Accuopslag als functionele booster voor oudere windparken Phoenix Contact maakt gebruik van open besturingstechniek om de kloof tussen energieopwekking, opslag en verder gebruik te dichten.

Accuopslag naast windturbines en zonnepanelen

In het kort

Als er een frisse wind waait, zijn alle exploitanten van windturbines blij met de opbrengst die ze oogsten uit de kracht van de wind. Als er geen wind is, draait er niets – ook niet als de vraag naar elektrische energie blijft bestaan. En dat is precies waar hernieuwbare energiebronnen het probleem vormen, omdat ze niet in staat zijn om op zichzelf een basislast te leveren. Dit zal echter veranderen wanneer de parken hun eigen opslag krijgen. Accuopslagsystemen geven windparken een echte functionele boost op het gebied van economische efficiëntie, voedingszekerheid en netkwaliteit. Om ze langer aangesloten te houden op het elektriciteitsnet, kunnen vooral oudere systemen na het verstrijken van de subsidieperiode effectief worden uitgerust met opslagsystemen. Phoenix Contact ondersteunt deze ontwikkeling met modulaire systemen voor de installatie van energiebuffers.

Met een opbrengst van 125,3 miljard kWh is windenergie de belangrijkste bron in de Duitse energiemix.

Combinatie van windkracht en opslag voor een tweede leven

Op dit moment wordt 46,2% van het bruto elektriciteitsverbruik in Duitsland gedekt door hernieuwbare bronnen. Het cijfer van het Duitse Milieuagentschap kijkt naar 2022 en wijst windenergie aan als de belangrijkste bron in de energiemix met een opbrengst van 125,3 miljard kWh. Volgens Statista was het aandeel van windenergie 21,7%.

Dit klinkt in eerste instantie goed, maar het mag niet verhullen dat volgens het Duitse Milieuagentschap een snellere uitbreiding van windenergie nodig is om de klimaatdoelstellingen te halen. Naast verdere uitbreiding is de vraag hoe om te gaan met oudere windturbines een terugkerend onderwerp. Dit zijn voornamelijk windturbines die zijn gebouwd met overheidssubsidies onder de Duitse hernieuwbare energiewetgeving, die in 2000 van kracht werd. Als gevolg hiervan zijn de eerste windturbines nu ruim twintig jaar oud en worden ze beschouwd als 'afgeschreven'.

Door het wegvallen van de staatsteun staan de exploitanten voor de economisch gemotiveerde vraag of ze de installaties moeten ontmantelen of gewoon moeten blijven exploiteren. Een derde optie is repowering in combinatie met industriële energiebuffers. Met deze buffer kunnen ook oudere windparken deelnemen aan de markt voor primaire regelreserves. Idealiter worden het windpark en het opslagsysteem gecombineerd op een gemeenschappelijk netaansluitpunt. Hierdoor ontstaat er een reserve-eenheid die dankzij de energiebuffer primair regelvermogen kan leveren. Daardoor is een tweede leven voor verouderde windparken mogelijk, aangezien de combinatie met energiebuffers compleet nieuwe bedrijfs- en gebruiksmodellen oplevert.

Phoenix Contact ondersteunt deze ontwikkeling met modulaire systemen voor de installatie van energiebuffers. Verder maakt het bedrijf gebruik van open besturingstechniek om de kloof tussen energieopwekking, opslag en verder gebruik te dichten. Hierachter zit het doel van sectorkoppeling, waarmee Phoenix Contact verder werkt aan de All Electric Society.

Dr. Rüdiger Meyer is expert voor energiebuffers bij Phoenix Contact

Drie vormen van regelvermogens om het elektriciteitsnet stabiel te houden

Primaire regelvermogens zijn nodig om het elektriciteitsnet stabiel te houden. Maar dat net is niet in staat energie op te slaan. Daarom moet er een constant evenwicht zijn tussen vraag en aanbod. Op dit punt maakt de energiesector onderscheid tussen drie vormen van regelvermogen die worden gedefinieerd door hun vermogen om in de loop van de tijd te worden opgeroepen. Primaire regelvermogens moeten binnen dertig seconden beschikbaar zijn. Bij secundaire vermogens blijft er vijf minuten tijd voor de reserve, die dan ook de taak heeft om binnen vijftien minuten het stokje over te nemen van het primaire vermogen – zodat het primaire vermogen kan herstellen. De tertiaire regeling wordt ook wel reservevermogen minuten genoemd. Deze regeling moet ook binnen vijftien minuten beschikbaar zijn voor negatieve en positieve regelenergie. Energiecentrales die snel kunnen worden opgestart, worden meestal gebruikt voor positieve vermogens. Negatieve belastingen worden bereikt met grote verbruikers zoals vlamboogovens, nachtboilers, pompaccumulatiecentrales of de gecontroleerde uitschakeling van windturbines. Alle kort geschetste maatregelen streven het algemene doel na om de netstabiliteit te waarborgen. "Als de belasting te hoog is, daalt de frequentie. Als er belastingen wegvallen, neemt de frequentie toe. Beide gevallen moeten worden vermeden", vat Dr. Rüdiger Meyer, applicatie-expert voor energiebuffers bij Phoenix Contact, samen.

Vanuit economisch oogpunt zijn direct beschikbare gasturbinecentrales voor het reservevermogen minuten net zo inefficiënt als het stilleggen van windparken. Enerzijds wordt elektrische energie opgewekt met een hoge primaire energie-input en anderzijds wordt de beschikbare bewegingsenergie van de wind niet benut. Met het oog op dit dilemma ziet Dr. Rüdiger Meyer zeer goede ontwikkelingsperspectieven, vooral voor het uitrusten van bestaande windparken met energiebuffers op industriële schaal. "Als we windparken combineren met grote buffers kunnen ze worden gebruikt om de belastingscurven van het net te bufferen. Dankzij hun eigen buffersysteem kunnen de windturbines dus in de wind blijven staan en energie opwekken, zelfs als het net vol is." Andersom kan er ook vermogen uit de buffer worden gehaald als er geen wind is. Daardoor zouden de eenheden ook een grote rol spelen in de netstabiliteit.

Piekbelastingen egaliseren en daarbij geld verdienen

En precies op dit punt ontwikkelen zich nieuwe activiteitengebieden op het gebied van 'repowering', vooral voor oudere windparken. De combinatie met opslagsystemen op basis van lithium-ion-accu's of redox-flowcellen levert een waardevolle bijdrage aan de netstabiliteit. Ze openen ook nieuwe inkomstenmogelijkheden voor exploitanten – via arbitragetransacties. De sterk fluctuerende elektriciteitsprijzen op de spotmarkt hebben hier een impact. Het opslagsysteem absorbeert windenergie tijdens perioden met lage tarieven en geeft die energie weer vrij tegen hogere prijzen tijdens tijdelijke piekbelastingen. Dit economische model is ongetwijfeld monetair gemotiveerd, maar laat zien dat energieopwekking en energieverbruik qua tijd gescheiden kunnen worden met behulp van opslagsystemen. Deze ontkoppeling biedt dus nieuwe mogelijkheden voor de sectorkoppeling op weg naar een All Electric Society.

Phoenix Contact heeft nu al oplossingen voorbereid, waaronder kant-en-klare subapplicaties voor windturbines. De functies reiken tot cloudtoepassingen, inclusief de integratie van actuele en toekomstige communicatiestandaarden. Het open besturingsplatform PLCnext speelt hierbij een sleutelrol, omdat het kan worden gebruikt om op eenvoudige wijze aan individuele vereisten te voldoen. Hieronder vallen ook bedrijfsmodellen die op het Internet of Things gebaseerd zijn. Die zijn nodig met het oog op cloudgebaseerde diensten en door databanken ondersteunde informatieprocessen. Op hardwareniveau worden onder andere complete oplossingen voor energiemanagement gebruikt. Het uitgebreide systeem biedt bijvoorbeeld aansluitoplossingen voor de vermogenselektronica in elke doorsnede. Phoenix Contact biedt ook voorbereide toepassingen voor netwerkmonitoring. Verplicht: effectieve en betrouwbare bescherming tegen blikseminslag door krachtige bliksemafleiders.

Hernieuwbare hybride energiecentrales

"Met ons hele portfolio verkeren we nu in de gelukkige omstandigheid dat we de repowering van windparken met industriële energiebuffers kunnen ondersteunen – tot en met de engineering. Op deze manier creëren we een belangrijke basis voor de sectorkoppeling", vat Dr. Rüdiger Meyer samen. Door het opwaarderen van windparken met energiebuffers worden installaties voor de opwekking van hernieuwbare energie duurzame hybride energiecentrales – dat betekent energieopwekking en energieopslag op één plaats. Dr. Rüdiger Meyer: "Tegen deze achtergrond zijn accuopslagsystemen een zeer levensvatbaar alternatief voor het vervangen van elektriciteitscentrales met piekbelasting, vooral omdat accuopslagsystemen niet eerst hoeven op te starten en hun vermogen binnen milliseconden moeten leveren."