Vooruitzichten voor de verspreiding van lithium-ionbatterijen voor netopslag

Als energieconsument verwacht u over het algemeen dat het licht aangaat wanneer u een schakelaar omdraait. Wanneer u een apparaat in een stopcontact steekt, verwacht u dat er onmiddellijk stroom is. Tenminste, als u uw rekeningen op tijd hebt betaald natuurlijk.

Misschien baseert u uw verwachtingen op uw vertrouwen in het regionale elektriciteitsnet, dat werkt vanuit de veronderstelling dat het net een eindeloze stroomvoorraad heeft. De waarheid is echter veel complexer. Dit artikel gaat over de werking van het elektriciteitsnet en de rol van lithium-ion batterijen.

The Grid: Wat is het, en hoe werkt het?

De elektriciteit die u thuis of op uw werk gebruikt, wordt u geleverd via een complex netwerk van elektriciteitstransmissielijnen. Deze elektriciteitstransmissielijnen en hun elektrische componenten vormen samen het netwerk van het elektriciteitsnet.

Het elektriciteitsnet is ontworpen om naadloos stroom te leveren wanneer u die nodig hebt. De distributie van elektriciteit is echter heel wat ingewikkelder dan het omzetten van een schakelaar. Het net verbindt u met een grote verscheidenheid aan elektriciteitsproducenten op verschillende locaties. Deze elektriciteitscentrales wekken ook elektriciteit op uit een brede waaier van bronnen, waaronder fossiele brandstoffen, zonne-energie, windenergie en waterkracht. Het elektriciteitsnet is afhankelijk van verschillende technische oplossingen om zijn werk doeltreffend te doen.

Het Net: Beheer van de vraag naar en het aanbod van elektriciteit

Elektriciteit heeft de schijn altijd beschikbaar te zijn in uw stopcontacten, wachtend om te worden gebruikt, want wanneer u uw schakelaar omdraait, levert het net uw stroom onmiddellijk. Toch variëren de productie en het verbruik van elektriciteit gedurende een 24-uurs cyclus.

Uw netbeheerders zijn voortdurend bezig de elektriciteitssystemen aan te passen om de verschillende vraag en aanbod van elektriciteit in evenwicht te houden. Overdag wordt de meeste stroom in stedelijke centra verbruikt in kantoren en fabrieken wanneer mensen naar hun werk gaan. s Nachts is er echter vooral vraag naar elektriciteit in woonwijken om huizen van stroom te voorzien en te verlichten.

De groeiende populariteit van hernieuwbare energie heeft de dynamiek waarmee de netbeheerders worden geconfronteerd, nog versterkt. De stroomopbrengst van de meeste installaties voor hernieuwbare energie varieert naar gelang van de beschikbaarheid van de energiebron, wat duidelijk is in het geval van wind- en zonne-energie. Windenergie is alleen beschikbaar wanneer het waait en zonne-energie wanneer het zonnig is. De netbeheerders moeten dus ook hun elektriciteitsvoorziening beheren om de betrouwbaarheid te verhogen.

Verschillende landen in Europa en andere delen van de wereld hebben prioriteit gegeven aan de levering van hernieuwbare energie. In deze gevallen moet elektriciteit die uit hernieuwbare bronnen is opgewekt, onmiddellijk worden aangekocht. Toch produceren installaties voor hernieuwbare energie vaak meer stroom dan het net nodig heeft. De netbeheerders kunnen fossiele brandstoffen en thermische centrales uitschakelen om brandstof te sparen wanneer de vraag naar elektriciteit laag is. De zon of de wind kun je echter niet uitschakelen. Dit overschot aan elektriciteit is de reden voor de ontwikkeling van Grid Energy Storage-systemen.

Inzicht in energieopslag op het net

Netopslag van energie staat ook bekend als grootschalige energieopslag. Per definitie is de verwijzing naar de opslag van overtollige elektriciteit een paradox omdat elektriciteit zelf niet kan worden opgeslagen1. Je kunt het echter wel omzetten in andere vormen van energie die kunnen worden opgeslagen en op verzoek weer in elektriciteit kunnen worden omgezet. Deze omzetting van elektriciteit in opslagbare energievormen is de technologie achter Grid Energy Storage.

De meest voorkomende vorm van energieopslag op het net wordt gebruikt in waterkrachtcentrales. Wanneer elektriciteit goedkoop is, of de vraag laag, pompen de exploitanten van de centrale water naar een hoge dam of reservoir. Dit water wordt dan tijdens de piekvraag via leidingen vrijgelaten om de krachtturbines aan te drijven1. Verscheidene andere types van energieopslag in het net zijn onder meer batterijen, spoorenergie, vliegwielen en supercondensatoren.

Lithium-Ion Batterij Opslag Krachtstations

Accu's werken door elektriciteit om te zetten in chemische energie, waarmee gemakkelijk elektriciteit op aanvraag kan worden opgewekt. De in batterijen opgeslagen stroom kan alleen worden geproduceerd als gelijkstroom (DC). Het elektriciteitsnet werkt echter meestal met wisselstroom (AC). Daarom hebben accu-opslagcentrales extra elektronische componenten nodig, zoals omvormers, om de gelijkstroom om te zetten in wisselstroom.

Het gebruik van batterijen ter ondersteuning van het elektriciteitsnet begon in de jaren tachtig met lood-zuur-batterijen. Naarmate de verschillende mineralen en technologieën in prijs daalden, werden nikkel-cadmium- en natrium-zwavelbatterijen populair. Sinds 2010 zijn lithium-ionbatterijen (LIB) de voorkeurstechnologie geworden voor klein- en grootschalige opslagtoepassingen.

De populariteit van Lithium-ion batterij voor Netopslag

Lithium-ionenbatterijen vertegenwoordigen momenteel meer dan 90% van de batterijopslagsystemen in de wereld. De kosten van lithiumbatterijen zijn de afgelopen tien jaar gestaag gedaald. Net als zonne-energie hebben de verlaagde prijzen de lithium-ion-technologie aanzienlijk winstgevend gemaakt.

Daarom stappen steeds meer nutsbedrijven af van conventionele batterijen en investeren zij in lithium-ionbatterijen voor energieopslag. In de VS zijn nutsbedrijven overgestapt van ongeveer 80,6 MWh aan opslag in 2013 naar bijna 650 MWh in 20172. Afgezien van de betaalbaarheid zijn er een paar redenen waarom Lithium-Ion-batterijen steeds populairder worden.

Lithium's hoge energiedichtheid

Energiedichtheid is de hoeveelheid energie die een batterij bevat per eenheid van massa of capaciteit. De dichtheid van een batterij wordt uitgedrukt in gewicht en wordt de gravimetrische energiedichtheid genoemd. Ze wordt gemeten in Wattuur per kilogram (W-hr/Kg).

Als men de energiedichtheid definieert aan de hand van de capaciteit van de batterij, spreekt men van volumetrische energiedichtheid. Lithium-ion batterijen zijn zo populair omdat lithium de hoogste energiedichtheid ter wereld heeft.

Toepassingen van Lithium-ion batterijen

Als u bekend bent met autonome zonne-energiesystemen voor thuis, weet u dat deze gebruik maken van accubanken om 's nachts stroom te leveren. Accu's voor netopslag hebben echter een breder scala aan toepassingen. U kunt deze systemen ontwerpen om de gaten op te vullen die ontstaan door tekortkomingen in het elektriciteitsnet. Deze omvatten

• Piekvermogen op korte termijn
• Scheerbeurt krachtpieken
• Ondersteunende diensten
• Frequentierespons reserve
• Stroomuitval

Piekvoeding op korte termijn

Voedingssystemen kennen twee soorten vermogensregimes. Dit zijn het continue vermogen en het piekvermogen. Het continu vermogen is de hoeveelheid vermogen die zonder onderbreking duurzaam kan worden geleverd.

Anderzijds is het piekvermogen de maximale hoeveelheid stroom die een stroomvoorziening kan leveren. Dit vermogen kan slechts gedurende korte perioden, variërend van milliseconden tot seconden, worden gehandhaafd. Als het vermogen langer dan een paar seconden wordt geleverd, kan het de voeding of apparatuur beschadigen.

Verscheidene gemotoriseerde elektromechanische apparaten verbruiken meer stroom bij het opstarten dan bij normaal gebruik. Deze apparaten kunnen tot drie keer meer stroom nodig hebben om op te starten. Voorbeelden van dergelijke apparaten zijn ventilatoren, actuatoren, pompen en andere.

De opslag van lithium-ionbatterijen kan het extra momentane vermogen leveren dat nodig is tijdens piekspanningen. Deze opzet kan de netbeheerder dure elektriciteitsbronnen en piekcentrales besparen om het tekort in de stroomvoorziening op te vangen.

Piekbesparende toepassingen

Elektriciteitsmarkten worden niet alleen gedreven door het aanbod van elektriciteit, maar ook door de ontwikkeling van de vraag naar elektriciteit. Commerciële stroomverbruikers begrijpen dat de elektriciteitstarieven op het net gedurende de dag variëren. Op momenten dat de vraag laag is, rekent het systeem u daluren aan. Maar wanneer de vraag hoog is, wordt energie geleverd tegen premiumprijzen.

Peak shaving is het gebruik van alternatieve energiebronnen om tijdens piekuren aan de elektriciteitsvraag te voldoen en zo uw energiekosten laag te houden zonder uw schema's of vermogens te wijzigen.

Lithium-ion-netopslagsystemen zijn uitstekend geschikt voor toepassingen waarbij pieken worden vermeden. Tijdens daluren kunnen accu-opslagcentrales goedkope elektriciteit gebruiken om de lithium-ion accubanken op te laden. Tijdens de piekuren kunnen zij die elektriciteit dan met winst verkopen.

Peak shaving wint ook aan populariteit bij huishoudelijke gebruikers in toepassingen voor het beheer van de vraagzijde. Huiseigenaren laden hun lithium-ionbatterijen overdag op met gratis zonne-energie. Zij verbruiken deze energie dan 's nachts wanneer de energietarieven hoog zijn.

Slimme technologieën komen van pas bij het opzetten van toepassingen voor piekbesparing. U kunt uw systeem zo configureren dat het tijdens piekuren automatisch overschakelt tussen netstroom en batterijstroom om geld te besparen.

Lithium-ion batterijen voor ondersteunende diensten

Zoals elk complex systeem heeft ook het elektriciteitsnet vaak te kampen met tekortkomingen of leemten in de levering. Dit zijn omstandigheden die resulteren in een onderbreking van de stroomvoorziening aan de klanten.

De regelmatige opwekking en transmissie van elektriciteit spelen een sleutelrol bij het handhaven van de stabiliteit en de veiligheid van het net. Toch zijn er nog verschillende gevallen waarin dit niet efficiënt gebeurt. Ondersteunende diensten houden de stabiliteit en de veiligheid van het net in stand wanneer de reguliere opwekkings- en transmissieactiviteiten ontoereikend zijn.

Ondersteunende diensten werden traditioneel uitgevoerd met behulp van stroomgeneratoren. Door de vooruitgang in de energieopslagtechnologie hebben de netbeheerders echter meer mogelijkheden gekregen. Ondersteunende diensten worden nu geleverd door energiecentrales met lithium-ionbatterijen, elektrische voertuigen en hernieuwbare energiecentrales. De onderstaande lijst bevat enkele van de meest voorkomende ondersteunende diensten die door het elektriciteitsnet worden geleverd.

• Bedrijfs- en spinreserves
• Spanningscontrole
• Planning en dispatch van elektriciteit
• Verliescompensatie

Roundup

Netopslag van energie is een steeds groeiende markt met een immens potentieel. De voortdurende evolutie van de energievoorzieningsindustrie vereist voortdurende innovatie en het opnieuw uitvinden van technologie. Lithium-ion batterijen bieden een concurrerende, betrouwbare en kosteneffectieve oplossing voor energieopslag.