen. Deze drie taken bepalen de functie van het TenneT transportnet. De drie thema’s duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar geven richting aan de wijze waarop TenneT zijn taken uitvoert. Een goed moment om de drie thema’s te bespiegelen in het licht van de historische ontwikkelingen zoals hiervoor besproken.

4.3 Duurzaam Duurzame energie is in de tweede helft van de 20ste eeuw pas een groot thema geworden. Hoewel vergassing van steenkool lokaal het milieu belast zal hebben, was dat kennelijk nog geen groot probleem. In Amsterdam zagen we in 1836 wel een langlopende kwestie rond een iepenziekte die geweten werd aan de gasbuizen. Internationale expertise kwam eraan te pas om het gasnet vrij te pleiten. Pas toen door bevolkingsgroei en een energie-intensief leefpatroon het milieu daadwerkelijk geschaad werd en zelfs een woonwijk afgebroken, gesaneerd en herbouwd moest worden, werd de zorg voor het milieu een serieuze kwestie. Milieuherstel kreeg nu ook grote financiële gevolgen. Een voornaam argument voor het aanboren van duurzame energiebronnen is ook een strategie om de Europese afhankelijkheid van olie- en gas-import te verminderen. Deze toestroom is kwetsbaar bij politieke spanningen, terwijl onze eigen voorraden fossiele brandstof eindig blijken. Hierdoor zijn landen ook bereid serieus te investeren in duurzame energie.

30

Figuur 21 Converter station verzamelt elektriciteit op zee om deze via een onderzeekabel naar de kust te transporteren.

Bij de Energiewende in Duitsland wordt massaal ingezet op zonne-energie en op windenergie op zee. Daarbij heeft de netbeheerder de taak alle aangeboden duurzame energie aan te sluiten op het elektriciteitsnet. Op de Duitse Noordzee zijn grote windparken op zee gebouwd die TenneT via indrukwekkende converter-stations en lange verbindingen aansluit op het Duitse net. Dit heeft een enorme impact op de ontwikkeling van het elektriciteitsnet. Zo worden voor de offshore windenergie honderden kilometers hoogspanningskabel door zee gelegd. Daarnaast is een elektrische snelweg nodig om de windenergie uit het Noorden naar de industrie in het Zuiden van Duitsland te transporten ter vervanging van kernenergie aldaar.

31


Tabel 4 Door TenneT in Duitsland aangesloten windparken op zee. Tot 80 km lengte is AC nog mogelijk, grotere lengte vereisen DC. Projecten

Operationeel

Vermogen

Kabellengte

DC of AC

Alpha Ventus

2009

62 MW

66 km

AC

BorWin1

2010

400 MW

200 km

DC

Riffgat

2014

113 MW

80 km

AC

BorWin2

2015

800 MW

200 km

DC

DolWin1

2015

800 MW

165 km

DC

DolWin2

2015

916 MW

135 km

DC

HelWin1

2015

576 MW

130 km

DC

HelWin2

2015

690 MW

130 km

DC

SylWin1

2015

864 MW

205 km

DC

Nordergründe

2016

111 MW

32 km

AC

DolWin3

2017

900 MW

162 km

DC

BorWin3

2019

900 MW

160 km

DC

Totaal

2019

7132 MW

1665 km

Figuur 22 Percentage van elektriciteitsgebruik dat duurzaam is opgewekt per land van 2004 tot 2014 (data Eurostat [33]).

Ook de Nederlandse netten ondergaan grote veranderingen door de focus op duurzame energie. De distributienetten dienen ingericht te worden op massale teruglevering van lokale elektriciteit. Toch voltrekt de transitie naar duurzame elektriciteitsproductie in Nederland zich traag in vergelijking met de rest van Europa (Figuur 22). Dit leidde in 2015 zelfs tot een rechtszaak van Urgenda tegen de Nederlandse Staat [32]. Het valt hoe dan ook te verwachten dat Nederland de komende jaren nog veel investeert in duurzame energie. Dit zal grote gevolgen voor hebben voor zowel het regionale als het landelijke elektriciteitsnet. Qua windenergie op zee is het voornemen om 3500 MW door TenneT aan te laten sluiten op het Nederlandse net, wat een zeer substantiële ontwikkeling is. Tabel 5 Door TenneT in Nederland aan te sluiten windparken op zee. Gebied

Start

Operationeel

Vermogen

Borssele I

2015

2019

700 MW

Borssele II

2016

2020

700 MW

Hollandse Kust: Zuid Holland

2017

2021

700 MW

Hollandse Kust: Zuid Holland

2018

2022

700 MW

Hollandse Kust: Noord Holland

2019

2023

700 MW

Totaal

2019

2023

3500 MW

Terugblikkend op de besproken historie lijkt de huidige aandacht voor duurzame energie zijn weerga niet te kennen in de geschiedenis. De hoofdargumenten hiervoor zijn milieu, klimaat en leveringszekerheid.

4.3 Betrouwbaar Het elektriciteitsnet is opgebouwd uit duizenden componenten en het geheel dient voldoende betrouwbaar te zijn. Het beheer van deze componenten heet Asset Management (beheer van bedrijfsmiddelen) (Figuur 23). Binnen de netbeheerder worden drie rollen vervuld: • Eigenaar (Owner) • Asset Manager • Dienstverlener (Service Provider) De Eigenaar krijgt prestatie-eisen vanuit de overheid via ACM aangereikt.

32

33


De Asset Manager dient op aangeven van de Eigenaar invulling te geven aan het beheersbeleid oftewel asset management om de doelen te halen: duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar. De asset manager dient ook te evalueren wat de staat en verwachte restlevensduur is van de bedrijfsmiddelen zoals kabels en transformatoren. De dienstverlener doet de feitelijke inspecties en voert werkzaamheden uit aan het net volgens de onderhoudsrichtlijnen die Asset Management opstelt.

hoog wordt. Dit bespaart ten opzichte van risico-afhankelijk onderhoud (RBM): als bij toestandsafhankelijk onderhoud, maar nu wordt ook de ernst van het falen meegewogen. De ernst is de mate waarin het falen de bedrijfswaarden zoals veiligheid, prestatie etc. aantast. Iets dat faalt in de nabijheid van mensen vormt een groter risico dan iets dat faalt in een verlaten betonnen omsluiting. De juiste kennisregels voor onderhoud en het toepassen van de juiste statistiek is essentieel, maar nog geen afgerond vakgebied. Periodiek onderhoud kwamen we al tegen bij de ‘Nagtronders’ aan het eind van de 17de eeuw die de olielampen elke nacht inspecteerden. Lampen die het niet goed deden werden gerepareerd of vervangen (correctieve reparatie of vervanging). De hedendaagse CBM en RBM technieken zijn aanmerkelijk geavanceerder, vereisen soms hightech diagnostieken om de toestand (gezondheid) van de componenten te evalueren en de kans op falen te schatten. Hier zijn veelal computers voor nodig die pas sinds het eind van de 20ste eeuw gemeengoed zijn. Op basis hiervan zijn ook afwegingen mogelijk of componenten bijvoorbeeld twee- of wellicht drievoudig moeten worden opgesteld. Het gebied AM vereist nog verdere uitwerking, zoals we zullen zien. Net als bij duurzaamheid zijn hier grote ontwikkelingen gaande.

Figuur 23 Het asset management model naar het IAM model [34]

Er zijn diverse onderhoudsfilosofieën zoals: • correctief onderhoud (CM): repareren of vervangen wat gefaald is • periodiek onderhoud (PBM): volgens een vast ritme onderhoud plegen of vervangen. De zwakste component bepaalt het ritme waarin alle componenten worden onderhouden. Na onderhoud gaat men ervan uit dat de component weer zo goed als nieuw is. • toestandsafhankelijk onderhoud (CBM): alleen onderhoud plegen als het nodig lijkt op basis van inspecties en inschatting van de conditie (kennisregels), m.n. als kans op falen onacceptabel

34

Figuur 24 Verschillende soorten onderhoud. Bij correctief onderhoud (CM) loopt het gevaar op falen (hazard rate) op tot falen en einde component. Bij periodiek onderhoud en toestandsafhankelijk onderhoud wordt de component weer zo goed als nieuw gemaakt. Meestal slijt een component toch (stippellijn) en faalt de component. De kleuraanduidingen zijn van de Health Index (zie uitleg bij Figuur 29).

35


4.5 Betaalbaar De betaalbaarheid van de energie c.q. de mogelijkheid voor de overheid om hieraan te verdienen of op zijn minst de kosten bij te houden, is een fenomeen van alle eeuwen. Reeds ver voor onze jaartelling zijn er al boekhoudingen bijgehouden (Figuur 25). Het is niet zozeer het boekhouden dat vernieuwd is, maar wel de weergave. Jaarverslagen bevatten tegenwoordig grafieken die ooit ook als innovatie golden. Namen die in dit verband genoemd worden, zijn Nicole Oresme (geb. 1350), Michiel Florent van Langren (1644) en William Playfair (1801), waarbij de laatste economische analyses deed met grafieken. In deze tijd hebben computerprogramma’s het maken van overzichten en analyses enorm vereenvoudigd en versterkt.

piekprijzen. Wat kunnen stuwmeren en opslag hierin betekenen? Marktwerking vergroot de kans op vereffening in aanbod en prijs. Hier spelen interconnectoren een grote rol. Echt gratis wordt het niet, maar betaalbaar wel. Het thema betaalbaarheid zelf is echter van alle eeuwen. Het is nu hooguit een waarschuwing dat er grenzen zijn aan de maatschappelijk draagkracht voor duurzame energie.

Figuur 25 Afschrift van kudden schapen, geiten, ossen en varkens bij de locatie Si-ra-ro. Vroeg Minoïsche periode 3300-2000 v. Christus. Informatie volgens opgaaf Archeologisch Museum op Kreta (Foto: auteur).

Hierdoor zijn ook prognoses te maken en afschattingen hoeveel iets zou moeten of mogen kosten. Het is mogelijk om targets te stellen waaraan partijen dienen te voldoen qua kostenefficiëntie. Dat gaat wel degelijk verder dan in de oudheid mogelijk was. Betaalbaarheid van de energievoorziening is de reden geweest voor de overheid om een monopolie te vestigen aan het begin van de 20ste eeuw, maar ook om elektriciteitsproductie en -levering weer te privatiseren en juist bij de kostbare infrastructuur een gereguleerd monopolie in stand te houden. Een probleem bij productie van duurzame energie is de grilligheid en de voorrang die duurzame energie krijgt op het net. Als er teveel energie wordt geproduceerd, kan de elektriciteitsprijs negatief worden zoals we zagen. Maar wat als zon en wind het laten afweten? Hoe wordt betaald voor het dan toch hebben van reserves? De afweging is betalen voor het in standhouden van centrales versus alleen betalen voor geleverde energie (energy-only) desnoods tegen torenhoge

36

37


5

Tenslotte Asset management en het lectoraat RPS

In het voorgaande hebben we het thema “Elektriciteit – Schoon, gratis en altijd” als overtreffende trap van “Duurzaam, Betrouwbaar en Betaalbaar” in historisch perspectief geplaatst. Nu is het goed om de blik vooruit te werpen en de rol die het lectoraat Reliable Power Supply oftewel Betrouwbare Energievoorziening hierin speelt, te bespreken.

• in stedelijke gebieden 110 kV en 150 kV hoogspanningslijnen te vervangen door ondergrondse kabels, waar met normale XLPE kabels nauwelijks ruimte voor is • na de nodige succesvolle doorontwikkeling en uitgebreide tests een alternatief te bieden voor 380 kV hoogspanningslijnen De HAN participeert in dit project met onderzoek naar te stellen eisen aan een monitoring systeem in een supergeleidende kabel. Hierdoor moeten eventuele elektrische of thermische problemen in dergelijk kabels tijdig gedetecteerd en opgespoord kunnen worden. De bijdrage van de HAN is dus gericht op de conditiebewaking van supergeleidende kabelsystemen.

Lectoraten zijn onderzoeksgroepen in het Hoger Beroeps Onderwijs. Dit toepassingsgerichte onderzoek betreft thema’s die het onderwijs en de sector versterken. Het lectoraat Reliable Power Supply richt zich specifiek op betrouwbaarheid, maar altijd met de randvoorwaarden duurzaam en kosten-efficiënt. Dit betekent dat het lectoraat nauw verbonden is met asset management en de doelstellingen van netbeheerders als TenneT en Alliander. Maar ook met andere bedrijven die actief zijn in deze sector zoals elektrotechnische industrie en MKB bedrijven. Het lectoraat RPS is nu een jaar actief en heeft aan drie onderwerpen gewerkt: • Superkabel • Antigeluid • Statistische technieken voor Asset Management

5.1 Superkabel Figuur 26 Supergeleidende 10 kV kabel in Essen. Getoond is een deel van de U-buis dat de krimp moet opvangen als

In Nederland is het project Supernet NL gestart met steun van het Ministerie van Economische Zaken en partners TenneT, HAN, IWO Project, RH Marine, Technische Universiteit Delft en Universiteit Twente. Dit project heeft als doel de eerste supergeleidende hoogspanningskabel te realiseren in het TenneT transportnet bij Enschede met een lengte van 3,4 km. Het project draagt bij aan duurzame en maatschappelijke wensen: • de mogelijkheid grote hoeveelheden duurzame energie met weinig verliezen te transporteren • magneetvelden tot nul te reduceren

38

de kabel afgekoeld wordt naar circa -200°C om supergeleidend te worden. (Foto: auteur)

5.2 Antigeluid bij transformatoren Wanneer transformatoren ouder worden, kunnen ze een steeds harder geluid gaan produceren waar omwonenden hinder van ondervinden. Hoewel dit de elektrische betrouwbaarheid in

39


het algemeen niet vermindert, voldoet een dergelijke transformator toch niet meer aan de eisen in een vergunning en strijdt met de maatschappelijke betrokkenheid die TenneT nastreeft. De vervanging van een transformator door het productieproces plus investeringsaanvraag en aanbesteding kost echter enkele jaren. Daarom is een tussenoplossing nodig. HAN participeert in het onderzoek om transformatorgeluid te reduceren. Een van de mogelijkheden is antigeluid. Bij geluid kan gedacht worden aan een golf. Antigeluid is de omgekeerde geluidsgolf. Als nu uit een luidspreker antigeluid wordt meegestuurd in dezelfde richting als het transformatorgeluid, dan heffen deze elkaar op wat de overlast vermindert. Samen met de firma Microflown is een mogelijkheid gevonden om de geluidsintensiteit van een transformator in beeld te brengen. Variatie in geluidsafgifte wordt vertaald naar een kleurenschema en dat is een belangrijke hulp om de meest efficiënte plek te bepalen voor de toepassing van antigeluid. Figuur 28 Geluidsbeeld van een transformator. Geluidsintensiteit wordt vertaald naar een kleurenpatroon.

5.3 Ontwikkeling van statistische technieken

Figuur 27 Het principe van antigeluid. Uit een luidspreker wordt hetzelfde, maar omgekeerde geluid van een transformator in dezelfde richting meegestuurd. De twee geluiden heffen elkaar dan op.

Bij TenneT wordt een methodiek gebruikt om de gezondheid van componenten in het elektriciteitsnet met een cijfer tussen 1 en 10 aan te geven. Dit heet de Health Index. “HI 10” is zo goed als nieuw en “HI 1” betekent vervangen op korte termijn. Op deze wijze kan in één opslag zichtbaar worden gemaakt welk percentage van de componenten een hoge of lage Health Index heeft. De Health Index wordt normaliter in een kleurencode vertaald. De gezondheid van componenten wordt ingeschat op basis van inspecties, kennisregels en statistiek. Deze statistiek is nog maar beperkt ontwikkeld. Hiertoe werken HAN en TenneT samen en is het plan een medewerker van de HAN op de doorontwikkeling van de benodigde statistiek te laten promoveren aan de TU Delft.

40

41


waarvan o.a. de HAN en TenneT founding partners zijn, heeft met bemiddeling en financiële ondersteuning wel een groei weten te realiseren, maar dit is te beperkt om de tekorten in de toekomst op te kunnen vangen. Er zal ook zij-instroom nodig zijn door omscholing. De situatie lijkt op die in de 19de eeuw toen Nederland duidelijk achterliep qua elektrotechniek in vergelijking met bijvoorbeeld Duitsland. De Polytechnische School in Delft startte in 1864 het onderdeel Elektriciteit en Magnetisme in het vak Toegepaste Natuurkunde en het onderwijs paste zich steeds meer aan op de ontwikkelingen [5]. Het tempo waarmee toepassingen werden geïntroduceerd was redelijk gelijk met het buitenland al moesten componenten grotendeels geïmporteerd worden. Uiteindelijk is de Nederlandse industrie goed aangehaakt met partijen als Smit Transformatoren, Holec, NKF en vele andere.

Figuur 29 Health Index met kleurencode.

Het lectoraat RPS beoogt het onderwijs beter te laten aansluiten bij de huidige behoefte in de elektriciteitssector. Tenslotte wil ik terugkomen op de ‘electriciteitsmannen’ van Zahn [4]. Ik zou hier willen eindigen met de wens dat veel jongeren en zij-instromers als elektriciteitsmannen én elektriciteitsvrouwen de weg weten te vinden naar deze uiterst boeiende sector met een zeer grote maatschappelijke waarde.

Als componenten geleverd zijn en een teleurstellend aantal componenten in een vroeg stadium faalt, dan dringt de vraag zich op hoe groot de kans is dat er geleverd is wat besteld was. Hiervoor is bij TenneT een Similarity Index uitgewerkt voortbouwend op eerder werk van IWO. Als componenten falen volgens de specificaties, dan nadert de Similarity Index naar 1, maar voldoen de waargenomen faaltijden in het geheel niet aan de verwachtingen, dan nadert de Similarity Index tot 0. Kortom, dit getal geeft aan hoe goed praktijkervaringen overeenkomen met specificaties. De methodiek is inmiddels bij Cigré gepubliceerd [35] om verder bediscussieerd te worden in de wereldwijde elektriciteitssector. HAN is betrokken bij de discussies rond de onderbouwing en toepasbaarheid van deze index.

5.4 Human Capital Agenda De overheid heeft met de sector geconstateerd dat er grote tekorten zijn op de arbeidsmarkt voor onder andere elektrotechniek op hbo-niveau [36] en de groei blijft vooralsnog onvoldoende. SEECE (Sustainable Electrical Energy Center of Expertise), een publiek-private samenwerking

42

43


6

Referenties

[1] P. Nierop, „Energeia,” FD Mediagroep, 26 Augustus 2014. [Online]. Available: http:// energeia.nl/nieuws/271788-1408/gratis-of-negatief-geprijsd. [Geopend 14 April 2016]. [2] A. Maslow, „A Theory of Human Motivation,” Psychological Review, vol. 50, pp. 370-396, 1943. [3] Tweede Kamer, Nationale Veiligheid, vol. 2015, ’s-Gravenhage: Tweede Kamer der StatenGeneraal, 2015. [4] G. Zahn Jr., De geschiedenis der verlichting van Amsterdam, Amsterdam: Scheltema & Holkema’s Boekhandel, 1911. [5] A. Hesselmans, H. v. Bruggen en E. Berkers, „Geschiedenis van de techniek in Nederland. De wording van een moderne samenleving 1800-1890.,” in Textiel. Gas, licht en elektriciteit. Bouw, vol. III, H. Lintsen, Red., Zutphen, Walburg Pers, 1993, pp. 135-188. [6] R. v. Capelleveen, „Jan Pieter Minckelers (1748-1824),” [Online]. Available: http://www. absolutefacts.nl/wetenschap/data/minckelers.htm. [Geopend 12 03 2016]. [7] M. Minkelers, Mémoire sur l’air inflammable tiré de différentes substances, Louvain: Université de Louvain, 1784. [8] Phernambucq, „Wikimedia Commons,” 10 november 2008. [Online]. Available: https:// commons.wikimedia.org/wiki/File:Minckeleers.JPG. [Geopend 16 april 2016]. [9] NBG, „Het gouden kalf,” in Bijbel (NBG vertaling), vol. Exodus, ‘s-Gravenhage, Boekencentrum b.v., 1951, pp. Exodus 32:1-33:11. [10] B. en W. te Amsterdam, Amsterdam, 1882. [11] J. C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, London: MacMillan and Co., 1873. [12] A. P. Deschanel, Elementary Treatise on Natural Philosophy, vol. Part 3: Electricity and Magnetism, J. D. Everett, Red., New Yrok: D. Appleton and Co., 1878, p. 570 Fig.382. [13] A. Volta, „On the electricity excited by the mere contact of conducting substances of different kinds,” Philosophical Transactions of the Royal Society of London (in French), vol. 90, pp. 403-431, September 1800. [14] G. Gerrits, Leerboek der Natuurkunde, Tiende, onveranderde druk red., vol. III, Leiden: E.J. Brill, 1924.

44

[15] R. D. Friedel, P. Israel en B. S. Finn, Edison’s electric light: biography of an invention., New Brunswick, New Jersey: Rutgers University Press, 1986. [16] Wikipedia, „Incandescent light bulb,” Wikimedia Foundation, Inc., 20 03 2016. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb. [Geopend 28 03 2016]. [17] S. Sivanagaraju, M. Balasubba Reddy en D. Srilatha, Generation and utilization of electrical energy, New Delhi, India: Dorling Kindersley, licensees of Pearson Education, 2010, pp. 269-276. [18] Edison Tech Center, „Edison Tech Center - The Electric Light,” Edison Tech Center, 2014. [Online]. Available: http://www.edisontechcenter.org/Lighting.html. [Geopend 09 04 2016]. [19] J. v. d. Noort, „Gemeentelijke elektriciteit in Rotterdam,” Spiegel Historiael, vol. 1986, pp. 344-350, 1986. [20] Varenna, „Kunst en Cultuur / Geschiedenis / Straatverlichting door de eeuwen heen,” Varenna, 10 07 2013. [Online]. Available: http://kunst-en-cultuur.infonu.nl/ geschiedenis/52252-straatverlichting-door-de-eeuwen-heen.html#5. [Geopend 28 03 2016]. [21] W. Vlijm, De interactie tussen de overheid en de elektriciteitssector in Nederland - De ontwikkeling van het nutsbedrijf PGEM naar de energieonderneming Nuon (1916-2001), Nijmegen: Nauta en Haagen b.v., Arnhem, 2002. [22] J. v. d. Noort, „Jan van den Noort, Licht op het GEB,” Jan van den Noort, [Online]. Available: http://www.jvdn.nl/pages/LoG/80.html. [Geopend 18 April 2016]. [23] J. v. d. Noort, Licht op het GEB - Geschiedenis van het Gemeente-Energiebedrijf Rotterdam, Rotterdam: NV GEB, 1993. [24] P. Doherty, A Light History of Hot Air, Carlton, Victoria: Melbourne University Press, 2007, p. 101. [25] P. Boorsma, „Vervuild grondwater: nog steeds een risico - Wat doen we met die vuile erfenis?,” H2O, vol. 2015, nr. Maart 2015, pp. 6-10, Maart 2015. [26] B. v. Wezel, „Elektriciteit in Nederland,” Centraal Bureau voor de Statistiek, Den Haag, 2015. [27] Minga, „Nucleaire ongelukken van 1952 tot 2011,” InfoNu, 2 April 2011. [Online]. Available: http://nieuws-uitgelicht.infonu.nl/mens-en-samenleving/70713-nucleaireongelukken-van-1952-tot-2011.html. [Geopend 2 April 2016]. [28] Delorme, „File:Mauna Loa CO2 monthly mean concentration.svg,” Delorme, 31 December 2015. [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mauna_Loa_CO2_ monthly_mean_concentration.svg. [Geopend 2 April 2016].

45


[29] European Commission Directorate-General for Communication Publications, The European Union explained - Energy, vol. Energy, Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2012, pp. 1-14. [30] European Commission, „Energy Strategy,” the European Union, 3 April 2016. [Online]. Available: http://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-strategy. [Geopend 3 April 2016]. [31] TenneT Holding B.V., „Enabling the change - Integrated Annual Report 2015,” TenneT Holding B.V., Arnhem, 2016. [32] Rijksoverheid, „Rijksoverheid / Actueel,” Ministerie van Algemene Zaken, 01 09 2015. [Online]. Available: https://www.rijksoverheid.nl/actueel/nieuws/2015/09/01/kabinetbegint-met-uitvoering-urgenda-vonnis-en-gaat-in-hoger-beroep. [Geopend 09 04 2016]. [33] European Union, „Eurostat - Tables, Graphs and Maps Interface,” Eurostat, 10 maart 2016. [Online]. Available: http://ec.europa.eu/eurostat/tgm/table.do?tab=table&init=1&plugin=1 &language=en&pcode=tsdcc330. [Geopend 19 maart 2016]. [34] The Institute of Asset Management, Asset Management – an anatomy, Bristol: The Institute of Asset Management Ltd, 2012. [35] R. Ross, „Evaluation methods for detecting end-of-life and non-compliance of asset populations,” in Proceedings Cigré SCD1 Colloquium Trends in Technology, Materials, Testing and Diagnostics Applied to Electric Power Systems, Rio de Janeiro, 2015. [36] M. Wagner, „Human Capital Agenda 2020 - Plan van Aanpak 2015-2017,” Ministerie van Economische Zaken, Den Haag, 2015.

46

7

Lijst van figuren

Figuur 1 Categorie voor herijking vitaliteit infrastructuur [3] 6 Figuur 2 Herijking lijst vitale Infrastructuur [3] 7 Figuur 3 Werken bij kaarslicht. Gerrit Dou: de astronoom (Gerard Dou, eerste leerling van Rembrandt, circa 1650). Museum De Lakenhal, Leiden, in langdurig bruikleen van de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed. (Digitale foto ter beschikking gesteld door De Lakenhal.) 9 Figuur 4 De olielamp van Jan v.d. Heyden in 1663. 10 Figuur 5 Weergave van de jaarrekening van stadsverlichting in Amsterdam (1682) 11 Figuur 6 Kalverstraat met hangende verlichting begin 19de eeuw [4] 12 Figuur 7 Standbeeld van Minckelers in Maastricht met in de hand een geweerloop waarmee hij de eerste proeven deed om steenkoolgas te maken [8]. 13 Figuur 8 Een Leidse fles wordt opgeladen met een draaiende elektriseermachine [12]. 16 Figuur 9 Leidse flessen in het Teylers Museum parallel geschakeld om de capaciteit van deze condensator te vergroten. (Foto: auteur) 17 Figuur 10 Dubbele Zuil van Volta in Teyler’s museum. Het vochtige contact bestaat een stof zoals vilt gedrenkt in een zure of zoute oplossing. De vinding is daar gedateerd 1797. (Foto: auteur) 18 Figuur 11 Booglamp (Fig. 126 uit [14]) met handmatige regeling van de afstand tussen de koolspitsen. 19 Figuur 12 Booglamp in het Elektriciteitsmuseum (Amsterdam). Bovenop is de regulateur te zien die automatisch een redelijk constante afstand tussen de koolspitsen handhaafde (zie ook Figuur 13). 19 Figuur 13 Booglamp met regulateur (Fig. 169 uit [14]) 20 Figuur 14 Kooldraadlamp, d.w.z. cellulose bevestigd aan platina (Fig 121 uit [14]) 21 Figuur 15 Metaaldraad met vacuüm in de ballon (Fig. 123 uit [14]). 21 Figuur 16 Half-watt lamp (d.w.z. 0,5 W/kaars) van 1000 kaarsen. Wolfraamdraad in Argon-gas (Fig. 124 uit [14]). 21 Figuur 17 De waarschijnlijk eerste door een centrale verlichte winkelpassage aan de Coolvest (1883). Gemeentearchief Rotterdam [19] 22

47


Figuur 18 De ‘Electrische Centrale’ van de Gemeente Amsterdam in bedrijf vanaf circa 1903 [4]. 23 Figuur 19 Brandstofinzet in Rotterdamse elektriciteitscentrales. Bij de oliecrisis van 1973 was de elektriciteitsproductie grotendeels afhankelijk van gas. Diversificatie was dringend gewenst. (Figuur overgenomen uit [23], Fig. 37) 25 Figuur 20 Maandelijkse meting van CO2 bij Mauna Loa , Hawaii. De toename van 1958 tot 2015 is ongeveer 27%. Bron: [28] 27 Figuur 21 Converter station verzamelt elektriciteit op zee om deze via een onderzeekabel naar de kust te transporteren. 31 Figuur 22 Percentage van elektriciteitsgebruik dat duurzaam is opgewekt per land van 2004 tot 2014 (data Eurostat [33]). 33 Figuur 23 Het asset management model naar het IAM model [34] 34 Figuur 24 Verschillende soorten onderhoud. Bij correctief onderhoud (CM) loopt het gevaar op falen (hazard rate) op tot falen en einde component. Bij periodiek onderhoud en toestandsafhankelijk onderhoud wordt de component weer zo goed als nieuw gemaakt. Meestal slijt een component toch (stippellijn) en faalt de component. De kleuraanduidingen zijn van de Health Index (zie uitleg bij Figuur 29). 35 Figuur 25 Afschrift van kudden schapen, geiten, ossen en varkens bij de locatie Si-ra-ro. Vroeg Minoïsche periode 3300-2000 v. Christus. Informatie volgens opgaaf Archeologisch Museum op Kreta. (Foto: auteur) 36 Figuur 26 Supergeleidende 10 kV kabel in Essen. Getoond is een deel van de U-buis dat de krimp moet opvangen als de kabel afgekoeld wordt naar circa -200°C om supergeleidend te worden. (Foto: auteur) 39 Figuur 27 Het principe van antigeluid. Uit een luidspreker wordt hetzelfde, maar omgekeerde geluid van een transformator in dezelfde richting meegestuurd. De twee geluiden heffen elkaar dan op. 40 Figuur 28 Geluidsbeeld van een transformator. Geluidsintensiteit wordt vertaald naar een kleurenpatroon. 41 Figuur 29 Health Index vertaald naar arceringen in plaats van de standaard kleuren. 42

48

Licht op uitdagingen en idealen in de energietransitie Schoon, gratis en altijd?

Recommend Documents