Een batterijopslagsysteem voor windturbines slaat de elektriciteit op die een turbine produceert, zodat deze tijdens rustige perioden, 's nachts of bij een stroomstoring de stroomvoorziening kan garanderen in plaats van direct te worden afgeschakeld. Deze handleiding richt zich op kleine en decentrale windenergiesystemen, waarbij de turbine, controller, omvormer, batterij en beveiligingsapparatuur als één geheel worden beschouwd. Windparken op utiliteitsschaal met netgekoppelde opslag vormen een ander probleem. Deze vereisen projectspecifieke netstudies, brandveiligheidsvoorschriften, goedkeuring voor aansluiting op het net en erkende elektrotechnische ingenieurs, en vallen daarom buiten het bestek van deze handleiding. De werking van een batterijopslagsysteem voor windturbines wordt hier verder toegelicht. batterij-energieopslagsysteem Opslag en distributie van energie worden apart behandeld, dus de focus ligt hier op wat er verandert wanneer de energiebron wind is.
Waarom de dimensionering van windenergieopslag verschilt van die van zonne-energieopslag
De dimensionering van windenergie-accu's is afhankelijk van een opwekkingsprofiel dat grilliger en veel minder voorspelbaar is dan dat van zonne-energie. Daarom zijn de regels voor de dimensionering van zonne-energie minder goed toepasbaar op windenergie. De zonne-energieproductie stijgt en daalt volgens een ruwweg bekende dagelijkse curve. Windenergie gedraagt zich anders: de productie kan binnen enkele seconden tot minuten toenemen, afhankelijk van de turbinegrootte, het windregime en de regelstrategie. De windenergie kan 's nachts opwekken en vervolgens dagenlang wegvallen. De variabele die ertoe doet, is niet de gemiddelde opbrengst, maar de spreiding tussen pieken en dalen, omdat de opslag de pieken moet opvangen en de belasting moet dragen tijdens de periodes van lage en lage productie.
Als je de capaciteit van een accupakket baseert op de gemiddelde windopbrengst in plaats van op de spreiding tussen windvlagen en windstilte, raakt het pakket tijdens windvlagen verzadigd en tijdens lange windstille perioden halfleeg. Dit dwingt je tot het beperken van de windproductie of een tweede, kostbare dimensioneringsronde. De dimensionering moet beginnen met de specifieke windproductiegegevens van de locatie, niet met het nominale vermogen van de turbine. Een redelijke controle: modelleer je werkelijke windgegevens over een volledig seizoen en controleer of het accupakket zowel een aanhoudende windvlaag kan opvangen als de ergste windstilte kan overbruggen. De exacte capaciteit hangt af van het belastingprofiel, de gewenste autonomie en het vermogen van de turbine.
DC-gekoppelde, AC-gekoppelde en hybride architecturen voor een windturbine
De koppelingsarchitectuur voor een energieopslagsysteem met windturbines hangt af van de vraag of de output van de turbine de batterij bereikt vóór of na omzetting naar wisselstroom. Deze ene keuze bepaalt de efficiëntie, de complexiteit van de aanpassing achteraf en welke controller het accupakket beschermt. Windturbines leveren een variabele frequentie en variabele spanning die gelijkgericht moet worden voordat de energie kan worden opgeslagen, dus het koppelingspunt is geen louter cosmetisch detail.
| Architectuur | Conversiepad | Beste pasvorm | Afweging om te verifiëren |
|---|---|---|---|
| DC-gekoppeld | De turbine-output wordt gelijkgericht naar gelijkstroom voordat deze wordt opgeslagen. | Nieuwe off-grid of kleine decentrale installaties | De regelaar en de dumpbelasting moeten overeenkomen met de turbinespanning en -stroom. |
| AC-gekoppeld | De turbine-output wordt vóór het opladen omgezet in wisselstroom. | Aanpassingen aan bestaande netgekoppelde systemen | Extra conversiestappen verlagen de efficiëntie van de retourrit. |
| Hybride (wind + zonne-energie) | Gedeelde batterij en omvormer voor beide bronnen | Sites met zowel wind- als zonne-energiebronnen | Prioriteit bij het in rekening brengen van kosten moet overfacturering en conflicten met de leveringsbron voorkomen. |
Het terugkerende probleem bij kleine off-grid systemen is de afvoer van overtollige energie. In veel kleine off-grid systemen, met name bij permanentmagneetturbines, kan een turbine niet zomaar stoppen met produceren wanneer de batterij vol is. Overtollige energie moet dan worden afgevoerd naar een afvoer die de turbine elektrisch belast houdt. Grotere, op het net aangesloten turbines kunnen overtollige energie daarentegen beheren via pitchregeling, remmen, omvormerregeling of het beperken van de productie, afhankelijk van het ontwerp. Controleer voor kleine systemen of de laadregelaar en de capaciteit van de afvoer overeenkomen met het maximale vermogen van de turbine voordat u een architectuur kiest.
De juiste accucapaciteit en energie afstemmen op uw windomstandigheden.
De accugrootte voor windenergie bestaat uit twee onafhankelijke factoren. Het vermogen bepaalt hoe snel de accu een windvlaag kan opvangen of een piek in de wind kan leveren. De energiecapaciteit bepaalt hoe lang de accu de stroomvoorziening kan garanderen bij windstilte. Het is een veelgemaakte fout om deze twee factoren als één geheel te beschouwen, omdat een accu met voldoende kilowattuur nog steeds kan uitvallen bij een windvlaag als het vermogen te laag is.
Een eenvoudige startberekening maakt dit concreet. De benodigde bruikbare energie is gelijk aan de dagelijkse belasting vermenigvuldigd met het aantal dagen autonomie dat u wilt bereiken. Het nominale vermogen dat u koopt, is dat bruikbare cijfer gedeeld door de toegestane ontladingsdiepte en vervolgens door het rendement van de omvormer. Neem bijvoorbeeld een locatie die 12 kWh per dag nodig heeft met twee dagen autonomie. Dat is 24 kWh bruikbare energie. Bij een bruikbare ontladingsdiepte van 80% en een rendement van 92% van de omvormer, komt dit neer op ongeveer 33 kWh nominaal vermogen, vóór eventuele temperatuurvermindering of verouderingsmarge. Het vermogen is een aparte controle: de laadsnelheid van het accupakket, uitgedrukt als de C-waarde, moet uw piekvermogen kunnen opvangen zonder de limieten van de controller, het batterijmanagementsysteem (BMS) of de omvormer te overschrijden.
Analyseer de volgende locatievariabelen voordat u een product selecteert: dagelijks en seizoensgebonden belastingprofiel, de langst mogelijke duur van windstilte, piekvermogen van de turbine tijdens windstoten, bruikbare capaciteit na het bereiken van de maximale waterdiepte en de rendementsverliezen van de gekozen architectuur. Elk van deze variabelen is locatiespecifiek. Het haalbare getal wordt verkregen door uw eigen wind- en belastinggegevens te modelleren, waarbij de uiteindelijke capaciteit afhangt van hoeveel afschakeling en hoeveel reservecapaciteit u bereid bent te accepteren.
De juiste batterijchemie kiezen voor windenergiecycli.
De batterijchemie voor windenergie is afhankelijk van de laad- en ontlaadfrequentie, de omgevingstemperatuur en de beschikbare ruimte. Voor veel moderne stationaire en decentrale installaties is LFP (Liquid-Fuel Power) vaak de voorkeurstechnologie voor lithium-ionbatterijen. De frequente gedeeltelijke laad- en ontlaadcycli van windenergie vereisen een chemie die bestand is tegen onregelmatige laad- en ontlaadcycli en gedeeltelijke laadtoestanden. Dat is waar de levensduur en thermische stabiliteit van LFP hun waarde bewijzen. De chemie moet echter nog steeds worden gecontroleerd op basis van de C-rate (laadsnelheid), omgevingstemperatuur, beschikbare ruimte, brandveiligheidsvoorschriften, budget en beoogde gebruiksduur, in plaats van zomaar een standaardkeuze te maken.
| Scheikunde | Beste pasvorm | Belangrijkste beperking |
|---|---|---|
| LFP | De meeste stationaire en decentrale windenergieopslag | Hogere aanschafkosten dan loodzuuraccu's. |
| Loodzuur | Voordelige, eenvoudige systemen die niet op het elektriciteitsnet zijn aangesloten. | Lagere levensduur, meer onderhoud, lagere bruikbare DoD |
| NMC | Installaties met beperkte ruimte | Thermische oververhittingsbeheersing kritischer |
| Stroom | Langdurige opslag | Grotere voetafdruk, hogere systeemcomplexiteit |
Temperatuur is bepalend voor de prestaties en levensduur van de chemische processen, aangezien zowel zeer koude als zeer warme omstandigheden de bruikbare capaciteit verminderen en de veroudering versnellen. Batterijpakketten in thermisch veeleisende omgevingen zijn afhankelijk van speciaal thermisch beheer om de cellen binnen hun effectieve temperatuurbereik te houden, een onderwerp dat uitgebreid wordt behandeld in ons werk aan opslagkoeling In plaats van dit hier te herhalen. Controleer het nominale temperatuurbereik van de chemische samenstelling aan de hand van de extreme omstandigheden op uw locatie en de thermische regeling van het pakket, want de juiste chemische samenstelling in de verkeerde thermische behuizing presteert nog steeds onder de maat.
Normen en nalevingscontroles
De normen die van toepassing zijn op een batterijopslagsysteem voor windturbines hangen af van de vraag of het systeem klein en off-grid is of netgekoppeld. Door de juiste normen vroegtijdig te benoemen, voorkomt u onaangename verrassingen met betrekking tot de naleving van de regelgeving later in een project. Voor kleine en decentrale windturbines behandelt de IEC 61400-serie het turbineontwerp, waarbij deel 2 specifiek ingaat op kleine windturbines, in combinatie met de lokale elektrische voorschriften. Zodra het systeem is aangesloten op het net of een stationaire commerciële schaal bereikt, is een bredere reeks normen van toepassing. IEC 62933 behandelt de terminologie, planning en veiligheid van elektrische energieopslagsystemen. UL 9540, met de UL 9540A-testmethode voor brandvoortplanting, behandelt de systeemveiligheid. NFPA 855 behandelt de installatie van stationaire ESS-systemen, UL 1741 behandelt omvormers, converters en controllers, en IEEE 1547 behandelt de interconnectie van decentrale energiebronnen. Welke van deze normen verplicht is, hangt af van de jurisdictie, de systeemgrootte, de chemische samenstelling en de bevoegde instantie. Controleer daarom de toepasselijke lijst voor uw specifieke installatie in plaats van aannames te doen.
Veelgemaakte fouten bij het specificeren van windenergieopslag
De meest kostbare specificatiefouten bij windenergieopslag zijn terug te voeren op het afstemmen van de batterij op het typeplaatje van de turbine in plaats van op de werkelijke opwekkings- en belastinggegevens. Elk van deze fouten is te voorkomen met een verificatiestap. Spanningsmismatch is de meest fundamentele: als de spanning van het batterijpakket niet overeenkomt met de spanning van de turbine of de controller, zal het systeem niet werken. Controleer de spanningsklasse van turbine, controller en batterijpakket als één geheel.
Op locaties met frequente harde windstoten is het omleidingscircuit of het dump-load circuit meestal het eerste dat gecontroleerd moet worden. Een volle accu zonder mogelijkheid om overtollige energie af te voeren is een veelvoorkomende oorzaak van storingen in de controller en ongewenste uitschakelingen. Een tweede veelvoorkomende fout is het negeren van het verschil tussen de nominale capaciteit en de bruikbare capaciteit. Dit resulteert in een accupakket dat er op papier voldoende uitziet, maar de geplande autonomie niet kan bereiken zodra de ontladingsdieptelimieten in werking treden. Een gedetailleerd ontwerp van de elektrische interconnectie en beveiliging, inclusief de dimensionering van geleiders, de coördinatie van stroomonderbrekers en de naleving van de netkoppelingseisen, valt buiten de beslissing over de keuze van een opslagsysteem en hoort thuis bij een erkende elektricien die uw installatie beoordeelt.
Conclusie
Bij de keuze voor een batterijopslagsysteem voor een windturbine draait het om drie belangrijke beslissingen: de architectuur afstemmen op het vermogen van de turbine, het vermogen en de energie afzonderlijk dimensioneren op basis van het werkelijke wind- en belastingprofiel, en een batterijchemie selecteren die bestand is tegen de cyclische belasting en temperatuurschommelingen. Elk van deze beslissingen is afhankelijk van een locatiegebonden variabele en niet van een universeel getal.
Bij ons werk aan thermische hardware voor energieopslag zien we dat de systemen die het langst meegaan, steevast de systemen zijn die gedimensioneerd zijn voor de werkelijke laad- en ontlaadcyclus in plaats van het nominale vermogen van de turbine, en waarvan de cellen binnen hun thermische marge blijven, zowel bij windstilte als bij stormachtig weer. We benaderen een specificatie voor energieopslag door de spanningsketen, de afstemming van de dumpbelasting, de bruikbare capaciteit ten opzichte van het nominale vermogen en de thermische marge te controleren voordat we een product selecteren. Verschillende van deze factoren zijn projectgebonden variabelen die afhankelijk zijn van uw windgegevens, belasting en locatieomstandigheden, en die u dient te verifiëren aan de hand van uw eigen gegevens.
Als uw windenergieproject al turbinegegevens en belastingregistraties bevat, is de volgende logische stap om deze te laten beoordelen door een technisch expert. Neem contact met ons op voor een beoordeling. thermische omhulling van de batterij, We analyseren de behuizingsomstandigheden en de integratierisico's die de levensduur en veiligheid van het pakket beïnvloeden, en we zullen de dimensionerings- en koppelingsvariabelen afstemmen op uw specifieke omstandigheden.
FAQ
Hoeveel kWh aan batterijopslag heeft een windturbine nodig?
De opslagcapaciteit hangt af van uw dagelijkse belasting en het aantal autonomiedagen dat u wilt, niet van het nominale vermogen van de turbine. Vermenigvuldig de dagelijkse belasting met het aantal autonomiedagen om de bruikbare energie te berekenen. Deel dit vervolgens door uw maximale ontladingsdiepte en het rendement van de omvormer om de nominale capaciteit te verkrijgen. Controleer dit cijfer aan de hand van uw werkelijke wind- en belastinggegevens.
Hebben windturbines een dumpload nodig?
Veel kleine windturbines die niet op het elektriciteitsnet zijn aangesloten, vooral de turbines met permanente magneten, hebben een afvoer- of dumpbelasting nodig zodat overtollige energie ergens naartoe kan als de batterij vol is. Grotere, op het net aangesloten turbines maken in plaats daarvan gebruik van pitchregeling, remmen of beperking van het vermogen, dus of een dumpbelasting nodig is, hangt af van de turbine en de architectuur.
Moet ik kiezen voor gelijkstroom- of wisselstroomgekoppelde opslag?
DC-gekoppelde opslag is geschikt voor nieuwe off-grid en decentrale installaties, omdat het de gelijkgerichte turbine-output direct opslaat met minder conversieverliezen. AC-gekoppelde opslag is geschikt voor het achteraf inbouwen in bestaande netgekoppelde systemen, maar dit vereist extra conversiestappen. De keuze hangt af van of u een nieuw systeem bouwt of een bestaand systeem uitbreidt.
Is LFP of loodzuur beter voor de opslag van windenergie?
LFP is geschikt voor de meeste windenergie-installaties omdat het bestand is tegen de frequente gedeeltelijke cycli die wind met zich meebrengt en de temperatuurschommelingen goed doorstaat. Loodzuuraccu's blijven vooral relevant waar de aanschafkosten doorslaggevend zijn en routineonderhoud acceptabel is.
Welke normen gelden voor batterijopslagsystemen van windturbines?
Voor kleine windparken vormen de IEC 61400-normen en de lokale elektrische voorschriften het uitgangspunt. Netgekoppelde en stationaire commerciële systemen kunnen ook vallen onder IEC 62933, UL 9540 en UL 9540A, NFPA 855, UL 1741 en IEEE 1547. De verplichte lijst is afhankelijk van de omvang, het rechtsgebied en de bevoegde instantie.
