Hybride energievoorziening vraagt om meer dan een batterij naast een generator

De rol van Propelion bij netcongestie​
De combinatie van zonnepanelen, batterijen, (bio)propaangeneratoren en slimme aansturing kan de kosten per kWh verlagen. Daarvoor moeten de componenten goed op elkaar zijn afgestemd: op het dagelijkse verbruik én op de verschillen tussen zomer en winter.

Dimensionering is een sterk instrument

In de engineering en stroomvoorzieningsadvies zien we steeds vaker hybride oplossingen voor locaties met een beperkte netaansluiting. Dat is een goede ontwikkeling. Zonnepanelen leveren energie, een batterij vangt pieken op en slaat energie op, en generatoren vullen aan wanneer dat nodig is. Toch blijft de dimensionering van de generator vaak traditioneel. De set wordt groot genoeg gekozen om zelfstandig de volledige vermogensvraag op te vangen, ook al is er een batterij aanwezig.
 
Dat kan een bewuste keuze zijn vanuit de gewenste bedrijfszekerheid. Maar wanneer de generator altijd de volledige capaciteit moet kunnen leveren, wordt een belangrijk voordeel van de hybride oplossing onvoldoende benut. Het resultaat kan een installatie zijn met korte draaiperiodes óf langdurige deellast, met gevolgen voor brandstofverbruik, onderhoud en kosten.

Een grote generator en een batterij zijn niet vanzelf een efficiënte combinatie

Een grote generator en een batterij zijn niet vanzelf een efficiënte combinatie. 

In situaties waar bedrijven te maken hebben met netcongestie in Nederland, verandert een batterij de rol van de generator. Kortstondige pieken hoeven niet meer volledig door de motor te worden opgevangen. De generator kan zich richten op de langdurige energievraag en het bijladen van de batterij.

Als de generator daarvoor te groot is, kan hij de batterij relatief snel bijladen. Zodra de ingestelde laadgrens is bereikt, schakelt de set weer uit. Bij een aanhoudende energievraag kan dit leiden tot veel korte draaiperiodes en herhaalde starts. Kort draaien is op zichzelf geen probleem. 
 

Het wordt ongunstig wanneer de verhouding tussen generatorvermogen, batterijcapaciteit en verbruik leidt tot onnodig veel start-stopcycli of onvoldoende tijd op bedrijfstemperatuur. De generator op een lager vermogen laten draaien lijkt dan een eenvoudige oplossing. Maar ook die keuze heeft een prijs.

Deellast kan de kosten per kWh verhogen

Het rendement van een gasmotor is afhankelijk van het motortype en de belasting. Bij een ongunstig laag belastingsniveau is doorgaans meer brandstof nodig om dezelfde hoeveelheid elektriciteit op te wekken. Bij langdurige, zeer lage belasting kunnen daarnaast ongunstige bedrijfsomstandigheden ontstaan, zoals onvoldoende bedrijfstemperatuur. 

Afhankelijk van de motor kan dit bijdragen aan vervuiling, extra onderhoud en versnelde slijtage. Een doordachte uitvoering van een stroomproject zorgt ervoor dat de toegestane minimale belasting aansluit op de voorschriften van de fabrikant. Een lager rendement wil je zoveel mogelijk voorkomen. 

Zeker bij langdurige projecten kan een verschil in brandstofverbruik per kWh tot een aanzienlijke stijging van de totale brandstofkosten leiden. Daarom moeten we niet alleen kijken naar het maximale vermogen van een generator, maar vooral naar de belasting waarop deze in de praktijk gaat draaien.

PV verandert de energiebalans door het jaar heen

Zonnepanelen spelen in veel hybride systemen een belangrijke rol. Afhankelijk van het opgestelde PV-vermogen en het verbruiksprofiel kan PV in de zomer zelfs de grootste energieleverancier zijn. De generatoren staan dan nauwelijks aan en springen alleen bij als de beschikbare zonne-energie, netcapaciteit en batterij onvoldoende zijn.
 
In de winter verandert die situatie. De PV-opbrengst is veel lager en de generatoren moeten een groter deel van de energie leveren. Dezelfde installatie moet dus kunnen omgaan met zowel een klein aanvullend vermogen in de zomer als een langdurige energievraag in de winter.
Dat maakt een schaalbare generatoropstelling belangrijk. Maar PV voegt ook een extra dimensioneringseis toe: je wilt zoveel mogelijk van de opgewekte zonne-energie zelf gebruiken.
 

Daarvoor moet de batterij niet alleen voldoende vermogen hebben om pieken op te vangen, maar ook voldoende bruikbare capaciteit om het verwachte PV-overschot op te slaan. Het laadvermogen bepaalt hoe snel dat overschot kan worden opgenomen; de opslagcapaciteit bepaalt hoeveel energie beschikbaar blijft voor later.

Ook de aansturing is belangrijk. Een batterij die ’s ochtends door een generator volledig is geladen, heeft weinig ruimte over voor de zonne-energie van die middag. Het Energie Management Systeem (EMS) moet daarom rekening houden met de verwachte PV-opbrengst en tijdig opslagruimte vrijhouden.
Al het PV-overschot benutten is een ontwerpambitie die moet worden getoetst aan het verbruiksprofiel, de beschikbare opslag en de kosten. Een batterij kan energie van de middag naar de avond verschuiven, maar lost het seizoensverschil tussen zomer en winter niet op.

Maak het systeem schaalbaar

Een passende oplossing is een modulaire opzet met meerdere kleinere generatorsets. Dit blijkt ook uit onze praktijkscenario’s voor netcongestie, waar schaalbaarheid het rendement op peil houdt. Het systeem schakelt dan alleen het vermogen bij dat daadwerkelijk nodig is. Bij een beperkte aanvullende energievraag draait één set op een gunstig belastingspunt. Neemt de vraag toe of valt de PV-opbrengst terug, dan wordt een tweede of derde set ingeschakeld. De batterij vangt ondertussen snelle belastingswisselingen en kortstondige pieken op. Zo hoeft één grote generator niet voortdurend terug te regelen naar een ongunstige deellast. 

Het selectief inzetten van meerdere motoren helpt om het rendement van een modulaire energievoorziening op peil te houden. Schaalbaarheid betekent ook dat de installatie kan meegroeien. Als de energievraag verandert, kunnen generator- of batterijmodules worden toegevoegd. Komt later meer netcapaciteit beschikbaar, dan kan de inzet van de generatoren worden verminderd.

In de afbeelding worden energiestromen creatief weergegeven

Iedere component heeft zijn eigen rol

Een goed ontworpen hybride systeem verdeelt de taken over deze vier onderdelen:

1. PV levert energie wanneer de zon beschikbaar is

De opgewekte elektriciteit wordt bij voorkeur direct gebruikt. Een overschot wordt in de batterij opgeslagen voor een later moment.

2. De batterij levert het snelle vermogen en verschuift energie

Ze vangt kortstondige pieken op, slaat PV-overschotten op en overbrugt de tijd die nodig is om een generator te starten en bij te schakelen.

3. De (bio)propaangeneratoren vullen het energietekort aan

Ze voorzien in de langdurige energievraag wanneer PV, netvermogen en batterij onvoldoende zijn. Het aantal actieve sets wordt afgestemd op de belasting en de benodigde laadcapaciteit.

4. Het Energie Management Systeem stemt alles op elkaar af

Het EMS bewaakt de netafname, het verbruik, de PV-opbrengst en de laadtoestand van de batterij. Het bepaalt wanneer generatoren starten of stoppen en houdt rekening met efficiënte belastingspunten, minimale draaitijden en voldoende energiereserve. 

Het doel is niet om de batterij zo snel mogelijk vol te laden, maar om de beschikbare bronnen betrouwbaar en tegen een zo laag mogelijke totale kostprijs in te zetten.

Hoe peak shaving en load balancing werken

Peak shaving: korte pieken opvangen

Bij peak shaving bewaakt de regeling een ingestelde grens voor bijvoorbeeld de maximale netafname. Zodra het verbruik boven die grens komt, levert de batterij het ontbrekende vermogen. Stel dat een locatie maximaal 100 kW uit het net mag afnemen en de belasting tijdelijk naar 160 kW stijgt. Zonder andere opwek levert de batterij dan de ontbrekende 60 kW. Levert PV op dat moment 20 kW, dan hoeft de batterij nog maar 40 kW bij te dragen. Daarmee wordt voorkomen dat een korte piek direct vraagt om een grotere netaansluiting of extra generatorvermogen. 

De batterij en omvormer moeten wel voldoende vermogen kunnen leveren én voldoende energie beschikbaar hebben om de volledige piekduur te overbruggen. Voor zeer snelle inschakelstromen moeten ook de lokale regeling en de overbelastbaarheid van de omvormer passend zijn ontworpen.

Dynamic load balancing: bronnen en verbruik op elkaar afstemmen

Dynamische load balancing verdeelt het beschikbare vermogen over de bronnen en verbruikers. Het systeem houdt rekening met de grenzen van de netaansluiting, generatoren, batterij en aangesloten apparatuur. Wanneer de belasting afneemt, kan beschikbaar net- of generatorvermogen worden gebruikt om de batterij bij te laden. 

Bij een PV-overschot krijgt zonne-energie voorrang. Als het beschikbare vermogen onvoldoende is, kan de regeling bijvoorbeeld het laadvermogen van laadpalen tijdelijk beperken of een extra generator inschakelen. Peak shaving begrenst dus de pieken; load balancing zorgt dat de totale vermogensverdeling binnen de beschikbare capaciteit blijft.

SOC-beheer: reserve én ruimte voor zonne-energie

De State of Charge (SOC) geeft aan hoe vol de batterij is. Een goede regeling houdt voldoende reserve beschikbaar voor pieken en het opstarten van generatoren, maar laat ook ruimte over voor verwachte PV-opwek. Bij een zonnige weersverwachting kan het EMS het bijladen door generatoren uitstellen. Voor een verwachte avondpiek of een periode met weinig zon kan juist een hogere laadstand nodig zijn. De laadstrategie verandert daarmee gedurende de dag en door de seizoenen heen. De generatoren ondersteunen de energiebalans wanneer dat nodig is, zonder onnodig opslagruimte voor zonne-energie in te nemen.

Meerdere sets bieden voordelen bij storing en onderhoud

Een modulaire opzet biedt naast rendement ook mogelijkheden voor redundantie. Gasgeneratoren zijn een belangrijk instrument en zeer flexibel. Bij uitval van één gasgenerator kunnen de overige sets blijven leveren, terwijl de batterij de overgang ondersteunt. Volledige back-up ontstaat pas als het systeem daarop is gedimensioneerd. De resterende gasgeneratoren en batterij moeten samen voldoende vermogen en energie kunnen leveren voor de afgesproken belasting. Daarbij moet ook rekening worden gehouden met momenten waarop weinig of geen PV beschikbaar is. 

Ook tijdens onderhoud biedt dit voordelen. Eén set kan uit bedrijf worden genomen terwijl de andere sets blijven draaien. Met voldoende reservecapaciteit kan onderhoud plaatsvinden zonder de stroomvoorziening te onderbreken. Het EMS kan bovendien de draaiuren over de sets verdelen, zodat onderhoud beter kan worden gepland.

Om een indruk te geven van de fragiele balans hierbij balancerende propaanmoleculen

Dimensioneer op het volledige energieprofiel

Het maximale piekvermogen vertelt slechts een deel van het verhaal. Voor een goed ontwerp moeten we een compleet energieprofiel weten:

  • Hoe lang pieken duren en hoe vaak ze voorkomen.
  • Hoeveel energie overdag, ’s nachts en per seizoen nodig is.
  • Hoeveel vermogen de netaansluiting beschikbaar stelt.
  • Hoe de PV-opbrengst samenvalt met het verbruik.
  • Hoeveel PV-overschot moet worden opgeslagen.
  • Welk laad- en ontlaadvermogen en welke bruikbare batterijcapaciteit nodig zijn.
  • Op welke belasting de generatoren efficiënt kunnen draaien.
  • Welke capaciteit beschikbaar moet blijven bij storing of onderhoud.


Die gegevens bepalen de juiste verhouding tussen netaansluiting, PV, batterij en generatoren. Daarbij moeten zowel zonnige zomerdagen als winterperioden met weinig PV worden doorgerekend. Met goed stroombeheer wordt continu de juiste verhouding bereikt.

Haal het volledige voordeel uit hybride

De stap naar hybride energievoorziening is al volop gaande. De volgende stap is om ook de generatorcapaciteit, batterijopslag en aansturing op die hybride werking af te stemmen. In de zomer wil je de beschikbare zonne-energie zoveel mogelijk zelf benutten. In de winter moeten de generatoren het energietekort efficiënt kunnen aanvullen. Het hele jaar door vangt de batterij pieken op en zorgt de sturing voor een passende inzet van de bronnen. Een schaalbare opzet met meerdere kleinere generatorsets kan daarbij ongunstige deellast en onnodige start-stopcycli beperken. Tegelijk ontstaat ruimte voor back-up en onderhoud.

Loop je vast op de dimensionering van een hybride energievoorziening? Neem gerust contact op voor een vrijblijvend adviesgesprek, in onderstaand tekstblok is de link naar mijn LinkedIn profiel verwerkt. Samen bepalen we welke combinatie van netvermogen, PV, batterijcapaciteit en (bio)propaangeneratoren past bij jouw stroomvraag.

#hybrideenergievoorziening #gasgenerator #energievraag #energiemanagementsysteem #peakshaving #gasturbine #loadbalancing #tijdelijkestroomvoorziening

Laatste berichten