Stroom van de buren

Toegegeven, het lab heeft weinig weg van een buurtschap. De ruimte staat vol met manshoge beige stalen kasten. Erbinnen kleinere kasten, kabels en klemmen. Over de achterwand lopen koperen strippen, met bouten stevig vastgezet. Achter de kasten verscholen liggen duimdikke kabels en aan elkaar gekoppelde elektromotoren. “Er staat veel vermogenselektronica”, zegt ir. Arjan van Voorden (Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica).  Hij bouwde de opstelling samen met ing. Johan Vijftigschild en dr.ir. Bob Paap. “Regelbare aandrijvingen uit hijskranen en dat soort dingen. Siemens had eigenlijk geen speciale spullen voor wat wij wilden.”

De bedoeling was een laboratorium te bouwen voor duurzame energie, het DENlab zoals het nu heet. Rond 2000 kwam de vraag op of een klein groepje huizen zelfvoorzienend (‘autarkisch’) kon zijn in de stroomvoorziening. Het samenwerkingsverband duurzame energie (SDE), bestaand uit ondermeer het ministerie van economische zaken, Shell en Eneco, had er geld voor klaar liggen. “Ik schreef een voorstel op een A4-tje en ik kreeg een miljoen gulden”, herinnert hoogleraar elektriciteitsvoorziening prof.ir. Lou van der Sluis zich. “Dat was het begin.”

Acht jaar later functioneert het DENlab. Op het dak van de EWI-laagbouw liggen 180 zonnepanelen met een piekvermogen van 68 watt ieder. In het laboratorium daaronder zijn verder aangesloten: een gesimuleerde windturbine, een gesimuleerde warmtekrachtinstallatie (een gasgestookt toestel dat behalve warmte ook stroom levert) en twee sets accu’s met omvormers. Dit alles staat aangesloten op een vermogensregelaar die zorgt dat de zaak in balans blijft.
De gesimuleerde windturbine bestaat uit een elektromotor die een generator aandrijft. Regelaars zorgen ervoor dat de stroom uit de generator dezelfde dynamiek en traagheid heeft als een windturbine. Een windmeter op de hoogbouw geeft de windsnelheid door en stuurt daarmee de turbine. Het mag dan gesimuleerd zijn, er vloeien hier wel echte stromen bij hoge spanningen.

Een stabiele stroomvoorziening vereist dat de spanning en frequentie constant blijven en dat de stroombalans tussen aanbod (zon, wind, warmtekrachtkoppeling) en vraag (gemodelleerd naar verbruiksgegevens) gehandhaafd blijft. In DENlab speelt het accusysteem de sleutelrol. Het bepaalt de spanning en frequentie, en het buffert verschillen tussen vraag en aanbod.

Geavanceerd allemaal, maar waarom zou je de stroombalans niet simuleren op de computer? Van Voorden: “Uit een simulatie volgt alleen wat je er zelf in hebt gestopt. Wij staan een stapje dichter bij de werkelijkheid en in de praktijk gebeuren onverwachte dingen.” Van der Sluis valt hem bij: “Ik geloof niet zo van blokje A praat met blokje B. Je moet laten zien dat het echt werkt. Dat trekt bovendien ook studenten. Tot uit Zuid-Amerika aan toe.”
Van Voorden was vooral verbaasd over de snelheid waarmee veranderingen in het systeem zich voltrekken. “Als een wolk voor de zon schuift, dan klapt de stroom uit de zonnepanelen binnen een seconde in elkaar. Dat zie je niet bij simulaties. Daar gaat het over een dag- of uurgemiddelde.”
Die snelle veranderingen zijn schadelijk voor de accu’s. Maar gelukkig is er een nieuw fenomeen op de markt gekomen dat juist heel goed reageert op snelle stroomveranderingen: de supercaps. Van der Sluis: “Vroeger had je condensator van honderd microFarad, nu heb je zulke dingen.” Hij houdt duim en wijsvinger tien centimeter uit elkaar. “Met een capaciteit van één Farad”. Tienduizend keer meer dus, dankzij de nanotechnologie. Op de lading uit een supercondensator of supercap kan een modeltreintje tien minuten lang rijden. Maar de kracht ligt in de opvang van snelle veranderingen. Van Voorden: “Accu’s zijn voor energie, supercaps voor snelle vermogensveranderingen.”

Nu het laboratorium werkt, is het tijd voor verder onderzoek. Zo gaat de Costa Ricaanse promovenda ir. Laura Ramirez Elizondo aan het werk met de integratie van een brandstofcel. Van der Sluis gelooft dat decentrale opwekking de toekomst heeft. “Je moet ergens in geloven”, relativeert hij. “Zonnepanelen komen bij de Blokker en windturbines op gebouwen. We gaan een spannende toekomst tegemoet.”

Ir. Arjan van Voorden verdedigt zijn proefschrift ‘Power Balancing in Autonomous Renewable Energy Systems’ op maandag 24 november.