Overall voltage stability with the presence of distributed energy resources in a low voltage DC network
Een stap richting een efficiëntere elektriciteitsvoorziening
Hoewel het aandeel hernieuwbare energie en elektrische wagens in de lift zit, is het huidige elektriciteitsnet daarop niet voorzien. Technici denken dan ook grondig na over hoe het anders en efficiënter kan. Een aanbeveling om onze energiefactuur te verminderen: gebruik meer gelijkspanning i.p.v. wisselspanning in het elektriciteitsnet.
Uitdagingen voor het huidige elektriciteitsnet
Een van de problemen waarvoor weinig media-aandacht bestaat, is de modernisering en uitbreiding van het bestaande elektriciteitsnet. Dat net is immers niet ontworpen met een hoog aandeel hernieuwbare energie en elektrische wagens in het achterhoofd.
Tevens wordt energie-efficiëntie hoog in het vaandel gedragen. De meest groene kilowattuur is immers de kilowattuur die niet verbruikt wordt. Paradoxaal genoeg leidt meer energie-efficiëntie tot een hoger elektriciteitsverbruik. Denk maar aan meer elektrische wagens en warmtepompen (die elektriciteit gebruiken voor verwarming).
Onze elektriciteitsvoorziening moet dus efficiënter worden, terwijl ze meer verbruikers zal moeten voorzien.
Van gelijkspanning naar wisselspanning
Hoewel het grootste aantal van die verbruikers op gelijkspanning werkt, komt er wisselspanning uit het stopcontact thuis. Wisselspanning houdt in dat de spanning op en neer varieert in de tijd, terwijl veel verbruikers een constante spanning, gelijkspanning, vereisen. Zo werken zonnepanelen, batterijen van elektrische voertuigen, computers, gsm’s en LED-verlichting allen op gelijkspanning.
De reden dat wisselspanning echter zo wijdverspreid is, ligt in de geschiedenis. Hoewel uitvinder-ondernemer Thomas Edison een fervente pleitbezorger was van gelijkspanningsnetten eind 19de eeuw, hebben wisselspanningsnetten de bovenhand gehaald. Aanvankelijk bestonden gelijkspanning- en wisselspanningsnetten op lokaal niveau, maar mettertijd werd het voordelig elektriciteit te produceren in grote centrales en vervolgens over lange afstand te transporteren naar de verbruikers. Daarvoor zijn hoge spanningen vereist.
Elektriciteit omzetten naar hoge spanning, lukte toen al eenvoudig voor wisselspanning. Maar voor gelijkspanning was het wachten op de ontwikkelingen in de vermogenelektronica midden vorige eeuw.
Gelijkspanningsnetten beantwoorden aan de noden: ze zijn efficiënteren kunnen meer vermogen aan
Gelijkspanningsnetten zijn uitermate voordelig om tegemoet te komen aan de uitdagingen vandaag. Enerzijds komen gelijkspanningsnetten de efficiëntie ten goede. Het hoge aantal toestellen dat op gelijkspanning werkt, vraagt vandaag immers een omvormer om wisselspanning in gelijkspanning om te zetten. Dit gebeurt onder andere in de adapter van laptops en gsm’s, maar ook in de omvormer van zonnepanelen. In gelijkspanningsnetten worden die adapters en omvormers eenvoudiger, kleiner en efficiënter.
Met het stijgend elektriciteitsverbruik in het achterhoofd, laat gelijkspanning anderzijds toe om meer elektriciteit door dezelfde kabel te sturen in vergelijking met wisselspanning. Bovendien verbetert de kwaliteit, is meer controle mogelijk en wordt het gemakkelijker om verspreide energiebronnen aan het net te koppelen.
Gelijkspanningsnetten sluiten dus naadloos aan bij het net van de toekomst: het smart grid.
Het gelijkspanningsnet kan verder gebruik maken van de bestaande kabelinfrastructuur. Adapters van toestellen moeten wel worden aangepast, maar dit vormt geen noemenswaardig obstakel vermits de kostprijs gering blijft.
Gelijkspanningsnetten: ook in de industrie
Gelijkspanningsnetten openen bijgevolg deuren naar een efficiëntere energietoekomst en dat spreekt ook de industriële verbruikers aan. Gelijkspanningsnetten helpen om hun energiefactuur naar beneden te brengen.
Zo zijn er enkele bedrijfshallen in de VS uitgerust met een gelijkspanningsnet om de verlichting te voeden. Zij rapporteren efficiëntiewinsten van 20%. Maar de toepassing van gelijkspanningsnetten kan nog veel verder gaan: ook volledige productielijnen kunnen ermee gevoed worden.
Nood aan een simulatietool
Om gelijkspanningsnetten te ontwerpen en te analyseren bestond er echter nergens een simulatietool op computer. Zo willen ontwerpers en onderzoekers onder meer graag weten wat er zal gebeuren als er meer hernieuwbare energie in het gelijkspanningsnet wordt gevoed en hoe dat de spanning zal beïnvloeden. Aan die nood komt mijn thesis tegemoet: ik heb een tool geprogrammeerd die ontwerpers en onderzoekers in staat stelt die effecten te analyseren, ook voor zeer uitgebreide gelijkspanningsnetten.
De tool stelt hen in staat om op een gebruiksvriendelijke manier gelijkspanningsnetten te analyseren, de efficiëntie nauwkeuriger te bepalen en spanningsstabiliteit na te gaan. Bovendien is de code toegankelijk en hebben onderzoekers dus een duidelijk beeld van wat binnenin de tool gebeurt. Daarnaast kunnen ze ook eigen modellen van hernieuwbare energie en belastingen invoeren.
De tool opent dus de weg naar een vlotter ontwerpproces.
Om samen te vatten: gelijkspanningsnetten bieden tal van voordelen die tegemoet komen aan de uitdagingen waarmee onze elektriciteitsvoorziening wordt geconfronteerd. Ze kunnen meer vermogen verwerken, zijn efficiënter en daarom beter geschikt om het toenemend aantal verspreide elektriciteitsbronnen en –verbruikers met elkaar te verbinden. Er bestond echter nog geen gebruiksvriendelijke simulatietool om zo’n netten te analyseren en te ontwerpen. Aan die nood komt mijn thesis tegemoet. Bijgevolg zal het ontwerpproces vlotter verlopen en zullen onderzoekers meer inzicht krijgen in de werking van gelijkspanningsnetten.
