Nog geen extra DC-eisen in nieuwe NEN 1010

Transcriptie

1 auteur Harrie Heemskerk Hybride AC/DC smart grid in woning, gebouw en infrastructuur Nog geen extra DC-eisen in nieuwe NEN 1010 In de nieuwe NEN 1010 die komend najaar door NEN wordt gepubliceerd, zullen nog geen opvallende nieuwe eisen aan DC-installaties worden gesteld. Maar dat zal niet lang meer duren. The war of currents van de negentiende eeuw laait namelijk weer op. Meer dan een eeuw lang leek alternating current (AC = wisselstroom) voorgoed te hebben gewonnen van direct current (DC = gelijkstroom). In Nederland kenden we tot voor kort vrijwel niets anders dan AC. DC zat alleen in accu s en batterijtjes, voor het geval AC onverhoopt niet voor handen is. En in alle mobiele apparatuur. Maar zodra we thuis of op het werk zijn, worden die onmiddellijk weer aan het AC-net gekoppeld. Toch blijkt de the war of currents nog lang niet gestreden te zijn. Allereerst wordt op hoogspanningsniveau steeds meer elektriciteit bij enorme vermogens getransporteerd als gelijkstroom (HVDC). Dat levert namelijk veel minder vermogensverlies op. Bovendien kunnen met HVDC heel grote afstanden in één keer worden overbrugd, zonder tussenstations. Maar ook op laagspanningsniveau (LVDC < 1500 volt) gebeurt er van alles. In gebouwen, fabrieken en andere bedrijven wordt steeds meer gelijkspanning gebruikt. En vaak zonder dat we het doorhebben ook in de particuliere woning. In bijna alle moderne en intelligente machines, apparaten en toestellen wordt de AC uit de reguliere installatie eerst omgezet naar DC. The war of currents kent geen winnaars of verliezers PV Tegelijkertijd wekken we op het dak een snel groeiende hoeveelheid DC op uit zonlicht. Het overgrote deel van de photo-voltaïsche (pv) energie converteren we naar AC om te kunnen terugleveren aan het openbare elektriciteitsnet. En nemen we die AC daar weer vanaf, dan wordt ze in de aangesloten apparaten en machines weer teruggezet naar DC. Bij al dat inverteren, converteren en transformeren gaat heel veel kostbare energie verloren. Onnodig, want dat kan ook anders. DC-werkgroep NEN Dat is de overtuiging en ervaring van Mister DC Harry Stokman. Niet alleen in de functie van CEO van het bedrijf Direct Current, en oprichter van de Stichting Gelijkspanning in Aalsmeer, maar ook als voorzitter van een speciale DC-werkgroep bij NEN (zie kader). Die werkgroep is in het leven geroepen omdat ook veel andere marktpartijen, bedrijven, energieleveranciers, netbeheerders en energiebedrijven de DC-ontwikkelingen op zich af zien komen. Dit vereist namelijk aanpassing van zowel de hoog- als de laagspanningsinstallaties, en dus ook de normen daarvoor. Niet alleen in ons land, maar ook in Europa en zelfs mondiaal. Nederland blijkt hierbij een belangrijke rol te spelen. 18 Mag

2 Door teruglevering van decentraal opgewekte gelijkspanning die wordt omgezet naar AC dreigen de openbare elektriciteitsnetten nu al overbelast te worden. Zonnestroom blijft voorlopig nog even de belangrijkste DC-component van de laagspanningsinstallatie. Die energie kan het beste ook direct weer als DC worden verbruikt. Niet erg Toch zal er in de nieuwe NEN 1010 die komend najaar door NEN wordt gepubliceerd naar verwachting van de werkgroepvoorzitter nog geen echt nieuw DC-hoofdstuk verschijnen. En dat is helemaal niet erg, zegt Stokman. Dat klinkt verrassend uit zijn mond. Inderdaad, ook ik was aanvankelijk heel sceptisch. Maar na onderzoek door de werkgroep is gebleken dat NEN 1010 ook nu al heel veel over gelijkspanning zegt. Niet naar de letter van de norm, maar wel naar de geest. Het gaat vooral om verschillen in aanduidingen, waarden en definities, zoals polen in plaats van fasen. En natuurlijk worden er andere eisen gesteld aan schakelingen en beveiligingen. Corrosievorming door overslag in schakelmateriaal bijvoorbeeld is bij DC een probleem. Maar daar zijn ook productnormen voor. Verder kunnen bijvoorbeeld in DC-netten ook na afschakeling nog stromen lopen door de toepassing van elektronica. En zo zijn er nog veel meer kleine verschillen. Maar er zou wat ons betreft niet een aparte laagspanningsnorm voor DC-installaties hoeven te komen. Alle verschillen, en aangepaste definities en waarden, kunnen overzichtelijk worden geordend, gebundeld en gepresenteerd in een nieuw deel in hoofdstuk 7 van NEN OVL in NEN 1010 Dat hoofdstuk behandelt de zogenoemde bijzondere installaties in onder meer ziekenhuizen en op campings en jachthavens. Een DC-laagspanningsinstallatie kan ook als bijzondere installatie worden beschouwd. Daarnaast willen steeds meer gemeenten de openbare verlichting (OVL), ook als energieneutraal DC-net, heel graag onder de NEN 1010 hebben, vertelt Stokman: Dat is ook een bijzondere installatie. Om al dat werk zorgvuldig en goed te doen hebben we voor de komende nieuwe NEN 1010 niet voldoende tijd meer. Eerst DC-NPR? Bovendien kan er in de visie van de werkgroep ook eerst een Nederlandse Praktijk Richtlijn (NPR) over DC-installaties worden samengesteld, al dan niet als onderdeel van de NPR Eerder dit jaar verscheen er immers al een nieuw werkblad over pv-installaties in deze NPR. En zonnestroom is voorlopig nog even het overgrote DC-gedeelte op laagspanningsinstallaties in woningen en gebouwen. Intussen gebruiken we achter de wisselspanningsinstallaties in gebouwen, fabrieken, infrastructuur en thuis echter al Mag

3 IPIN en Nederlands Platform Smart Grids Om te voldoen aan de Europese milieudoelstellingen (20 procent CO2-reductie in 2020) wil het ministerie van Economische Zaken de introductie van intelligente elektriciteitsnetten (smart grids) voor AC/DC (zie bijgaand artikel) in Nederland versnellen. Daartoe wordt het Innovatieprogramma Intelligente Netten (IPIN) van de overheid uitgevoerd door de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl). Dit IPIN ondersteunt in ons land de aanbevelingen van de Europese Taskforce Intelligente Netten. Vanuit die visie brengt het Nederlandse Platform Smart Grids namens ons land voorstellen in bij het internationale normalisatieoverleg. En vanuit diezelfde visie geeft het internationaal commentaar op de normalisatievoorstellen die vanuit de andere EU-landen worden gedaan. Daarna wordt het resultaat hiervan binnen het nationale platform weer uitgewisseld met alle specifieke elektrotechnische normcommissies die hiermee raakvlakken hebben. Het Nederlands Platform Smart Grids bestaat momenteel uit de volgende leden: Het kabinet heeft negen topsectoren aangewezen waarin Nederland wereldwijd sterk is. De energiesector is daar één van. De Topsector Energie heeft sinds 2011 de regie over het nationale innovatiebeleid. Binnen de Topsector Energie werken bedrijven, kennisinstellingen en overheid samen om innovatieprogramma s op te stellen en projecten uit te voeren. Switch 2 Smart Grids is er één van. In dit project zoeken bedrijven en kennisinstellingen samen naar manieren om vernieuwende producten en diensten voor smart grids te ontwikkelen en op de markt te brengen. Direct Current is samen met de Stichting Gelijkspanning, Joulz en ABB onder meer betrokken bij de DC-grid op het bedrijven terrein rondom Lelystad Airport (foto: presentatie van het project) NEN Vanuit het IPIN is aan NEN het verzoek gedaan om een platform op te richten voor interoperabiliteit en standaardisatie op het gebied van smart grids. Een belangrijke aanleiding daarvoor is het mandaat M/490 van de Europese Commissie (paragraaf 3.2.1). Het platform van NEN volgt allereerst de gesubsidieerde proefprojecten op het gebied van smart grids die in ons land tot stand komen. Op basis daarvan inventariseert het platform de vele reeds bestaande normen die hierbij een rol spelen, of en hoe deze moeten worden aangepast, en welke geheel nieuwe normen hiervoor moeten worden ontwikkeld. T. de Zwart Echelon, voorzitter A. Postma Enexis B. Wijs ABB D. Djairam TU Delft D. Bakker FME F. Campfens Alliander F.J. Rumph TNO J. Bruinenberg Alliander J.H. Griffioen Innomet J.J. Smit TU Delft J. Jansen v.d. Sligte TenneT J. Laarakkers TNO J. Dammer Honeywell L. Dietvorst Enexis M. Adriaensen DNV Kema M. Hagen Aliander M. Broekmans Stedin M. Wijbrands Uneto N. Kerkhof RVO.NL O. Bernsen RVO.NL P. Hermans Stedin R. Luiten Movares S. Cobben Aliander T. Brugmans Stedin W. Strabbing Esmig Andere partijen die willen deelnemen aan het Platform Smart Grids zijn van harte welkom. Zij kunnen zich aanmelden bij de secretaris: Gerdien van de Vreede, Gerdien.vandeVreede@nen.nl. 20 Mag

4 DC-smart grid in woningen en gebouwen? Dus de installateur en inspecteur zullen in de nabije toekomst heel goed moeten opletten wat zij onder handen krijgen, ook voor hun eigen veiligheid. Door het veranderende gedrag van de aangesloten eindverbruikers moeten de openbare netten worden verzwaard. veel meer gelijkspanning dan menigeen beseft, zo schetst Stokman de situatie: Als de DC-NPR er is, hebben we nog even de tijd voor de aanpassing van NEN 1010, in samenhang met wat we op Europees en mondiaal niveau bereiken. Maar daar zijn we nog niet helemaal uit. Input vanuit de markt is dus nog van harte welkom (zie kader). NEN 3140 Op langere termijn zal bovendien ook de norm NEN 3140 voor veilig werken aan en met ET-installaties moeten worden aangepast. Stokman: Want de ET-installateur en -inspecteur zullen straks niet meer van tevoren weten wat ze tijdens hun werk tegenkomen: AC of DC? Of beide samen in een intelligente mengvorm van die twee, het hybride AC/ Van AC naar DC Hoe komt die DC-laagspanning langzaam maar zeker onze huidige woning- en gebouwinstallaties binnen? Stokman legt het uit. Op de eerste plaats werken vrijwel alle moderne machines, apparaten en andere stroomverbruikers die op de traditionele AC-laagspanningsinstallatie worden aangesloten, intern feitelijk op gelijkspanning. Bij binnenkomst in de verbruiker wordt de AC van het net door ingebouwde gelijkrichters en DC/DC-omvormers direct omgezet naar variabele DC-spanningen, -stromen en -vermogens. Want die kunnen door toepassing van intelligente elektronica volcontinue worden bijgeregeld en aangestuurd. Bij die AC/ DC-omzetting gaat veel energie verloren. Maar efficiency is niet eens de grootste drijfveer achter gelijkspanning. Het gaat om veel meer, zoals materiaalbesparing en aanstuurbaarheid, waardoor de winst veel groter is. Stokman: Bovendien is DC de grootste harmonische vervuiler in AC systemen. Zo levert het een lagere power factor (PF) op. Dus kan het beter DC blijven. Op de tweede plaats wordt op steeds meer woningen en gebouwen zonnestroom opgewekt. Dat is al DC. Om die energie terug te kunnen leveren aan het interne en openbare net moet zij eerst worden omgezet naar AC. Ook dat kost energie en extra componenten. En bij afname in de eindverbruikers in woningen en gebouwen moet die AC Gemeenten willen hun duurzame OVL-netten uitvoeren als DC-systeem. Ook dat vraagt om een nieuwe DC-deel in NEN Mag

5 internationale duurzaamheidsdoelstellingen niet. Daarnaast kost het gewoon heel veel geld. DC wordt nu al toegepast in duurzame kantoren, slimme 0-energie OVL-systemen, en energiezuinige installaties voor assimilatieverlichting in de glastuinbouw zoals beschreven eerst weer worden teruggezet naar DC. Dat kost dus twee keer veel energie als materiaal. Stokman: Het is dan ook veel rendabeler om uit pv energie opgewekte DC direct via een eigen interne DC-installatie weer als DC te verbruiken. Dit in plaats van het eerst om te zetten van DC naar AC, terug te leveren aan het openbare net, om het daar vervolgens ook weer van af te nemen als AC, en weer terug te vormen naar DC. Dit laatste is wat nu op grote schaal gebeurt. Dat is niet efficiënt. En, zegt de DC-expert: Hierdoor hebben we een stuk meer aanvullende fossiele energie nodig. Zo halen we de Overbelasting Bovendien loopt hij in zijn dagelijkse DC-praktijk ook nu al aan tegen nog een ander groot probleem: Door al dat converteren, inverteren, transformeren, en heen en terug transporteren van grote hoeveelheden elektriciteit raken de onderste lagen van de bestaande vaak verouderde openbare elektriciteitsdistributie al snel overbelast. Die bestaande netten worden in verband met de internationale energietransitie van fossiel opgewekte elektriciteit naar duurzame stroom fasegewijs omgebouwd naar volledig geautomatiseerde smart grids. Maar het duurt nog wel een paar decennia voor die evolutie zich heeft voltrokken. Daarnaast zouden de openbare netten enorm moeten worden verzwaard, terwijl het koper hiervoor een zeldzame en dus kostbare grondstof is. Ook daarom moeten we slimmer met al die AC- en DCstromen in verschillende richtingen omgaan, aldus Harry Stokman. DC-netten De oplossing voor deze problemen ziet er in de ogen van de werkgroep samengevat als volgt uit. Verbruik alle duurzame DC-energie die decentraal onder meer uit pv-systemen DC-werkgroep NEN De energieleveranciers, netbeheerders, elektrotechnische bedrijven en andere belanghebbende marktpartijen en organisaties in ons land zien samen met de overheid tal van nieuwe ontwikkelingen op het gebied van gelijkstroom (DC) op zich af komen. Niet alleen op het niveau van hoogspanning (HVDC), ook op het gebied van laagspanning (LVDC) in woningen, gebouwen en de infrastructuur. Lees meer hierover in bijgaand artikel. Dit vraagt om aanpassing van de inter nationale hoog- en laagspanningsnetten plus alle bijbehorende normen. Zo ook onze nationale laagspanningsnorm NEN 1010, waarvan komend najaar een nieuwe editie verschijnt. Daarom heeft de Technische Commissie van de NEN 1010-hoofdcommissie (NEC 64) in ons land een speciale DC-werkgroep in het leven geroepen. Hieraan nemen ook leden van andere betrokken elektrotechnische normcommissies deel. Deze werkgroep speelt niet alleen in Nederland een belangrijke rol, maar vertegenwoordigt ons land ook bij de Europese en mondiale normali satie van de DC-ontwikkelingen. Hij bestaat momenteel uit de volgende leden: H. Stokman, Direct Current, voorzitter D. Berkhout, Joulz M. Reddering, Santon A.van Roessel, CityTec A. Prein, Stedin C.A. Opdam, Stadswerk 072, namens IGOV E.Vos, Lux-groep, namens IGOV A. Bronswijk, ABB, namens Fedet G. de Groot, Croon Elektrotechniek, namens Uneto-VNI J.C. de Koning, Groupe Schneider R. Niehoff, Eaton, namens Fedet B. Pfaff, BOOA Trainingen & Opleidingen, namens NVIB Wie zich betrokken voelt bij de jongste DC-ontwikkelingen kan zich melden bij de secretaris van de DC-werkgroep bij NEN, 22 Mag

6 wordt opgewekt, via een DC-net zoveel mogelijk in dezelfde omgeving direct weer als DC. Dit kan eventueel worden gekoppeld aan een tussentijdse opslag om schommelingen in vraag en aanbod op te vangen. Dat scheelt twee keer omzetten en twee keer over het net transporteren. Dit proces kan door de opwekkers/eindverbruikers zowel individueel als collectief met de regionale netbeheerder worden geregeld. En alle aangesloten eindverbruikers worden hieraan aangepast. De meeste daarvan werken immers in principe toch al op DC. Bij de weinige toepassingen die alleen op AC werken kan er tot slot nog een DC/AC-converter voor worden gezet. ET-installateurs en -inspecteurs weten straks niet meer wat ze tijdens hun werk tegenkomen: AC of DC? Hybride AC/DC-installaties Natuurlijk kunnen we heel Nederland nooit meer in één keer ombouwen van AC naar DC, beaamt ook Stokman. Dat gebeurt fasegewijs en zal waarschijnlijk uitmonden in hybride en intelligent geregelde AC/DC-installaties. En dat is geen toekomstdroom. Stokman is hierbij ook nu al dagelijks in de praktijk met zijn bedrijf en stichting betrokken. Zo wordt DC nu al toegepast in duurzame kantoren, slimme 0-energie OVL-systemen, en energiezuinige installaties voor assimilatieverlichting in de glastuinbouw. elkaar afgestemd. Kan dat niet, dan wordt de DC tussentijds opgeslagen en daaruit later weer afgenomen. De aangesloten elektrische auto speelt hierbij eventueel ook een rol. Uiteindelijk wordt er alleen bij heel grote piekverschillen nog wat energie teruggeleverd aan en afgenomen van het openbare net. Geen winnaars Zo ziet Harry Stokman dan ook de toekomst: Stap voor stap groeien we in woningen, gebouwen, fabrieken en de infrastructuur naar slimme hybride AC/DC-laagspanningsinstallaties toe, waarin de domotica of gebouw- en industriële automatisering is geïntegreerd. Met een optimale balans tussen opwekking en verbruik van zowel AC als DC. De volledig geautomatiseerde systemen hiervoor zijn klaar en worden al toegepast. De war of currents kent dus geen winnaars of verliezers, maar vraagt wel om nieuwe normen. Daar werken we niet alleen in Nederland aan. Ook op Europees en wereldniveau spelen we als werkgroep een belangrijke rol bij de normalisatie van DC-installaties door Cenelec en IEC. Wie daaraan mee wil werken is van harte welkom (zie kader). n Daarnaast deelt hij de kennis en ervaring op dit gebied binnen elf gesubsidieerde proefprojecten, met duurzame smart grids in energieneutrale kantoorparken en woonwijken in ons land(zie kader). Daarin werken de netbeheerders, wetenschap en onderwijs, en het elektrotechnische bedrijfsleven samen met de overheid. Particuliere woning Op grond van die ervaring ziet hij de opmars van DC-netten zich uiteindelijk naast gebouwen ook binnen de reguliere particuliere woning voltrekken: De komende USB-C-standaard gaat al tot vermogens van 100 watt. Er zullen steeds meer USB-aansluitpunten in woningen verschijnen. Alle bestaande AC-verbruikers tot 100 watt in woning en bedrijf kunnen daarop binnenkort al worden aangesloten, dus ook audio/video, digitale media en zelfs de schemerlampjes. Zwaardere verbruikers als wasmachines en -drogers, vaatwassers, koelkasten, fornuizen, warmtepompen en andere apparatuur worden in toenemende mate van hun standaard ingebouwde AC/DC-converters ontdaan. Pieken in de opwekking en het directe eigen verbruik worden op Tussentijdse opslag van elektriciteit wordt bij direct DC-verbruik belangrijk. De systemen zijn er klaar voor. Mag