Energieopslag de toekomst

Steeds vaker wordt bij nieuwbouw en renovaties ingezet op fotovoltaïsche installaties of PV-systemen voor de opwekking van hernieuwbare energie. Zo is ook de doelstelling (Energieplan 2020) van de Vlaamse regering erop gericht om tegen 2020 de opwekking van fotovoltaïsche energie met 31% of 6,4 miljoen zonnepanelen te laten toenemen. Zie voor meer info: presentatie Energieplan 2020

Standaard zijn deze systemen aangesloten op het elektriciteitsnet. Het net werkt als grote batterij waar energie in kan worden opgenomen en worden afgenomen indien nodig. Wanneer er een storing of onregelmatigheid is op het net, zal de omvormer zichzelf uitschakelen (om de veiligheid van de personen die eventueel werken op het net uitvoeren).

Door de dreigende black-outs (tijdelijke uitschakeling kerncentrales enz.) is de vraag naar opslag van stroom sterk toegenomen en zowel producenten als onderzoeksinstellingen onderzoeken nu manieren en technieken om hieraan tegemoet te komen.

We zetten de meestbelovende innovaties op een rijtje.

Prosumententaks – taks op de productie van elektriciteit

Wanneer een verbruiker van stroom is aangesloten op het elektriciteitsnet en zelf ook stroom opwekt (met PV, WKK of windmolens), dan spreken we van prosumenten. Door het injecteren van de overproductie van stroom op het elektriciteitsnet d.m.v. een terugdraaiende teller (en een installatie met een vermogen kleiner dan 10 kW), is er sinds 1 juli 2015 een automatische vergoeding verschuldigd aan de distributienetbeheerder. Dit is de zogeheten prosumententaks.

Voorbeeld:
Het prosumenten tarief varieert per regio tussen € 89,87 per kW en 128,15 per kW en steeds per jaar. Er wordt gekeken naar het vermogen van de omvormer.

Stel een installatie met een omvormer van 3,2 kW => 3,2 x € 89,87 = 287,58 €/jaar (max. 410,08 €/jaar in dit voorbeeld).

Om een te hoog prosumenten tarief te vermijden is het dus best om de de omvormer niet te groot te nemen. Gemiddeld wordt de omvormer ongeveer 20% kleiner gedimensioneerd dan de fotovoltaïsche panelen. Op een PV installatie van 5000 Wp wordt dus een omvormer van 0,8 x 5000 = 4000 W of 4kW aangesloten.

Zie voor meer info: www.vlaanderen.be

De prosumententaks zorgt bij kleine of niet optimaal georiënteerde installaties al snel voor een grotere kost dan opbrengst. Dit komt de terugverdientijd niet ten goede en zal de rendabiliteit van de installatie sterk beïnvloeden. Alleen bij volledige onafhankelijkheid of autonomie van het net moet er geen prosumententarief betaald worden omdat de installatie het net niet gebruikt als ‘opslag’. Bij hybride systemen (zie verder) is dus wel een prosumententaks verschuldigd.

Tussendoortje: hoeveel vermogen nodig? Wel, een zonnepaneel met een vermogen van 250 Wp produceert ongeveer 800-900 kWh per jaar. In geval van een gezin met 4 personen kan het volledige energieverbruik gecompenseerd worden door ongeveer 16 PV-panelen of een vermogen van 4 kWp of een opbrengst van 3600 kWh.

Opslag van PV-stroom met batterijen

Een opslagsysteem maakt het mogelijk de opgewekte stroom ook tijdens de piekmomenten (7h – 9h en 16h – 20h) bruikbaar te maken. De zon schijnt vooral overdag en bereikt zijn piek rond de middag: een moment waarop er niet veel verbruik in de woning of op het net is. Al deze stroom wordt bijgevolg een belasting op het net.

Met batterijen kan een groter aandeel door de bewoners gebruikt worden. Dit is ook interessant als we weten dat er een tarief moet betaald worden voor zowel afname als injectie op het net. Een ander voordeel is de regeling die ook tijdens momenten waarop de bewoners niet thuis zijn, slimme toestellen (met sturingsmogelijkheden via wifi e.a.) kan aansturen (lees: wasmachine, boiler, enz.). We spreken dan van vraagsturing en dit kan zorgen voor een langere levensduur van de batterij.

De grootte van de batterij-capaciteit bepaalt in hoge mate de kostprijs van het systeem.

Thermografie

Bron: www.ode.be

Voor het laden van elektrische wagens zijn reeds enkele systemen op de markt die de stroom kunnen opslaan en ontladen d.m.v. een batterij of reeks batterijen (bv. TESLA-Powerwall, maar ook andere merken als BMW en Axitec hebben systemen op de markt).

1. Hybride-systemen

Een hybride-systeem heeft naast de omvormer (deze zet de opgewekte gelijkspanning DC om in wisselspanning of AC om te kunnen injecteren op het net) ook een batterij waarin elektriciteit (DC) wordt opgeslagen. Het systeem heeft een intelligente regeling die ervoor zorgt dat de batterij optimaal geladen of ontladen wordt, en indien nodig de stroom naar de verbruikers of het net moet sturen.

Thermografie

Bron: gd-energy.be

Wanneer het hybride-systeem als noodstroomvoorziening wordt toegepast, is er een bijkomende omvormer vereist die dan bij stroomuitval zorgt dat er vanuit de batterij stroom kan geleverd worden aan de woning. De tijdsduur hangt uiteraard zowel af van de capaciteit en kwaliteit van de batterij als van het benodigde stroomverbruik.

2. Autonomie met batterijen

We hebben reeds gesproken van batterijen in de woning, maar ook de accu van een elektrische wagen kan dienen als mobiele batterij. Het probleem stelt zich echter bij standaard kantooruren: wat met productie van de panelen overdag wanneer de zon schijnt en de auto niet aangesloten is op het systeem? Op dat moment kan er gekozen worden voor de bijkomende batterijen in de woning.

De meeste batterijen op de markt zijn lithium-ion-accu’s die aangesloten zijn op een beheerssysteem met slimme regeling. Wanneer volledige autonomie (dus geen aansluiting op het net) gewenst is, dan is een voldoende capaciteit een must. Meestal wordt de capaciteit opgebouwd uit meerdere batterijen.

Ter illustratie: Eén Powerwall model heeft ong. 7 tot 13,2 kWh bruikbare capaciteit en weegt 122 kg. Dat lijkt veel, maar is een stuk minder dan traditionele server-noodbatterijen (type UPS).
Bron: www.energymatters.com.au

Volledige onafhankelijkheid is kostelijk en de levensduur van de batterijen is nog moeilijk in te schatten. Zo is de Tesla-powerwall vooral ontwikkeld om vooral snel energie in op te slaan en te ontladen voor auto’s. Hiermee kan voor een 3.000 à 8.000 € (afhankelijk van leverancier, omvormer, stabilisatoren t.p.v. de panelen, enz.) een bepaalde onafhankelijkheid realiseren (tot 70%, aangezien een batterij 1x per dag kan opgeladen en ontladen worden, maar in de winter en tussenseizoenen minder energie ontvangt om op te slaan). Wil je volledige onafhankelijk zijn van het net, dan zijn meerdere batterijen en een goede regeling nodig (bv. wordt 1 batterij altijd eerst ontladen? Dan zal deze het snelste verouderen). Door afwisselend batterijen in het systeem te belasten gaat het systeem langer mee. Op de Europese markt bieden de fabrikanten meestal 10 jaar garantie, wat in de praktijk ongeveer neerkomt op de terugverdientijd van de batterij.

Een klein rekensommetje: een gemiddeld gezin heeft een verbruik van 10-11 kWh per dag. Met één Powerwall-batterij van 7 à 10 kWh (afhankelijk van de veroudering) zal dit onvoldoende zijn om onafhankelijk te functioneren. Vergeet niet dat bij minder zon, de batterij minder kan opladen.

Bijkomend biedt de leverancier geen garanties naar het aantal oplaad- en ontlaadcycli. Algemeen tonen studies aan dat dit soort batterijen een maximale levensduur vertonen van 20 jaar.

Kortom: informeer bij de gespecialiseerde plaatser naar het beste systeem prijs-kwaliteitsverhouding. Bekijk grondig het huishoudelijk verbruik en weeg dit af tegen de kostprijs en levensduur van de batterij. Bij “eilandwerking” of volledige onafhankelijkheid zijn meestal meerdere batterijen en bijkomende regelingen nodig. Een diepgaande studie kan nuttig zijn om vooraf een goed beeld te krijgen van de installatie, het opgewekte vermogen, het verbruik en de levensduur.

Opslag door omzetting naar warmte

1. Warmtepomp

De warmtepomp is ondertussen gekend en wordt volop in de praktijk toegepast voor de verwarming en opwarming van warm water in woningen en bedrijven.

Deze verbruikt dus elektriciteit en is daarom ideaal te combineren met PV-installaties, zodat de opgewekte stroom meteen kan verbruikt worden zonder naar het net afgegeven te moeten worden.

In combinatie met batterijen een interessant systeem, gezien hierdoor de CO2-uitstoot sterk teruggedrongen wordt.

2. Chemisch proces: Brandstofcel op waterstof

Wanneer een autonomie of decentrale productie van warm water gewenst is, kan een innovatief systeem met waterstof en een brandstofcel overwogen worden.

Als voorbeeld is de Solenco Powerbox ontwikkeld: een waterstofketel produceert warmte uit waterstof en werkt als bijverwarming. Hierbij komen geen broeikasgassen vrij. Het systeem wordt aangedreven door een omkeerbare brandstofcel: aan de ene zijde een elektrolyse-systeem en aan de andere zijde de brandstofcel. De brandstofcel wordt aangedreven door zonne-energie om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De waterstof wordt dan opgeslagen in een tank, bij voorkeur ondergronds. Wanneer er warmtevraag is, zal de brandstofcel de waterstof omzetten in warmte en elektriciteit (rendement ong. 95% bij het Solenco Powerbox-systeem).

Dit systeem heeft een veel groter opslagvermogen dan een accu of batterij. Wanneer waterstof wordt opgeslagen, blijft deze zonder probleem nog dagen tot maanden behouden om te gebruiken.

Bovendien bevatten batterijen schadelijke chemicaliën. Door het grotere vermogen van het systeem met waterstof kan het systeem ook op wijkniveau toegepast worden.

Waterstofgas is echter explosief en heeft een groot opslagvolume nodig. Voorlopig is de technologie dus nog niet zonder risico’s en redelijk kostelijk.

Anderzijds is het systeem volledig autonoom om alle behoeftes aan warm water, verwarming en elektriciteit te dekken voor één of meerdere woningen, én dit alles zonder CO2-uitstoot.

Bron: Tijdschrift De Onderneming, editie 2017, maart-april.

Andere soorten opslag

1. Omzetten naar aardgas

Het is mogelijk om met elektriciteit, CO2 en water een synthetisch aardgas op te wekken. Dit ontstaat door met elektriciteit (vb. uit PV-installaties) een elektrolyse van water uit te voeren. Hierdoor splitst het tot zuurstof en waterstof. Het waterstof wordt vervolgens gecombineerd met koolstofdioxide (CO2) tot methaan (waarbij water als bijproduct gevormd wordt. Het resultaat is een synthetisch aardgas dat sterk lijkt op natuurlijk aardgas. Autofabrikanten zijn actief op zoek naar een manier om hierop in te zetten om auto’s op aardgas te laten rijden. Sommige overheden (Duitsland, Verenigde Staten en Nederland) overwegen om projecten te implementeren om de overproductie aan hernieuwbare energie (elektriciteit) te gebruiken om synthetisch gas te produceren en in het gasnet te injecteren.

Zie ook: www.yera.be

2. Vliegwiel

Een vliegwiel wordt van oudsher gebruikt en kan kinetische energie opslaan wanneer er meer productie is dan verbruik. Later kan de opgeslagen energie opnieuw afgegeven worden. Dit systeem is vooral gericht op kortetermijn-opslag van energie.

Er zijn enkele start-ups die onderzoeken hoe een vliegwiel betaalbaar kan zijn voor woningen, maar het systeem wordt nu vooral voor energieopslag op grotere schaal toegepast (ontlasting van het elektriciteitsnet).

Het systeem met een vliegwiel kan door zijn grote massa kinetische energie opnemen: eenmaal op gang is het moeilijk nog te stoppen. Wanneer het vliegwiel moet afremmen, komt de kinetische energie opnieuw vrij. Hierdoor werkt het vliegwiel als een soort accu. Het grootste probleem zijn de wrijvingsverliezen, die niet eenvoudig weg te werken zijn in een kleinschalig systeem.

Zie ook: www.wattisduurzaam.nl

3. Grotere installaties

Grote installaties zoals pompinstallaties, cryogene opslag en magnetische opslag zijn vooral interessant om het elektriciteitsnet te ontlasten op momenten van piekbelasting (vb. middaguur voor zonnestroom).

Invloed op de brandverzekering?

Tot op heden is er geen ervaring met incidenten bij brand of ontploffing van de opslagsystemen (waterstof of accu). De accu’s zijn reeds sterk verbeterd naar explosiviteit. Daarom zal er geen bijkomende premie worden aangerekend bij toepassing van hybride of autonome energie-opslag. Wanneer een incident zich voordoet, zal de verzekerde steeds mogen rekenen op de tussenkomst van de verzekeringsmaatschappij. Mocht aangetoond worden dat er een probleem was met het opslagsysteem dat de brand of ontploffing veroorzaakt, dan zal de verzekeringsmaatschappij dit verhalen op de producent van het systeem, maar nooit op de verzekerde partij.

Energie uit andere types opwekking

De besproken systemen zullen in de toekomst ook nuttig zijn om alternatieve systemen voor opwekking (WKK, windmolen, waterturbine) te ondersteunen. Ook voor windmolens zijn nieuwe ideeën die uitgewerkt worden door onderzoekers: vb. opslag van energie in ballonnen onder water onder de windmolens om energie op vraag te kunnen leveren.

Zie ook: www.wattisduurzaam.nl

De toekomst

Er zijn volop innovatieve ontwikkelingen aan het rijpen voor de markt. De beschikbaar systemen zijn al sterk verbeterd en qua capaciteit toegenomen. De mogelijkheden en toepassingen die geïntegreerd worden zijn veelvuldig en gericht op intelligente sturing. Zo zullen de hybride-systemen al snel kunnen geïmplementeerd worden in een “smart grid”. Ook de ondersteuning van het elektriciteitsnet zal mogelijk worden met de “virtual power plants” en de slimme kWh-meters.

Door de hoge kostprijs kan het interessant worden om systemen op grotere schaal te integreren. Zodoende kan de kostprijs verdeeld worden over verschillende participanten. In sommige gevallen kunnen daardoor ook de verliezen in het systeem geminimaliseerd worden.

Batterij-opslag op grotere schaal of wijkniveau is zeker mogelijk, zo is er een proefproject in Nederland: www.ode.be.

Het elektriciteitsnet is niet oneindig wat betreft capaciteit als vangnet voor de overproductie van zonne-energie. Op een bepaald punt zal er gekozen moeten worden voor opslag om woningen nog energie-efficiënter te maken en de energie decentraal te produceren én te gebruiken.



Comments

Independent 09:51, 22-06-2017

Beste Joris Mooie uiteenzetting van de huidige mogelijkheden die op de markt beschikbaar zijn. Er is echter een misvatting wat betreft het vermijden van het prosumententatief. Uit meermaals contact met Eandis is gebleken dat je een optie B hebt voor uw huidige analoge (terugdraaiende) teller, de bi-directionele teller. Dit is een digitale teller die apart de afname en injectie meet. Indien men deze teller laat installeren door Eandis moeten prosumenten (< 10 kVA omvormer) geen prosumententarief meer betalen. Er is wel degelijk een addertje dat hier kruipt, het blijft dan ook een politieke beslissing!! Indien men deze meter laat plaatsen is de eigenaar van het PV-systeem alle geïnjecteerde energie kwijt en kan deze dus niet compenseren (in mindering brengen) met zijn afgenomen energie zoals er nu automatisch gebeurd door zijn terugdraaiende schijf. Het komt er dus op aan om, op jaarbasis, zoveel mogelijk energie in huis te houden! Wij, als Indesol, hebben een rekentool ontwikkeld om te berekenen wat het percentage "eigen verbruik" kan zijn op jaarbasis. Dit wordt berekend aan de hand van de elektrische verbruikers die in de woning aanwezig zijn zoals wasmachine, strijkijzer, warmtepomp, elektrische boiler, ... Ons opslagsysteem GREENROCK (www.indesol.be/greenrock) kan bij de klassieke oplossingen met lood-zuur en lithium bijgevoegd worden aan de lijst van mogelijkheden. Daar deze zoutwater batterijen wel helemaal anders zijn op verschillende vlakken dan de klassieke opties! Alle info te vinden via bovenstaande link. Indien niet genoeg, mail me maar.


Olivier De Meulder 10:40, 22-06-2017

Beste Joris, idd een mooie uiteenzetting maar je hebt -denk ik- een klein rekenfoutje gemaakt : een paneel van 250Wp geeft op jaarbasis geen 800 à 900kWh maar eender 200 à 225kWh. Voor de rest hoop ik dat de politiek verstandige beslissingen neemt m.b.t. de terugdraaiende teller en slimme meter... en eens een langetermijnvisie heeft en die dan ook volgt, los van de politieke kleur. Ijdele hoop? mvg, Olivier


Joeri@mini-energietechniek.be 10:41, 22-06-2017

Beste , Ik ben er mij van bewust dat ons energiebeleid niet altijd even duidelijk is maar in verband met de slimme meter interpreteer ik onderstaande uitleg toch anders en dit is zeker een voordeel voor diegene die investeren in PV of willen investeren. “Zonnepanelenhouder behoudt voordelen” Daar waar de analoge stroommeters nog terugdraaien bij de productie van zonne-energie, is dat niet meer het geval bij digitale meters. Zijn zonnepanelenhouders de grote verliezers in dit verhaal? Absoluut niet volgens Tommelein: “Wie zonnepanelen heeft of er plaatst voor eind 2020, behoudt minstens 15 jaar het voordeel van de terugdraaiende teller. Tot 31/12/2020 blijft dit een recht voor iedereen, voor sommigen kan het dus zelfs iets meer zijn dan 15 jaar.” Voor nieuwe installaties vanaf 2021 roept de overheid een compensatiemaatregel in het leven. “De prosument zal zelf kunnen kiezen om vroeger over te stappen van het voordeel van de terugdraaiende teller naar die compensatieregeling.” De Organisatie voor Duurzame Energie en de beroepsfederatie voor Elektrotechnische Ondernemers, Fedelec, reageerden alvast positief op de maatregel: “De beslissing van de Vlaamse regering bewaakt op die manier de rechten van de eigenaars van zonnepanelen en creëert tegelijk kansen voor batterijopslag. Ook warmtepompen kunnen meehelpen om elektriciteitspieken op het net tegen te gaan.”


Batterijbank.be 11:13, 05-07-2017

Dag Joris, ik lees toch veel over batterijopslag en heb me hierin verdiept. Het prosumententarief blijft gehandhaafd bij de huidige omvormers zelfs met een batterijbank eraan gekoppeld. Zolang de omvormer de overtollige energie op het net steekt, is het prosumententarief verschuldigd. De lithium batterijen worden massaal aangeboden in alle vormen en combinaties, weet echter dat de levensduur beperkt is tot zo'n 10 à 13jaar. Naast de beperkte levensduur is er nog de vraag van brandbaarheid met Lithium, overlading is gevaarlijk en nefast voor de batterij. Technologie is ook nog piepjong, milieueffect is ook niet gering, wat doe je met je batterij als die opgebruikt is, bij het containerpark zullen ze er weinig mee aanvangen. De acquion batterijen (zoutwaterbatterijen) beweren een levensduur van meer dan 3000 cycles (stel dat je 1 cycle per dag hebt, dan is dit minder dan 10 jaar), daarenboven is de technologie recent. Om je woning ermee te voeden heb je al een 48V omgeving nodig om een beetje opslag te hebben. Voordeel is dat ze zo goed als onderhoudsvrij zijn. Er bestaat een systeem van opslag in batterijen die reeds 100 jaar oud is. Dit systeem vergt wel regelmatig bijvullen (1X per week), je mag iedere dag ontladen, je mag iedere dag overladen, het is 96% recycleerbaar, het zijn nikkel-ijzer batterijen. De enige batterij waarvan er met zekerheid kan gezegd worden dat ze lang meegaan. De oudste werkende batterij is 70 jaar oud. Ik heb dit dan ook uitgekozen om dit aan te bieden omdat het de enige groene batterij is. Verder is off-grid ook mogelijk. alle info kan je terugvinden op www.batterijbank.be


Maak een comment