Batterij-energieopslagsystemen (BESS) zijn geavanceerde technologieën die ontworpen zijn om elektrische energie efficiënt op te vangen, op te slaan en te distribueren. Deze systemen, die bestaan uit belangrijke componenten zoals batterijmodules, stroomconversiesystemen en geavanceerde managementregelingen, spelen een cruciale rol in de stabiliteit van het elektriciteitsnet, de integratie van hernieuwbare energie en het beheer van de stroomkwaliteit.
Kerncomponenten van BESS
Het hart van een BESS wordt gevormd door drie cruciale onderdelen die samenwerken om energie efficiënt op te slaan en vrij te geven. Het batterijsysteem, dat voornamelijk gebruik maakt van lithium-iontechnologie, bestaat uit meerdere cellen die zijn georganiseerd in modules en rekken om chemische energie om te zetten in elektrische energie. Managementsystemen spelen een cruciale rol, waaronder de Batterijbeheersysteem (BMS) voor het bewaken van celparameters, de Energiebeheersysteem (EMS) om de werking te optimaliseren en thermische beheersystemen die de temperatuur regelen om de prestaties en veiligheid te behouden. Als aanvulling hierop is er de vermogenselektronica, met een bidirectionele omvormer of Stroomconversiesysteem (PCS)die naadloze DC naar AC stroomomzetting mogelijk maakt voor opladen en ontladen en tegelijkertijd compatibiliteit met de vereisten van het elektriciteitsnet garandeert.
Samen zorgen deze componenten ervoor dat BESS overtollige energie kunnen opslaan tijdens perioden met weinig vraag en deze energie kunnen ontladen wanneer dat nodig is, waardoor de stabiliteit van het net wordt verbeterd en de integratie van hernieuwbare energiebronnen wordt bevorderd. Bovendien hebben geavanceerde besturingsalgoritmen in het EMS en innovaties in het thermisch beheer de efficiëntie verder verbeterd en de levensduur van het systeem verlengd, waardoor BESS een hoeksteen van de moderne energie-infrastructuur zijn geworden.
Hoe BESS werkt
Krediet voor Totalenergies
Batterij-energieopslagsystemen (BESS) werken via een geavanceerd proces van energieopname, -opslag en -distributie. Het systeem begint met het opvangen van elektrische energie uit verschillende bronnen, waaronder hernieuwbare en niet-hernieuwbare energiegeneratoren. Deze energie wordt vervolgens omgezet van wisselstroom naar gelijkstroom en opgeslagen in oplaadbare batterijen, meestal lithium-ioncellen die in modules en rekken zijn geplaatst.
Tijdens het gebruik bewaakt en regelt het Battery Management System (BMS) continu individuele celparameters zoals spanning, temperatuur en laadstatus. Dit zorgt voor optimale prestaties en een lange levensduur van het batterijsysteem. Het energiebeheersysteem (EMS) werkt samen met het BMS om de algehele werking van het systeem te optimaliseren, door te beslissen wanneer er geladen of ontladen moet worden op basis van de vraag van het elektriciteitsnet, energieprijzen en andere factoren.
Wanneer er energie nodig is, wordt de opgeslagen gelijkstroom terug omgezet in wisselstroom via het Power Conversion System (PCS), ook bekend als een bidirectionele omvormer. Deze component is cruciaal om ervoor te zorgen dat het uitgangsvermogen voldoet aan de vereisten van het elektriciteitsnet wat betreft spanning en frequentie. Het PCS beheert ook de energiestroom tijdens zowel de oplaad- als de ontlaadcycli, waardoor de stabiliteit van het elektriciteitsnet behouden blijft.
BESS kunnen in verschillende modi werken om netfuncties te ondersteunen. Voor frequentieregeling kan het systeem snel stroom injecteren of absorberen om de netfrequentie binnen aanvaardbare grenzen te houden. Bij piekbesparende toepassingen ontlaadt BESS opgeslagen energie tijdens periodes van grote vraag om de druk op het net te verminderen en mogelijk de elektriciteitskosten voor gebruikers te verlagen.
Bij de integratie van hernieuwbare energie speelt BESS een cruciale rol in het afvlakken van de intermitterende aard van zonne- en windenergie. Het slaat overtollige energie op tijdens perioden van hoge productie en geeft deze weer vrij wanneer de productie daalt, waardoor een consistentere stroomvoorziening wordt gegarandeerd. Dit vermogen is vooral belangrijk voor het behoud van de netstabiliteit naarmate het aandeel hernieuwbare energie in de energiemix toeneemt.
Geavanceerde BESS-implementaties bevatten ook voorspellende analyses en algoritmen voor machinaal leren om de prestaties te optimaliseren. Deze systemen kunnen anticiperen op patronen in de vraag naar energie, weersomstandigheden die van invloed zijn op de opwekking van hernieuwbare energie en zelfs op de prijzen op de elektriciteitsmarkt om weloverwogen beslissingen te nemen over wanneer energie moet worden opgeslagen of vrijgegeven.
Veiligheid is van het grootste belang bij de werking van BESS. Moderne systemen bevatten meerdere beschermingslagen, waaronder thermische beheersystemen om oververhitting te voorkomen, brandonderdrukkingsmechanismen en isolatieprotocollen om potentiële problemen in te dammen. Voortdurende bewaking en geautomatiseerde veiligheidsreacties zorgen ervoor dat het systeem snel kan reageren op eventuele afwijkingen, waardoor een veilige en betrouwbare werking gehandhaafd blijft. Door de energiestroom tussen opwekking, opslag en verbruik efficiënt te beheren, fungeert BESS als een cruciale component in het moderne energielandschap, die meer flexibiliteit, betrouwbaarheid en duurzaamheid in energiesystemen mogelijk maakt.
Verkennen op Youtube
Toepassingen van BESS
Batterij-energieopslagsystemen (BESS) hebben een breed scala aan toepassingen in verschillende sectoren en dragen bij aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet, de integratie van hernieuwbare energie en het beheer van energiekosten. Hier volgen enkele belangrijke toepassingen van BESS:
- Netstabilisatie: BESS kunnen snel reageren op schommelingen in vraag en aanbod van stroom en helpen zo de frequentie en spanningsstabiliteit van het net te handhaven.
- Integratie van hernieuwbare energie: BESS slaat overtollige energie op van intermitterende hernieuwbare bronnen zoals zonne- en windenergie en geeft deze vrij wanneer de productie daalt om een consistente stroomvoorziening te garanderen.
- Piekscheren: Door opgeslagen energie te ontladen tijdens perioden met een hoge vraag, helpt BESS de druk op het elektriciteitsnet te verminderen en kunnen de elektriciteitskosten voor gebruikers mogelijk dalen.
- Ladingsverschuiving: BESS maakt de opslag van energie mogelijk tijdens perioden met weinig vraag en lage kosten voor gebruik tijdens perioden met veel vraag en hoge kosten, waardoor het energieverbruik en de kosten worden geoptimaliseerd.
- Reservevoeding: Als het elektriciteitsnet uitvalt, kan BESS noodstroom leveren voor huizen, bedrijven en essentiële infrastructuur.
- Microgrids: BESS speelt een cruciale rol in de werking van microgrids en ondersteunt lokale energieonafhankelijkheid en veerkracht.
- Opladen van elektrische voertuigen: BESS kan snellaadstations voor elektrische voertuigen ondersteunen, waardoor het elektriciteitsnet tijdens piekuren minder wordt belast.
- Aanvullende diensten: BESS biedt verschillende netondersteunende diensten, zoals frequentieregeling, spanningsondersteuning en blackstartmogelijkheden.
Deze diverse toepassingen tonen de veelzijdigheid en het belang aan van BESS in moderne energiesystemen en dragen bij aan een flexibelere, betrouwbaardere en duurzamere energie-infrastructuur.
Stijgende BESS DC-spanningen
De trend naar hogere DC-spanningen in batterij-energieopslagsystemen (BESS) wordt gedreven door verschillende belangrijke voordelen:
- Verbeterde efficiëntie: Hogere spanningen resulteren in lagere stromen voor hetzelfde vermogen, waardoor de totale verliezen in het circuitsysteem afnemen en de rondloopefficiëntie verbetert.
- Verbeterde energiedichtheid: Door de spanning te verhogen kan de energiedichtheid worden verhoogd binnen dezelfde fysieke beperkingen, waardoor compactere en krachtigere BESS-ontwerpen mogelijk worden.
- Sneller opladen/ontladen: Accu's met een hoge spanning kunnen sneller oplaadcycli voltooien, waardoor ze tegemoet komen aan een snelle energievraag en hoge vermogensvereisten.
- Kostenverlaging: Hogere spanningen maken efficiëntere bedrading en installatie mogelijk, waardoor de totale systeemkosten dalen. Door de DC-spanning van de BESS af te stemmen op zonne-installaties op nutsschaal (meestal 1500 VDC) is er geen extra spanningsomvormingsapparatuur nodig.
- Compatibiliteit met geavanceerde omvormers: De meeste omvormers voor zonne-energie op nutsschaal gebruiken nu een ingang van 1500 VDC, waardoor BESS met een hogere spanning beter compatibel zijn met de bestaande infrastructuur.
Deze voordelen stimuleren de evolutie van BESS naar hogere gelijkspanningen, wat bijdraagt tot de verwachte groei van de sector van $1,2B in 2020 naar $4,3B in 2025.
Uitdagingen voor installatie van BESS
Installaties van batterij-energieopslagsystemen (BESS) hebben te maken met verschillende veelvoorkomende uitdagingen die hun prestaties, veiligheid en efficiëntie kunnen beïnvloeden. Hier zijn enkele van de meest voorkomende problemen:
- Hoge initiële kosten: De aanloopinvestering voor BESS kan aanzienlijk zijn, wat een aanzienlijke belemmering vormt voor de invoering ervan.
- Complexiteit van technische integratie: De integratie van BESS met bestaande infrastructuur vereist vaak gespecialiseerde kennis en technologie.
- Hindernissen in de regelgeving: Navigeren door vergunningen en voorschriften kan tijdrovend en ingewikkeld zijn.
- Uitdagingen voor onderhoud: Om de betrouwbaarheid op lange termijn te garanderen, zijn effectief levenscyclusbeheer en regelmatig onderhoud nodig.
- Problemen met netwerkcompatibiliteit: Het kan problematisch zijn om ervoor te zorgen dat BESS compatibel zijn met het elektriciteitsnet en om de interconnectie te beheren.
- Veiligheidsproblemen: Onjuiste installatie of defecte onderdelen kunnen leiden tot brandgevaar en andere veiligheidsrisico's.
- Storing batterijbeheersysteem (BMS): Een onbetrouwbaar BMS kan onverwachte uitschakelingen en mogelijk gevaarlijke situaties veroorzaken.
- Problemen met celbalans: Onevenwichtigheden tussen cellen kunnen de efficiëntie van het systeem verminderen en veiligheidsrisico's opleveren.
- Onvoldoende opslagcapaciteit: Fouten in de schatting van de ladingstoestand (SOC) kunnen leiden tot inefficiënt energiegebruik.
- Thermische beheerproblemen: Inadequate koelsystemen kunnen leiden tot vroegtijdige veroudering en verminderde prestaties van batterijen.
Het aanpakken van deze problemen vereist zorgvuldige planning, deskundige installatie en voortdurende controle om optimale BESS prestaties en veiligheid te garanderen.
Hergebruikte batterijen voor BESS
Battery Energy Storage Systems (BESS) kunnen hergebruikte accu's van elektrische voertuigen (EV's) gebruiken, wat een duurzame manier is om de levensduur van accu's te verlengen en afval te minimaliseren. Wanneer EV accu's afnemen tot ongeveer 80-85% van hun oorspronkelijke capaciteit, kunnen ze worden hergebruikt voor BESS-toepassingen, waardoor lithium-ion accu's een tweede leven krijgen en er minder behoefte is aan nieuwe productie. Deze aanpak ondersteunt netstabilisatie, integratie van hernieuwbare energie, back-upstroom voor kritieke infrastructuur, piekscheren en verschuiving van de belasting voor industrieën en ondersteuning van micronetten. Tegen 2025 zal naar schatting 75% aan gebruikte EV-batterijen een tweede leven krijgen voordat ze gerecycled worden, wat de groeiende nadruk op duurzaamheid en de circulaire economie weerspiegelt.
Het gebruik van hergebruikte batterijen in BESS-projecten is echter niet zonder uitdagingen. Gerecyclede batterijen hebben vaak inconsistente prestatieniveaus als gevolg van verschillende degradatiegraden, wat de efficiëntie en betrouwbaarheid van het systeem kan beïnvloeden. Bovendien kan het proces van inzamelen, testen en opknappen van deze batterijen arbeidsintensief en duur zijn, waardoor sommige milieu- en economische voordelen teniet worden gedaan. Ondanks deze nadelen maakt de toenemende vraag naar duurzame oplossingen voor energieopslag gebruikte EV-batterijen een waardevolle bron voor BESS-projecten.
Overheidsbeleid BESS
Overheden over de hele wereld erkennen in toenemende mate de cruciale rol van batterij-energieopslagsystemen (BESS) bij het bereiken van energietransitiedoelen en netstabiliteit. Veel landen hebben ondersteunend beleid en initiatieven geïmplementeerd om de inzet van BESS te versnellen:
- De Verenigde Staten hebben de Inflation Reduction Act geïntroduceerd, die voorziet in belastingvoordelen voor investeringen in opslagprojecten die op zichzelf staan.
- China heeft plannen aangekondigd om tegen 2025 meer dan 30 GW aan energieopslag te installeren, wat aantoont dat het zich sterk wil inzetten voor de uitbreiding van BESS.
- India heeft ambitieuze doelen gesteld voor de ontwikkeling van energieopslag in batterijen in zijn ontwerp voor een nationaal elektriciteitsplan, dat streeft naar 51-84 GW geïnstalleerde capaciteit tegen 2031-32.
- De Europese Commissie heeft aanbevelingen gepubliceerd voor beleidsmaatregelen om een grotere inzet van elektriciteitsopslag te ondersteunen, omdat ze het belang ervan erkent voor het koolstofvrij maken van het energiesysteem.
- Daarnaast heeft de Clean Energy Ministerial, met steun van de Europese Commissie, Australië, de VS en Canada, het wereldwijde initiatief "Supercharging Battery Storage Initiative" gelanceerd. Dit initiatief is gericht op het bevorderen van internationale samenwerking, het verlagen van de kosten en het opbouwen van duurzame toeleveringsketens voor energieopslagtechnologieën.
Vooruitzichten BESS-markt
De markt voor batterij-energieopslagsystemen (BESS) is klaar voor een aanzienlijke groei, gedreven door de toenemende integratie van hernieuwbare energie en de modernisering van het elektriciteitsnet. De wereldwijde BESS markt zal tegen 2031 naar verwachting $51,7 miljard bedragen, met een CAGR van 20,1% tussen 2022 en 2031. Deze snelle expansie wordt gevoed door de dalende kosten van lithium-ionbatterijen, die de afgelopen tien jaar met ongeveer 80% zijn gedaald.
Belangrijke groeifactoren zijn onder andere:
- Toenemende vraag naar energieopslagsystemen op het net.
- Snelle penetratie van lithium-ionbatterijen in de sector voor hernieuwbare energie.
- Overheidsfinanciering en ondersteunend beleid.
- Toenemende commerciële en industriële toepassingen.
Het segment nutsbedrijven zal naar verwachting de hoogste CAGR registreren tijdens de prognoseperiode, gedreven door initiatieven om flowbatterijen te lanceren voor milieu-, duurzaamheids- en veiligheidsdoeleinden. Geografisch gezien zal Azië-Pacific naar verwachting de snelst groeiende regionale markt zijn, als gevolg van de stijgende vraag naar energie en het ondersteunende overheidsbeleid in landen als India, China en Australië.
Verwante artikelen:
