Het doel van een elektriciteitsnet is elektrisch vermogen te transporteren van de locaties waar het wordt opgewekt naar de locaties waar het wordt gebruikt. Dit doel wordt verwezenlijkt op maatschappelijk verantwoorde wijze, met de gewenste kwaliteit en tegen zo laag mogelijke kosten. Naast de kwaliteit wordt de leveringszekerheid als zeer belangrijk ervaren, vanwege het grote maatschappelijke belang van de elektriciteitsvoorziening. Door de goede reputatie van de elektriciteitsbedrijven gaat men ervan uit dat de leveringszekerheid voldoende is. Absolute leveringszekerheid is echter niet mogelijk, want componenten kunnen altijd gestoord raken, hetzij door een eigen defect, hetzij door een externe oorzaak. Een mogelijkheid om storingen te beheersen is het inbouwen van voldoende reserve. Omdat dit gepaard gaat met extra kosten, zal er altijd een afweging gemaakt worden tussen de kosten en de baten van de leveringszekerheid. Bij een optimale leveringszekerheid wordt niet gestreefd naar minimaliseren van risico en gevolgen maar naar het verkrijgen van een aanvaardbaar niveau. Samenvattend zijn de belangrijkste eisen voor elektriciteitsnetten (Kundur, 1994):
het systeem moet de continu veranderende vraag van alle belastingen en het aanbod van alle opwekkers kunnen verwerken, zonder dat apparatuur en verbindingen overbelast raken,
het systeem moet vermogen leveren bij zo laag mogelijke kosten en met minimale milieubelasting,
de kwaliteit van de levering moet voldoen aan minimale systeemeisen betreffende frequentie, spanning en betrouwbaarheid.
Het begrip ‘net’ is in de Elektriciteitswet 1998 gedefinieerd in artikel 1, sub i. Het komt erop neer dat een elektriciteitsnet het geheel van bedrijfsmiddelen (‘verbindingen en hulpmiddelen’) is, waarmee alle producenten en verbruikers van elektrische energie zijn verbonden en waarmee de elektrische energie wordt getransporteerd. De definitie sluit verbindingen en hulpmiddelen uit die binnen de installatie van een producent of van een afnemer liggen. Om het verschil met particuliere netten aan te duiden, wordt bij het begrip ‘net’ ook wel gesproken over een ‘openbaar net’.
De bedrijfsmiddelen zijn de primaire componenten, die gebruikt worden in het primaire proces van de elektriciteitsvoorziening. Daarnaast bestaan de secundaire systemen en componenten, die het primaire proces ondersteunen. Een voorbeeld van een secundair systeem is het beveiligingssysteem. De primaire componenten van de technische infrastructuur hebben een lange levensduur van 20 tot 40 jaar of langer. De investeringen in de infrastructuur zijn hoog, zodat er relatief weinig wijzigingen plaatsvinden. Een nieuw elektriciteitsnet wordt meestal geprojecteerd voor een lange termijn.
Functies van het elektriciteitsnet
Het elektriciteitsnet verzorgt het transport van elektrische energie vanaf internationaal niveau tot aan het lokale niveau bij de individuele aangeslotenen (de zogenaamde kleinverbruikers). Om dit mogelijk te maken zijn alle elektriciteitsnetten op lokaal, regionaal en landelijk niveau met elkaar verbonden tot een gekoppeld elektriciteitsvoorzieningsysteem. In dit systeem wordt onderscheid gemaakt tussen de transportfunctie en de distributiefunctie. Het transportnet verzorgt op landelijk niveau de vermogenstransporten. Ook de verbindingen met de netten van de omringende landen behoren tot het transportnet. De elektriciteitscentrales en de voedingspunten van de distributienetten zijn op het transportnet aangesloten. In de Elektriciteitswet 1998 wordt het transportnet in artikel 10 beschreven als het ‘landelijk hoogspanningsnet’. Een distributienet verdeelt de elektrische energie binnen een regio over alle aangeslotenen. De distributienetten zijn meer vertakt dan de transportnetten en kunnen worden gezien als de ‘haarvaten’ van het elektriciteitsvoorzieningsysteem. In de praktijk worden de transport- en distributiefunctie nader onderverdeeld. Er wordt gesproken over het koppelnet, het transportnet en het distributienet op regionaal en op lokaal niveau. Dit is schematisch weergegeven onderstaand figuur.
Het koppelnet(ook wel hoofdtransportnet of transmissienet genoemd) verzorgt op internationaal niveau de koppelingen met het buitenland en verzorgt op nationaal niveau het transport van door grote centrales (vanaf 500 MVA) geproduceerde elektrische energie. Het koppelnet voedt de transportnetten. Het koppelnet is in dit figuur afgebeeld met de binnenste ring.
Het Transportnet (ook wel sub-transportnet genoemd) is de schakel tussen het koppelnet en de distributienetten. Een transportnet verzorgt de elektriciteitsvoorziening op provinciaal niveau. Elektriciteitscentrales (van 10 tot 500 MVA), windparken en industriële aangeslotenen met vermogens boven ongeveer 10 MVA zijn op de transportnetten aangesloten. De industriële aangeslotenen kunnen ook beschikken over eigen elektriciteitscentrales. De transportnetten zijn hier afgebeeld met de tweede ring van binnenuit.
De regionale distributienetten zijn in dit figuur afgebeeld met de derde ring. Deze netten worden gevoed vanuit de transportnetten. Op deze netten zijn ook grote decentrale opwekkers (warmtekrachtcentrales en windturbines) en grote industriële klanten met vermogens van 0,3 tot ongeveer 10 MVA aangesloten. In de regio’s voeden de distributienetten de lokale distributienetten. Het totale vermogen van een regionaal distributienet ligt in de orde van 100 MVA.
De lokale distributienetten verdelen de elektrische energie over alle kleine aangeslotenen. De kleine aangeslotenen verbruiken elektrische energie maar kunnen dankzij de opmars van kleinschalige decentrale opwekking (micro-warmtekracht en zonnepanelen) ook produceren. Het totale vermogen van een lokaal distributienet is meestal kleiner dan 1 MVA. De lokale distributienetten zijn in hier afgebeeld met de
buitenste drie ringen.
|
Net |
Productie-eenheden |
Aangeslotenen |
Vermogen per net |
|
Koppelnet |
Centrale (>500 MW) |
> 1000 MW |
|
|
Transportnet |
Centrale (10-500 MW) Grote WKK (>10 MW) Windpark (>10 MW) |
Grote industrie met evt. eigen opwekking (>10 MW) |
> 100 MW |
|
Distributienet, regionaal |
Middelgrote WKK Windturbine (0,3-10 MW) |
Grootverbruiker |
< 100 MW |
|
Distributienet, lokaal |
micro-WKK (<0,3 MW) PV-systemen (<0,3 MW) |
MKB (<0,3 MW) Huishoudens |
< 1 MW |
Spanningsniveaus in het elektriciteitsnet
De functie heeft een relatie met het spanningsniveau, omdat bij een hoog spanningsniveau een groter vermogen getransporteerd kan worden dan bij een laag spanningsniveau. Als gevolg hebben de hoogspanningsnetten altijd een transportfunctie en de laagspanningsnetten altijd een distributiefunctie. Bovendien is het laagspanningsniveau praktisch en veilig voor het aansluiten van de installaties van de klanten. Tussen de hoog- en laagspanningsniveaus is een overgangsgebied van de transport- naar de distributiefunctie. Het overgangsgebied betreft het middenspanningsniveau. De middenspanningsnetten hebben meestal een distributiefunctie, maar hebben soms ook een transportfunctie. Ondanks deze onduidelijkheid worden de elektriciteitsnetten meestal aangeduid met hun spanningsniveau. Figuur 2.2 geeft een overzicht van de in Nederland toegepaste spanningsniveaus en transformatiestappen. Dit is een overzicht van standaard spanningen. Door innovaties kunnen langzamerhand in de spanningsniveaus en transformatiestappen meerdere varianten ontstaan. Een voorbeeld wordt getoond in deze figuur.
Het hoogspanningsniveau met spanningen van 110 tot en met 380 kV is met een rode kleur aangegeven. Het koppelnet is uitgevoerd voor de spanningsniveaus van 220 en 380 kV en de transportnetten voor de spanningsniveaus van 110 en 150 kV. Het koppelnet en de transportnetten worden beheerd door de landelijk netwerk beheerder (LNB). De netten van lagere spanningsniveaus worden beheerd door de regionale netbeheerders (RNB). De grens tussen het net van de landelijk netwerk beheerder (LNB) en de netten van de regionale netbeheerders (RNB) ligt op de primaire transformatorklemmen.
Het tussenspanningsniveau met spanningen van 25 tot en met 50 kV is met een groene kleur aangegeven. De netten op deze spanningsniveaus hebben een transportfunctie.
Het middenspanningsniveau met spanningen van 10 tot en met 20 kV is met een zwarte kleur aangegeven. Sporadisch komen ook nog spanningen van 3 en 6 kV voor maar die worden niet meer toegepast in nieuwe netten.
Het laagspanningsniveau met een spanning van 400 V is met een blauwe kleur aangegeven.
De netten van verschillende spanningsniveaus zijn met behulp van transformatorstations onderling gekoppeld. Om een indruk te krijgen van de omvang van de netten op de verschillende spanningsniveaus kan gekeken worden naar de transportcapaciteit. De capaciteit van de transformatorstations tussen het koppelnet en de transportnetten is meer dan 500 MVA. In het koppelnet zijn enkele tientallen van deze stations. De capaciteit van een transformatorstation tussen het transportnet en het distributienet, van hoogspanning naar middenspanning, ligt in de ordegrootte van 100 MVA. Hiervan zijn er ongeveer 200 in Nederland. De capaciteit van een transformatorstation tussen het middenspannings- en laagspanningsniveau ligt in de ordegrootte van 0,2 tot 1 MVA.
Ook de afstand tussen de stations op de verschillende spanningsniveaus geeft een indruk van de omvang van de netten. De afstand tussen twee stations in het koppelnet is 35-50 km. De gemiddelde afstand tussen twee stations in het hoogspanningsnet is 15 km (Kling, 1999). De gemiddelde afstand tussen twee stations in het middenspanningsnet is ongeveer 500 m. Er kunnen 250 tot 500 netstations op een onderstation zijn aangesloten. Een netstation verzorgt via het laagspanningsnet de aansluiting van 50 tot 250 aangeslotenen, meestal industrie en woningen.
Tabel 2.2 geeft een beeld van de omvang van de transport- en distributienetten in Nederland en is ontleend aan Netbeheer Nederland (Netbeheer, 2010). Hierin is te zien dat in 2009 bijna alle verbindingen van het hoogste spanningsniveau bovengronds zijn uitgevoerd en dat bijna het gehele distributienet ondergronds is uitgevoerd. Ook is goed te zien dat de omvang van het totale distributienet ongeveer 20 maal zo groot is als het koppelnet en het transportnet.
|
Functie |
Niveau |
Bovengronds (km) |
Ondergronds (km) |
|
Koppelnet |
Hoogspanning |
2682 |
3 |
|
Transportnet |
Hoogspanning |
5492 |
3760 |
|
Distributie, |
Middenspanning |
0 |
101965 |
|
Distributie, |
Laagspanning |
174 |
145165 |
De regionale en lokale netten tot aan de meterkast van de aangeslotenen worden beheerd door regionale netwerk beheerders (RNB). Het jaarverslag van Alliander (2009) geeft een voorbeeld van de omvang van de netten op de diverse spanningsniveaus van een grote RNB:
Tussenspanning (50 kV): 2300 km
Middenspanning (3, 10, 20 kV): 35300 km
Laagspanning (400 V): 47700 km
De netten op het middenspanningsniveau en het laagspanningsniveau zijn het meest vertakt en daardoor in omvang het grootst. Om die reden is de aandacht in dit boek vooral gericht op de Nederlandse midden- en laagspanningsnetten en het optimale netontwerp ervan.