Stroom jagen door zee

Met nieuwe megastroomkabels moet het continent hier zijn stroom vandaan trekken.

Hoog in het koude noorden van het Europese continent ligt veel energie een beetje groen te zijn, zonder benut te worden. Scandinavië, met haar vele waterkrachtcentrales, kampt met een energieoverschot en kan dit niet kwijt. Een kabel dwars door de Noordzee naar Noorwegen zou dit moeten veranderen.

Het liefst willen ingenieurs één onafgebroken kabel van zeshonderd kilometer over de zeebodem leggen. Want allemaal aan elkaar geplakte stukjes kabel geven extra weerstand en dus energieverlies.

“Maar je móet zo’n kabel in stukjes van enkele honderden meters aanleggen, die je aan elkaar koppelt”, zegt Peter Morshuis, universitair hoofddocent hoogspanningstechniek, “want één stuk van zeshonderd kilometer en een kwart meter dik is zo zwaar en groot, dat je het niet op één schip krijgt.” Elektriciteitskabels in zee zijn extra zwaar door een stalen omhulsel. Dit beschermt tegen het zoute water, of een eventueel uitgeworpen anker.

Morshuis werkt met zijn promovendus Riccardo Bodega aan een Europees gesponsord project om transport van energie op lange afstand, bijvoorbeeld over de zeebodem, economisch efficiënter te maken met gelijkstroomkabels. Nu draait het hele net nog op wisselspanning. Maar volgens een EU-rekensommetje zou tien procent van het totale energieverlies tijdens stroomtransport bespaard kunnen worden bij omschakeling op een kabelnetwerk met gelijkstroom. De verkoop van stroom tussen landen onderling zou bovendien soepeler verlopen, omdat je meer energie kunt transporteren.

Het onderzoek van Morshuis en Bodega beoogt de oplossing van twee problemen die gelijkstroomkabels opleveren. “Je wilt bij het aanleggen van de kabels zo weinig mogelijk gewicht hebben, dus zo min mogelijk isolatiemateriaal”, zegt Bodega. “En de levensduur van kabels moet verbeteren, omdat ze voor dertig tot vijftig jaar de grond of de zee in moeten.”
Kinken

Die levensduur wordt nu verkort door plaatselijke ophoping van elektrische ladingen, die kinken in de kabel veroorzaken. Bij energietransport blijven ladingen ‘plakken’ tussen isolatiemateriaal en de eigenlijke stroomdraad, en bij grensvlakken waar de losse stukken kabel aan elkaar zitten vastgeklonken.

Bodega onderzoekt daarom het gedrag van ladingen in gelijkstroomkabels, in zijn knusse stalen kooi in het High Voltage Lab. “Die plakladingen vermoeien het materiaal en verkorten de levensduur”, zegt Bodega. “Dat moet je voorkomen en daarom willen we een model maken van hoe de lading zich ophoopt.”

Om het ladinggedrag te meten, bedachten beide onderzoekers een handige truc om zonder elektrische meetapparatuur te kunnen werken en die de metingen beïnvloedt. Bodega meet de ladingen akoestisch, door stroomstoten door de kabel te jagen. Die brengen de te onderzoeken ladingen in de kabel in trilling. De trillingen, opgevangen door een sensor, verraden de verdeling van de ladingen in de kabel en de hoeveelheid.”

Ook vergelijkt hij het ladinggedrag bij verschillende isolatiematerialen, in dit geval rubber en polyethyleen. Dit moet in de toekomst andere isolatiematerialen vervangen. “Er wordt al honderd jaar met olie geïmpregneerd papier als isolatie gebruikt”, zegt Bodega. “Vooral bij transport over de zeebodem bestaat de angst dat dit lekt. Uiteindelijk is kunststof ook goedkoper en lichter en dus veel makkelijker om aan te leggen.”

Toch blijft het gros van Europa gewoon aan de wisselspanning. “We praten met dit gelijkstroomonderzoek over vergezichten”, zegt Morshuis. “Want behalve van Frankrijk naar Corsica en tussen de Italiaanse eilanden, zit vrijwel heel Europa nog op wisselspanning. Vooral bij projecten zoals de zeekabels naar Noorwegen is gelijkstroom noodzakelijk. Of een ring rond de Middellandse Zee die Noord Afrika met Europa verbindt. Daar zou je in de toekomst een zonnepark in de Sahara op aan kunnen sluiten.”

Europa verbruikt steeds meer energie. Om de pas bij te houden is waterkrachtstroom uit Noorwegen nodig, of een toekomstig zonnepark in de Sahara. Met nieuwe megastroomkabels moet het continent hier zijn stroom vandaan trekken.

Hoog in het koude noorden van het Europese continent ligt veel energie een beetje groen te zijn, zonder benut te worden. Scandinavië, met haar vele waterkrachtcentrales, kampt met een energieoverschot en kan dit niet kwijt. Een kabel dwars door de Noordzee naar Noorwegen zou dit moeten veranderen.

Het liefst willen ingenieurs één onafgebroken kabel van zeshonderd kilometer over de zeebodem leggen. Want allemaal aan elkaar geplakte stukjes kabel geven extra weerstand en dus energieverlies.

“Maar je móet zo’n kabel in stukjes van enkele honderden meters aanleggen, die je aan elkaar koppelt”, zegt Peter Morshuis, universitair hoofddocent hoogspanningstechniek, “want één stuk van zeshonderd kilometer en een kwart meter dik is zo zwaar en groot, dat je het niet op één schip krijgt.” Elektriciteitskabels in zee zijn extra zwaar door een stalen omhulsel. Dit beschermt tegen het zoute water, of een eventueel uitgeworpen anker.

Morshuis werkt met zijn promovendus Riccardo Bodega aan een Europees gesponsord project om transport van energie op lange afstand, bijvoorbeeld over de zeebodem, economisch efficiënter te maken met gelijkstroomkabels. Nu draait het hele net nog op wisselspanning. Maar volgens een EU-rekensommetje zou tien procent van het totale energieverlies tijdens stroomtransport bespaard kunnen worden bij omschakeling op een kabelnetwerk met gelijkstroom. De verkoop van stroom tussen landen onderling zou bovendien soepeler verlopen, omdat je meer energie kunt transporteren.

Het onderzoek van Morshuis en Bodega beoogt de oplossing van twee problemen die gelijkstroomkabels opleveren. “Je wilt bij het aanleggen van de kabels zo weinig mogelijk gewicht hebben, dus zo min mogelijk isolatiemateriaal”, zegt Bodega. “En de levensduur van kabels moet verbeteren, omdat ze voor dertig tot vijftig jaar de grond of de zee in moeten.”
Kinken

Die levensduur wordt nu verkort door plaatselijke ophoping van elektrische ladingen, die kinken in de kabel veroorzaken. Bij energietransport blijven ladingen ‘plakken’ tussen isolatiemateriaal en de eigenlijke stroomdraad, en bij grensvlakken waar de losse stukken kabel aan elkaar zitten vastgeklonken.

Bodega onderzoekt daarom het gedrag van ladingen in gelijkstroomkabels, in zijn knusse stalen kooi in het High Voltage Lab. “Die plakladingen vermoeien het materiaal en verkorten de levensduur”, zegt Bodega. “Dat moet je voorkomen en daarom willen we een model maken van hoe de lading zich ophoopt.”

Om het ladinggedrag te meten, bedachten beide onderzoekers een handige truc om zonder elektrische meetapparatuur te kunnen werken en die de metingen beïnvloedt. Bodega meet de ladingen akoestisch, door stroomstoten door de kabel te jagen. Die brengen de te onderzoeken ladingen in de kabel in trilling. De trillingen, opgevangen door een sensor, verraden de verdeling van de ladingen in de kabel en de hoeveelheid.”

Ook vergelijkt hij het ladinggedrag bij verschillende isolatiematerialen, in dit geval rubber en polyethyleen. Dit moet in de toekomst andere isolatiematerialen vervangen. “Er wordt al honderd jaar met olie geïmpregneerd papier als isolatie gebruikt”, zegt Bodega. “Vooral bij transport over de zeebodem bestaat de angst dat dit lekt. Uiteindelijk is kunststof ook goedkoper en lichter en dus veel makkelijker om aan te leggen.”

Toch blijft het gros van Europa gewoon aan de wisselspanning. “We praten met dit gelijkstroomonderzoek over vergezichten”, zegt Morshuis. “Want behalve van Frankrijk naar Corsica en tussen de Italiaanse eilanden, zit vrijwel heel Europa nog op wisselspanning. Vooral bij projecten zoals de zeekabels naar Noorwegen is gelijkstroom noodzakelijk. Of een ring rond de Middellandse Zee die Noord Afrika met Europa verbindt. Daar zou je in de toekomst een zonnepark in de Sahara op aan kunnen sluiten.”