Wat als er geen stroom meer is?

De zon verspreidt namelijk niet alleen maar licht en warmte. Eens in de zoveel tijd kolkt het oppervlak van de zon zó heftig dat het een enorme wolk van geladen deeltjes de ruimte in stuurt. Veel van dit soort magnetische stormen missen de aarde, maar bij een voltreffer kan het stroom- en communicatienetwerken platleggen. Vaak komt dat overigens niet voor; het voorval in Canada is een van de weinige bekende gebeurtenissen waarbij de stroom daadwerkelijk uitviel (bovendien kwam dat door een ingreep van het veiligheidssysteem). Maar niets staat een nieuwe uithaal van de zon in de weg die onze planeet wél raakt. Hoe goed zijn we daar op voorbereid?

Ruimteweer

De eerste verdediging tegen zonnestormen is weten wat er op je afkomt. Op aarde monitoren we het weer al eeuwenlang en weerinstituten sturen bij storm ogenblikkelijk bontgekleurde waarschuwingscodes de wereld in. Sinds enkele tientallen jaren zijn de ogen van die weerdiensten óók de ruimte in gericht. Eelco Doornbos bekijkt bij het Nederlandse weerinstituut KNMI met enkele andere onderzoekers het ruimteweer. Deze afdeling, die sinds 2015 bestaat, doet onderzoek én geeft waarschuwingen voor zonnestormen op basis van satellietgegevens en magnetische metingen op de grond.

Wanneer de zonnewind potentieel gevaarlijk aantrekt, gaat er een waarschuwing naar het crisiscentrum van de overheid, het Departementaal Coördinatiecentrum Crisisbeheersing. Het is dezelfde club die in actie komt bij een overstroming, vliegtuigcrash of een nucleaire ramp. In het geval van een zonnestorm lichten ze de beheerders in van infrastructuur die kan worden geraakt, zoals elektriciteits- of communicatienetwerken.

Kabels ontkoppelen

Maar wat kan zo’n netwerkbeheerder doen? Waar elektronica in huis of bijvoorbeeld je mobiele telefoon – door bijvoorbeeld beschermend materiaallagen – doorgaans prima bestand zijn tegen elektromagnetische invloeden van buitenaf, is dat voor hoogspanningslijnen lastiger. Beschermen kan, bijvoorbeeld door ze ondergronds te leggen, maar dat is duur.

Op zo’n onbeschermde hoogspanningslijn staat natuurlijk al een spanning, maar die zonnestorm veroorzaakt een extra spanning. Dat gaat zo: de snelle deeltjes uit de zon (met name elektronen en protonen) zijn weliswaar niet in staat om door het beschermende aardmagnetisch veld rondom onze planeet te komen, maar ze kunnen het wel vervormen. Ze slaan er een soort deuk in. Dat veranderende magneetveld genereert op zijn beurt weer elektrische stromen in de aarde, in elektronica en in elektriciteitslijnen. Zie het als een gigantische ouderwetse fietsdynamo, die met een draaiende magneet stroom in een kabel opwekt.

Bij dit dynamoprincipe geldt dat hoe langer de lijn is, des te hoger de spanning is die erin wordt opgewekt. Daarom zijn netwerken in grote landen als Canada, Verenigde Staten of Rusland doorgaans het meest kwetsbaar. Ook in 1859 ging het mis met de lange lijnen van het telegraafnetwerk in Europa en de Verenigde Staten, tijdens de meest krachtige zonnestorm die tot op heden is vastgelegd. Dit veroorzaakte naar verluidt kortsluiting en brand in verschillende telegraafhuisjes.

Lange lijnen

Om schade aan bijvoorbeeld transformatoren te voorkomen kun je lijnen uitschakelen (juist apparaten in het netwerk zijn kwetsbaar voor in de lijnen opgewekte extra spanning). Onderzoekers in Nieuw-Zeeland bekeken deze strategie met een computermodel. Het land transporteert veel stroom van het Zuider- naar Noordereiland en is gevoelig voor zonnestormen, omdat het dichtbij de magnetische zuidpool van de aarde ligt. In hun simulaties schakelden de onderzoekers op strategische punten lijnen uit, waardoor de ‘extra’ stroom de kritieke onderdelen niet bereikte. Via alternatieve routes konden ze er bovendien voor zorgen dat in heel Nieuw-Zeeland het licht aanbleef. Een ander middel dat deze wetenschappers voorstelden is het installeren van een aantal grote condensatoren (apparaten die lading opslaan). Die kunnen ongewenste piekstromen voor een tijdje opvangen.

Peter Vaessen, hoogleraar hoogspanningstechniek van de TU Delft, zegt dat zo’n scenario in Nederland en in Europa onwaarschijnlijk is. De reden is volgens hem simpel: “We hebben geen lange lijnen: elke vijftig kilometer is er wel een knooppunt of hoogspanningsstation. Bovendien ligt het gehele midden- en laagspanningsnet wel beschermd ondergronds. De ongewenste spanning loopt daardoor niet zo hoog op. En kleine verstoringen zijn doorgaans geen probleem. Een paar duizend volt extra op een hoogspanningslijn (van 380.000 volt, red.) is geen probleem.”

Gevoelige technologie

Een ver-van-ons-bedshow dus, zo’n gevaarlijke zonnestorm? Het goed verknoopte elektriciteitsnetwerk van Europa zou er best last van kunnen hebben. Net als de zekeringen in je eigen stoppenkast heeft het hoogspanningsnet op veel punten beveiligingen die bovengrondse lijnen, ondergrondse kabels en onderdelen ontkoppelen als de spanning te hoog wordt. Volgens Vaessen zijn er nog veel oude automatische systemen die met behulp van een veer of perslucht een grote schakelaar omzetten. Zo’n beveiliging werkt prima, maar in toenemende mate worden ze vervangen door digitaal en centraal aangestuurde systemen. Vaessen zegt dat juist díe technologie gevoelig kan zijn voor het ruimteweer. Als de besturingselektronica tijdens een heftige zonnestorm kapotgaat of ‘onterechte stuursignalen’ geeft, dan heb je in feite geen beveiliging meer.

Natuurlijk is ook die apparatuur in theorie goed beschermd tegen magnetische beïnvloeding van buitenaf. Maar Vaessen vermoedt dat er onder tijdsdruk wel eens wordt gekozen voor niet de beste component, maar het onderdeel dat het snelst leverbaar is. “Ik ken dit soort gevallen niet specifiek, maar ik weet dat er een enorme druk op de gehele sector staat door de energietransitie, die een grote verbouwing van het elektriciteitsnetwerk vraagt.”

De toenemende hoeveelheid elektronica in het elektriciteitsnetwerk kan het dus gevoeliger maken voor invloeden van ruimteweer. Om de geïnstalleerde onderdelen op voorhand te testen zou Vaessen in het lab graag onderzoek verrichten met een soort zonnestormgenerator. Hij denkt zelfs aan een soort keurmerk dat zegt dat componenten bestand zijn tegen een bepaalde categorie geomagnetische storm.

Overdreven

Doorstaat ons energienetwerk een goed gemikte zware zonnestorm? Doornbos van het KNMI vindt het moeilijk om die vraag te beantwoorden. “Onderzoekers van zonneactiviteit zeggen dat er nog veel grotere zonnestormen mogelijk zijn dan die in 1989 of 1859. En dan kun je zeggen: als een zonnestorm maar erg genoeg is, dan gaan er vanzelf spullen kapot. Maar waar die grens ligt, is nog niet goed onderzocht.”

De zon kent rustige en actieve periodes, met respectievelijk weinig en veel zonnestormen. Tijdens een zonnemaximum krijgt Vaessen steevast vragen van journalisten over de gevolgen van een heftige zonnestorm. Worden de risico’s ervan misschien overdreven? “Ja, wellicht. Het is iets om rekening mee te houden, maar er zijn volgens mij veel grotere uitdagingen en risico’s voor netbeheerders. Bijvoorbeeld de kolossale uitbouw en verzwaring van het elektriciteitsnet die de komende jaren nodig is voor de energietransitie, en de gevaren van hackers die het netwerk platleggen.”