Klik hier voor de Engelse versie van de broncode.

BESS: Een oplossing om energie proactief te beheren

Door Andrey Solovev

De expansie van hernieuwbare energiebronnen en een wereldwijde tendens naar efficiënt energieverbruik hebben de belangstelling voor energieopslagoplossingen en met name voor energieopslagsystemen op basis van batterijen doen toenemen. Het lezen van dit artikel zal helpen om te begrijpen wat deze systemen inhouden en wat de voordelen zijn van het gebruik ervan

Een BESS? Wat zit daar achter?

Een batterij-energieopslagsysteem (BESS) is een complexe oplossing waarbij gebruik wordt gemaakt van oplaadbare batterijen om energie op te slaan en op een later tijdstip weer vrij te geven. BESS-types houden verband met de elektrochemie of de batterij die ze gebruiken - de systemen kunnen gebaseerd zijn op lithium-ion-, lood-zuur-, nikkel-cadmium-, natrium-zwavel- en stroombatterijen. Een energieopslagsysteem (ESS) is een bredere term en kan berusten op een verscheidenheid van andere technologieën dan batterijen, bijvoorbeeld waterkracht, vliegwielen, perslucht, en andere.

Om te begrijpen wat een BESS is en hoe het werkt, is het nuttig te kijken naar de structuur en de kernelementen ervan:

BATTERIJ

Elektrische energie uit verschillende bronnen, zoals zon, wind of krachtcentrales, wordt tijdens het opladen van de batterij omgezet in chemische energie. De energie die vrijkomt uit de batterij tijdens het ontladen kan huizen, voertuigen, commerciële gebouwen en netwerken van energie voorzien. Batterijen zijn opgebouwd uit cellen en kunnen worden gerangschikt in modules, packs en containers.

BATTERIJBEHEERSYSTEEM (BMS)

Een GBS zorgt voor een veilige en correcte werking van de batterij. Elk batterijtype heeft bepaalde laad- en ontlaadvoorwaarden. Een BMS zorgt ervoor dat de batterij binnen het vereiste stroom-, spannings- en temperatuurbereik blijft. Door de parameters te bewaken en de laadtoestand (SOC) en de gezondheidstoestand (SOH) van de batterij te schatten, zorgt een GBS voor betrouwbare en langdurige prestaties.

STROOMCONVERSIESYSTEEM (PCS)

Met behulp van een stroomconversiesysteem zet een BESS gelijkstroom (DC) om in wisselstroom (AC) en omgekeerd. AC stroomt van een stroombron en wordt omgezet in DC tijdens het opladen van de batterij. Wanneer de batterij wordt ontladen, produceert zij gelijkstroom, die weer wordt omgezet in wisselstroom die nodig is om BESS-toepassingen te voeden.

ENERGIEBEHEERSYSTEEM (EMS)

Een EMS is een besturingseenheid van een batterij-energieopslagsysteem. Het beheert het in een BESS beschikbare vermogen - namelijk wanneer, waarom en in welke hoeveelheden de energie moet worden geaccumuleerd of vrijgegeven. Een EMS voegt de elementen van een BESS samen en optimaliseert de algemene prestaties ervan.

VEILIGHEIDSSYSTEMEN

Er kan een reeks veiligheidssystemen zijn, elk verantwoordelijk voor een specifieke taak. Een HVAC-systeem stelt een BESS bijvoorbeeld in staat de gewenste temperatuur en vochtigheid te handhaven door middel van verwarming, ventilatie en airconditioning. Een brandbeveiligingssysteem kan rook detecteren en brandincidenten voorkomen.

Schema van een typische BESS-structuurAfbeelding 1: Een typische BESS-structuur. (Bron afbeelding: Integra Sources LLC)

Wat kan een BESS doen?

Elk jaar voorzien accu-energieopslagsystemen duizenden huizen, bedrijven, fabrieken en gemeenschappen wereldwijd van stroom. Ze variëren in schaal en opslagcapaciteit.

Met een bruikbare capaciteit van 13,5 kWh is de Tesla Powerwall bijvoorbeeld een compact toestel dat kan dienen als bron van ononderbroken stroom voor één enkel huishouden. Met een totale capaciteit van 1.600 MWh kan de Vistra Moss Landing Energy Storage Facility -'s werelds grootste BESS - 300.000 huishoudens van energie voorzien.

Ondanks het verschil in omvang en capaciteit kunnen BESS echter vergelijkbare functies vervullen en vergelijkbare problemen aanpakken. Laten we eens kijken in welke gevallen batterij-energieopslag een rol kan spelen.

Integratie van hernieuwbare energie

BESS kunnen zonne- en windenergie te allen tijde en onder alle weersomstandigheden efficiënt benutten. Oplaadbare batterijen kunnen overtollige energie opslaan die wordt opgewekt door intermitterende hernieuwbare energiebronnen. Later kan deze energie worden verdeeld naar gelang van de behoeften van de gebruikers.

Wanneer zij worden geïntegreerd met oplossingen voor batterijopslag, kunnen hernieuwbare energiebronnen fossiele brandstoffen vervangen en goedkope en schone energie leveren voor een verscheidenheid van toepassingen. Hernieuwbare integratie wordt op grote schaal toegepast in:

  • zonne- en windmolenparken
  • off-grid en geïsoleerde gemeenschappen (eilanden en moeilijk te bereiken gebieden)
  • energieopslagsystemen voor thuisgebruik, gekoppeld aan zonnepanelen (zoals Powerwall)

Naast off-grid systemen kan een BESS ook een aanzienlijke bijdrage leveren aan on-grid en hybride oplossingen voor residentieel, commercieel en industrieel gebruik.

Beeld van zonne- en windmolenparkenAfbeelding 2: Accu-energieopslagsystemen worden veel gebruikt in zonne- en windmolenparken. (Bron afbeelding: Integra Sources LLC)

Energie-arbitrage

Er is een positieve correlatie tussen de vraag naar elektriciteit en de kosten ervan. De energieprijs stijgt tijdens periodes van piekvraag en daalt wanneer de vraag daalt. Energie-arbitrage, alias time-shifting, is wat consumenten kunnen toepassen met behulp van een batterijopslagsysteem.

Door de batterij tijdens daluren op te laden, kunnen consumenten goedkope energie kopen en deze opslaan met hun BESS. Vervolgens kunnen zij wachten tot de elektriciteitsprijs stijgt en de batterij ontladen om ofwel goedkope energie te gebruiken ofwel deze aan het net te verkopen.

Op die manier kunnen huishoudens en bedrijven hun energiebronnen efficiënt beheren en hun kosten drukken.

Beheer van de belasting

Het energieverbruik varieert in de loop van de dag en naargelang van het seizoen: er zijn piek- en daluren. Een BESS stelt gebruikers in staat tussen deze perioden te navigeren, het energieverbruik aan te passen en op elektriciteitskosten te besparen.

Piekafschakeling is een van de populairste BESS-gebruiksscenario's voor het beheer van de belasting. Het gaat erom het stroomverbruik tijdens piekperiodes te verminderen. Daarnaast kunnen consumenten hun uitgaven verlagen, net als bij energiearbitrage.

Een oplossing met batterijopslag kan piekbelastingen op een elektriciteitsnet helpen voorkomen en bijgevolg stroompannes en andere noodsituaties. Door de opgeslagen energie te ontladen, haalt een BESS de belasting van het net en levert stroom zonder onderbreking.

Zwarte start

Een BESS kan elektriciteitscentrales en elektriciteitsnetten helpen zich snel te herstellen na een stroomstoring. In plaats van een dieselgenerator te gebruiken, kunnen consumenten een accu-opslagsysteem gebruiken - een goedkopere en groenere black-start oplossing. Een BESS kan onafhankelijk van de transmissielijn van het net werken en energie leveren gedurende de tijd die nodig is - van minuten tot uren.

Reserve stroomvoorziening

Een BESS kan energie leveren aan huizen, bedrijven en andere faciliteiten, en ervoor zorgen dat deze continu blijven werken. Dit is van vitaal belang voor zorginstellingen en andere organisaties die diensten verlenen in verband met de gezondheid en veiligheid van mensen. Afhankelijk van de opslagcapaciteit kan een BESS zo lang reserve-energie leveren als nodig is, zelfs in geval van een ernstige netstoring.

Frequentie- en spanningsregeling

Frequentie en spanning kunnen hun bedrijfslimieten overschrijden als de stroomvoorziening niet meer in overeenstemming is met de werkelijke vraag. Dit kan leiden tot stroomuitval en black-outs. Een BESS kan zorgen voor de stabiliteit van een elektriciteitsnet of -systeem door de spanning en de frequentie te regelen. Door zijn snelle reactietijd wordt een energieopslagsysteem op batterijen een efficiënte oplossing om het net in evenwicht te houden.

Microgrids

Dit zijn kleine elektrische netten die commerciële gebouwen, fabrieken of buurten van elektriciteit kunnen voorzien wanneer zij op een groter net worden aangesloten. Autonome microgrids kunnen afgelegen gebieden en gemeenschappen, zoals eilanden, van stroom voorzien. In combinatie met een BESS en geïntegreerd met hernieuwbare energie, kan een microgrid fungeren als een veerkrachtig stroomsysteem voor meerdere gebruikers.

Schema van microgrid kan fungeren als een veerkrachtig stroomsysteemAfbeelding 3: Een microgrid kan fungeren als een veerkrachtig stroomsysteem voor afgelegen gebieden en gemeenschappen, zoals eilanden. (Bron afbeelding: Integra Sources LLC)

Uitstel van betaling voor transmissie en distributie

De transmissie- en distributielijnen (T&D) zijn gevoelig voor veroudering en waardevermindering ten gevolge van piekbelastingen en congesties. Een oplossing met batterijopslag kan dit probleem oplossen door de rol van T&D-activa over te nemen. Een BESS kan extra opslagcapaciteit bieden en de belasting in evenwicht brengen, waardoor de verbetering van de bestaande T&D-lijnen en de aanleg van nieuwe infrastructuur kan worden uitgesteld. Dit betekent een hoop geld besparen.

Waar kan een BESS het best worden gebruikt?

BESS zijn gebaseerd op betaalbare technologieën: zo is de prijs van lithium-ionbatterijen in de afgelopen 10 jaar met bijna 90% gedaald en zal deze nog verder dalen. Batterijopslagoplossingen hebben een brede waaier van configuraties, met inbegrip van opslagcapaciteit en -grootte, zodat zij geschikt zijn voor tal van industrieën en toepassingen.

Deze toepassingen kunnen worden onderverdeeld in front-of-the-meter-systemen (FTM) of systemen op nutsschaal (de verbruikte energie wordt gemeten door een elektrische meter) en behind-the-meter-oplossingen (BTM) of oplossingen ter plaatse (de verbruikte energie kan niet op een net worden aangesloten en wordt dus gemeten door een elektrische meter). Hier is een lijst van FTM en BTM BESS toepassingen (die zeker niet volledig is).

Front-of-the-meter toepassingen

Energieopslagsystemen op batterijen kunnen een belangrijke bijdrage leveren tot de werking en het onderhoud van installaties en apparatuur op nutsschaal. Een BESS kan reservecapaciteit en black-startdiensten bieden, zorgen voor spannings- en frequentiestabiliteit, en geld besparen door uitgesteld onderhoud. FTM BESS toepassingen omvatten:

  • Nutsnetwerken
  • Onderstations
  • Transmissie- en distributielijnen
  • Elektriciteitscentrales

Achter-de-meter-toepassingen

BTM-systemen kunnen stroom leveren aan consumenten en daarbij een elektriciteitsnet omzeilen. Samen met groene energiebronnen kan een BESS onophoudelijk stand-alone energiesystemen of microgrids ondersteunen. Fabrikanten kunnen batterijopslag gebruiken als noodstroomvoorziening om stilstand van productiefaciliteiten te voorkomen. Door gebruik te maken van BESS's kunnen bedrijven en gezinnen de elektriciteitstarieven aanzienlijk verlagen met energie time-shifting. BTM batterij-energie-opslagsystemen zijn te vinden in:

  • Industriële en productievoorzieningen
  • Bedrijven
  • Huishoudens
  • Elektrische voertuigen
  • Mariene systemen

Schema van BESS-toepassingenAfbeelding 4: BESS-toepassingen. (Bron afbeelding: Integra Sources LLC)

Heeft het zin om een BESS te bouwen?

Het korte antwoord is ja, dat doet het. Het langere antwoord behoeft enige verduidelijking.

Het lijdt geen twijfel dat de aankoop van een kant-en-klaar BESS veel tijd en soms ook geld bespaart. Als er geen speciale eisen aan het systeem worden gesteld, kan een kant-en-klare oplossing worden gekozen uit een groot aantal energieopslagproducten die op de markt verkrijgbaar zijn. Toch zijn er enkele redenen die een consument kunnen weerhouden van de aankoop, bijvoorbeeld:

  • specifieke eisen van de klant, met inbegrip van eisen van bedrijfsniches en bedrijfsomstandigheden
  • ontbreken van gewenste kenmerken of overbodige kenmerken die de kosten van het systeem opdrijven
  • onvolledigheid van het systeem en gebrek aan ondersteunende apparatuur
  • software van lage kwaliteit
  • ontbreken van garantie en onderhoud na de garantie

Het bouwen van een batterij-energieopslagsysteem kan een moeizaam proces zijn dat tijd, geld en deskundigheid vergt. Dit biedt echter de mogelijkheid om een sterk aangepaste oplossing te creëren die volledig aan alle eisen van een eindgebruiker voldoet.

Een BESS op maat kan de functionaliteit, de bruikbaarheid, de veiligheid en de cyberbeveiliging verbeteren. Door geavanceerde GBS-algoritmen te implementeren, kunnen gebruikers de prestaties van de batterij verbeteren en de levensduur verlengen. Het ontwikkelen van een oplossing op maat optimaliseert de technische ondersteuning, de klantenservice en andere diensten die nodig kunnen zijn als eindgebruiker of als BESS-leverancier.

Voor het ontwerpen van een BESS van hoge kwaliteit is een team nodig van professionals die goed thuis zijn in batterijtechnologieën, vermogenselektronica, embedded software en hardwareontwikkeling. Het is van essentieel belang om elke productiefase, van ontwerp tot certificatie en fabricage, te organiseren en te harmoniseren. Het inhuren van ingenieurs met relevante expertise en ervaring kan helpen bij het bouwen van een volwaardig batterijopslagsysteem dat anticipeert op de verwachtingen van de consument.

Toch is een aangepast product geen wondermiddel. Het maken van een BESS op maat moet van geval tot geval worden bekeken en voor sommige projecten zou een kant-en-klare oplossing het beste werken. Om meer te weten te komen over op maat gemaakte versus kant-en-klare BESS's, kunt u een uitgebreider artikel lezen over accu-energieopslagsystemen op de blogpagina van Integra Sources LLC. Hier kunnen lezers ook meer te weten komen over verschillende batterijtechnologieën en -kenmerken, belangrijke BESS-fabrikanten, systemen voor alternatieve energieopslag, en andere gerelateerde details.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Achtergrondinformatie over deze auteur

Andrey Solovev

Andrey Solovev is the co-founder and Chief Technology Officer of Integra Sources. He earned a Ph.D. in Physics and Mathematics at Altai State University.