16/01/2020
Door Ad Spijkers
Danfoss is bekend van onder meer AC-drives, frequentieregelaars. De onderneming houdt zich daarnaast ook bezig met 'hybridisatie' (alles waarbij AC-drives kunnen worden ingezet voor energieopwekking via bijvoorbeeld windturbines en zonnepanelen) en met de eventuele opslag van die elektrische energie in onder meer accu’s. De regelaars zijn daarbij onmisbare componenten. Danfoss werkt onder andere samen met Qinous uit Berlijn dat plug-and-play energieopslagsystemen bouwt. The Factory Files sprak tijdens SPS 2019 met beide partijen.
Martin Kopka is Sales Director Engineered Solutions van Danfoss Drives. "Voor elektriciteitsopwekking via windturbines en zonnepanelen en voor opslag in moderne batterijen heb je een variabele tussenkringspanning nodig. Dat kunnen onze regelaars al sinds ongeveer 2001 bieden. Op onze AFE-regelaars (Active Front End) van de VACON-series kunnen we de tussenkringspanning regelen.
Aanvankelijk werden onze inverters voornamelijk in motor drives gebruikt en maar beperkt voor energieopslag, maar de belangstelling nam snel toe toen betaalbare batterijen uit de massaproductie beschikbaar kwamen. Onze IP21 of IP54 AC-drives worden onder meer voor energieopslag gebruikt in de scheepvaart, waar ze in een schakelruimte of schakelkasten zijn ondergebracht, en in stationaire opstellingen op gesloten spanningsnetten (of als eilandbedrijf, dus dat ze een net maken als een generator).
In gebieden met instabiele energievoorzieningen worden opslagsystemen gebruikt voor de voeding van kritische installaties, bijvoorbeeld in ziekenhuizen. Opslagsystemen hebben voldoende capaciteit om de energievoorziening gedurende een bepaalde tijd (bijvoorbeeld een paar uur) te garanderen, totdat de externe voorziening weer functioneert. Intussen kunnen operaties worden voltooid, niet noodzakelijke apparaten worden uitgeschakeld, etcetera. Tijdens de storing daalt de tussenkringspanning natuurlijk wel, maar de uitgaande wisselspanning blijft op niveau en stabiel."
Martin Kopka van Danfoss (links) legt uw auteur het waarom van energieopslagsystemen en van de samenwerking met Qinous uit. (foto: Lilian Vermeer)
Samenwerking
Danfoss bouwt geen complete energieopslagsystemen, maar is hiervoor omstreeks 2010 een partnerschap aangegaan met Qinous in Berlijn. Danfoss levert de IGBT inverterproducten voor het omzetten van AC naar DC, DC naar DC en DC naar AC. Qinous voegt daar de batterijen, de besturing en intelligentie en de bewaking van de batterijen aan toe en bouwt het geheel in in een zeecontainer.
De eerste projecten werden uitgevoerd met kleine vermogens, waarna langzaam werd opgeschaald naar 2 MWh. In één project zijn drie systemen parallel te schakelen, zodat een vermogen van 6 MWh kan worden gerealiseerd. Het door de inverters aan het afnemend net geleverd vermogen begint bij 40 kVA en gaat tot 2000 kVA.
Tobias Badelt is verkoopleider van Qinous. "Wij bouwen batterijcontainers in diverse vermogens. In een 20' container passen maximaal zes racks, rug tegen rug. Verder bevinden zich in de container een PLC met besturings- en bewakingssoftware, de Danfoss inverters en de nodige elektrotechnische componenten. Het concept is, een voorgeconfigureerd product op de markt te brengen dat alleen nog hoeft te worden verscheept, geplaatst en aangesloten. De praktijk leert dat er nog drie tot vier dagen nodig zijn om data te verzamelen, het systeem door te meten en eventuele transportschade te herstellen. Maar als de containers onze werkplaats verlaten, functioneren ze."
Demo-opstelling op SPS 2019 van het Qinous energieopslagsysteem, met links de batterijpakketten en rechtsboven de VACON AC-drives. (foto: Lilian Vermeer)
Tijdens bedrijf is de container uit veiligheidsoverwegingen afgesloten. De stalen container beschermt alle apparatuur tegen stof, insecten, zeelucht en vocht. Een volledig gesloten sectie (IP56) voorkomt uitwisseling van lucht met de buitenwereld en huisvest de batterijen, omvormers en systeembesturing. Een tweede, open sectie bevat de koeling, het AC-systeem en de transformator. De koeling is aanwezig voor de (watergekoelde) inverters en om de gesloten sectie op 23°C te houden. De batterijen werken het meest efficiënt bij temperaturen van 18°C tot 27°C; bij 23°C kan het hoogste aantal laad- en ontlaadcyclussen worden bereikt.
Toepassing
De systemen kunnen zowel voor het stabiliseren van voedingsnetten (on-grid) als voor eilandbedrijf (microgrid) worden toegepast. Badelt: "Belangrijke markten voor microgrids zijn Latijns-Amerika en Afrika, waar vaak onstabiele of helemaal geen elektriciteitsnetwerken zijn. Ook Australië, Indonesië en de Filipijnen zijn relatief grote markten. We kunnen met de container een 400 V 50 Hz of 60 Hz microgrid opbouwen, maar ook een zwak net vanuit de energieopslag weer opnieuw opstarten.
Voor on-grid is Europa een goede markt. De prijzen van de batterijen hebben een dermate niveau bereikt dat opslagsystemen ook aan de opwekkingszijde concurrerend zijn geworden. De containers worden al gebruikt om stroom op te slaan en op de energiemarkt te verkopen. Met name het laatste halfjaar tot een jaar begint deze toepassing van de grond te komen. Afhankelijk van de situatie hebben de investeringen een terugverdientijd van twee tot acht jaar."
Voeding
De batterijen kunnen worden gevoed uit allerlei soorten bronnen: zonne-energie, windenergie, openbare of private netwerken, warmte-kracht-installaties, dieselgeneratorsets, brandstofcellen, et cetera. "Wij kunnen alles aankoppelen wat elektrische energie ter beschikking stelt en kan communiceren. Onze microcontroller verzamelt en evalueert de data uit het net en beslist dan wat hij doet: laadt hij de batterijen op, ontlaadt hij ze, waar gaat de afgegeven energie heen? Ook kan hij bijvoorbeeld een zonnepark instrueren geen vermogen meer aan de energieopslag te leveren maar direct aan het net. Als verschillende dieselgeneratoren beschikbaar zijn, kan hij bij behoefte ook beslissen welke dieselgenerator(en) moet(en) worden bijgeschakeld."
Waarom heeft Qinous voor zijn omvormers voor Danfoss gekozen? Badelt lacht. "Belangrijk voor ons is dat Danfoss uitstekende omvormers levert en ons door zijn omvang en ervaring goed kan ondersteunen. Die Zusammenarbeit klappt wunderbar."
Foto boven: Tobias Badelt van Qinous legt de besturing van de energieopslagsystemen uit. (foto's: Lilian Vermeer)