Geen duurzame energie zonder omzetters

Danfoss is bekend van  onder meer AC-drives, frequentieregelaars. De onderneming houdt zich daarnaast ook bezig met “hybridisatie”, dus alles waarbij AC-drives ingezet kunnen worden voor energieopwekking via bijv. windturbines en zonnepanelen en met de eventuele opslag van die elektrische energie in bijv. accu’s. De regelaars zijn daarbij onmisbare componenten. Danfoss werkt o.a. 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 de motor drives gebruikt en maar beperkt voor energie opslag, 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 eiland bedrijf, 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."

Danfoss bouwt geen complete energieopslagsystemen, maar is hiervoor omstreeks 2010 een partnerschap aangegaan met Qinous in Berlijn. Danfoss levert de IGBT inverterproducten voor de 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 40' container passen maximaal 22 racks. 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.

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 480 V 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."

Tekst: Ad Spijkers
Foto's: Lilian Vermeer
The Factory Files

Bekijk hier een video van UON Pty Ltd over een Qinous energieopslagsysteem in Australië met Danfoss drives.

Bekijk hier een video van Qinous over een energieopslagsysteem in Midden-Amerika.