Ruimteweer en het elektriciteitsnet

Hoewel het noorderlicht vooral wordt geassocieerd met een spectaculair kleurenspel aan de hemel, gaat erachter een complex natuurkundig proces schuil dat kritische infrastructuren op aarde kan beïnvloeden. Recent onderzoek naar de zogenaamde ‘dark twin’ van het noorderlicht laat zien hoe geomagnetische stormen risicofactoren vormen voor elektriciteitsnetwerken, ook buiten de poolgebieden.

Geomagnetische stormen ontstaan door interacties tussen de zonnewind en het aardmagnetisch veld. Zonnewind is een stroom geladen deeltjes die constant van de zon naar buiten stroomt. Wanneer een coronale massa-uitstoot of een sterke zonnewindstructuur de aarde bereikt, verstoort dit het magnetisch veld en veroorzaakt grote variaties in lokale magnetische velden.

Deze variaties kunnen elektrische velden in de aardkorst genereren. Langsgeleiders van elektriciteitsnetten, zoals hoogspanningslijnen en (geaarde) sterpunten van transformatoren, vormen lussen waarin elektrische stromen ontstaan. Deze stromen worden geomagnetisch geïnduceerde stromen genoemd.

Effecten op elektriciteitsnetten

Geomagnetisch geïnduceerde stromen hebben meerdere gevolgen voor hoogspanningsnetten:

• Transformatoren raken gedeeltelijk verzadigd, waardoor harmonischen en reactief vermogen toenemen.
• Spanningsinstabiliteit en verhoogde verliezen kunnen optreden.
• Beveiligingssystemen kunnen onterecht afschakelen, wat leidt tot uitschakelingen of uitval van netsegmenten.

Relevantie voor Nederland en Europa

Nederland ligt op middelhoge breedte, maar ook hier kunnen moderne elektriciteitsnetten worden beïnvloed. Tijdens geomagnetische stormen kunnen zogeheten geomagnetisch geïnduceerde stromen (GIC’s) ontstaan. Dit zijn laagfrequente elektrische stromen die via lange transmissielijnen het elektriciteitsnet binnendringen en via het geaarde sterpunt van transformatoren naar aarde vloeien.

Europese onderzoeken bevestigen dat geomagnetische stormen in Noord- en Midden-Europa deze effecten kunnen veroorzaken. Met de toenemende afhankelijkheid van elektriciteitsnetten, satellieten en communicatiesystemen neemt ook het operationele risico toe.

Technische mitigatie

Om de effecten van GIC’s te beperken, worden verschillende maatregelen toegepast:

• Installatie van GIC-filters of blokkades in kritieke netsegmenten.
• Aanpassing van netconfiguraties op momenten van waarschuwingssignalen van ruimteweer.
• Integratie van real-time magnetische velddata en geoelectrische prognoses in netcontrolesystemen.
• Ontwikkeling van transformatoren met hogere tolerantie voor gelijkstroomcomponenten.