Valt de stroom straks uit door hevige zonnestormen?

Zes miljoen mensen zaten negen uur in de kou. Duizenden bedrijven moesten sluiten

Wilde fase

Astronomen waarschuwen al jaren: in 2025 gaat de zon weer door een wilde fase. De zon zal dan relatief vaak zonnestormen meemaken en die zullen ook extra hevig zijn. Dat het poollicht – veroorzaakt door diezelfde zonnestormen – in mei zelfs in Nederland te zien was, is daarvan een voorbode. Zitten we straks in het donker? Gaat de stroom uitvallen, zoals destijds in Quebec, terwijl de maatschappij nog afhankelijker is geworden van elektriciteit?

Het korte antwoord: er zijn belangrijke verschillen tussen landen als Canada en Nederland, zeggen Nederlandse netbeheerders, en elektriciteitsbedrijven hebben maatregelen genomen sinds de blackout in Quebec. Daarover later meer. Eerst: vanwaar die zonnestormen en wat doen die met ‘ons’ stroomnet?

De zon is een grote bol van elektrisch geladen deeltjes die lokaal talloze magnetische velden opwekken. Die deeltjes kleven aan de opgewekte magneetlijnen. Waarom precies weet niemand, maar voortdurend draaien en reorganiseren die magneetlijnen binnen in de zon. Soms prikt zo’n magneetlijn door het zonne-oppervlak naar buiten. Daar ontstaat dan even een donkere ‘koelere’ vlek (soms groter dan de aarde). Van daaruit kunnen wolken van ruim een miljard ton deeltjes en hun magnetische velden uit de zon ontsnappen. Astronomen noemen dat coronal mass ejections (CME’s).

Op zich zijn die niet bijzonder. De zon gaat door een elfjarige cyclus, waarin de noord- en zuidpool om een raadselachtige reden eens per cyclus van plek wisselen. Aan het begin en eind van de cyclus zijn er wekelijks CME’s, in het midden van de zonnecyclus soms wel tien per dag.

Het poollicht dat in mei in Nederland te zien was, is een voorbode van heftige zonnestormen

Zo nu en dan stuurt de zon toevallig zo’n wolk richting de aarde. Soms reizen die deeltjes zo snel dat ze de aarde – zo’n 150 miljoen kilometer verderop – binnen vijftien uur bereiken. En áls ze zo snel reizen, weten astronomen: dit wordt indrukwekkend.

Om de aarde hangt ook een magneetveld dat zonnedeeltjes wegkaatst. Alleen hevige zonnestormen kunnen het indeuken en erdoorheen reizen. Zo ontstaat poollicht. Luchtmoleculen op honderd kilometer hoogte nemen de energie op die ontstaat door de zonnestorm. Zuurstof gloeit dan groen en rood. Stikstof blauw en paars. Normaal gebeurt dit dicht bij de polen, maar bij een extreem hevige storm is het spektakel ook in Nederland te zien. Zoals afgelopen mei.

Fatale spanningswisselingen

„Prachtig”, zegt Hruska over het noorderlicht dat te zien was in Canada de avond voor die ene dag in 1989. Maar voor het elektriciteitsnet in Quebec waren de geladen deeltjes dus fataal. Elektrische stroom die werd opgewekt toen de zonnestorm tegen het aardmagnetisch veld beukte, was over elektriciteitsnetten gaan stromen. Dat zorgde voor een hogere spanning op het net.

„Spanningswisselingen zijn meestal niet problematisch”, zegt Jan Vorrink. Hij is manager van het controlecentrum van Tennet, de beheerder van de Nederlandse hoogspanningsnetten. „Dat zien we in Nederland voortdurend nu zonne-energie van zonnepanelen in verschillende spanningsniveaus het net op stroomt.”

Normaal wordt overtollige spanning via spoelen aan de transformatoren naar de grond geleid. Maar Quebec is een langwerpige provincie. De elektriciteitslijnen strekken zich honderden kilometers uit en er zitten weinig spoelen tussen. Ter vergelijking: in Nederland zijn de lijnen maximaal zo’n negentig kilometer lang. In Quebec kon de overbelasting zich voor langere tijd opbouwen waarbij onderdelen oververhit raakten. Daardoor smolten transformatoren.

Canada is ook extra kwetsbaar voor zonnestormen omdat een deel van het land hoog in het noorden ligt, net als Zweden waar de stroom in 2003 uitviel na problemen met transformatoren. Via de noord- en zuidpool komen de zonnestormdeeltjes binnen.

Beláchelijk, dachten Canadezen toen Hydro-Québec de zon de schuld gaf. Het bedrijf had in de periode voor de grote uitval al vaker problemen. „Het leek erop dat we er marsmannetjes bijhaalden”, zei Léonard Bolduc, ingenieur van Hydro-Québec later tegen NRC. De meeste mensen geloofden gewoon niet dat een zonnestorm tot zulke dramatische problemen op aarde kon leiden, zei hij. Hruska: „Zelfs de kranten die er de volgende dag over schreven, namen het niet serieus. Niemand kon het zich voorstellen.”

Het leek erop dat we er marsmannetjes bijhaalden

Vonken uit de telegraafpalen

Maar aanwijzingen dat de zon invloed heeft op apparatuur op aarde, gaan veel verder terug: tot 1859. Een zonnestorm was toen zó sterk dat het noorderlicht helemaal zichtbaar was in de tropen. Achteraf werd geschat dat bij de explosie op de zon vermoedelijk evenveel energie vrijkwam als de explosieve energie van 10 miljard megaton TNT. Ter vergelijking: de bom op Hiroshima had een energie (een yield) van 15 kiloton TNT. In Europa en in de Verenigde Staten sloegen vonken uit de telegraafpalen en telegrafisten kregen schokken: het Carrington Event. Amateur astronoom Richard Carrington zag een paar dagen eerder donkere vlekken op de zon ontstaan, gevolgd door een felle flits. Hij bracht de zonneactiviteit in verband met de op hol geslagen telegraafpalen.

Toch duurde het na de uitval in Quebec een paar dagen voordat elektriciteitsbedrijven de gevolgen van zonnestormen serieus namen. Dat was pas toen collega’s van Hruska en experts van de elektriciteitsbedrijven naar de gegevens van het observatorium in Ottawa hadden gekeken, zegt ze.

Inmiddels gaat er veel aandacht naar het voorspellen van zonnestormen. Elektriciteitsbedrijven houden voorspellingen van het Space Weather Prediction Center van het Amerikaanse weerinstituut NOAA en lokale stations nauwlettend in de gaten.

Tennet en Enexis

Voor die voorspellingen gebruiken astronomen telescopen op de grond en satellieten in de ruimte. De Deep Space Climate Observatory bijvoorbeeld, stuurt vanaf 1,5 miljoen kilometer afstand ongeveer een half uur van tevoren waarschuwingen naar de aarde wanneer een zonnestorm de satelliet passeert. NASA’s Parker Solar Probe – vernoemd naar de Amerikaanse astronoom Eugene Parker – komt dichter bij de zon dan ieder ander instrument, om de zon continu in de gaten te houden.

„Netbeheerders wereldwijd vergaderen met elkaar en daarbij komen zonnestormen ook ter spraken”, zegt Vorrink van Tennet. „En netbeheerders hebben noodplannen klaarliggen.”

Hydro-Québec mailt vanuit Canada dat het sinds de grote uitval in 1989 verstoringen op het net continu monitort en apparatuur op het stroomnet heeft gemonteerd om het net stabieler te maken. Enexis, het bedrijf dat het stroomnet in het noorden van Nederland beheert, mailt dat ze reserves hebben klaarliggen, mocht er onverhoopt iets kapot gaan. „Een defect leidt daarom niet meteen tot stroomuitval voor klanten.” Elektriciteitsbedrijven kunnen uit voorzorg delen van het stroomnet uitzetten wanneer verwacht wordt dat een zware zonnestorm de aarde raakt. En omdat er meer onderdelen zijn dan écht nodig, hoeft dat niet voor problemen te zorgen.

De elfjarige zonnecyclus is niet exact, maar vermoedelijk zit de zon in 2025 weer in haar piek. Astronomen zien het aantal zonnevlekken toenemen. Die storm van afgelopen mei was de zwaarste zonnestorm die de aarde trof, gemeten sinds 2003. Het was een G5-storm, de zwaarste in de klassen die het Space Weather Prediction Center hanteert. Het bureau stuurde waarschuwingen uit.

Uitgeschakeld

Toen hebben zich geen grote problemen voorgedaan, maar werden er wel de nodige maatregelen getroffen. Het Nieuw-Zeelandse elektriciteitsbedrijf Transpower schreef in een persbericht als voorzorgsmaatregel enkele circuits verspreid door het land te hebben uitgeschakeld „om de omvang van de stromen te verminderen”. Dit is op zo’n manier gebeurd dat het geen effect had op de energievoorziening.

De verwachting is dat het aantal zonnestormen komend jaar, in de piek in 2025, alleen maar toeneemt. Dat betekent niet meteen dat we ons zorgen moeten maken. Vooral niet in Nederland, zeggen ze bij Enexis en Tennet. Door de zuidelijkere ligging en minder lange lijnen is Nederland minder kwetsbaar dan Canada. Vorrink: „Maar ook in de rest van de wereld is het stroomnet sinds de gebeurtenissen in Quebec en Zweden beter beveiligd, energiebedrijven zijn nu veel beter voorbereid. De normale pieken in de zonnecyclus zijn vermoedelijk – door alle extra maatregelen – nu niet krachtig genoeg voor grote uitval zoals in Quebec.”

Is de wereld dus klaar voor zonnestormen? Toch niet helemaal, zegt Vorrink. Wat er gebeurt bij een écht hevige zonnestorm – heviger dan die tijdens normale, voorspelbare pieken zoals die in 2025 – weet niemand. „De zonnestorm die het Carrington Event veroorzaakte, was een uitschieter en honderd keer sterker dan de zonnestormen die we zien bij de voorspelbare pieken.” De moderne wereld is steeds afhankelijker geworden van elektriciteit, technologie en satellieten. Sommige wetenschappers denken dat bij een extreme storm satellieten vlam kunnen vatten en internet- en stroomkabels op hol kunnen slaan bij zulke uitschieters, andere experts denken juist dat het allemaal wel mee zal vallen. Zulke extreme varianten laten zich moeilijk voorspellen, en passen niet eens in de G-schaal het Space Weather Prediction Center hanteert.

Sommige wetenschappers denken dat bij een extreme storm satellieten vlam kunnen vatten en internet- en stroomkabels op hol kunnen slaan bij zulke uitschieters

Een heel kleine kans

De kans op zo’n extreme zonnestorm is wel heel klein. Er zijn slechts enkele aanwijzingen gevonden voor zulke dramatische zonnestormen in het verleden. Analyses van ijskernen en jaarringen van oude bomen onthullen dat er mogelijk in 774 n. Chr ook een gigantische zonnestorm de aarde heeft geraakt, die tot zeventig keer sterker was dan Carrington. In 2012 stootte de zon een plasmawolk uit met een vergelijkbare hoeveelheid energie als die van het Carrington Event, maar die was niet naar de aarde gericht.

En wat als dat wel gebeurt? Moeten energiebedrijven wereldwijd uit voorzorg alle stroom uitschakelen? „Nee”, denkt Vorrink „Bij een zeer extreme zonnestorm zouden we bijvoorbeeld een aantal extra centrales aan het net kunnen laten draaien om de spanningsvariaties beter op te vangen.”

Tegenover zulke dramatische varianten was de zonnestorm die in 1989 de uitval in Quebec veroorzaakte, nog bescheiden. Maar die storm ontketende wel een reeks veranderingen. Hruska: „Vóór de grote stroomuitval moest ik de voorspellingen in Ottawa nog in mijn eentje doen, zonder financiering. Mijn collega’s vonden het toen maar hekserij en zagen het nut er niet van in voor de maatschappij.” Destijds waren zonnestormen voor de meesten een ver-van-je-bed-show, waar alleen astronomen in geïnteresseerd waren. „Gelukkig is dat nu wel anders.”

Delen





Mail de redactie