Het Nederlandse elektriciteitsnet
Elk materiaal bestaat uit atomen, en binnen die atomen bevinden zich deeltjes die een elektrische lading (positief of negatief) kunnen vasthouden. Deze deeltjes zoeken altijd naar balans. Als je een voorwerp met een grote lading (zoals een volle accu) via een geleidend materiaal (zoals een koperkabel) verbindt met een voorwerp met een kleinere lading (zoals een lamp) dan ‘stromen’ de geladen deeltjes via de kabel naar de lamp toe. Dat noemen we elektriciteit, en omdat die deeltjes door de kabel bewegen noemen we dat ook wel ‘stroom’.
Het elektriciteitsnet is het kabelnetwerk dat elektriciteit verdeelt over Nederland. De elektriciteit wordt opgewekt in energiecentrales, zoals een kolencentrale, een zonnepark of een windturbine. Vervolgens wordt de elektriciteit via hoogspanningskabels vervoerd over het hele land en in verdeelstations en transformatorhuisjes omgezet in elektriciteit die we thuis kunnen gebruiken. Op de meeste hoogspanningsleidingen na lopen in Nederland bijna alle kabels door de grond.
Liander legt de werking van het elektriciteitsnet handig uit in een video:
We produceren en gebruiken steeds meer duurzame energie in Nederland, maar nog nooit is die toename zo groot geweest als in de afgelopen jaren. De vraag naar ruimte op het stroomnet groeit daarmee ook explosief, waardoor het stroomnet op steeds meer plekken (tijdelijk) vol raakt. Dit houdt in dat in sommige netgebieden de belasting op bepaalde momenten zo hoog kan zijn, dat de maximale capaciteit van het net wordt bereikt. Daardoor kunnen bedrijven of particulieren die een grotere stroomaansluiting willen soms niet worden geholpen, en kunnen ook nieuwe duurzame energieprojecten op veel plekken tijdelijk niet aangesloten worden.
De landelijke en regionale overheden, netbeheerders, ACM en marktpartijen presenteerden in december 2022 het Landelijk Actieprogramma Netcongestie om op alle mogelijke manieren meer ruimte op het stroomnet te creëren. Door het elektriciteitsnet sneller te verzwaren, met nieuwe regelgeving slimmer gebruik van het stroomnet te stimuleren, aan te zetten tot meer flexibel energieverbruik en gebruik te maken van grootschalige batterijsystemen die energie kunnen opslaan.
Netbeheerders in Nederland werken hard aan het verzwaren van kabels en het bouwen en uitbreiden van hoog- en middenspanningsstations. Tegelijkertijd moet er ook gewerkt worden aan oplossingen om pieken in het stroomnet af te vlakken. Eén oplossing daarvoor is congestiemanagement, waarbij op dagen met veel wind soms windturbines een tijdje stil worden gezet, en bij dagen met veel zon delen van zonneparken tijdelijk worden afgeschakeld. Een andere oplossing is de inzet van grote batterijsystemen waarin bij opwek-pieken elektriciteit kan worden opgeslagen die dan op minder drukke tijden weer kan worden geleverd.
Energieopslag
Er zijn verschillende soorten batterijsystemen. Momenteel worden er vooral lithium-ion-batterijen (LFP) gebruikt voor grootschalige energieopslag. Dit zijn meestal installaties bestaande uit 4 tot meer dan 20 speciaal ontwikkelde brandveilige containers waarin een groot aantal accu’s staan die aan elkaar zijn aangesloten. In die containers zitten ook regelsystemen die ervoor zorgen dat de accu’s niet overbelast kunnen raken, beveiligings- en brandblussystemen, en een koelsysteem. De complete installatie wordt uiteindelijk via een soort ‘meterkast’; aangesloten op een middenspanningskabel van de netbeheerder. Over deze kabel gaat 10.000 volt wisselstroom. De accucontainers werken echter op gelijkstroom en op lagere voltages, dus staan er in een batterij-installatie ook altijd een of meerdere transformatoren en omvormers. Het terrein van de installatie wordt (half)verhard en staat achter een hekwerk.
De batterijsystemen die TPStorage gebruikt, dienen voornamelijk ter ondersteuning van het elektriciteitsnet in overleg met de netbeheerder. Gedurende een dag zijn er op meerdere momenten pieken en dalen in de opwek van stroom, dus ze worden vaak één of meer keren per dag opgeladen en weer ontladen. Het is dus niet zo dat een batterij bijvoorbeeld de energie in de zomer opslaat en pas in de winter weer teruglevert. Ook zal de batterij handelen op elektriciteitsmarkten.
Duurzame energie wordt volop opgewekt in Nederland, maar dit heeft wel tot effect dat er sterke schommelingen aan zowel de vraag- als aanbodkant plaatsvinden doordat stroom uit wind en zon moeilijk te sturen is. Om deze reden is een goed functionerende energieopslag van belang, aangezien energieopslag het energienetwerk in balans kan houden en dus file op het elektriciteitsnet (lees: netcongestie) voorkomt. Elektriciteit opslaan om flexibiliteit op het net te kunnen waarborgen kan dus door batterijsystemen.
De meeste batterijsystemen zijn tussen 1 MWh en 200 MWh groot. Als een batterijsysteem van gemiddelde grootte, bijvoorbeeld 20 MWh, helemaal is opgeladen, is dat genoeg om ruim 2.000 gemiddelde huishoudens een dag lang van stroom kunnen voorzien.
EOS, BESS en BOS zijn afkortingen waarmee grootschalige energieopslagsystemen worden aangeduid. In Nederland gebruiken we meestal de term EOS.
EOS: Energie-Opslag Systeem
BESS: Battery Energy Storage System
BOS: Batterij-Opslag Systeem
De accu’s in het systeem gaan ongeveer 15 jaar mee, evenals de omvormers, en die moeten dan vervangen worden. De installatie moet zich dus in die tijd terugverdienen. In principe worden de vergunningen afgegeven voor onbepaalde tijd, maar elke 15 jaar bekijken we samen met de netbeheerder en andere belanghebbenden of het systeem nog zinvol en rendabel is. Mogelijk zijn er dan al betere oplossingen, en zeker zullen er betere accusystemen op de markt zijn. Op die manier hebben we wel regelmatig de mogelijkheid om van de meest moderne systemen gebruik te maken.
Voor batterijen wordt geen subsidie verleend en het zijn dus projecten die wij volledig voor eigen rekening en risico uitvoeren. Vooralsnog is het nog onduidelijk hoe de businesscase voor dit soort systemen eruit ziet en of het op lange termijn een stabiel rendement gaat opleveren. Voor externe investeerders is er dus vooralsnog te veel risico. Wél zijn er regelmatig mogelijkheden om te participeren in projecten van ons zusterbedrijf TPSolar via de website www.zonnepanelendelen.nl
Techniek rondom energieopslag
Vloeistofgekoelde batterijen hebben pompen en ventilatoren, maar deze zitten in de container zelf, worden slechts tijdelijk gebruikt en produceren weinig geluid.
De fabrikanten van de batterijsystemen verstrekken geluidsrapporten waaruit blijkt dat de ruis zelfs op korte afstand nauwelijks hoorbaar is. Er zijn ook batterijsystemen die luchtgekoeld worden door middel van airco’s. Deze maken wel meer geluid. De trafo’s kunnen vooral bij vochtig weer wat brommen, maar ook dat is op een afstand van 10-20 meter al niet meer te horen.
De batterij-installatie werkt vrijwel helemaal op gelijkstroom, waarbij geen elektromagnetische straling vrijkomt. Alleen bij de trafo’s is er sprake van enige elektromagnetische straling, maar die is op een afstand van 10 meter al ver beneden het maximale niveau nabij woonhuizen. Een batterij-installatie staat altijd minimaal 50 meter van de dichtstbijzijnde woningen/verblijfspanden.
Batterijsystemen van verschillende leveranciers zijn verschillend geconstrueerd en zijn leverbaar in meerdere capaciteiten. Ze hebben daarom geen standaardafmetingen, maar in de regel is een batterij-eenheid niet groter dan een container van 40 voet (ca. 12 x 2,5 x 2,5 meter). Afhankelijk van de omvang van het totale systeem worden in een installatie meerdere van deze containers opgesteld. Deze staan minimaal 2,5 meter uit elkaar en hebben rondom ook enkele meters vrije ruimte. Een systeem van 10 MW neemt op die manier ongeveer 600 m2 ruimte in, dus het ruimtegebruik is minimaal.
Het belangrijkste risico van een op lithium-ion-accu’s gebaseerd batterijsysteem is oververhitting van de cellen, vrijwel altijd als gevolg van een fabricage- of montagefout. Extreme oververhitting kan leiden tot een chemische reactie waarbij een felle brand uitbreekt en veel rook vrijkomt. Daardoor raken naastgelegen cellen ook oververhit en kan een kettingreactie ontstaan (thermal runaway) met als resultaat brand in een groot deel van de batterijcontainer. In extreme gevallen kunnen de vrijkomende gassen ook exploderen (bij onvoldoende ventilatie). De kracht van deze explosies is relatief beperkt.
Bij batterijsystemen die jaren geleden zijn gebouwd, zijn gevallen van brand en explosies bekend. De hedendaagse systemen van toonaangevende leveranciers zijn daarom op meerdere niveaus beveiligd, zowel preventief als reactief. Zo worden alle losse accumodules vóór plaatsing uitgebreid getest, is de container opgedeeld in meerdere losse brandcompartimenten, heeft elk compartiment sensoren voor temperatuurverschillen en rook, en heeft elk compartiment twee afzonderlijke ingebouwde blusmethoden (blusgas en water). De accu’s worden bovendien gekoeld en de containers zijn zo gemaakt dat een eventuele brand of explosie binnen de container blijft.
Bij eventuele calamiteiten waarbij is aangetoond dat de EOS brand of schade heeft veroorzaakt, is TPStorage (of een gelieerde onderneming) verantwoordelijk. Daarnaast zijn al onze installaties uitgebreid verzekerd, ook voor gevolgschade in de omgeving. Ook wordt voor elk project een calamiteitenplan opgesteld conform internationale regels.
Grootschalige energieopslag is in Nederland nog nieuw, maar in het buitenland is er al vele jaren ervaring opgedaan. De wetgeving in Nederland loopt nog wel iets achter. Natuurlijk moet elke installatie sowieso voldoen aan bijvoorbeeld het Bouwbesluit en de NEN-normen. Maar inmiddels is er een concept gepubliceerd van uitgebreide regels voor grote batterijsystemen: de richtlijn PGS 37-1. De verwachting is dat deze richtlijn eind 2023 als wettelijke voorwaarde wordt opgenomen. In deze richtlijn staan bijvoorbeeld regels op het gebied van veiligheid; onder andere minimumafstanden tussen installatieonderdelen en naar de omgeving, toe te passen detectie-, alarmerings- en blussystemen, procedures bij installatie en onderhoud, etc.
Al onze systemen voldoen nu al aan de PGS 37-1.
Voor onderhoud zijn vaste procedures. Uiteraard is dit noodzakelijk voor een veilige en goede werking, maar ook om aan de garantievoorwaarden van de fabrikant en de vergunningseisen te kunnen voldoen. TPStorage maakt hiervoor zoveel mogelijk gebruik van lokale partijen. Alle onderdelen van de installatie zijn via internet gekoppeld aan een centrale, waar ze 24 uur per dag in de gaten worden gehouden. Bij (het vermoeden van) storingen kan dan direct de juiste partij worden ingeschakeld om ter plaatse te gaan kijken.
De bouw van een batterij-installatie neemt gemiddeld zo’n 6-8 weken in beslag. Eerst worden de funderingen gestort en sleuven gegraven voor de ondergrondse infra. Daarna worden de containersystemen en transformatoren geplaatst met een hijskraan, waarna alles wordt aangesloten. Voordat het systeem in werking wordt gesteld wordt alles uitgebreid getest.