Hoe groot moet een batterij zijn bij netcongestie?

Batterijopslag wordt steeds vaker genoemd als oplossing wanneer een gebouw tegen de beschikbare netcapaciteit aanloopt. De gedachte lijkt eenvoudig: komt een gebouw op het piekmoment 30 kW tekort, dan moet een batterij dat verschil opvangen. Toch zegt de hoogte van een vermogenspiek maar een deel over de benodigde batterij. Minstens zo belangrijk is hoe lang de overschrijding duurt, hoeveel energie daarvoor nodig is en wanneer de batterij weer kan worden opgeladen. Daar komt nog een belangrijke vraag bij: moet de volledige vermogenspiek eigenlijk wel met een batterij worden opgelost? Soms kan een deel van de elektriciteitsvraag tijdelijk worden beperkt of verschoven met slim energiemanagement. Een batterij dimensioneren bij netcongestie begint daarom niet bij de batterij zelf, maar bij inzicht in het volledige belastingsprofiel.

Vermogen (kW) en batterijcapaciteit (kWh)

Bij het dimensioneren van een batterij spelen twee variabelen een belangrijke rol: vermogen in kW en energie-inhoud in kWh.

Het batterijvermogen bepaalt hoeveel vermogen de batterij op een bepaald moment kan leveren. De batterijcapaciteit bepaalt hoeveel energie gedurende een bepaalde periode beschikbaar is. Beide zijn nodig om een vermogenspiek daadwerkelijk te kunnen opvangen.

Een batterij kan bijvoorbeeld voldoende energie bevatten om een piek op te vangen, terwijl het maximale ontlaadvermogen te laag is. Andersom kan een batterij voldoende vermogen leveren, maar onvoldoende energie bevatten om een langdurige overschrijding vol te houden.

Voor een goede dimensionering moeten vermogen en capaciteit daarom altijd in samenhang worden beoordeeld.

Rekenvoorbeeld: dezelfde piek, een andere batterijcapaciteit

Stel dat voor een gebouw maximaal 300 kW elektrisch vermogen beschikbaar is. Tijdens een piekmoment loopt de vermogensvraag op tot 330 kW.

De batterij moet het verschil opvangen:

330 kW − 300 kW = 30 kW batterijvermogen

Hoeveel batterijcapaciteit daarvoor nodig is, hangt vervolgens af van de duur van de overschrijding.

Situatie 1: piek duurt 15 minuten

30 kW × 0,25 uur = 7,5 kWh

De batterij moet theoretisch minimaal 7,5 kWh energie leveren om deze piek volledig op te vangen.

Situatie 2: piek duurt 4 uur

30 kW × 4 uur = 120 kWh

Bij exact dezelfde vermogenspiek is nu theoretisch 120 kWh energie nodig.

30 kW tekort → 7,5 kWh bij 15 minuten óf 120 kWh bij 4 uur

De hoogte en de duur van een overschrijding zijn dus bepalend voor de benodigde batterijcapaciteit. Alleen kijken naar de hoogste vermogenspiek geeft onvoldoende informatie om een batterij voor netcongestie goed te dimensioneren.

Dit is een vereenvoudigd rekenvoorbeeld. Bij een daadwerkelijke dimensionering spelen onder andere de bruikbare batterijcapaciteit, State of Charge, laad- en ontlaadverliezen, maximaal laad- en ontlaadvermogen en beschikbare herlaadmomenten een rol.

Het laadniveau van de batterij is minstens zo belangrijk

Met alleen het berekende aantal kWh zijn we er nog niet. Een batterij begint namelijk niet automatisch volledig opgeladen aan iedere vermogenspiek.

Daarom kijken we naar de State of Charge (SoC): het actuele laadniveau van de batterij. Een SoC van 80% betekent dat de batterij op dat moment voor 80% geladen is. Daarbij is in de praktijk niet altijd de volledige nominale batterijcapaciteit bruikbaar. Afhankelijk van het batterijsysteem worden grenzen aangehouden voor het minimale en maximale laadniveau.

Stel dat tijdens een piek 80 kWh aan energie nodig is. Een batterij met een nominale capaciteit van 100 kWh lijkt dan op het eerste gezicht voldoende. Wanneer de batterij bij aanvang van de piek gedeeltelijk ontladen is, kan de daadwerkelijk beschikbare energie echter lager zijn dan de benodigde 80 kWh.

Ook de periode na de piek is belangrijk. Zodra de vermogensvraag afneemt, kan de batterij opnieuw worden geladen. Daarvoor moet binnen de beschikbare netcapaciteit voldoende ruimte aanwezig zijn. Volgt kort daarna een tweede piek, dan kan de batterij nog onvoldoende zijn bijgeladen.

Daarom simuleren we het laadniveau gedurende het volledige belastingsprofiel. Zo wordt zichtbaar of de batterij ook bij langdurige of opeenvolgende pieken voldoende energie beschikbaar houdt.

Kwartiersimulaties brengen het volledige belastingsprofiel in beeld

De hoogste vermogensvraag ontstaat vaak niet door een installatie, maar door meerdere elektrische verbruikers die tegelijkertijd actief zijn. Denk aan een koude winterochtend waarop warmtepompen een hoge warmtevraag leveren, luchtbehandelingskasten opstarten en tegelijkertijd laadpunten, verlichting en andere gebouwgebonden installaties vermogen vragen.

Juist deze gelijktijdigheid kan ervoor zorgen dat de beschikbare netcapaciteit tijdelijk wordt overschreden. Op andere momenten van dezelfde dag kan nog voldoende capaciteit beschikbaar zijn.

Met een kwartiersimulatie brengen we daarom het verloop van de vermogensvraag over de tijd in beeld. We onderzoeken wanneer overschrijdingen ontstaan, hoe hoog deze zijn en hoe lang ze aanhouden. Vervolgens simuleren we hoeveel energie nodig is om deze pieken af te vlakken en hoe het laadniveau van een batterij zich gedurende de dag ontwikkelt.

Hierdoor wordt ook zichtbaar of tussen twee piekmomenten voldoende ruimte beschikbaar is om opnieuw te laden. Dat is essentieel wanneer meerdere vermogenspieken elkaar kort na elkaar opvolgen.

Een kwartiersimulatie geeft daarmee niet alleen antwoord op de vraag hoe groot een batterij moet zijn, maar maakt ook inzichtelijk welke belastingen de benodigde batterijcapaciteit veroorzaken.

Moet iedere vermogenspiek met een batterij worden opgelost?

Dat is niet altijd nodig. Een overschrijding kan bijvoorbeeld ontstaan doordat verschillende grote elektrische verbruikers gedurende een korte periode tegelijkertijd actief zijn. Wanneer een deel van die belasting flexibel is, kan het interessanter zijn om de vermogensvraag tijdelijk te beperken of te verschuiven.

Denk aan laadinfra die gedurende een piekmoment tijdelijk op een lager vermogen kan laden. Ook niet-kritische processen kunnen soms naar een ander moment worden verschoven of installaties kunnen gefaseerd worden ingeschakeld. De totale hoeveelheid gebruikte energie hoeft hierdoor niet direct lager te worden; vooral het moment waarop het vermogen wordt gevraagd verandert.

Dit principe wordt toegepast bij peak shaving en load shifting. Bij peak shaving wordt voorkomen dat de totale vermogensvraag boven een bepaalde grens uitkomt. Bij load shifting wordt een deel van de elektriciteitsvraag naar een ander moment verplaatst.

Een gebouwbeheersysteem (GBS) of energiemanagementsysteem (EMS) kan hierbij verschillende verbruikers automatisch aansturen en prioriteren. Zodra de totale vermogensvraag de beschikbare netcapaciteit nadert, kunnen flexibele belastingen tijdelijk worden begrensd.

Batterij of energiemanagement?

De keuze hoeft niet zwart-wit te zijn. In veel situaties kan juist de combinatie van batterijopslag en energiemanagement interessant zijn.

Stel bijvoorbeeld dat een batterij vrijwel alle reguliere overschrijdingen kan opvangen. Alleen tijdens enkele extreme momenten per jaar is meer capaciteit nodig. Wanneer de batterij op deze uitzonderlijke situaties wordt gedimensioneerd, kan een aanzienlijk deel van de extra capaciteit gedurende de rest van het jaar nauwelijks worden benut.

In zo’n situatie kan worden onderzocht of het technisch en financieel interessanter is om een kleinere batterij toe te passen en tijdens de uitzonderlijke pieken een deel van de vermogensvraag tijdelijk te begrenzen.

Met een variantenstudie kunnen we bijvoorbeeld een grotere batterij vergelijken met een kleinere batterij in combinatie met peak shaving, load shifting of prioriteitenschakeling via een GBS of EMS. Ook aanpassingen aan het installatieconcept kunnen worden meegenomen.

Zo ontstaat inzicht in het kantelpunt tussen extra batterijcapaciteit en slimme aansturing. Niet de grootste batterij staat centraal, maar de oplossing die past bij het gebouw, het gebruik en de beschikbare netcapaciteit.

Eerst de vermogensvraag analyseren, daarna de oplossing bepalen

Bij De Groene Jongens begint een batterijadvies daarom niet met de keuze voor een batterij. We brengen eerst de beschikbare netcapaciteit en het verwachte belastingsprofiel in beeld.

Met kwartiersimulaties onderzoeken we wanneer, hoe vaak en hoe lang de beschikbare capaciteit wordt overschreden. Vervolgens bepalen we welk batterijvermogen en welke batterijcapaciteit nodig zijn om deze overschrijdingen op te vangen. Daarbij simuleren we ook het laden, ontladen en de beschikbare herlaadmomenten.

Vervolgens kijken we verder dan batterijopslag alleen. Door verschillende scenario’s voor batterijopslag, peak shaving, load shifting, energiemanagement en installatieoptimalisatie naast elkaar te zetten, wordt duidelijk welke combinatie technisch passend is.

Zo wordt een batterij geen losse oplossing voor een vermogenspiek, maar onderdeel van een integraal energieconcept voor netcongestie. Meer lezen over netcongestie? Neem een kijkje op onze dienstenpagina.