Buffersystemen

Bufferen van elektriciteit wordt hier meermaals gepresenteerd als de sleutel tot een evenwichtig elektriciteitsnet. Het bufferen van elektriciteit kan op twee manieren:

  1. Het verschuiven van het elektriciteitsverbruik in de tijd (smart grids)
  2. Het opslaan van elektriciteit

Smart grids: “The grid of tomorrow”

Een systeem waarbij de consumenten zich meer bewust zijn van de stroom die ze verbruiken, heeft potentieel om zuiniger om te springen met elektriciteit en energieverslindende toestellen zoals wasmachines of droogkasten niet te gebruiken op piekmomenten. Bijgevolg zullen de producenten door meer interactie met de consumenten beter kunnen inspelen op de noden van de elektriciteitsverbruikers en is er potentieel voor een robuuster net dat beter kan omgaan met calamiteiten zoals een stroomtekort. Een technologie die de interactie tussen elektriciteitsproducenten en –consumenten mogelijk maakt zijn smart grids.

Om te kunnen onderzoeken of smart grids een alternatief kunnen bieden voor het afschakelplan is het noodzakelijk dat eerst meer inzicht gegeven wordt in wat smart grids precies zijn. Een eenduidige definitie formuleren van een smart grid is niet evident. Op de 28ste International Power System Conference in Teheran in 2013 werden verschillende beschrijvingen van ‘smart grids’ gebundeld in een paper en het is duidelijk dat er geen unieke definitie bestaat, maar dat er wel veel overeenkomsten zijn tussen de verschillende beschrijvingen (Shabanzadeh & Moghaddam, 2013). Algemeen kan gesteld worden dat een smart grid een innovatie is die het begin kan betekenen van een revolutie van het elektriciteitsnet die wordt gekenmerkt door de invloed van informatie- en communicatietechnologie.

De rol van communicatietechnologie

Informatietechnologie kent in de eerste plaats zijn belang voor het hedendaagse elektriciteitssysteem. Het meten en analyseren van elektriciteitsstromen, correctie bij storingen, automatische distributie en transmissie van elektriciteit, grid data… is noodzakelijk om het aanbod af te stemmen op de vraag. In het hedendaagse elektriciteitssysteem is er echter geen interactie tussen de elektriciteitsproducenten en –consumenten. Het grote verschil tussen smart grids en het hedendaagse elektriciteitssysteem schuilt dan ook in de communicatietechnologie die deze interactie mogelijk maakt. Interactie tussen consumenten en producenten betekent ook dat het systeem niet langer vraag gestuurd is en dat elektriciteit meer is dan enkel een stopcontact.

In het ‘Linear project’, een proefproject van Energyville, werd van 2009 tot 2015 het thema rond smart grids uitgebreid bestudeerd en toegepast in een soort van ‘living lab’ (EnergyVille, 2014). 240 huishoudens namen deel aan dit project en deze werden opgedeeld in twee groepen waarbij een verschillende vorm van interactie bestudeerd werd: ‘variable time of use’ en ‘automated demand-side management’.

‘Variable Time of Use’

Van de eerste groep (55 huishoudens) werd verwacht om hun energieverbruik af te stemmen op verschillende energietarieven gedurende de dag. Indien de vraag naar elektriciteit hoog was (bijvoorbeeld tussen 17 uur en 20 uur) dan zal de prijs ook hoog zijn. ’s Nachts zal het verbruik dan weer lager zijn wat de elektriciteitsprijs ook deed dalen. Door middel van een ‘Energy Monitoring System’ konden de deelnemende gezinnen voorspellingen zien van de elektriciteitsprijzen en op die manier konden ze het beste (of goedkoopste) moment bepalen om een bepaald toestel aan te schakelen. Hiervoor werd zeer veel interactie van de verbruikers verwacht en dit zorgde er ook voor dat er vermoeidheid optrad bij de gebruikers van dit systeem. Hierdoor werden er bij deze methode geen veelbelovende resultaten geboekt.

‘Automated Demand-Side Management’

De tweede groep (185 huishoudens) boekte wel significante resultaten. Bij deze groep gezinnen werd gebruik gemaakt van ‘slimme toestellen’ (wasmachine, droogkast, vaatwasser, elektrische verwarming en elektrische voertuigen). Deze toestellen werden automatisch aan- of uitgeschakeld indien er meer of minder stroom moest verbruikt worden. Van de gebruiker werd minimale interactie verwacht: bijvoorbeeld enkel het instellen van het tijdstip waarop de wasmachine de was effectief gedaan moet hebben. Het toestel werd dan automatisch aangezet op het moment dat het verbruik laag was, binnen een bepaalde tijdspanne, zodat de was zeker op tijd klaar zou zijn. Door middel van enkele kleine instellingen was er al interactie tussen de verbruikers en de producenten en kon de balans tussen vraag en aanbod beter op elkaar afgestemd worden.

De twee bovenstaande test-cases tonen aan dat smart grids als doel hebben het verbruik van elektriciteit te verplaatsen naar een ander moment om zo het piekverbruik te doen dalen. Het verschuiven van het elektriciteitsverbruik in de tijd verwacht enige flexibiliteit van de gebruikers. Om deze reden worden smart grids in de literatuur ook wel gedefinieerd als een flexibel elektriciteitssysteem.

Flexibiliteit

Indien bepaalde toestellen op een bepaald tijdstip aan- of uitgeschakeld kunnen worden door de netbeheerder zal enige flexibiliteit verwacht worden van de gebruiker van dit toestel. Voor sommige toestellen is er weinig tot geen flexibiliteit en zal het niet mogelijk zijn om het gebruik van het toestel uit te stellen naar een ander moment zonder dat de gebruiker hier last van heeft. Een voorbeeld hiervan is een elektrische kookplaat: als je wil eten om 18 uur wil je ook dit toestel op dat moment kunnen gebruiken en niet één of twee uur later.

Voor andere toestellen is er dan wel een hoge flexibiliteit en is het wel mogelijk om het gebruik ervan in de tijd te verschuiven zonder dat de gebruiker dit als een ongemak beschouwd. Een voorbeeld hiervan is een wasmachine: ’s avonds om 22 uur kan je de wasmachine opvullen klaar voor gebruik en om 8 uur de volgende dag wil je dat dit klaar is. Het toestel moet dus zeker tussen 22 uur en 8 uur zijn taak vervullen, maar voor de gebruiker maakt het niet uit wanneer dit precies gebeurt.

De communicatielink die het mogelijk maakt om deze toestellen vanop afstand aan of uit te schakelen, zal dan ook enkel in deze toestellen aanwezig moeten zijn. In het Linear-project werd gebruik gemaakt van vijf verschillende toestellen die door middel van een communicatielink ‘slim’ gemaakt werden: wasmachines, vaatwassers, droogkasten, elektrische boilers en elektrische auto’s (EnergyVille, 2014).

Flexibiliteit werd in het Linear-project uitgedrukt in een aantal uren waartussen een toestel zeker zijn taak moet vervullen. Bijvoorbeeld tussen 22 uur en 8 uur, de flexibiliteit is hier dus 10 uren.

Weg met het afschakelplan

Indien hier teruggeblikt wordt naar het tweede deel over het afschakelplan, kan gesteld worden dat smart grids het mogelijk maken om de piekvraag (tussen 17 uur en 20 uur) te reduceren. Dit gebeurt door eenvoudigweg energieverslindende toestellen op een ander moment aan te schakelen. De reductie van de piekvraag zal het risico op een stroomtekort verminderen waardoor de kans dat het afschakelplan zal worden toegepast ook verminderd.

In principe is dit ook een soort van afschakelplan maar dan op een ander schaalniveau. In plaats van grote regio’s af te schakelen om het elektriciteitsverbruik te beperken, kunnen energieverslindende toestellen afgeschakeld worden. In het huidige afschakelplan zou het relais in de hoogspanningscabine uitgeschakeld worden om de piekvraag te reduceren terwijl dit met smart grids kan gebeuren door middel van een relais in het ‘slimme toestel’ uit te schakelen.

Het belang van de communicatielink dient hier nog eens benadrukt te worden. Het is van belang dat dit toestel kan communiceren met de producent of netbeheerder zodat het meest geschikte moment kan gevonden worden om het toestel aan of uit te schakelen. De rol van de communicatielink op verschillende schaalniveaus zal in het volgende deel besproken worden.

Opslaan van elektriciteit

Elektriciteit bufferen kan naast smart grids ook op een andere manier gebeuren, namelijk door elektriciteit op te slaan. Een klassiek voorbeeld is een simpele batterij. Naast batterijen zijn er nog andere technologieën die het toelaten om elektriciteit op te slaan. Onderstaande figuur geeft een algemeen overzicht van deze verschillende technologieën.

Opslagsystemen voor elektrische energie (IEC, 2011)

Opslagsystemen voor elektrische energie (IEC, 2011)

Waterkrachtcentrale

Grote hoeveelheden energie opslaan door elektrische energie om te zetten in mechanische energie is de meest voorkomende. Een klassiek voorbeeld hiervan is het transporteren van water van een lager gelegen gebied naar een hoger gelegen gebied. Deze energie kan dan op een ander moment gebruikt worden door het water in de andere richting te laten stromen, dus van hoog naar laag. Bij dit proces komt energie vrij die opnieuw omgezet kan worden naar elektriciteit. Deze vorm van energieopslag is de meest voorkomende en in België is de waterkrachtcentrale van Coo-Trois-Pont de belangrijkste met een vermogen van 1164 MW dat voor 5 uur kan geleverd worden.

Op zich is dit een zeer goede manier van energieopslag en, mits gunstige topografische omstandigheden, vrij eenvoudig toepasbaar. In de Vlaamse context wordt dit concept minder evident. “Le Plat Pays” waar Jacques Brel over zong, heeft niet de topografische eigenschappen om grote waterkrachtcentrales op te installeren.

“Energie-eiland op losse schroeven”
Het Tijd, 28-04-2015

De technologie staat echter niet stil en op dit moment liggen er plannen op tafel voor de bouw van een energie-atol voor de Belgische kust. Dit zou een 30 meter diepe put zijn van enkele vierkante kilometer die bij een energie-overschot leeggepompt kan worden en bij een stroomtekort zou zeewater in de put stromen doorheen turbines die dan elektriciteit opwekken. De kostprijs van dit project wordt geschat op 1 à 1,5 miljard euro en of dit energie-eiland er effectief zal komen is nog hoogst onduidelijk. Bovendien zijn waterkrachtcentrales geen decentrale energiebronnen maar behoren ze tot het hedendaagse elektriciteitssysteem waar de elektriciteitsproductie centraal opgewekt wordt. Deze vorm van energieopslag past dus niet in dit verhaal en zal ook niet verder besproken worden.

Wat betreft de andere vormen van energieopslag zijn batterijen het meest relevant voor het vervolg van dit onderzoek. De verschillende soorten batterijen zijn zeer uiteenlopend en hieronder worden twee technologieën beschreven die interessant zijn in combinatie met wind- en zonne-energie.

Vehicle to Grid (V2G)

Dit onderzoek spitste zich tot hier voornamelijk toe op energieopwekking en de verduurzaming ervan. De hoofddoelstelling hiervoor was het gebruik van fossiele brandstoffen terugdringen en zo de CO2-uitstoot verminderen. Een andere sector die medeverantwoordelijk is voor de uitstoot van CO2 is de transportsector en ook hier zijn aanpassingen mogelijk. In dit onderzoek zal de transportsector niet verder onderzocht worden, maar een technologie die hier zeer relevant is, is de elektrische wagen. Deze nieuwe ontwikkeling heeft veel potentieel om de uitstoot in de transportsector te beperken en kan bovendien ook gebruikt worden als buffer voor het opslaan van elektriciteit.

In de literatuur wordt dit concept beschreven met de term ‘vehicle to grid’ (V2G). Auto’s brengen het merendeel van de tijd door al stilstaand. Indien geparkeerde elektrische wagens gekoppeld worden aan het net zouden deze kunnen fungeren als buffer. De batterij van de wagen kan opgeladen worden wanneer er veel elektriciteit geproduceerd wordt en bij een tekort aan elektriciteit kan de elektriciteit die opgeslagen zit in de batterij gebruikt worden om dit tekort op te vangen.

Een belangrijk aspect voor de praktische toepassing van deze technologie is opnieuw de communicatielink tussen de elektrische wagen of het oplaadstation en de netbeheerders of elektriciteitsproducenten. Zonder communicatielink zal de batterij van de wagen opgeladen worden wanneer hij aan het net gekoppeld wordt en zijn de elektriciteitsproducenten ervoor verantwoordelijk dat er voldoende stroom op het net gezet wordt. Door middel van een communicatielink wordt het mogelijk om de batterij van de auto enkel op te laden op het moment dat het elektriciteitsaanbod dit toelaat. Bovendien kan de communicatielink tijdens piekmomenten of wanneer er weinig wind en zon is en er te weinig elektriciteit geproduceerd wordt, een signaal sturen naar de elektrische wagen dat er elektriciteit uit de batterij moet onttrokken worden om het tekort op te vangen. Hierbij is het ook belangrijk dat kwaliteitsvolle data doorgestuurd wordt. Het meten en opstellen van deze data wordt in de vakliteratuur beschreven als ‘smart metering’ en in principe zou deze techniek een ideale toepassing zijn in combinatie met een smart grid.

Door onder andere deze technologie hebben wind- en zonne-energie potentieel om als volwaardig alternatief van fossiele brandstoffen op te treden en ontstaat er naast decentrale energieproductie ook decentrale buffering. De technologie is echter relatief nieuw en hieronder worden enkele belangrijke opmerkingen beschreven betreft de haalbaarheid van dit systeem:

  • De aanleg van de noodzakelijke infrastructuur zoals oplaadpunten, smart meters, aanpassingen in het netwerk… brengt een hoge financiële kost met zich mee.
  • Elektrische auto’s moeten een voldoende groot aandeel uitmaken van het wagenpark.
  • De energiemarkt moet hierop aangepast worden, met eventueel een elektriciteitsprijs die fluctueert naargelang de vraag en het aanbod.
  • Het veelvuldig op- en ontladen van de batterijen zorgt voor snellere slijtage.
Tesla: Powerwall
“Tesla gaat voor groene elektriciteitsrevolutie”
De Morgen, 02-05-2015

Op dit moment staat de technologie om grote hoeveelheden wind- en zonne-energie op te slaan in zeer krachtige batterijen nog in zijn kinderschoenen. Begin mei 2015 werd door autofabrikant Tesla aangekondigd dat het op grote schaal betaalbare batterijen (zie onderstaande figuur) zal lanceren die huizen en bedrijven van stroom zouden kunnen voorzien.

Powerwall (Tesla 2015)

Powerwall (Tesla, 2015)

In het geval van een black-out of een afschakeling zou het mogelijk zijn los te koppelen van het elektriciteitsnet en de stroom in je huis te voorzien door middel van deze batterij. In principe kan hierdoor ook een huis volledig afgekoppeld worden van het elektriciteitsnet op voorwaarde dat er ook elektriciteit geproduceerd wordt voor dit huis, bijvoorbeeld door middel van zonnepanelen. De batterij wordt dan overdag opgeladen wanneer de zon schijnt en ’s nachts kan de opgeslagen zonne-energie in de batterij verbruikt worden. In theorie is dit allemaal zeer eenvoudig en in de praktijk staan we hier misschien wel voor een nieuwe revolutie die dit allemaal ook in realiteit kan brengen. In dit onderzoek werd niet dieper ingegaan op dit thema aangezien deze techniek nog volop in ontwikkeling is, maar het concept zal wel later terugkomen wanneer het thema ‘microgrids’ besproken wordt.

Terug                    Verder

Een reactie op “Buffersystemen
  1. Sandrine zegt:

    “Een voorbeeld hiervan is een elektrische kookplaat: als je wil eten om 18 uur wil je ook dit toestel op dat moment kunnen gebruiken en niet één of twee uur later”

    het is wel mogelijk om te koken een of twee uur vroeger, door gebruik te doen van de “thermos kooktechniek”
    info in het nederlands hier
    https://nl.wikipedia.org/wiki/Hooikist

    voorbeelden in frans hier
    http://www.marmite-norvegienne.com/2015/04/les-marmites-norvegiennes-disponibles.html
    en hier
    http://fr.calameo.com/read/00303825263dfde3d0626

    ik gebruik hooikisten al jaren, ik kan het zeggen: het werkt prima.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

*

Translate »