Dit megalab van de TU Delft moet het stroomnet klaarstomen voor de groene toekomst

Elektriciteitskabels van dijbeenformaat, manshoge transformatoren, impulsgeneratoren als woudreuzen: in dit nagelnieuwe laboratorium van de TU Delft wordt onderzoek gedaan naar elektriciteit in al haar verschijningsvormen, of beter: het elektriciteitsnet van de toekomst.

Het Electrical Sustainable Power Lab opent na een bouwtijd van twee jaar de poorten. Een duurzaamheidstempel van formaat, zoals TU Delft en netwerkbeheerder en medefinancier Tennet het noemen. Want dit inderdaad imposante lab moet de komende jaren de kraamkamer worden van nieuwe technologieën die het elektriciteitsnet klaarstomen voor de toekomst, waarin energie op grote schaal CO2-vrij wordt opgewekt.

Dat de toekomst haast heeft, merkt Nederland aan den lijve. Nu overal op het land en langs de kust windturbines en zonnevelden verrijzen, blijkt ons bestaande elektriciteitsnet niet opgewassen tegen de golven groene stroom die het land geregeld overspoelen. De gevolgen: het stroomnet zit potdicht, voor nieuwe duurzame energiebronnen is op veel plaatsen geen ruimte meer en op termijn dreigt zelfs de stabiliteit van de stroomvoorziening in gevaar te komen. Netbeheerders hebben de afgelopen maanden regelmatig de noodklok geluid, ze kunnen de toevloed niet meer aan. En dan is de energietransitie nog maar net begonnen.

Dus een lab als dit komt als geroepen. Niettemin oogt dit ‘elektriciteitsnet van de toekomst’ tamelijk ouderwets, met zijn immense installaties en waarschuwingsborden met bliksemschichten. We hebben deze technologieën toch allang onder de knie? Wat valt er nog te leren over elektriciteit na honderdvijftig jaar ervaring?

Hoogleraar Miro Zeman, een van de stuwende krachten achter het project: ‘De energietransitie is al zo oud als de mensheid’, zegt hij vanuit een kantoortje met uitzicht over de werkvloer van het lab. De energievoorziening verandert continu, energiebronnen komen en gaan, vraag en aanbod verandert constant. ‘Maar nu er is een groot verschil’, zegt hij: tot voor kort werd bijna alle energie opgewekt met fossiele brandstoffen in grote centrales waarvan de elektriciteit via een wijdvertakt net over het land werd verspreid. ‘Nu komt de elektriciteit overal vandaan, door hernieuwbare bronnen die afhankelijk zijn van het weer.’

Zonnevelden staan op plaatsen waar de grond goedkoop is, doorgaans op het platteland. En daar is het netwerk juist dunnetjes, omdat daar vroeger de vraag naar stroom niet zo groot was. Vandaag de dag rollen er juist tsunami’s van stroom vanaf het platteland het stroomnet op, en daar is het simpelweg niet opgebouwd. Gevolg: fabrieken, woonwijken en supermarkten die niet meer aangesloten kunnen worden op het net - Amsterdam luidde vorige week nog een eigen noodklok.

Fundamentele verandering

Het stroomnet verandert de komende jaren fundamenteel, zeggen experts. Niet alleen gaat het van centrale naar decentrale opwekking, zoals dat heet. De energievoorziening verandert ook van vraaggestuurd (zodra er meer behoefte is aan elektriciteit, worden de centrales hoger opgestookt) naar aanbodgestuurd (zodra de zon schijnt en het hard waait, is er veel energie).

En er is een derde fundamentele verandering, zegt Zeman. Duurzame stroom is van nature gelijkstroom. Uit zonnepanelen komt gelijkstroom, die omgezet moet worden naar wisselstroom om in het net opgenomen te kunnen worden. Elektrische auto’s bijvoorbeeld, hebben een accu en die is ook weer gelijkstroom. Dus moet de stroom verderop weer worden omgekat. Al die omzettingen leiden tot energieverliezen en dat is zonde van de moeizaam opgewekte duurzame elektriciteit.

Meer en meer onderdelen van de nieuwe, duurzame wereld, zullen op gelijkstroom ‘lopen’ aldus Zeman. Dus zal ook het net steeds meer een gelijkstroomnet worden. Her en der gebeurt dat al, bijvoorbeeld bij de lange onderzeese elektriciteitsverbindingen die Nederland de afgelopen jaren heeft aangelegd tussen ons land en onder meer Noorwegen en Groot-Brittannië.

Al die nieuwe technologieën moeten natuurlijk getest worden. En dan liefst op een schaal die een beetje overeenkomt met de echte wereld. Vandaar de enorme installaties.

Disciplines bij elkaar

Tot niet zo lang geleden had elke onderzoeksgroep op de campus zijn eigen lab. Zonnecelonderzoekers (wat Zeman van huis uit zelf ook is; hoogleraar Photovoltaic Materials and Devices luidt zijn officiële titel) deden hun proefjes in hun eigen labs. Softwareontwikkelaars ook. Specialisten in vermogenselektronica idem.

Zet ze bij elkaar, vond Zeman. Laat ze hun vindingen in de micropraktijk van een gezamenlijk lab uitproberen en je leert veel sneller. Dus staat in de kelder van het lab, onder de dikke betonnen vloer waarop de impulsgeneratoren rusten, bijvoorbeeld een heuse supercomputer. Die kan een exacte kopie simuleren (een zogenoemde digital twin) van het Nederlandse elektriciteitsnet.

Met dit digitale stroomnet kunnen onderzoekers eindeloos experimenteren: wat gebeurt er met het netwerk als je een windpark plotseling weghaalt, of wat is het effect van het bijplaatsen van een nieuw type omvormer? ‘Dankzij deze simulatie kunnen we veilig innovaties testen. Uniek in de wereld’, glimt de hoogleraar.

Zijn de problemen met het stroomnet snel opgelost, nu het lab zijn deuren opent? Natuurlijk niet, zegt Zeman. Maar het onderzoek dat hier gedaan wordt, zal een bijdrage leveren aan een groene toekomst - de hoogleraar kreeg eerder al een lintje voor zijn duurzame verdiensten. Al zal die nog wel even op zich laten wachten. ‘We staan voor de grootste uitdaging uit de geschiedenis.’