Interessante technische vooruitzichten voor OVL-net

07.09.2023 Niels van der Horst

Een klein jaar geleden gaf Laurens Mackay tijdens de DC On Tour bijeenkomst bij The Green Village een presentatie over ‘power capacity’. In een daaropvolgend webinar van Stichting Gelijkspanning ging hij daar dieper op in. Het thema in The Green Village was infrastructuur, kabels en openbare verlichting (OVL). Het ging vooral om de gemeente Zoetermeer waar Mackay, founder van DC Opportunities, bezig was met een project aangaande OVL.

De conclusies die Mackay trok bij zijn presentatie, betroffen drie zaken die de kapstok vormden voor het webinar. De eerste conclusie betrof beter gebruik van de infra, de tweede ging over de (uitbreiding van) de capaciteit van het netwerk en tot slot werd EV-laden aan de lantaarnpaal besproken.

Vraagstelling Zoetermeer
“De gemeente Zoetermeer kwam met de vraag wat ze moesten doen met het openbare verlichtingsnet,” begon Mackay. “Het was vijftig jaar oud, financieel geheel afgeschreven en normaal gesproken toe aan vervanging. Men had vragen over de vereiste overstap naar ledverlichting en of er nog meer aanpassingen, zoals naar DC, aan de orde waren, aangezien led intern gelijkspanning kent.” Was het bijvoorbeeld raadzaam om dat per lantaarnpaal aan te passen of kon het wellicht in één keer om dan vervolgens over de kabels met gelijkspanning te werken. “De andere vraag die de gemeente Zoetermeer had, was of er met het oog op de energietransitie meer mogelijkheden waren met die infrastructuur.” Met CityTech en Stichting Gelijkspanning Nederland hebben ze dat OVL net concreet in kaart gebracht.

Netstructuren
Een radiaal net (ook stervormig of stralennet genoemd) heeft een structuur waarbij een afnamepunt één verbinding heeft met het netstation en waar geen omschakelmogelijkheden zijn. Een onderbreking in een radiaal net leidt dan ook tot uitval van de levering. In een vermaasd net kan een afnamepunt langs meer dan twee verbindingsroutes door het voedende onderstation, regelstation of schakelstation bereikt worden.

Vermaasd aangelegd, radiaal gebruikt
Mackay: “In Zoetermeer ging het om een apart net, dus onafhankelijk van het distributienet. Interessant daar was dat dit openbare verlichtingsnet een vermaasde structuur heeft. Het wordt vanwege het gebruik van AC wel radiaal bedreven en zijn daarom elektrisch gezien niet verbonden, maar in principe komen de meeste kabels dus wel ergens in een kast bij elkaar terecht.” Dat het toch vermaasd is aangelegd heeft te maken met de veel kortere reparatieduur bij defecten omdat de oplossing al letterlijk aanwezig is. “In buitengebieden zie je dit niet want daar zou het te duur worden maar in bewoonde delen gaat het meestal niet om heel veel extra meters kabel en gebeurt het wel.”

Verdubbeling capaciteit
De vraag na vijftig jaar was wat Zoetermeer nog met de OVL infrastructuur kon. “We vroegen ons af of we die vermaasde structuur misschien ergens voor konden gebruiken,” vertelt Mackay. Hij legde uit dat als je de elektrische verbindingen wel realiseert, er meer routes zijn om energie naar een bepaald punt te brengen. “Met het ontwikkelen en de inzet van een zogeheten power flow control converter konden we weerstand in het net compenseren en controleren, waarmee we de capaciteit uiteindelijk konden verdubbelen.” De werking van die compensatie is zo dat een kabel van twee kanten gelijkmatig en daardoor maximaal (dubbel) kon worden gevoed. “Het vraagt wel dat je een soort congestie management hebt, zodat je niet over de limieten heen gaat. Dat geldt voor alle infrastructuren.” Als voorbeeld werd een slotenstructuur aangehaald waar water doorheen gaat. Je kan met pompen sturen maar er is een maximale hoeveelheid water die elke sloot kan hebben.

Kabelmoffen
Onderzoek van CityTech wees uit dat de kabels in Zoetermeer niet veel lekstroom kenden en nog vrij goed waren. “De staat ervan in het algemeen hangt af wat voor type kabel het is en in welke omstandigheden ze liggen. Sommige kabels in steden zijn misschien wel richting de honderd jaar oud is het vermoeden. “Meestal zijn de kabelmoffen plekken waar je problemen krijgt, dus niet zozeer de kabel zelf maar waar een andere kabel aangesloten wordt.” Via metingen kan dat worden opgespoord en is het mogelijk deze moffen te vervangen, wat een flinke kostenbesparing kan opleveren.

Kortsluiting
“In het algemeen heb je bij DC meer vermogen dat door dezelfde kabel kan, omdat de spanning altijd op de piek kan zijn. Bij AC gaat dat naar beneden en weer omhoog. In die zin maakt DC dus beter gebruik van het materiaal dan AC. Maar in dit geval hebben we iets interessants gezien, wat het verschil nog veel groter maakt. Voor dit soort installaties met AC is vanuit de NEN1010 bij kortsluiting in een lantaarnpaal bijvoorbeeld, vastgelegd hoelang het mag duren voordat de zekering eruit vliegt en het niet meer gevaarlijk is voor mensen. Die tijd is 400 milliseconde. Nou heb je voor straatverlichting vaak kabels die 500 meter lang zijn. In zulke lange kabels krijg je veel inductiviteit, waardoor je bij kortsluiting vrij weinig kortsluitstroom krijgt. Daarom moest men bij aanleg een veel dikkere kabel gebruiken dan alleen voor de stroom nodig zou zijn geweest. Dit, omdat je bij een kortsluiting tussen de fase en lantaarnpaal voldoende en ook snel genoeg hoge kortsluitstroom moet krijgen, om de zekering er op tijd uit te laten gaan.”

Langere en dunnere kabels
In Zoetermeer hebben ze om deze reden 10A zekeringen op 10mm kwadraat koperkabel. “Terwijl je met 1,5mm kwadraat aderdoorsnee voor alleen de stroom al uit de voeten had gekund. Enorm veel meer koper in de grond derhalve dan je technisch gezien alleen voor de stroom nodig zou hebben. Ook als je nu een OVL-net legt met led, moet je dat nog steeds doen. Komt nog eens bij dat het energieverbruik met led verder omlaag is gegaan.” Als hetzelfde gedaan zou worden met DC heb je minder stroom nodig en dunnere kabels vanwege de mindere hoeveelheid stroom en het veiligheidsverhaal. “Bij DC kan je de kabels niet alleen dunner maken maar ook langer. CityTech heeft al bij veel projecten langere kabels gebruikt, soms van vier kilometer lang. Dat komt omdat bij DC niet met zekeringen wordt beveiligd maar elektronisch, wat veel sneller is, zodat je nooit in de problemen komt met die tijd van 400ms. Dat gaat in microseconden.” Bij nieuwbouw zou men zodoende af kunnen met veel minder materiaal en bij bestaande infra kan men er meer mee doen.

DC/DC laadpalen
Met de 10mm2 koperkabels kan in plaats van 10A over de kabels door bovengenoemde reden 63A of 80A. worden getransporteerd. “Dat is gigantisch veel meer,” ziet Mackay. “Straatverlichting gebruikt maar weinig, dus je hebt enorm veel extra mogelijkheden, want al die infra wordt bijna niet gebruikt. Vooral EV gaat veel stroom vragen. Lantaarnpalen staan langs de straat al in de buurt van parkeerplekken. Als we een DC/DC-laadpaal zouden hebben die aan een bestaande lantaarnpaal geschroefd kan worden en wordt aangesloten op dat net, kan je een hele wijk zo voorzien van laadpunten, op ongeveer de helft van de parkeerplekken.” Gebeurt het niet via OVL kost dat veel werk en daardoor veel geld en is er nieuwe bekabeling nodig. “Je kan dus kiezen om van een net een DC-net te maken. Dan moet je aan het begin wel AC/DC converters hebben. Daarna kan je per lantaarnpaal in een gewenst tempo die laadpunten plaatsen, zonder de straat open te breken. Het is geen snel laden maar de meeste auto’s staan er de hele nacht, dus dan is er ruim de tijd om de auto helemaal op te laden.”

Interessant vooruitzicht
Qua overheidsregulering, DC-meters met het oog op energieafrekeningen en overige aan de nieuwigheid gerelateerde (klein)problematiek moet nog het een en ander geregeld worden om dit alles realiteit te maken. “Niettemin is het technisch vooruitzicht heel interessant. In Nederland zijn 40% van de netten gebouwd zoals in Zoetermeer. “Daarbij komen nog zaken als smart en congestiemanagement. Ook bekijken we hoe PV een plek kan krijgen in dit geheel. Veel auto’s staan overdag op het werk dus je kan denken aan overkapte parkeerplekken met zonnepanelen. Die maken ook gelijkspanning dus daarom willen wij naar een situatie waarin de zon die auto’s met DC/DC laders direct kan opladen.” Dan zou het ook om bedrijfseigendom gaan en spelen er geen problemen over afrekeningen en overheidsregels.