Zo’n 150 jaar geleden was er de ‘war of currents’. Edison, Westinghouse en Tesla voerden rond het eind van de 19e eeuw een verbitterd gevecht. Moest het elektriciteitsnet werken op gelijkspanning (Direct Current, DC)? Of moest het net werken op wisselspanning (Alternating Current, AC)?
Het begon allemaal met de uitvinding van de gloeilamp door Thomas Edison in 1879. Hij kwam er al snel achter dat er een elektrisch distributiesysteem nodig was om zijn gloeilampen, die werken op DC, van stroom te voorzien. En op 4 september 1882 schakelde Edison’s werelds eerste elektriciteitsvoorziening van 100 kW in, waarmee hij 59 klanten rond zijn Pearl Street Station in Lower Manhattan van 110 volt gelijkspanning voorzag.
George Westinghouse vond het elektriciteitsdistributiesysteem van Edison inefficiënt en moeilijk op te schalen. Edison’s net was gebaseerd op laag voltage DC, dus hoge stromen en grote verliezen. Door de geniale Nikola Tesla, die bij Westinghouse ging werken, werden bijna alle componenten voor een AC-systeem ontwikkeld. Zo kon met een transformator de spanning omhoog en omlaag worden gebracht, waardoor veel minder verliezen in het distributienet optraden. En bovendien was er geen omvormer nodig omdat een centrale via een draaiende beweging wisselstroom produceert die direct in een AC net kan worden gestopt. In 1886 installeerden Westinghouse het eerste Amerikaanse wisselstroomnet in Great Barrington. Een door waterkracht aangedreven generator, die 500 volt wisselspanning produceerde, voorzag dit netwerk van energie. De spanning werd omhoog gebracht naar 3.000 volt voor transport en lokaal weer omlaag gebracht naar 100 volt.
De strijd bereikte een absurd hoogtepunt in 1887 toen een groep afgevaardigden van de staat New York aan Edison vroeg of elektriciteit gebruikt kon worden als executiemethode. Hoewel Edison hier eerst niets van wilde weten, gaf hij toch toe. Met één kanttekening: “Dan moet je wel de stroom van mijn concurrent gebruiken, want die is veel dodelijker.” Edison hoopte hiermee Westinghouse uit te schakelen door wisselstroom te associëren met de dood. Een door Edison ingehuurde ingenieur, voerde vervolgens publieke demonstraties uit. Zwerfhonden, katten, paarden en zelfs een circusolifant werden opgeofferd om aan te tonen hoe dodelijk wisselstroom was. De staat New York raakte overtuigd en besloot de executiemethode te gebruiken.
De strijd tussen gelijkstroom en wisselstroom eindigt met de victorie voor wisselstroom door de ingebruikname op 16 november 1896 van een elektriciteitstransportnet over de toen opzienbarende afstand van 40 kilometer, van de waterkrachtcentrale bij de Niagara watervallen tot Buffalo. En zo komt het dat we nu overal ter wereld een AC-elektriciteitsdistributiesysteem hebben. Toch moeten we nu weer omschakelen naar een DC-net, want er is in die 150 jaar heel veel technologie veranderd.
Het begon met de uitvinding van de transistor in Bell Lab’s 1947. De transistor is de fundamentele bouwsteen van computers en veel andere elektronische apparaten. Transistors worden in groten getale geïntegreerd in chips, en tegenwoordig kun je geen enkel apparaat meer kopen dat niet een of meerder chips bevat. En deze chips werken op gelijkspanning DC. Dit betekent dat elk apparaat een AC/ DC inverter heeft ingebouwd. En bij deze conversie treedt een verlies op, van 5-10%. Voel maar eens aan het blokje, de AC/DC-inverter, in het snoer van je computer, dat wordt behoorlijk warm, energieverlies dus.
Sinds de oliecrises in de jaren ‘70 en het rapport van de Club van Rome zijn we op zoek gegaan naar ‘alternatieve’ energiebronnen. Maar wat is daarmee aan de hand? De zonnecel, de windturbine, de brandstofcel, ze produceren allemaal gelijkspanning DC. Dus we zetten de stroom van een zonnecel eerst om van DC naar AC, om vervolgens in een apparaat dit om te zetten van AC naar DC. En dan hebben we sinds kort elektrisch rijden. Rond de eeuwwisseling werden in Nederland de eerste elektrische fietsen verkocht. Inmiddels zijn in 2011 wereldwijd meer dan 30 miljoen elektrische fietsen verkocht. Sinds enkele jaren zijn we ook bezig met elektrische auto’s Maar de batterij van deze fietsen, scooters en auto’s werken op, jawel, DC.
Tsja, wat nu, dus DC is toch uiteindelijk efficiënter en goedkoper! Dat kan dan wel zo zijn, hoor ik u denken, maar het energiedistributiesysteem veranderen van AC naar DC gaat toch duizenden miljarden kosten? Gelukkig hoeft deze verandering niet in één keer, we kunnen het geleidelijk doen. We kunnen gewoon beginnen bij de vraagkant. Zo worden nieuwe datacenters nu al gebouwd op DC. Aan de poort wordt AC in DC omgezet en dat spaart 10% energie, 10% op investeringskosten en 30% op ruimte. In kassen kun je ook aan de poort AC naar DC omzetten en zo alle LED-verlichting voeden. En uiteraard moet er uiteindelijk ook een elektriciteitsnet in kantoren en woningen op DC komen. Natuurlijk gaat dit niet van vandaag op morgen, maar laten we DC direct meenemen nu we toch over smart grids aan het nadenken zijn. Het gaat om DC smart grids. En dat vereist niet alleen technologische innovatie, maar ook innovatie in wet- en regelgeving. Want de elektriciteitswet en NEN1010 zijn niet direct ingericht op the smartest DC grids.
Ad van Wijk is duurzaam energieondernemer, adviseur en professor in Future Energy Systems aan de TU Delft.