'Slimme inzet van batterijen vraagt om effectieve samenwerking'

07.03.2022 | Opinie Maarten de Vries en Jasmijn Kleij (TKI Urban Energy)

Om een batterijopslagsysteem te exploiteren, moeten verschillende activiteiten in samenhang worden uitgevoerd. Vaak worden verschillende rollen ingevuld door verschillende organisaties. Soepele samenwerking tussen verschillende ketenpartners is dan essentieel om een batterij succesvol te exploiteren.

De samenstelling van de keten is afhankelijk van welk verdienmodel en welke aansturingsstrategie er wordt gekozen. Hieronder zetten we uitéén hoe de aansturing van een opslagsysteem is opgebouwd, en hoe dat kan variëren bij verschillende verdienmodellen. Ook gaan we in het op het belang van open protocollen en standaarden. Zo bieden we handvatten om de exploitatie van batterijopslagsystemen goed vorm te geven, en zo de verdienpotentie van batterijopslag te vergroten.

Opbouw aansturing opslagsysteem
Een opslagsysteem bestaat uit verschillende componenten. Onafhankelijk van de soort batterijtechnologie bestaan de meeste opslagsystemen uit de volgende componenten: het opslag Energie Management Systeem (opslag-EMS), het Batterij Management Systeem (BMS), het daadwerkelijk opslag medium en de conversie technologie. Ook zit er hulptechnologie zoals koeling in de meeste systemen.

Het BMS controleert en monitort de staat van de batterij. Dit systeem zorgt ervoor dat de batterij binnen de veiligheidsgrenzen blijft en kan, om dat te waarborgen, de batterij ook uitschakelen, bijvoorbeeld bij oververhitting. Het opslag EMS regelt vervolgens het open ontladen van de batterij. Dit stuurt ook de hulptechnologie aan.

Een coördinerende EMS bepaalt vervolgens de laadstrategie die het opslag EMS hanteert; het optimaliseert het gebruik van de batterij aan de hand van vooraf bepaalde parameters. Het coördinerende EMS kan onderdeel zijn van een batterijsysteem, als lokaal opgeslagen software en algoritmes, maar kan ook extern worden georganiseerd, bijvoorbeeld door een aggregator die de batterij aanstuurt als onderdeel van een grotere poule aan flexibele assets.

Door een batterijsysteem uit verschillende aansturingssystemen op te bouwen, worden rollen en verantwoordelijkheden goed georganiseerd. Het BMS beschermt de batterij tegen signalen van het coördinerend EMS die de batterijtechnologie zouden kunnen beschadigen. Hierdoor hoeft de aggregator zich geen zorgen te maken dat hij bijvoorbeeld per ongeluk de batterij opblaast door het sturen van laadsignalen.

Een eenvoudig interface tussen het opslag-EMS en het coördinerende EMS, die zich zoveel mogelijk beperkt tot het uitwisselen van alleen de relevante informatie, is dan voldoende. Figuur 34 biedt een schematisch overzicht van (de wisselwerking tussen) de aansturingsystemen en de verantwoordelijkheden van elk systeem.

De laadstrategie kan via verschillende routes worden georganiseerd: apparaatgebonden of locatiegebonden, waarbij qua locaties nog een onderscheid gemaakt kan worden tussen gebouwen en grootschalige opweksystemen. Verschillende verdienmodellen vragen om een verschillende route van aansturing. Afhankelijk de route zijn er verschillende ketenpartners betrokken in de aansturing van de batterij.

Route 1: Apparaatgebonden aansturing
Apparaatgebonden aansturing (zie Figuur 35) maakt gebruik van monitoring- en aansturingsystemen die gekoppeld zijn aan een bepaald apparaat en een bepaalde leverancier. In dit model wordt de flexibiliteit ontsloten via een communicatiesysteem dat door de leverancier van de batterij is aangebracht.

Een handelaar in flexibiliteit (bijvoorbeeld een energiebedrijf) maakt afspraken met de leverancier, zodat hij met de batterij kan communiceren en deze kan aansturen. De handelaar kan vervolgens deze enkele batterij, of alle batterijen die zijn aangesloten gelijktijdig aansturen. Deze capaciteit kan hij, tegen een vergoeding richting de batterij-eigenaar aanbieden op de energiemarkten. Dit model kan een batterij bij een gebouw of een bedrijf, of een op zichzelf staande batterij in het net betreffen.

De keten wordt in deze variant gevormd rondom de handelaar van flexibiliteit, door de huidige inrichting van het energiesysteem is deze keten dus afhankelijk van het betrekken van de energieleverancier. Dit verdienmodel is voornamelijk gericht op het inzetten van flexibiliteit voor expliciete markten, zoals het leveren van balanceringsdiensten en optimalisatie op basis van groothandelsprijzen.

Figuur 35: Keten apparaatgebonden sturing

Voor sommige doelstellingen is het niet mogelijk om de aansturing volledig op basis van externe signalen te doen. Bijvoorbeeld de inzet van batterijen voor FCR (frequency containment reserve) vraagt om zeer snelle reactietijden van een batterijsysteem (enkele seconden), waarvoor een normale dataverbinding ontoereikend is. Bij aansturing van batterijen voor FCR zal de verantwoordelijkheid voor de aansturing daarom bij het opslag-EMS moeten liggen, omdat het coördinerende EMS onvoldoende snel kan sturen.

Ook het monitoren van de frequentie op het elektriciteitsnet (als basis voor de aansturingsstrategie) zal dan lokaal door het batterijsysteem gedaan worden. In dit geval geeft het coördinerende EMS aan het opslag-EMS de opdracht om (voor een bepaalde tijd) zelf de aansturing te verzorgen.

Route 2: Locatiegebonden aansturing binnen gebouwen
Bij locatiegebonden aansturing (zie Figuur 36) zijn verschillende apparaten, zoals bijvoorbeeld laadpalen voor elektrisch vervoer, warmtepompen en batterijen in onderlinge samenhang aanstuurbaar via een lokaal energiemanagementsysteem. Dit kan een systeem voor een woning zijn (HEMS: home energy management system) of voor een kantoor- of utiliteitsgebouw (BEMS: building energy management system).

Het doel van het gebouwgebonden energiemanagementsysteem is voornamelijk te vinden in energie-optimalisatie (ook wel impliciete flexibiliteit genoemd) en energiebesparing. Vaak wordt daarvoor ook gebruik gemaakt van slimme-meter data. Het verhandelen van flexibiliteit kan dan een extra verdienmodel bieden.

Een gebouweigenaar kan een BEMS in eigen beheer hebben, maar kan dit ook door een Energy Service Company (ESCo) laten beheren. Het BEMS-verdienmodel wordt als kansrijk gezien als een ESCo die al bij de klant aanwezig is de aansturing op flexibiliteit op zich kan nemen, omdat er op die manier geen extra tussenpartner of technologie benodigd is.

Een handelaar (bijvoorbeeld een aggregator) kan de flexibiliteit per gebouw contracteren of via een vastgoedbeheerder met een portfolio aan aanstuurbare gebouwen. Met pooling van de verschillende gebouwen kan de flexibiliteit ook op landelijke markten ingezet worden. Voor het handelen op de landelijke markten zijn de energieleverancier of Balancing Service Provider benodigd.

De keten voor het verdienmodel rondom gebouwsturing met een BEMS is in potentie complexer dan bij directe aansturing van apparaten. In dit model worden meerdere apparaten in het gebouw tegelijk aangestuurd door een BEMS. Dit betekent dat de apparaten, afkomstig van verschillende leveranciers, ook allen moeten kunnen communiceren met dit systeem. Dit kan worden opgelost door deze apparaten volgens dezelfde protocollen te laten communiceren.

Figuur 36: Keten locatiegebonden aansturing

Route 3: Locatiegebonden aansturing bij grootschalige hernieuwbare opwek
Batterijopslag kan naast het gebruik in de gebouwde omgeving ook worden ingezet bij zonneweides en windparken. In dat geval is peakshaving om de netaansluiting te verkleinen vaak het primaire doel. Wanneer alleen dit doel wordt nagestreefd heeft de keten veel overeenkomsten met locatiegebonden aansturing omdat hier de assets, namelijk de batterij en het zonnepark, op één locatie op elkaar afgestemd worden.

Echter blijkt uit praktijk dat vaak niet de volledige capaciteit van de batterij constant nodig voor peakshaving. Deze restcapaciteit kan ingezet worden op de verschillende energiemarkten. Dit kan door de beheerder van het zonnepark ingezet worden via het locatiegebonden model of door een externe aggerator die meerdere batterijen op verschillende zonneparken aanstuurt. In het laatste geval komt de keten overeen met het apparaatgebonden model, dan stelt de zonneparkbeheerder zijn batterij voor bepaalde tijdsblokken beschikbaar aan externen.

Standaarden en protocollen
TKI Urban Energy en RVO pleiten voor het gebruik van open standaarden/protocollen voor het flexibel aansturen van verschillende apparaten (zoals warmtepompen, elektrische auto’s en ook batterijsystemen). Met open standaarden wordt de interoperabiliteit geborgd. Dat betekent dat het mogelijk wordt om gemakkelijk verschillende merken, typen en soorten apparaten (plug & play) op te nemen in een regelcircuit en op een later moment te veranderen.

Ook ontstaat bij eigenaren en gebruikers van deze assets de mogelijkheid om te wisselen tussen leveranciers van ‘flexdiensten’. Zo wordt een lock-in situatie voorkomen en dragen standaarden bij aan de opschaling en herbruikbaarheid van resultaten. Eén van de grote voordelen van het gebruik van eenduidige standaarden en protocollen bij de aansturing van batterijsystemen, is de mogelijkheid om rollen en verantwoordelijkheden te scheiden. Dit maakt het uitgangspunt ‘schoenmaker blijf bij je leest’ mogelijk.

In de praktijk betekent dat bijvoorbeeld dat een batterijleverancier zich kan richten op het produceren van een ‘smart-grid ready’ batterijsysteem, maar vervolgens de batterij met behoud van garanties kan overdragen aan derden. Hij hoeft zich niet te bemoeien met de installatie en operatie van het systeem bij (een breed scala aan) eindklanten, elk met een eigen use case en bijbehorende laad- en ontlaadstrategie. Anderzijds hoeft de partij die de batterij aanstuurt – bijvoorbeeld een aggregator – zich niet te verliezen in de interne en veilige werking van een batterij.

Op dit moment zien wij echter in de markt nog maar een beperkt aantal aanbieders die batterijen leveren die via open protocollen zijn aan te sturen. De meerderheid van de batterijsystemen wordt aangestuurd via MODBUS, waarbij toch nog maatwerk nodig is om de aansturing goed in te regelen.

Ook zijn er enkele voorbeelden van batterijen die gebruik maken van het OCPP, een protocol dat oorspronkelijk bedoeld is voor elektrisch vervoer. Hierdoor wordt het mogelijk om stationaire batterijen eenvoudig te integreren in de systemen van een Charge Point Operator die de batterij dan kan aansturen als onderdeel van een grotere poule met elektrische voertuigen.

Dit artikel is afkomstig uit het Smart Storage Trendrapport. Het volledige Trendrapport is hier gratis te downloaden.

Maarten de VriesJasmijn KleijTKI Urban Energysmart storage trendrapport 2022Smart storage trendrapportdutch new energy researchonderzoek zonnepanelenenergieopslagenergietransitie

Bedrijvenregister

Agenda

Webinar: Introductie tot Solar Monkey

Logo Solar Monkey
25 oktober 2022 - 30 april 2023

Solar Monkey

Lees verder

Training: Basis Installatietraining FlatFix

Logo Esdec
6 december 2022
13:00 - 16:00
Esdec Innovation Center

Esdec

Lees verder

Webinar: Webinar Smart Energy Community: de kansen voor slimme energiediensten binnen kantoorgebouwen

6 december 2022
15.00-16.15 uur
Online

TKI Urban Energy

Lees verder

Seminar: Esdec Calculator training

Logo Esdec
8 december 2022
11:00 - 12:00
Online

Esdec

Lees verder

Volledige agenda

Wekelijks op de hoogte blijven van de beste analyses en de nieuwste producten?
Meld u nu aan voor de nieuwsbrief!

Registreer nu