Wanneer pas ik elektrische buffering toe?
Financieel aspect
De interesse in elektrische opslag neemt toe, dit omwille van (toekomstige) wijzigingen/aanpassingen aan het laagspanningsnet.
Bij de aanschaf van een PV-installatie of een µWKK bent u niet langer een consument, maar wordt u een prosument en moet er sinds 1 juli 2015 prosumententarief betaald worden als u een installatie heeft ≤ 10 kWe in combinatie met een terugdraaiend tellersysteem. Dit prosumententarief is er gekomen doordat men, desondanks dat men zijn eigen producent wordt, toch veel gebruik maakt van het distributienet.
Op het ene moment zal men injecteren in het distributienet (te weinig verbruik in woning) terwijl men op een ander moment net zal afnemen van het elektriciteitsnet (te veel verbruik in de woning). Dit wordt in onderstaande figuren verduidelijkt en dit principe is van toepassing op zowel PV- als µWKK eigenaars. Echter zal het moment van overschot bij PV-eigenaars veel eerder over de middag vallen op een zonnige zomer- of lentedag, dit terwijl bij de µWKK-installaties men een veel eerder uitgemiddeld profiel zal verkrijgen en dat er daar tijdens het stookseizoen elektrische overschotten in het distributienet zullen geïnjecteerd worden.
Daarnaast is er sprake van de invoering van het capaciteitstarief in 2019. De aanleiding van deze nieuwe tariefstructuur is de verlaagde elektriciteitsafname in het distributienet (door implementatie hernieuwbare en optimale energiesystemen) en een steeds minder optimale matching tussen verbruik- en opbrengstprofielen (zoals in de figuur hierboven weergegeven) en dus een stijging van de gelijktijdigheid van verbruik. Dit heeft effect op de goede uitbating van het distributienet en leiden tot een stijgende kost voor de distributienetbeheerder. Door het invoeren van de capaciteitstarifering moet een betere inschatting kunnen gemaakt worden van de behoeften op de netten en zal de capaciteit in het laagspanningsnet efficiënter benut worden (verlaging aansluitcapaciteit in woningen).
Als conclusie wordt opgemerkt dat de elektriciteitsprijs in stijgende lijn blijft evolueren. Zeker in de toekomst wordt verwacht dat de prijs nog verder zal toenemen. Dit terwijl de werkelijke energieprijs steeds goedkoper wordt (waardoor het injecteren van de overtollige elektriciteit zeker geen financiële meerwaarde biedt) en dus, opslag een ideale optimalisatiestap in het proces wordt.
Bij de aanschaf van een PV-installatie of een µWKK bent u niet langer een consument, maar wordt u een prosument en moet er sinds 1 juli 2015 prosumententarief betaald worden als u een installatie heeft ≤ 10 kWe in combinatie met een terugdraaiend tellersysteem. Dit prosumententarief is er gekomen doordat men, desondanks dat men zijn eigen producent wordt, toch veel gebruik maakt van het distributienet.
Op het ene moment zal men injecteren in het distributienet (te weinig verbruik in woning) terwijl men op een ander moment net zal afnemen van het elektriciteitsnet (te veel verbruik in de woning). Dit wordt in onderstaande figuren verduidelijkt en dit principe is van toepassing op zowel PV- als µWKK eigenaars. Echter zal het moment van overschot bij PV-eigenaars veel eerder over de middag vallen op een zonnige zomer- of lentedag, dit terwijl bij de µWKK-installaties men een veel eerder uitgemiddeld profiel zal verkrijgen en dat er daar tijdens het stookseizoen elektrische overschotten in het distributienet zullen geïnjecteerd worden.
Daarnaast is er sprake van de invoering van het capaciteitstarief in 2019. De aanleiding van deze nieuwe tariefstructuur is de verlaagde elektriciteitsafname in het distributienet (door implementatie hernieuwbare en optimale energiesystemen) en een steeds minder optimale matching tussen verbruik- en opbrengstprofielen (zoals in de figuur hierboven weergegeven) en dus een stijging van de gelijktijdigheid van verbruik. Dit heeft effect op de goede uitbating van het distributienet en leiden tot een stijgende kost voor de distributienetbeheerder. Door het invoeren van de capaciteitstarifering moet een betere inschatting kunnen gemaakt worden van de behoeften op de netten en zal de capaciteit in het laagspanningsnet efficiënter benut worden (verlaging aansluitcapaciteit in woningen).
Als conclusie wordt opgemerkt dat de elektriciteitsprijs in stijgende lijn blijft evolueren. Zeker in de toekomst wordt verwacht dat de prijs nog verder zal toenemen. Dit terwijl de werkelijke energieprijs steeds goedkoper wordt (waardoor het injecteren van de overtollige elektriciteit zeker geen financiële meerwaarde biedt) en dus, opslag een ideale optimalisatiestap in het proces wordt.
Technologische optimalisatie
Naast de financiële insteek, is er natuurlijk ook een technologische insteek die dieper moet besproken worden. De plaats waar de µWKK geïnstalleerd wordt, speelt een belangrijke rol voor de goede werking van deze injectiebron. Zeker met de groeiende integratie van gecombineerde injectieprofielen (zon, wind, µWKK,...) wordt deze afstemming steeds belangrijker.
Laagspanningsnetten worden uitgevoerd in antennenet topologie. Afhankelijk van de locatie waarop men de eenheid plaatst zal er een ander spanningsprofiel verkregen worden. Dit spanningsprofiel zal van invloed zijn voor het correct functioneren van de toestellen en moet binnen bepaalde limieten blijven (230V ± 10%). Als de limieten overschreden worden, zal het toestel uitschakelen en treedt er dus een incorrecte werking op. Dit moet zoveel mogelijk vermeden worden. Op zich kan men zich nu de vraag stellen hoe de spanning in onze woning ooit 253V kan bereiken...
Doordat we injecteren in het distributienet, krijgen we een spanningsstijging, hoe meer er geïnjecteerd wordt, hoe hoger de spanning zal oplopen. Daarnaast zal ook de afstand inherent invloed uitoefenen op dit aspect. Hoe verder de installatie geïnstalleerd is, hoe groter de netimpedantie zal worden en hoe hoger de spanning zal stijgen op dit punt, en dus inherent de spanning op het distributienet zal verhogen.
In de onderstaande rechtse figuur wordt een vergelijking gemaakt door het injecteren van 15kWe op het einde van het distributienet (waar 253V bereikt wordt als de woning op 500 m afstand van de transformator wordt geplaatst) en 3 installaties van 5 kWe die verspreid worden op het distributienet (waar 246V bereikt wordt door het spreiden van de injectieprofielen op het distributienet). Het mag dus duidelijk wezen dat de locatie een grote invloed speelt op het spanningsprofiel en de correcte werking van de toestellen.
Laagspanningsnetten worden uitgevoerd in antennenet topologie. Afhankelijk van de locatie waarop men de eenheid plaatst zal er een ander spanningsprofiel verkregen worden. Dit spanningsprofiel zal van invloed zijn voor het correct functioneren van de toestellen en moet binnen bepaalde limieten blijven (230V ± 10%). Als de limieten overschreden worden, zal het toestel uitschakelen en treedt er dus een incorrecte werking op. Dit moet zoveel mogelijk vermeden worden. Op zich kan men zich nu de vraag stellen hoe de spanning in onze woning ooit 253V kan bereiken...
Doordat we injecteren in het distributienet, krijgen we een spanningsstijging, hoe meer er geïnjecteerd wordt, hoe hoger de spanning zal oplopen. Daarnaast zal ook de afstand inherent invloed uitoefenen op dit aspect. Hoe verder de installatie geïnstalleerd is, hoe groter de netimpedantie zal worden en hoe hoger de spanning zal stijgen op dit punt, en dus inherent de spanning op het distributienet zal verhogen.
In de onderstaande rechtse figuur wordt een vergelijking gemaakt door het injecteren van 15kWe op het einde van het distributienet (waar 253V bereikt wordt als de woning op 500 m afstand van de transformator wordt geplaatst) en 3 installaties van 5 kWe die verspreid worden op het distributienet (waar 246V bereikt wordt door het spreiden van de injectieprofielen op het distributienet). Het mag dus duidelijk wezen dat de locatie een grote invloed speelt op het spanningsprofiel en de correcte werking van de toestellen.
|
|
Dimensionering batterijopslag
In dit onderdeel gaan we even dieper gaan onderzoeken hoeveel batterijopslag men moet installeren als we zowel een technologische evenals financiële optimalisatie willen verwezenlijken. Daarvoor gaan we voornamelijk dieper in op een combinatie tussen µWKK en PV-profielen in het laagspanningsnet, dit omwille van het nabootsen van realistische situaties.
Onderstaand zien we de combinatie van PV-injectieprofielen (woning 1 en woning 18) en een µWKK met een elektrisch vermogen van 2,5kWe, geïnstalleerd op woning 2. Daarbij resulterend krijgen we een injectieprofiel en een bepaald spanningsniveau op die distributiefeeder. Met een topmoment over de middag (door PV-installaties die dan hun hoogste injectiepunt verkrijgen) en een kleiner piekmoment in de morgen (elektrische injectie µWKK-installatie). Door het combineren van de profielen krijgen we gedurende de volledige dag een verhoogde spanning waardoor het implementeren van batterijen zowel in de zomer (vooral PV), maar ook in de winter (vooral µWKK) nuttig kan worden benut.
Onderstaand zien we de combinatie van PV-injectieprofielen (woning 1 en woning 18) en een µWKK met een elektrisch vermogen van 2,5kWe, geïnstalleerd op woning 2. Daarbij resulterend krijgen we een injectieprofiel en een bepaald spanningsniveau op die distributiefeeder. Met een topmoment over de middag (door PV-installaties die dan hun hoogste injectiepunt verkrijgen) en een kleiner piekmoment in de morgen (elektrische injectie µWKK-installatie). Door het combineren van de profielen krijgen we gedurende de volledige dag een verhoogde spanning waardoor het implementeren van batterijen zowel in de zomer (vooral PV), maar ook in de winter (vooral µWKK) nuttig kan worden benut.
|
|
Natuurlijk hebben batterijen ook beperkingen en zal er veel afhankelijk zijn van hoe, hoeveel en wanneer we zullen opslaan in de batterijen. Het kan niet de bedoeling zijn dat in onze woning extreem grote batterijbankopslag wordt geïntegreerd om een volledige onafhankelijkheid te creëren die onbetaalbaar wordt. Vandaar is er een technische optimalisatie gebeurt om zo beter zicht te verkrijgen over de werkelijke nood/integratie aan batterijopslag. Voor deze techische optimalisatie opteren omtrent batterijopslag moeten we enkele aannames gebruiken:
Er is een warmtevraagprofiel beschikbaar voor 2015, dit is een voorbeeldprofiel. Aan de hand van dit profiel gaan we uit dat de warmteproductie afkomstig is van een µWKK zonder bijstook (voldoende grote buffer om ten alle tijde de woning op te warmen met µWKK). Verondersteld wordt dat bij deze warmteproductie de µWKK optimaal werkt (Warmtelevering gaat gepaard met simultane elektriciteitslevering). Die elektriciteitslevering gaan we afstemmen met een elektrisch verbruiksprofiel van een gemiddelde voorbeeldwoning en wordt hieronder weergegeven. Men kan zien dat in de stookperiode een groot gedeelte van het verbruik kan opgevangen worden door de continue werking van de µWKK, als de µWKK te weinig draaiuren zou hebben zou deze optimalisatie niet kunnen verkregen worden;
Er is een warmtevraagprofiel beschikbaar voor 2015, dit is een voorbeeldprofiel. Aan de hand van dit profiel gaan we uit dat de warmteproductie afkomstig is van een µWKK zonder bijstook (voldoende grote buffer om ten alle tijde de woning op te warmen met µWKK). Verondersteld wordt dat bij deze warmteproductie de µWKK optimaal werkt (Warmtelevering gaat gepaard met simultane elektriciteitslevering). Die elektriciteitslevering gaan we afstemmen met een elektrisch verbruiksprofiel van een gemiddelde voorbeeldwoning en wordt hieronder weergegeven. Men kan zien dat in de stookperiode een groot gedeelte van het verbruik kan opgevangen worden door de continue werking van de µWKK, als de µWKK te weinig draaiuren zou hebben zou deze optimalisatie niet kunnen verkregen worden;
|
|
Als we even inzoomen op de overgansperiode tussen zomer en winter, dan kan mooi gezien worden dat er in die periode heel wat overschotten (blauwe gebieden) zijn die kunnen benut worden (via opslag) op momenten dat er tekorten zijn (oranje gebieden) om zo ons eigen verbruik (groen gebied) verder te verhogen.
Het valt direct op dat er in de zomerperiode een groot tekort is aan elektriciteitsproductie, het is dan ook niet aangeraden om de batterijopslag voor deze periode te dimensioneren. We zijn eerder geïntresseerd in de overgansperiode en winterperiode om optimalisaties uit te gaan voeren met batterijopslag, dit zodanig deze batterijopslag in die periode optimaal kan benut worden en relatief beperkt kan blijven.
Als we ervan uit gaan dat we evenveel elektriciteit produceren op jaarbasis met onze µWKK als we jaarlijks gemiddeld verbruiken (3500 kWh), en we gebruiken daarvoor een Stirling µWKK (typisch toepasbaar voor woningen) met een nuttige warmte-afgifte van 6,64 kW en een nuttige elektriciteitsafgifte van 1 kW, dan produceren we 23240 kWh warmtegebaseerd, wat overeen komt met het gemiddelde jaarlijkse warmtevraag.
Uit de simulaties blijkt dat zonder batterijopslag er al een zelfconsumptie en zelfvoorziening bereikt wordt van 67% (oranje punt), wat veel hoger is dan bij een PV-installatie (bereikt zelfconsumptie van 30%). Dit komt omdat we hier relatief veel benuttigingsuren hebben dat de µWKK actief is en dat er geen hoog piekvermogen wordt geïnjecteerd zoals bij PV-installaties (continue hetzelfde laag vermogen) en deze zowel overdag als s'nachts kan produceren en dus het verbruiksprofiel van de woning beter kan opvangen. Door het implementeren van batterijopslag kunnen zowel de zelfconsumptie en zelfvoorziening stijgen (betere benuttiging systeem). Met een batterijbank van 0,5 kWh/MWh verbruik verhogen we onze zelfconsumptie en zelfvoorziening naar 70% en hoger. Meer opslag integreren is hier zinloos en draagt amper bij tot een verhoogde zelfconsumptie of zelfvoorziening. Met een kleine batterijbank kan men de installatie optimaliseren.
Echter is de 1 op 1 situatie voor elektriciteit heel rooskleurig voorgesteld voor dit profiel en kan er geen correcte inschatting gemaakt worden wat voorzien wordt door de µWKK en wat door de bijverwarming aangemaakt is op koudere dagen. Meestal zal er dus een lagere benuttiging zijn en zullen we minder elektriciteit produceren (onderproductie). In dit geval zien we dat het integreren van batterijopslag ervoor zorgt dat we een optimaler systeem zullen verkrijgen en dat een batterijbank van 0,5 kWh/MWh kan leiden tot een sterk verhoogde zelfconsumptie en zelfvoorziening. Daarnaast zien we dat een overbenuttiging wel leidt tot een verhoogde zelfconsumptie, maar dit weegt niet op tot de grotere investeringskost en een sterk dalende zelfvoorziening.
Het valt direct op dat er in de zomerperiode een groot tekort is aan elektriciteitsproductie, het is dan ook niet aangeraden om de batterijopslag voor deze periode te dimensioneren. We zijn eerder geïntresseerd in de overgansperiode en winterperiode om optimalisaties uit te gaan voeren met batterijopslag, dit zodanig deze batterijopslag in die periode optimaal kan benut worden en relatief beperkt kan blijven.
Als we ervan uit gaan dat we evenveel elektriciteit produceren op jaarbasis met onze µWKK als we jaarlijks gemiddeld verbruiken (3500 kWh), en we gebruiken daarvoor een Stirling µWKK (typisch toepasbaar voor woningen) met een nuttige warmte-afgifte van 6,64 kW en een nuttige elektriciteitsafgifte van 1 kW, dan produceren we 23240 kWh warmtegebaseerd, wat overeen komt met het gemiddelde jaarlijkse warmtevraag.
Uit de simulaties blijkt dat zonder batterijopslag er al een zelfconsumptie en zelfvoorziening bereikt wordt van 67% (oranje punt), wat veel hoger is dan bij een PV-installatie (bereikt zelfconsumptie van 30%). Dit komt omdat we hier relatief veel benuttigingsuren hebben dat de µWKK actief is en dat er geen hoog piekvermogen wordt geïnjecteerd zoals bij PV-installaties (continue hetzelfde laag vermogen) en deze zowel overdag als s'nachts kan produceren en dus het verbruiksprofiel van de woning beter kan opvangen. Door het implementeren van batterijopslag kunnen zowel de zelfconsumptie en zelfvoorziening stijgen (betere benuttiging systeem). Met een batterijbank van 0,5 kWh/MWh verbruik verhogen we onze zelfconsumptie en zelfvoorziening naar 70% en hoger. Meer opslag integreren is hier zinloos en draagt amper bij tot een verhoogde zelfconsumptie of zelfvoorziening. Met een kleine batterijbank kan men de installatie optimaliseren.
Echter is de 1 op 1 situatie voor elektriciteit heel rooskleurig voorgesteld voor dit profiel en kan er geen correcte inschatting gemaakt worden wat voorzien wordt door de µWKK en wat door de bijverwarming aangemaakt is op koudere dagen. Meestal zal er dus een lagere benuttiging zijn en zullen we minder elektriciteit produceren (onderproductie). In dit geval zien we dat het integreren van batterijopslag ervoor zorgt dat we een optimaler systeem zullen verkrijgen en dat een batterijbank van 0,5 kWh/MWh kan leiden tot een sterk verhoogde zelfconsumptie en zelfvoorziening. Daarnaast zien we dat een overbenuttiging wel leidt tot een verhoogde zelfconsumptie, maar dit weegt niet op tot de grotere investeringskost en een sterk dalende zelfvoorziening.
|
|
Besluit
Er kan besloten worden dat batterijopslag in deze voorbeeldcase kan leiden tot een optimalisatie om elektriciteit niet in het distributienet te injecteren, maar in het eigen huishouden te behouden. Doordat er in deze case is uitgegaan van een optimale situatie omtrent opwekking met µWKK zonder integratie van bijstook, zijn deze resultaten optimaal. Door het integreren van bijstook zal de zelfconsumptie en zelfvoorziening dalen. Desalniettemin zal ook hier het concept opslag leiden tot een betere benuttiging (een kleinere batterijbank zal hier zorgen voor een sterkere stijging dan bij de optimale situatie zonder bijstook).
Daarnaast kan ook gedacht worden aan het concept met brandstofcellen. Als de elektriciteitsproductie en warmteproductie dichter bij elkaar liggen, kan een kleinere µWKK gekozen worden en gecombineerd worden met de integratie van PV-panelen om zowel in de zomer als in de winter via opslag een optimalisatie te verwezenlijken en verdere onafhankelijkheid te verkrijgen, dit zodanig men bijna het volledige jaar kan overbruggen met eigen energie die men direct, of via eigen batterijbank, later kan benuttigen en zo het distributienet bijna niet meer gebruikt.
Daarnaast kan ook gedacht worden aan het concept met brandstofcellen. Als de elektriciteitsproductie en warmteproductie dichter bij elkaar liggen, kan een kleinere µWKK gekozen worden en gecombineerd worden met de integratie van PV-panelen om zowel in de zomer als in de winter via opslag een optimalisatie te verwezenlijken en verdere onafhankelijkheid te verkrijgen, dit zodanig men bijna het volledige jaar kan overbruggen met eigen energie die men direct, of via eigen batterijbank, later kan benuttigen en zo het distributienet bijna niet meer gebruikt.
