Op maandag 28 april 2025 viel in Spanje en Portugal om half elf ‘s morgens de stroom uit. Er was een enorme black-out. Tien uur lang zat het Iberisch Schiereiland zonder stroom. Een grote chaos was het gevolg. Ziekenhuizen en datacentra schakelden over op noodaggregaten.
Figuur 1. Politie neemt in de stad Cartagena de verkeersregeling over na het uitvallen van de stoplichten. Bron: Wikipedia
a) Bedenk wat het voor jou zou betekenen als je tien uur zonder stroom zat.
Uitwerking vraag (a)
Je kunt denken aan wat er thuis gebeurt, op school, onderweg of bij het sporten als je geen elektriciteit hebt tussen twaalf uur ’s middags en het tijdstip waarop je naar bed gaat. En wat je dan zou doen.
Zoiets was nog nooit eerder gebeurd! Het publiek en de media begonnen wild te speculeren over de oorzaak. Een cyberaanval? Een uitzonderlijk meteorologisch verschijnsel? De extreme temperaturen in Portugal? Bomen door bosbrand op een hoogspanningslijn? Problemen in het stroomnet in een ander land?
Enkele weken later werd duidelijk wat daadwerkelijk de oorzaak van de black-out was. Het heeft ermee te maken dat alle centrales en daarmee alle gebruikers in Spanje, en ook in Portugal, met elkaar verbonden zijn. Als één centrale uitvalt, nemen andere het over. Het Spaanse stroomnet is op zijn beurt verbonden met het Franse. Alle West-Europese landen zijn zo gekoppeld. Dat zorgt overal voor stabiele elektriciteitsvoorziening. In elk land zorgt de netwerkbeheerder – in Nederland is dat Tennet – ervoor dat het aanbod aan elektriciteit voortdurend in balans is met de vraag.
De elektrische spanning op het net is niet constant, maar wisselt voortdurend van richting. De positieve pool wordt negatief en de negatieve positief. Dat noemt men wisselspanning. Vijftig keer per seconde wisselt de richting van de spanning. We zeggen: de frequentie van de wisselspanning is 50 Hz. De netwerkbeheerder zorgt ervoor dat de frequentie 50 Hz blijft.
Dat is bijvoorbeeld van belang voor sommige klokken die hierdoor op tijd blijven lopen. (Zie eventueel ook deze opdracht op natuurkunde.nl)
b) Leg uit wat er gebeurt met de tijd die zo’n klok aangeeft als de frequentie van de wisselspanning te hoog is.
Uitwerking vraag (b)
Dan gaat die klok sneller lopen en wijst niet meer de juiste tijd aan. (Voor de meeste apparaten is het echter geen probleem als de frequentie wat verandert.)
Kijk in figuur 2 naar het gedeelte tussen half tien en half elf. Je ziet daar dat dat het toch niet lukt de frequentie precies gelijk te houden. Voortdurend zijn er kleine schommelingen in de frequentie. Dat is een gevolg van het voortdurend veranderen van de vraag naar elektrische energie bij de afnemers van elektrische energie (bijvoorbeeld als in fabrieken machines in- of uitgeschakeld worden).
Figuur 2. Daling van netfrequentie in Duitsland door de stroomstoring van 28 april 2025 (UTC is ‘universal time coordinated’ ofwel ‘wereldtijd’). Om drie minuten over half elf werd het Duitse net losgekoppeld van het internationale net. Bron: Bewerking van Wikipedia
c) Wat denk je dat de netwerkbeheerder kan doen om ervoor te zorgen dat de schommelingen zo klein mogelijk zijn?
Uitwerking vraag (c)
De netwerkbeheerder geeft aan centrales die snel kunnen reageren opdracht om meer of minder elektriciteit op te wekken. (In feite gaat dat automatisch, en voortdurend.) Dat kan makkelijk bij centrales die werken op fossiele brandstoffen (aardgas, olie, steenkool). Bij duurzame bronnen (wind, zon) is dat juist niet makkelijk. Kerncentrales kunnen wel meer of minder energie opwekken, maar dat gaat niet zo snel.
In Europa geldt dat de netwerkbeheerders de opdracht hebben om ervoor te zorgen dat de frequentie maximaal 2% lager en maximaal 3% hoger is dan 50,0 Hz.
d) Ga door een berekening na of de netwerkbeheerder in Duitsland aan die eis voldoet tussen half tien en half elf (UTC).
Uitwerking vraag (d)
De frequentie schommelde tussen en 49,95 en 50,05 Hz, dus een variatie van 0,10 Hz. Dat is 0,2 % van 50 Hz. De schommelingen zijn dus kleiner dan wat maximaal is toegestaan.
Schommelingen in de frequentie zijn dus onvermijdelijk. Maar wat die maandag om half elf gebeurde was van andere orde. Op het moment van de black-out zakte de frequentie ineens sterk in. In figuur 2 zie je dat dat zelfs in Duitsland te merken was.
Zoals gezegd was het een raadsel hoe dat kon gebeuren. Een onderzoekscommissie kreeg van de Spaanse regering de opdracht om de oorzaak van de black-out te achterhalen. Ruim anderhalve maand later, op 17 juni, werden de uitkomsten bekend gemaakt: de netwerkbeheerder had onvoldoende centrales op fossiele brandstof aanstaan. Het begon allemaal met een kleine centrale in de provincie Granada die om een of andere reden uitviel. Normaal wordt dan extra vermogen van andere centrales ingeschakeld. Dat gebeurde niet. Het stroomgebruik werd te hoog voor het netwerk (‘stroompiek’). Toen viel daardoor ook een van de andere centrales uit.
e) Leg uit dat dat kon leiden tot een kettingreactie.
Uitwerking vraag (e)
Nu waren er dus twee centrales uitgevallen. De afnemers van elektriciteit konden dat natuurlijk niet weten. De vraag naar elektriciteit bleef gelijk, maar nu waren er minder centrales om daaraan te voldoen. Hierdoor werd een volgende centrale in het netwerk overbelast. Deze werd uitgeschakeld. En zo gaat het van kwaad naar erger. Dit gaf een kettingreactie van centrales die ermee ophielden.
Dat had ook gevolgen voor een Franse centrale. Die viel uit. De Frans netwerkbeheerder greep in door het Franse netwerk te ontkoppelen van het Spaanse. Dat verergerde de problemen in Spanje. Binnen vijf seconden verloor Spanje zestig procent van zijn stroomvoorziening.
f) Waarom verergerde de afkoppeling van Frankijk het probleem in Spanje?
Uitwerking vraag (f)
De koppeling van Europese stroomnetten is juist bedoeld om elkaars problemen te kunnen opvangen. Maar door de afkoppeling van Frankrijk van het Spaanse net konden de Franse centrales niet meer helpen om de stroomvoorziening in Spanje op gang te houden.
Het rapport van de onderzoekscommissie stelde dat het probleem niet veroorzaakt werd door de Spaanse ‘energiemix’ (zonne-energie 59%, windenergie 12%, kernenergie 11% en gas 5%). Dat daarin duurzame energie overheerst, zou niet het probleem zijn. Maar andere instanties wijzen erop dat een van de eerste centrales die uitviel in de provincie Extremadura ligt. In die provincie bevindt zich een groot deel van de Spaanse ‘zonne-boerderijen’. Bovendien staat daar de grootste kernenergiecentrale van het land. En er zijn weinig centrales zijn die werken op fossiele energie.
g) Waarom zou het garanderen van een stabiele elektriciteitsvoorziening in Extremadura extra moeilijkzijn?
Uitwerking vraag (g)
Zonne-boerderijen, windmolenparken en kernenergiecentrales kunnen niet een-twee-drie harder gaan draaien om een uitvallende centrale te vervangen. Dat moet komen van de centrales die draaien op gas. Maar die vormen maar een klein deel in Extremadura. Dat maakt het net daar kwetsbaar.
Een probleem bij het weer op gang brengen van de elektriciteitsvoorziening was dat fossiele centrales en andere centrales die met dynamo’s werken, juist elektriciteit nodig hebben om op gang te komen. En die was er niet. Dankzij een grote waterkrachtcentrale bij Salamanca was het aan het eind van de dag uiteindelijk mogelijk om aan de problemen op te lossen.
h) Bedenk waarom een waterkrachtcentrale geschikt is om de elektriciteitsvoorziening weer op te starten.
Uitwerking vraag (h)
Een waterkrachtcentrale (verbonden met stuwmeer) wekte elektrische energie op doordat het vallende water een turbine laat draaien die met een dynamo verbonden is. Een waterkrachtcentrale heeft dus zelf geen elektriciteit nodig om te kunnen werken.