Zonnepanelen zijn een zegen: ze leveren schone stroom. Logisch dus dat we wereldwijd de hoeveel zonne-energie snel opschalen. Echter komt die enorme groei ook met de nodige uitdagingen. De groeipijnen van de energietransitie.
Waar is de traagheid?
De zonneparken hebben een groot nadeel. Ze zijn te snel! Dat zit zo: het elektriciteitsnet is een kwestie van balanceren. Is er ergens een enorme energievraag, dan moet er precies op dat moment meer elektriciteit worden opgewekt. En andersom; bij een verstoring moeten energiecentrales snel afschalen. Het oude stroomnet draaide vooral op grote krachtpatsers: kolen-, gas- en kerncentrales. Als die bij een interne verstoring worden uitgezet, blijven de zware turbines nog even doordraaien. Dat geeft het systeem de tijd om de balans weer te herstellen.
Bij zonne- en windenergie werkt dat anders. Die reageren direct op de zon of wind en er is ook geen controle mogelijk. Dat snelle schakelen is geen probleem, zolang het niet grootschalig en synchroon gebeurd en het netwerk in balans blijft. Maar bij een storing is er daar geen ruimte voor. “Het probleem is dat wij het stroomnet nu op een andere manier gebruiken dan we ooit bedachten”, zegt Johann Hurink, hoogleraar toegepaste wiskunde aan de Universiteit Twente.
Een vertraging die vooruit helpt
Er zit op dit moment te weinig 'vertraging' in het systeem. "De frequentie van de stroom op het Europese net is gesynchroniseerd en wordt gestuurd op een frequentie van 50,2 hertz. Zodra de frequentie daar iets te ver van afwijkt worden energieopwekkers automatisch uitgeschakeld. En met zonneparken gaat dat afschakelen razendsnel en ook synchroon", vertelt Hurink.
Hurink en zijn multidisciplinaire onderzoeksgroep aan de UT onderzoeken hoe we weer ruimte kunnen creëren in het systeem. Niet door terug te keren naar oude energiebronnen, maar door het net slimmer te maken. Met bewuster sturen. “Dat moet niet alleen aan de opwekkant maar ook aan de gebruikerskant. Hierbij moet vaak snel gereageerd worden maar soms is er ook een kunstmatige traagheid nodig. Dat betekent: apparaten die bewust net iets trager reageren. Of algoritmes die even ‘ademhalen’ voordat ze bijsturen. Vergelijk het met het anti blokkeer systeem in een auto: dat remt gedoseerd, zodat je auto bestuurbaar blijft."
Wiskunde als ruggengraat van het energienet
Zonneparken en windmolens leveren steeds meer duurzame stroom en zijn een belangrijke pilaar van het toekomstige duurzame energiesysteem. Maar al deze nieuwe bronnen moeten wel worden ingepast in een net dat daar niet op gebouwd is. Aan de andere kant komt er ook steeds meer vraag naar elektriciteit, denk aan elektrisch vervoer en warmtepompen. Hurink en zijn collega’s maken wiskundige modellen die analyseren waar het systeem onder druk komt te staan door al deze nieuwe ontwikkelingen en hoe je daar op kunt sturen. Bijvoorbeeld door bij storingen niet alle apparaten op de milliseconde tegelijk uit te schakelen.
Volgens Hurink is wiskunde essentieel om grip te houden op de energietransitie. Maar dat vraagt wel om samenwerking tussen netbeheerders, beleidsmakers en wetenschappers van meerdere disciplines. “Het besef dat dat nodig is, komt vaak pas als het fout gaat”, zegt hij. “Soms lijkt een storing nodig om mensen wakker te schudden. Maar wij proberen juist te voorkomen dat het zover komt.”
