De betrouwbaarheid en veerkracht van het elektriciteitsnet verbeteren met oplossingen voor netopslag van energie

Hoe oplossingen voor netopslag van energie de betrouwbaarheid en veerkracht van het net verbeteren

Energieopslagsystemen werken vrijwel onmiddellijk als spanningsdips of storingen optreden, een functie die te vergelijken is met schokdempers in huidige elektriciteitsnetten. Deze systemen houden de frequentie vrijwel constant rond de standaardwaarde van 60 of 50 Hz, meestal binnen een marge van ongeveer een halve hertz. Dit is belangrijk, want zonder dergelijke controle hebben we in het verleden grote problemen gezien waarbij kleine storingen uitgroeiden tot enorme stroomuitval die meerdere staten tegelijk trof. Wat deze opslagoplossingen zo waardevol maakt, is hun vermogen om binnen delen van seconden elektriciteit terug te leveren aan het net, wat het gehele netwerk stabiliseert. Tijdens netproblemen is deze snelle reactiecapaciteit absoluut essentieel om ziekenhuizen, hulpdiensten en andere vitale voorzieningen probleemloos te laten blijven functioneren.

Integratie van energieopslag met hernieuwbare energiebronnen voor een stabiele levering

Energietransport werkt erg goed in combinatie met zonnepanelen en windturbines, omdat hernieuwbare bronnen gedurende de dag behoorlijk kunnen schommelen, ongeveer 70% van de tijd eigenlijk. Energiebedrijven kunnen blijven voorzien in elektriciteit zonder terug te grijpen op steenkool- of gascentrales als back-up, wat vooral 's nachts belangrijk is wanneer de zon ondergaat of wanneer er dagenlang geen wind is. De opgeslagen energie vult deze leemtes aan waar de opwekking daalt, zodat mensen nog steeds betrouwbare stroom uit hun stopcontacten krijgen. Dit maakt het mogelijk om over het algemeen meer schonere energie in ons net te integreren, iets waar milieuorganisaties al jaren voor pleiten.

Energietransportdiensten zoals piekvermindering en belastingbalancering uitgelegd

• Piekvermindering: Het systeem levert opgeslagen energie tijdens dagelijkse piekperiodes (bijvoorbeeld 17:00–20:00 uur), waardoor minder druk komt op transmissielijnen en kostbare infrastructuuruitbreidingen kunnen worden uitgesteld
• Belastingsuitening: Batterijen verdelen overtollige energie van overschotgebieden naar regio's met tekorten, waardoor het gebruik van het elektriciteitsnet wordt geoptimaliseerd en congestie wordt geminimaliseerd

Deze diensten verbeteren de efficiëntie en verminderen de slijtage van verouderde infrastructuur, wat bijdraagt aan de langetermijnbetrouwbaarheid van het systeem

Inzicht in gegevens: opslag in het elektriciteitsnet vermindert de stroomonderbrekingsduur met tot 40% (VS DOE, 2023)

Het Amerikaanse ministerie van Energie's rapport over veerkracht uit 2023 constateerde dat regio's met minstens 500 MW aan opslagcapaciteit tijdens stormen 2,3 uur sneller stroom konden herstellen dan netwerken zonder opslag. Deze verbetering van 40% in de hersteltijd van stroomonderbrekingen komt doordat opslag kan:

1. De werking van essentiële voorzieningen in stand houden - ziekenhuizen, datacenters, waterzuiveringsinstallaties - tijdens storingen in de elektriciteitsoverbrenging
2. Snellere 'black start'-heropstart van het elektriciteitsnet mogelijk maken door gebruik te maken van opgeslagen reserves, waardoor de volledige herstelprocedure wordt versneld

Deze mogelijkheid wordt steeds belangrijker naarmate extreme weersomstandigheden de veerkracht van het elektriciteitsnet onder druk zetten

Belangrijke energiesopslagtechnologieën die moderne elektriciteitsnettoepassingen aandrijven

Overzicht van opslagtechnologieën voor energie en hun indeling op duur en functie

Moderne oplossingen voor het opslaan van elektriciteit maken gebruik van verschillende technologieën, elk geschikt voor specifieke duur en functie:

Technologie type	Duur	Belangrijke Toepassingen
Lithium-ionbatterijen	Kort- tot middellangdurig	Frequentieregulering, piekondersteuning
Stroombatterijen	Middel- tot langdurig	Lastverschuiving, integratie van hernieuwbare energie
Pompwateropslag	Langetermijn	Grootschalige energieopslag, seizoensgebonden balancering
Thermische Opslag	Kort- tot langdurig	Industriële warmtewisseling, WKK-systemen

Zoals onderzoek naar duurzame energiesystemen aantoont, helpt deze indeling nutsbedrijven bij het afstemmen van technologiekeuzes op operationele behoeften: kortdurende systemen zoals supercondensatoren handelen momentane onevenwichtigheden af, terwijl doorstroombatterijen meer-uur durende schommelingen in de productie van hernieuwbare energie beheren.

Lithium-ion versus Flow-batterijen: prestaties in oplossingen voor netopslag

Lithium-ionbatterijen zijn vrijwel de standaardkeuze voor korte-termijnopslagdoeleinden, omdat ze indrukwekkende rendementen bieden van 90% tot 95%, en reactietijden van minder dan 100 milliseconden. Maar wanneer het gaat om duurzamere oplossingen, vallen flow-batterijen op. Deze systemen hebben een levensduur van 20 tot 30 jaar, vergeleken met de gebruikelijke 10 tot 15 jaar van lithiumsystemen. Bovendien kunnen flow-systemen eenvoudig worden opgeschaald voor die 4 tot 12 uur durende ontladingscycli die nodig zijn bij koppeling met hernieuwbare bronnen zoals zonnepanelen of windturbines over meerdere dagen heen. Het feit dat hun elektrolyten niet verslechteren in de tijd, helpt zelfs de totale onderhoudskosten te verlagen, ook al hebben ze een lagere energiedichtheid per volume-eenheid dan lithiumalternatieven.

Opkomende technologieën: op vast staat en op zwaartekracht gebaseerde opslagsystemen

Vaste-stofbatterijen zouden mogelijk tweemaal zoveel energie kunnen opslaan als reguliere lithium-ioncellen, terwijl ze een veel kleiner risico op ontbranding met zich meebrengen. Dit betekent dat ze veilig kunnen worden geïnstalleerd in kleinere ruimtes direct naast stedelijke gebieden, zonder bezorgd te zijn over explosies. Dan zijn er nog op zwaartekracht gebaseerde opslagoplossingen, zoals de grote mechanische torens van Energy Vault. Ze tillen zware composietblokken omhoog wanneer er overtollige stroom beschikbaar is en laten ze weer zakken wanneer nodig, waardoor op deze manier jarenlang energie wordt opgeslagen. Het systeem verliest slechts ongeveer 15% van wat het opslaat, wat vrij goed is gezien de levensduur van deze systemen. Al deze nieuwe technologieën openen mogelijkheden in gebieden waar traditionele batterijtechnologie niet goed werkt vanwege veiligheidsproblemen of beperkte materialen.

Trendanalyse: Wereldwijde verschuiving naar langdurige energieopslag (LDES) tegen 2030

Marktverwachtingen suggereren dat de sector voor langdurige energieopslag (LDES) rond het einde van dit decennium een waarde van ongeveer 120 miljard dollar kan bereiken. De belangrijkste drijfveer komt voort uit de groeiende vraag naar systemen die meer dan tien uur achtereen stroom kunnen leveren, iets wat essentieel is om koolstofemissies over hele netwerken te verminderen. Bij bijna de helft van alle nieuwe duurzame energie-installaties wordt tegenwoordig een of andere vorm van LDES belofte geleverd, vooral dankzij dalende prijzen voor technologieën zoals ijzer-luchtbatterijen en oplossingen voor samengeperste lucht-opslag. Wat we hier zien, gaat niet langer alleen over het garanderen van stroom tijdens korte uitvalperiodes. Bedrijven kijken nu steeds vaker dagen, zelfs maanden vooruit bij het plannen van hoe hun energiesysteem alles aankan, van meerdere dagen durende hittegolven tot hele seizoenen met wisselende aanbod- en vraagniveaus.

Netintegratie en operationele prestaties van energiesysteem

Het integreren van energieslagingsystemen (ESS) in de huidige stroomnetten is geen eenvoudige zaak. Er zijn tal van technische obstakels die overwonnen moeten worden om de best mogelijke prestaties uit deze systemen te halen. Enkele echte hoofdpijnen ontstaan door lastige spanningspieken die optreden wanneer batterijen snel worden opgeladen en ontladen. Daarnaast komt er nog de hele rompslomp van tweerichtingsstroom in gemengde duurzame energieopstellingen. Volgens een studie die vorig jaar werd gepubliceerd in het Journal of Power Sources, zijn er twee grote problemen die opvallen voor iedereen die grote batterijbatterijen wil installeren in verouderde netinfrastructuur. Ten eerste is er het behoud van frequentiestabiliteit, wat lastig wordt door al die batterijen die continu in- en uitgeschakeld worden. Ten tweede is er het beheersen van warmte-ophoping in deze enorme installaties, iets dat steeds moeilijker wordt naarmate de batterijbatterijen in de loop van tijd groter worden.

Technische uitdagingen bij de integratie van energieslagingsystemen in het elektriciteitsnet

Oude netontwerpen hebben echt moeite om bij te blijven met de snelheid waarmee lithium-ionbatterijen en flowbatterij-systemen kunnen reageren. Het realiseren van die uiterst snelle responstijden in combinatie met standaard voltage regelapparatuur vereist meestal ingrijpende werkzaamheden in de transformatorstations. Volgens sommige praktijkrapporten ondervindt ongeveer één op de vier transportbedrijven in Noord-Amerika problemen met inverters die niet goed samenwerken wanneer ze oude stations proberen te upgraden voor energiesystemen. Dit benadrukt waarom we dringend betere standaardregels nodig hebben om deze nieuwe technologieën naadloos aan het net te koppelen.

Slimme Omvormers en Geavanceerde Besturingssystemen voor Naadloze Integratie van Hernieuwbare Energie

Slimme omvormers van de volgende generatie helpen het elektriciteitsnet stabiel te houden, omdat ze energieopslagsystemen in staat stellen hun reactieve vermogen aan te passen wanneer er plotselinge stijgingen zijn in zonneproductie of dalingen in windverkrijgbaarheid. Wanneer deze apparaten samenwerken met kunstmatige intelligentiebesturing die voorspelt wat er gaat gebeuren, toonden tests vorig jaar een daling van ongeveer 18 procent in verspilde hernieuwbare energie in het Middenwesten. Neem Californië's CAISO-systeem als goed voorbeeld. Zij hebben enkele zeer effectieve methoden geïmplementeerd met behulp van real-time metingen om de coördinatie tussen 3,2 gigawatt aan batterijen en zonnepanelen te beheren. Dit zorgt ervoor dat alles soepel blijft verlopen, ook al verandert de hoeveelheid elektriciteit uit hernieuwbare bronnen voortdurend, terwijl tegelijkertijd de verbruikspatronen van mensen gedurende de dag veranderen.

Casestudy: Groot-opzetbatterijimplementaties in Californië ter ondersteuning van zonnesolariteit

In mei 2024, toen het zonnevermogen recordniveaus bereikte, nam de verzameling van 4-uurs lithium-ijzerfosfaatbatterijen in Californië ongeveer 1,7 gigawattuur aan extra elektriciteit op die overdag werd opgewekt. Dat is voldoende om ongeveer 125 duizend huishoudens van stroom te voorzien. De opgeslagen energie dekte bijna 89 procent van de grote piek in elektriciteitsvraag tijdens de avonduren. Dit laat zien dat wanneer energiesysteemopslagsystemen (ESS) worden geplaatst waar ze echt nodig zijn, al die overtollige energie die anders zou verloren gaan, nuttig en betrouwbaar kan worden gebruikt. Hierdoor wordt verspilling verminderd en tegelijkertijd de afhankelijkheid van dure aardgascentrales die inspringen tijdens piekmomenten. Zowel de portemonnee als het milieu profiteren van deze aanpak.

Economische en milieuvriendelijke voordelen van oplossingen voor netopslag van energie

Curtailment verminderen door integratie van energieopslag met hernieuwbare energiebronnen

Opslag van energie voorkomt verspilling van hernieuwbare energie door het op te vangen van overschotten van zon- en windenergie tijdens periodes van lage vraag. In 2023 verlaagde Californië de curtailment met 34% door gerichte inzet van batterijen. Het inzetten van deze opgeslagen energie tijdens piekuur verhoogt de benutting van hernieuwbare energie en vermindert de afhankelijkheid van piekbelastingscentrales op fossiele brandstoffen, waardoor de duurzaamheid en kosten-efficiëntie van het elektriciteitsnet verbeteren.

Verbeteringen in de gelijkgestelde opslagkosten (LCOS) stimuleren de adoptie van groene energie

Verbeteringen in batterijtechnologie, samen met grotere productieruns, hebben de genormaliseerde kosten van opslag (LCOS) voor lithium-ion-systemen sinds 2018 ongeveer 52% verlaagd. Energieleveranciers gebruiken tegenwoordig steeds vaker energieopslagoplossingen, niet alleen om de netstabiliteit te behouden, maar ook om een betrouwbare stroomvoorziening te garanderen wanneer dat nodig is, vaak tegen kosten die zelfs lager kunnen zijn dan wat gascentrales bieden. Een recent rapport van MIT uit 2023 suggereert dat het nog beter zal worden, waarbij wordt voorspeld dat de LCOS voor systemen met een opslagduur van vier uur mogelijk onder de 50 dollar per megawattuur zal dalen tegen het einde van dit decennium. Dit soort vooruitgang versnelt zeker onze overgang naar schonere energiesystemen die op elk moment betrouwbaar kunnen functioneren.

Milieueffect: Hoe energieopslag bijdraagt aan de verwezenlijking van decarbonisatiedoelen

Opslag van elektriciteit draagt bij aan de integratie van meer hernieuwbare energie in onze stroomnetten, waardoor jaarlijks tussen 12 en 18 miljoen ton koolstofdioxide-uitstoot wordt verminderd alleen al in de Verenigde Staten. Deze technologie vermindert de afhankelijkheid van gas turbines die veel methaan uitstoten, wanneer er spanning is op het elektriciteitsnet. Combineer deze opslagcapaciteit met hybride installaties op hernieuwbare energie en we kijken naar echt vooruitzicht op het ambitieuze doel van 72% minder uitstoot van elektriciteitsproductie, zoals veel klimaatmodellen suggereren dat nodig is binnen het kader van het Akkoord van Parijs. Dergelijke opslagoplossingen sporen dan ook af als fundamentele componenten in elke serieuze poging om wereldwijd de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, terwijl de betrouwbare stroomvoorziening behouden blijft.

Veelgestelde vragen

Wat is de rol van energiesystemen voor opslag in de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet?

Energiesystemen voor opslag werken als schokdempers, die snel reageren op spanningsdips of storingen in apparatuur om het elektriciteitsnet te stabiliseren en zodoende een ononderbroken stroomvoorziening voor essentiële diensten te garanderen.

Hoe worden energiesystemen geïntegreerd met hernieuwbare energiebronnen?

Energiesystemen vangen overtollige stroom op die door hernieuwbare bronnen wordt opgewekt, waardoor fluctuaties worden verminderd en een stabiele stroomvoorziening wordt gegarandeerd, zelfs wanneer de opwekking door hernieuwbare bronnen afneemt.

Welke soorten diensten bieden energiesystemen op het elektriciteitsnet?

Deze systemen bieden piekvermindering door energie af te geven tijdens piekbelasting en belastingbalans door overtollige energie van overschotgebieden naar tekortgebieden te verplaatsen.

Wat zijn de economische voordelen van energiesystemen?

Energiesystemen verlagen de gelevelde kosten van opslag (LCOS), verminderen de afhankelijkheid van fossiele centrales en beperken het verspotten van hernieuwbare energie, wat leidt tot kostenefficiënte en duurzame elektriciteitsnetten.