Wat zijn elektrische energieopslagsystemen?

Opslagsystemen voor elektrische energie (EESS) zijn technologieën die ontworpen zijn om elektrische energie op te vangen en op te slaan voor later gebruik en die een cruciale rol spelen bij het in evenwicht brengen van vraag en aanbod van stroom, vooral in de context van hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind.

Krediet aan EIA.ORG

Wat zijn EESS?

Systemen voor de opslag van elektrische energie (EESS) zijn innovatieve technologieën die de opslag mogelijk maken van elektriciteit opgewekt uit verschillende bronnen, inclusief hernieuwbare energie, voor gebruik op een later tijdstip. Deze systemen spelen een cruciale rol in het aanpakken van de uitdagingen van intermitterende energieopwekking en fluctuerende vraag. Door elektrische energie om te zetten in andere vormen van energie die kan worden opgeslagen en vervolgens weer terug te zetten in elektriciteit wanneer dat nodig is, helpen EESS het elektriciteitsnet te stabiliseren en de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening te verbeteren. Dit vermogen is met name cruciaal voor de integratie van hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind, waarvan de output inherent variabel is, in de bredere energie-infrastructuur.

Belangrijkste functies van EESS

• Piekverschuiving en loadleveling: EESS slaan overtollige energie op tijdens perioden met weinig vraag en ontladen deze tijdens piekmomenten, waardoor de belastingscurven worden afgevlakt en de efficiëntie van het elektriciteitsnet wordt verbeterd.
• Netstabiliteit: Deze systemen zorgen voor een snelle frequentieregeling en spanningsondersteuning, waardoor de stroomkwaliteit en de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet behouden blijven.
• Hernieuwbare integratie: EESS verminderen de intermittentie van hernieuwbare bronnen door overtollige energie op te slaan voor gebruik wanneer de opwekking laag is, waardoor een hogere penetratie van schone energie mogelijk wordt.
• Veerkracht en back-up: Tijdens uitval of noodsituaties biedt EESS essentiële back-upstroom, waardoor de algemene veerkracht van het elektriciteitsnet wordt verbeterd.
• Kostenbesparing: Door energiearbitrage mogelijk te maken en de afhankelijkheid van dure piekcentrales te verminderen, helpt EESS de totale energiekosten voor consumenten en nutsbedrijven te verlagen.

Soorten energieopslagsystemen

Energieopslagsystemen omvatten een verscheidenheid aan technologieën, elk met unieke kenmerken en toepassingen:

• Opslagsystemen voor batterij-energie (BESS): Deze systemen maken voornamelijk gebruik van lithium-ionbatterijen en domineren de markt vanwege hun hoge energiedichtheid en dalende kosten. Andere accutypen zijn solid-state en flowaccu's.

• Mechanische opslag: Deze categorie omvat gepompte hydro-opslag, waarbij overtollige elektriciteit wordt gebruikt om water naar grotere hoogten te pompen, en persluchtenergieopslag (CAES), waarbij lucht wordt samengeperst in ondergrondse grotten.

Mechanisch opslagproject van het Southwest Research Institute

• Opslag van thermische energie: Deze systemen slaan energie op in de vorm van warmte, zoals gesmolten zout, of koude, zoals ijs, om later te gebruiken voor verwarming of koeling.

• Vliegwiel Energieopslag: Deze technologie slaat kinetische energie op in een roterende massa en is geschikt voor toepassingen van korte duur waarbij snel energie vrijkomt.

Vliegwielproject voor energieopslag in Shenzhen, China

Vergelijking van opslagsystemen

Batterij-energieopslagsystemen (BESS) bieden duidelijke voordelen ten opzichte van andere energieopslagsystemen, met name op het gebied van energiedichtheid en veelzijdigheid. BESS, vooral die met lithium-iontechnologie, bieden een hogere energiedichtheid in vergelijking met alternatieven zoals supercondensatoren, waardoor compactere en efficiëntere opslagoplossingen mogelijk zijn. In tegenstelling tot mechanische systemen zoals pompaccumulatie van waterkracht of persluchtopslag, kunnen BESS gemakkelijk worden opgeschaald en ingezet in verschillende omgevingen, van residentiële tot utiliteitstoepassingen.

In vergelijking met sommige alternatieven worden BESS echter geconfronteerd met uitdagingen op het gebied van levensduur en opslag op lange termijn. Zo hebben flowbatterijen een langere levensduur en kunnen ze diep ontladen zonder schade op te lopen, waardoor ze geschikt zijn voor diensten van langere duur. Supercondensatoren hebben weliswaar een lagere energiedichtheid, maar blinken uit in snelle laad- en ontlaadmogelijkheden, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen met een hoog vermogen en een korte duur. De keuze tussen BESS en andere opslagsystemen hangt uiteindelijk af van specifieke toepassingsvereisten, waaronder energiecapaciteit, vermogen, responstijd en kostenoverwegingen.

Ontdek meer over BESS

Media voor energieopslag

Opslagmedia voor elektrische energie omvatten een verscheidenheid aan technologieën die ontworpen zijn om elektrische energie op te slaan voor later gebruik. De meest voorkomende types zijn:

• Elektrochemische batterijen: Deze omvatten lithium-ion-, lood-zuur- en flowbatterijen. Lithium-ion-accu's domineren de markt vanwege hun hoge energiedichtheid en dalende kosten.
• Condensatoren en supercondensatoren: Deze apparaten slaan energie op in een elektrisch veld en zijn geschikt voor snelle laad- en ontlaadtoepassingen.
• Supergeleidende magnetische energieopslag (SMES): Deze technologie slaat energie op in een magnetisch veld dat wordt gecreëerd door de stroom van gelijkstroom in een supergeleidende spoel.
• Thermische opslag: Systemen zoals de opslag van gesmolten zout of ijs zetten elektrische energie om in thermische energie voor later gebruik.

Toepassingen van EESS

Opslagsystemen voor elektrische energie vinden diverse toepassingen in verschillende sectoren. In het elektriciteitsnet spelen ze een cruciale rol bij het stabiliseren van vraag en aanbod, vooral bij de integratie van intermitterende hernieuwbare energiebronnen. EESS maken time-shifting van energieverbruik mogelijk, waardoor gebruikers elektriciteit kunnen opslaan tijdens daluren voor gebruik tijdens piekvraagperiodes. Deze systemen zijn ook vitale componenten in microgrids, die back-upvermogen leveren tijdens stroomonderbrekingen en de algemene veerkracht van het elektriciteitsnet verbeteren. In de transportsector zijn EESS-technologieën, met name batterijsystemen, fundamenteel voor de werking van elektrische voertuigen. Daarnaast ondersteunen EESS industriële en commerciële toepassingen door piekbelastingen te helpen beheren en energiekosten te verlagen.

Voordelen van EESS

Het implementeren van elektrische energieopslagsystemen biedt tal van voordelen voor energiebeheer en duurzaamheid. Deze systemen dragen bij aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet door vraag en aanbod in evenwicht te houden, waardoor er minder dure piekcentrales nodig zijn. EESS vergemakkelijken een grotere integratie van hernieuwbare energiebronnen en helpen de intermitterende problemen te verminderen die geassocieerd worden met zonne- en windenergie. Door gebruikers in staat te stellen energie op te slaan tijdens perioden met lage kosten en te gebruiken tijdens perioden met veel vraag, kunnen EESS leiden tot aanzienlijke kostenbesparingen. Bovendien verbeteren deze systemen de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening door back-up te bieden tijdens stroomonderbrekingen en dragen ze bij aan een duurzaam milieu door het gebruik van hernieuwbare bronnen te optimaliseren en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

EESS in Microgrid-ondersteuning

Energieopslagsystemen (ESS) spelen een cruciale rol bij het verbeteren van de prestaties en betrouwbaarheid van microgrids. Ze leveren essentiële diensten zoals verbetering van de stroomkwaliteit, frequentieregeling en spanningsondersteuning, die het net stabiliseren tijdens onderbrekingen en voorkomen dat stroomuitval zich opstapelt. ESS stelt microgrids ook in staat om hernieuwbare energiebronnen efficiënt te integreren door overtollige energie op te slaan wanneer de productie hoog is en deze te ontladen wanneer dat nodig is, waardoor problemen met intermittentie worden opgelost.

In microgasttoepassingen biedt ESS verschillende belangrijke voordelen:

• Verbeterde veerkracht: ESS fungeert als een buffer die back-upstroom levert tijdens stroomonderbrekingen en eilandmogelijkheden mogelijk maakt.
• Verbeterd energiebeheer: Het maakt piekscheren, nivellering van de belasting en energiearbitrage mogelijk, waardoor de energiekosten worden geoptimaliseerd.
• Meer integratie van hernieuwbare energie: ESS vergemakkelijkt een hogere penetratie van variabele hernieuwbare bronnen zoals zon en wind.
• Netstabiliteit: Het biedt een snelle reactie voor frequentieregeling en spanningsondersteuning, waardoor de stroomkwaliteit behouden blijft.
• Operationele flexibiliteit: Met ESS kunnen microgrids onafhankelijk of samen met het hoofdnet werken, waardoor de algehele betrouwbaarheid van het systeem verbetert.

Uitdagingen bij het opschalen van EESS voor wereldwijd gebruik

Het opschalen van elektrische energieopslagsystemen (EESS) voor wereldwijd gebruik staat voor verschillende belangrijke uitdagingen:

• Hoge implementatiekosten: Ondanks de dalende batterijprijzen blijft de initiële investering voor grootschalige EESS aanzienlijk. Dit is vooral een uitdaging voor ontwikkelingslanden en kleinere nutsbedrijven.
• Technische beperkingen: De huidige opslagtechnologieën hebben capaciteitsbeperkingen, wat hun schaalbaarheid belemmert. De integratie van grootschalige opslagsystemen in bestaande elektriciteitsnetten levert ook technische hindernissen op.
• Materiële schaarste: Voor de productie van batterijen voor energieopslag zijn zeldzame aardmineralen nodig, wat zorgen baart over de beschikbaarheid van grondstoffen en de gevolgen voor het milieu.
• Belemmeringen door regelgeving: Inconsistent beleid en marktstructuren in verschillende regio's bemoeilijken de uitrol van EESS, wat onzekerheid creëert voor investeerders en ontwikkelaars.

Het overwinnen van deze uitdagingen vereist voortdurende technologische innovatie, ondersteunend beleid en meer investeringen in onderzoek en ontwikkeling om EESS wereldwijd toegankelijker en efficiënter te maken.

EESS implementatiekosten

De kosten voor het implementeren van opslagsystemen voor elektrische energie (EESS) variëren aanzienlijk afhankelijk van de technologie, de schaal en de toepassing. Voor batterijopslagsystemen op netwerkschaal varieerden de totale geïnstalleerde kosten in 2021 van $356/kWh tot $449/kWh voor 100 MW, 10-uur systemen, afhankelijk van de chemische samenstelling van de batterij. Prognoses voor 2030 laten potentiële kostenverlagingen zien, waarbij lithium-ijzerfosfaat (LFP) batterijen naar verwachting $291/kWh zullen bereiken voor een 100 MW, 4-uur systeem.

Belangrijke factoren die de uitrolkosten van EESS beïnvloeden zijn onder andere:

• Hardwarekosten (batterijen, omvormers, systeemcomponenten)
• Installatie- en inbedrijfstellingskosten
• Lopende exploitatie- en onderhoudskosten
• Kosten aan het einde van de levensduur, geschat op 5-10% van de initiële systeemkosten.

Naarmate de technologie voortschrijdt en de productie opschaalt, zullen de EESS-kosten naar verwachting verder dalen, mogelijk tot $200-$500/MWh voor de totale genivelleerde opslagkosten. Deze kosten blijven echter hoger dan de typische genivelleerde kosten van elektriciteitsopwekking uit hernieuwbare bronnen, wat de voortdurende uitdaging benadrukt om energieopslag op grote schaal economisch concurrerend te maken.