06-11-2020

Zou het realistisch zijn om op relatief korte termijn in elk huis een batterij te hebben staan? Nee, niet in de laptop, tablet, smartphone, elektrische fiets of draadloze stofzuiger, maar een statische eenheid die rechtstreeks aan je huis-elektriciteitsnet hangt. In deze nieuwe expert talk licht Johan Driesen waarom thuisbatterijen een belangrijke rol te spelen hebben in de energietransitie.

Geschreven door prof. Johan Driesen. Johan Driesen is expert energiesystemen bij EnergyVille en professor aan de KU Leuven. Hij voert onderzoek naar gedistribueerde energiebronnen, waaronder duurzame energiesystemen, vermogenelektronica en de toepassingen daarvan, bijvoorbeeld in hernieuwbare energie, opslag en elektrische voertuigen.


Zou het realistisch zijn om op relatief korte termijn in elk huis een batterij te hebben staan? Nee, niet in de laptop, tablet, smartphone, elektrische fiets of draadloze stofzuiger, maar een statische eenheid die rechtstreeks aan je huis-elektriciteitsnet hangt. Lang leek dit een te gek idee en alleen betaalbaar voor specifieke toepassingen zoals back-up voedingen voor kritische ICT-systemen, zoals de server van een lokaal computernetwerk.

De situatie verandert echter snel. Batterijen worden technisch veel beter: herlaadbare lood-zuur- of nikkel-cadmiumcellen die snel stuk gingen of slechte rendementen hadden, lijken iets van een ver verleden. Toch mag je niet vergeten dat de eerste moderne elektrische en hybride auto’s van een dik decennium geleden nog hierop gebaseerd waren. Ondertussen is het al lithium-technologie wat de klok slaat. De lithium-ion batterij werd zelfs zo’n doorbraak bevonden dat de Nobelprijs voor chemie van 2019 werd toegekend aan de drie wetenschappers die elk verantwoordelijk waren voor een essentieel onderdeel van de basisversie van de eerste lithiumcellen uit de vorige eeuw. De moderne Li-batterij is evenwel sterk verder geëvolueerd: ze bevat bijvoorbeeld nog slechts een minimum aan, of geen, gecontesteerd kobalt meer. Het aantal cycli dat dat ze aankan, loopt in de duizenden en is veel toleranter voor verschillen in gebruik. De vermogen- en energiedichtheid namen spectaculair toe, waardoor een aanvaardbaar rijbereik voor elektrische auto’s haalbaar werd en er zelfs al nagedacht wordt over elektrische vliegtuigen. Door massaproductie en globalisering van de markt is de prijs bovendien spectaculair gedaald: op 10 jaar tijd ongeveer met een factor 10. Niemand maakt zich nog zorgen over veiligheidsproblemen zoals in de beginjaren van de GSM’s. Gevolg is dat er ondertussen varianten van lithiumbatterijen letterlijk tot in onze broekzak zitten, o.a. in smartphones en de verkoop van nieuwe wagens met een stekker, en bij uitbreiding dus ook met een batterij, stilaan substantieel wordt.

Elektrische wagen

Het laatste domein waar batterijen nog verder moeten doorbreken en een massaproduct worden, is de statische opslag, dus niet in mobiele, autonome toepassingen zoals smartphones, laptops en elektrische wagens. Deze statische batterijen waren in de eerste plaats grootschalig, bijv. voor het aanleveren van waardevolle kritische reserves ter ondersteuning van een hoogspanningsnet. Dit lijkt op het eerste zicht vreemd, want was het omgaan met de niet-beheersbare zonne- en windenergie niet een van de problemen van de energietransitie? En wat doen we bijv. op windstille, donkere nachten? Jarenlang werd er geopperd dat batterijen ons hier ook gingen helpen, maar het leek er nooit van te komen. Daar zijn verschillende verklaringen voor. Om te beginnen was het elektriciteitsnet “te goed”: er was voldoende goedkope(re) reserve aanwezig, vanuit import of bronnen die wel te controleren zijn. Dat verandert door de daling van de batterijprijs en de toenemende vraag naar reserves. Op lokaal vlak zat er nog een bijkomende flessenhals: het distributienet kon jarenlang ogenschijnlijk probleemloos de lokaal geproduceerde fotovoltaïsche (PV) stroom van zonnepanelen opnemen, met evidente injectiepieken rond het midden van de dag wanneer de zon op haar sterkst is en vraagpieken in de ochtend en de avond als de zon nog niet veel energie geeft. Door het systeem van de terugdraaiende teller konden de prosumenten dan op een later moment quasi kosteloos de energie terug afnemen. Het elektriciteitsnet werd dubbel belast en de prosumenten betaalden enkel maar een al bij al beperkte prosumentenvergoeding om het elektriciteitsnet als megabatterij te kunnen gebruiken. Deze situatie is momenteel onhoudbaar door de verdere toename van de PV-capaciteit en de nieuwe verbruikspieken, o.a. gekoppeld met ladende elektrische auto’s en warmtepompen, die er later bijkwamen.

Home Lab

Het installeren van de digitale meter laat toe dat de elektriciteitstarieven herzien kunnen worden en de impact correcter en eerlijker verrekend kan worden. Door het aanrekenen van een gemeten (uitgemiddelde) capaciteitscomponent i.p.v. een prosumentenvergoeding, ontstaat er een financiële aanmoediging om deze pieken, indien excessief, te beheersen. Een batterij is hiervoor een uitstekend instrument. Daarbij heeft de markt gezorgd voor een aanbod van gepaste eenheden. Deze kunnen rechtstreeks (via gelijkspanning) aangesloten worden op de daarvoor geschikte fotovoltaïsche omvormers, of er kan een aparte eenheid met een eigen (wisselspannings)omvormer geplaatst waar dan ook in het gebouw, eventueel als retrofit. Vooral de eerste optie is financieel en energetisch interessant en wordt quasi standaard een optie voor nieuwe installaties. Dat kan al dan niet meteen met de opslageenheid, of kan later worden toegevoegd aan de “battery-ready” omvormer. De grootte van de batterij die nodig is om de lokale energie(on)balans te beheersen is in de meeste gevallen niet enorm: dikwijls volstaat een beperkte eenheid van enkele kWh. De vuistregel van 1 à 2 kWh per kWp zonnepanelen lijkt een goede start.

thuisbatterij

Men kan zich evenwel de vraag stellen of dit op grotere schaal wel een optimaal gebruik betekent, zou bijv. een grotere batterij op wijkniveau geen betere investering zijn voor de omwonenden i.p.v. ieder zijn eigen batterij? Er zijn schaalvoordelen te bedenken, maar voorlopig ontbreekt het regelgevend kader voor zulke “energiegemeenschappen”: je mag niet zomaar elektriciteit kopen van en verkopen aan buren. Hoe dan ook, dit behoort op termijn tot de mogelijkheden, net zoals het meervoudig gebruik van de batterijen, de zgn. “value-stacking”. Als er heel wat van zulke eenheden geïnstalleerd zijn en vanop afstand stuurbaar, dan kan een deel van deze capaciteit bijv. geaggregeerd worden en tegen vergoeding aangeboden als een virtuele batterij voor netondersteuning.

Kortom, het lijkt erop dat batterijen op korte termijn even vanzelfsprekend zullen worden in een woning als zonnepanelen op het dak. Die trend is trouwens al ingezet in onze buurlanden. De technologie is matuur, de prijzen dalen en door hervormingen in de tariefstructuur voor elektriciteit kan de investering binnen redelijke termijn terugverdiend worden, met meer mogelijkheden om inkomsten te creëren in de toekomst. Het balanceren van zonne-energie om een hogere zelfconsumptie te bekomen is nog maar het begin, het beperken van het piekverbruik een vervolg. Batterijen zullen een steeds belangrijker technische en economische rol gaan spelen voor iedere betrokkene in de energietransitie.

photo_Johan_Driesen

Contact

Johan Driesen

Professor at EnergyVille/KU Leuven