Slimme kastjes bewaken op steeds meer plaatsen ons elektriciteitsnet om de continuïteit van de energielevering te waarborgen. Het idee daarvoor ontstond ruim twintig jaar geleden langs de snelweg, tijdens een urenlange discussie tussen een wetenschapper en een netbeheerder.
Tekst: Amanda Verdonk, beeld: Shutterstock en Alliander
Het Nederlandse elektriciteitsnetwerk kraakt in zijn voegen. Er is sprake van een tekort aan capaciteit, omdat we steeds meer apparaten gebruiken die ook nog eens veel stroom verbruiken, zoals elektrische auto’s, warmtepompen en inductiekookplaten. Al die stroom moet gebruikmaken van het bestaande net. Daarnaast zorgt de toename van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie als onderdeel van de energietransitie ervoor dat er grote belastingswisselingen in het net optreden. De volatiliteit zoals dat heet, neemt toe. Denny Harmsen, consultant system operations bij netbeheerder Alliander, legt uit wat er gebeurt: ‘Als er op een zonnige middag veel zonne-energie wordt opgewekt, gaat er een grote energiestroom naar het onderstation. Maar als er dan ineens dikke wolken voor de zon komen en we de auto opladen en gaan koken, dan gaat de energiestroom weer naar nul of zelfs de andere kant op. Die belastingswisselingen beïnvloeden de temperatuur en druk in de kabels. Dan loop je het risico dat de moffen, die de kabels met elkaar verbinden, verzwakken waardoor deelontladingen optreden.’
Doorslag en stroomuitval
Deelontladingen zijn de onzichtbare vijanden waar netbeheerders tegen strijden. Ze vreten aan het isolatiemateriaal en kunnen uiteindelijk een doorslag, stroomuitval of zelfs brand en explosies veroorzaken. Voorheen moest een kabel losgekoppeld worden om ontladingen op te sporen, maar een nieuw kabelbewakingssysteem – de Smart Cable Guard – doet dat automatisch en continu. Het zijn kastjes ter grootte van een dik boek, die aan beide kabeluiteinden worden geplaatst en signalen naar elkaar zenden. Ze meten of er een zwakke plek is en geven dit door aan een centrale, waar men kan besluiten de stroom tijdelijk om te leiden. De kastjes geven ook bijna exact aan waar ingrijpen nodig is en welke plek nog even kan wachten. Dat maakt het onderhoud voorspelbaarder.
Deelontladingen zijn de onzichtbare vijanden waar netbeheerders tegen strijden
Wakend oog op ons net
Harmsen is bij Alliander al ruim twintig jaar bezig met de ontwikkeling en invoering van het systeem, en ziet nu dat zijn eindeloze ‘gedram’ om mensen te overtuigen eindelijk vruchten afwerpt. In 2007 werden de eerste prototypes in het netwerk van Alliander geïnstalleerd en eind 2014 volgde de verbeterde versie. Die versie bleek goed te werken en in 2017 volgde een betaalbaardere versie, waardoor de netbeheerder het grootschaliger invoerde. Inmiddels zijn er 2300 systemen geplaatst, bestaande uit 4600 kastjes. Harmsen verwacht dat dit aantal nog zal verdubbelen. Alliander heeft daarmee 6200 kilometer van de in totaal 40.000 kilometer middenspanningskabels die zij beheert, uitgerust met dit systeem. ‘Daarmee hebben we een wakend oog op ons net. We kunnen inmiddels niet meer zonder.’ De Smart Cable Guard wordt verkocht door technisch adviesbureau DNV, dat wereldwijd al 3500 systemen verkocht aan 45 klanten. Dat zijn naast netbeheerders ook grote industriële bedrijven, spoorwegmaatschappijen en windparken.
Zonder opgraven
Het idee voor een kabelbewaker ontstond in het jaar 2000 langs de snelweg, aldus de overlevering. Hoogleraar elektrotechniek Fred Steennis van de TU Eindhoven en Maarten van Riet, innovatie-expert bij Alliander (toen nog Nuon), zaten bij elkaar in de auto. Steennis had een idee: zou het niet handig zijn als we een systeem kunnen maken dat online, dus zonder de kabel op te graven, zwakke plekken kan opsporen? Het gesprek werd zo intens dat ze de auto parkeerden en ruim twee uur discussieerden. Ze zagen er wel wat in en brachten partijen bij elkaar in een consortium. Naast de andere toenmalige energiemaatschappijen was ook Kema, dat later werd overgenomen door DNV, direct aan boord. Het voormalige NWO-onderdeel STW financierde het onderzoek. Na vijf jaar was er een proof-of-principle, een eerste demonstratie dat het product in de praktijk zou moeten werken. Genoeg reden voor Alliander en DNV om aan het product te blijven werken, met daarnaast nog vijf promovendi (zie kader).
Online meetsysteem
Peter van der Wielen ging in 2000 als eerste promovendus aan de slag met het idee om een online meetsysteem te ontwikkelen dat deelontladingen in elektriciteitskabels in het middenspanningsnet kan opsporen. Daarvoor worden sensoren aan beide uiteinden van een stuk kabel geplaatst, die met elkaar communiceren. Het systeem is ook in staat om pulsen van elkaar te onderscheiden en weet welke pulsen worden uitgezonden door lokale ontladingen. Door de verschillen in aankomsttijden van de pulsen tussen de ene en de andere sensor te meten, is de locatie van de ontladingen zeer nauwkeurig vast te stellen: op 1% van de kabellengte. Van der Wielen is blij dat ‘zijn’ onderzoek zo veel impact heeft gehad. ‘Ik begon destijds met een heel algemene onderzoeksvraag en wist totaal niet waar het zou eindigen. Er zijn genoeg onderzoekers die netjes aantonen dat een idee niet haalbaar is en dat is ook prima. Maar het is natuurlijk veel leuker om te zien dat het succesvol is.’ Na zijn onderzoek is Van der Wielen bij DNV gaan werken als business director. Daarnaast is hij deeltijdhoogleraar aan de TU Eindhoven, waar hij zich nog altijd bezighoudt met de betrouwbaarheid van netcomponenten.
Van het gas af
Sinds 2016 is Richard Denissen bij DNV betrokken bij de ontwikkeling en sinds 2019 doet hij dat als manager van de productgroep Smart Cable Guard. Het is zijn doel om nog meer klanten voor de slimme kasjes te vinden. Hij verwacht dat steeds meer Noord-Europese landen tegen problemen met een verouderde infrastructuur zullen aanlopen. ‘Doordat we van het gas af willen, wordt onze elektriciteitsinfrastructuur steeds zwaarder belast. Dat kunnen we oplossen door de infrastructuur te verzwaren en er nieuwe spullen in te plaatsen, maar dat duurt lang en is erg kostbaar. Je kunt ook de mogelijkheden benutten om, met behulp van wetenschappelijk onderzoek en domeinkennis, bestaande spullen langer in de grond te houden. Dat is wat we doen met de Smart Cable Guard.’
Bierviltjesidee
Terugkijkend op de eerste onderzoeksjaren – waar Denissen niet bij betrokken was – vraagt hij zich af waarom er vijftien jaar zat tussen het ‘bierviltjesidee’ en de eerste verkoop. ‘Had dat niet in acht jaar gekund? Om een product goed te testen heb je veldervaring en een snelle marktintroductie nodig. Je kunt beter tijdig een launching customer hebben en het product zodanig bouwen dat je het kunt doorontwikkelen. Zodra je een proof-of-concept in het veld hebt, moet je parallel een commercieel team opzetten dat de strategie en het businessplan uitwerkt. Dan weet je wat het potentieel is en wordt het makkelijker om anderen te overtuigen.’
Harmsen, die wel vanaf dag één betrokken was, denkt niet dat het sneller had gekund. ‘Innovatie is kwaliteit maal acceptatie. Eerst moet de kwaliteit goed en stabiel zijn, dan kun je draagvlak creëren en mensen opleiden. Mensen onderschatten de tijd die het kost om iets nieuws in te bedden in de operatie.’ Volgens Harmsen was de rol van de promovendi en hun fundamentele onderzoek een onmisbare basis. ‘Vaak zie je dat fundamenteel onderzoek niet landt in de praktijk. Juist doordat de netbeheerders betrokken waren, ontstond een wisselwerking tussen wetenschap en praktijk, en werd de Smart Cable Guard een succes.’
