Slim sturen en batterijopslag om de zelfconsumptie op je bedrijf te verhogen

Slim sturen van energie op het landbouwbedrijf

Door vraag en aanbod zo goed mogelijk op elkaar af te stemmen, kan je de zelf geproduceerde elektriciteit maximaal inzetten op het eigen landbouwbedrijf. De zelf geproduceerde stroom op het moment zelf op je bedrijf gebruiken in plaats van op het distributienet te injecteren, maakt je zonnepanelen of windturbine een stuk meer rendabel. Per kWh elektriciteit die je injecteert, krijg je ongeveer 4 cent. Wanneer je die kWh elektriciteit zelf ogenblikkelijk kan inzetten, bespaart je dat de aankoop tegen een kostprijs van ongeveer 24 cent (op laagspanning).

Stel dat je zonnepanelen hebt met een jaarlijkse productie van 30.000 kWh en je bedrijf heeft een jaarlijks verbruik van 50.000 kWh. Als je de helft van de productie van de zonnepanelen (15.000 kWh) ogenblikkelijk zelf kan gebruiken, dan ziet je factuur er als volgt uit: 

Kan je door maatregelen te nemen, ervoor zorgen dat je 18.000 kWh zelf ogenblikkelijk kan verbruiken (je zelfconsumptie gaat dus van 50% naar 60%), dan zal je factuur lager liggen:

Door die 3.000 kWh zelf te gebruiken in plaats van op het net te zetten, bespaar je 420 euro.

Slim sturen kan bijvoorbeeld door het verschuiven van verbruiksposten (denk aan de elektrische boiler voor het verwarmen van sanitair water voor de reiniging van de melkinstallatie), door het bufferen van overtollige elektriciteit in koelcellen of warmtebuffers of door het tijdelijk opslaan ervan in batterijen. Het aansturen van verbruiksposten moet het eveneens mogelijk maken om in te spelen op toekomstige tariefopportuniteiten via dynamische energieprijzen.

Om je zelfconsumptie te verhogen, kan je dus best nagaan of er op jouw bedrijf flexibele processen zijn. Dit zijn processen waarbij het bijvoorbeeld niet bijzonder cruciaal is dat ze op een specifiek tijdstip worden uitgevoerd of processen waarbij tijdelijk meer energie kan worden ingestopt (warmte/koeling). De partners van het Vlaio project SAVE hebben dit op basis van enkele typebedrijven onderzocht. Ze schreven hun bevindingen en tips &tricks voor eenvoudig te implementeren maatregelen neer in brochures per sector (melkvee, varkens, witloof, glastuinbouw en landbouwbedrijven met bewaring). Deze kan je vinden op de website van Enerpedia. In de rest van dit artikel gaan we verder in op het gebruik van een batterij om de zelfconsumptie te verhogen.

Batterijen in land- en tuinbouwbedrijven

Ogenblikkelijke overschotten van zelf geproduceerde energie kunnen tijdelijk worden opgeslagen in een batterij. Deze energie kan je dan op een later moment inzetten, wanneer er een tekort is aan energie van zon of wind. Op deze manier verhoog je de zelfconsumptie van je zonnepanelen of windmolen. Batterijen kunnen ook als UPS (uninterruptible power supply) worden gebruikt, als back-up bij stroomonderbrekingen. Tenslotte kunnen ze ook worden ingezet om piekbelastingen te verminderen.

Bij PV-installaties die voorlopig nog binnen het systeem met terugdraaiende teller voor aansluitingen tot 10 kVA vallen, is het niet interessant om enkel en alleen energie te ‘verplaatsen’ om de zelfconsumptie te verhogen, maar zullen peak shaving (verminderen van pieken) en back-up toepassingen de doorslag geven. Bij de simulaties om de rendabiliteit van batterijen na te gaan, werden enkel cases meegenomen waarbij het verhogen van de zelfconsumptie de enige doelstelling is.

We behandelen in dit artikel ook enkel kortetermijnopslag, dat wil zeggen dat de opgeslagen energie in de batterij maximaal 24-48u wordt bewaard. De batterij wordt op regelmatige basis (al dan niet gedeeltelijk) opgeladen en ontladen.

Belangrijke aandachtspunten bij het plaatsen van een batterij

• De verliezen in batterijsystemen kunnen groot worden:
  • Verlies in de batterij zelf (sterk afhankelijk van de stroomsterkte): van 60% tot 95%.
  • Verlies in de omvormers (sterk afhankelijk van de belasting): de omvormer wordt tweemaal gepasseerd: bij laden en ontladen. Een rendement van 90% wordt daardoor effectief 81%.
  • Het sluimerverbruik  of standby-verbruik: op datasheets wordt vaak een zeer lage waarde opgegeven (enkele Watt), terwijl het verbruik in werkelijkheid veel hoger ligt. Dit sluimerverbruik is een vast vermogen en vrij onafhankelijk van het vermogen van de omvormer of de capaciteit van de batterij (dit wil zeggen dat dit relatief zwaarder doorweegt bij kleine batterijen).
• Dimensionering batterij:
  • Het energiegebruik op het bedrijf moet eerst worden geoptimaliseerd. Hoe kleiner de energie-inhoud van een batterij, hoe lager de kostprijs. Pieken in het vraagprofiel kunnen dus best zo laag mogelijk worden gehouden. Energiebesparing moet altijd de eerste stap zijn, gevolgd door het slim aansturen van de flexibele verbruiksposten.
  • Bij sommige omvormers daalt het rendement exponentieel bij deellast. Als de omvormer te groot is gedimensioneerd, kan dit een groot rendementsverlies betekenen.
  • Het benodigd vermogen van de omvormer hangt ook af van het gebruiksdoel: verhoging van het eigen verbruik en/of noodstroom. In het eerste geval kan de omvormer het gemiddeld verbruik over een kwartier volgen en is de capaciteit enkel begrensd door wat dagelijks kan worden geproduceerd en verbruikt. Voor noodstroom moet meteen het benodigd vermogen worden geleverd. Dit kan gemakkelijk een factor 4 uit elkaar liggen. Conclusie: kies de omvormer zo klein mogelijk, maar houd rekening met de noodstroombehoefte.
• Batterijen als back-up voor een bedrijf (dus geen UPS) zijn technisch haalbaar, maar kunnen moeilijk concurreren met een klassieke noodstroomgenerator. Deze toepassing van batterijopslag wordt dan ook verder buiten beschouwing gelaten.
• Er is enkel VLIF-steun (15%) wanneer de batterij ook een back-upfunctie heeft.

Meer info over de technische aspecten van batterijen is te vinden op www.energyville.be/onderzoek/opslag en in het technisch handboek van het SAVE project.

Analyse van enkele typebedrijven

Elk land- en tuinbouwbedrijf is anders. Een analyse van de impact van een batterij moet dan ook altijd op bedrijfsniveau worden uitgevoerd. Om toch een idee te geven van de haalbaarheid, werden binnen Enerpedia een aantal energie-intensieve ‘bedrijfstypes’ gedefinieerd die als voorbeeld werden doorgerekend. Wanneer op een bepaald bedrijf een keuze moet worden gemaakt, worden er best detailberekeningen voor dat specifieke bedrijf gemaakt om de situatie zo correct mogelijk in te schatten.

Volgende typebedrijven (met elk hun specifieke verbruiksprofiel) namen we mee in de analyse: melkveebedrijf (zonder/met robots), gesloten varkensbedrijf, vleesvarkensbedrijf, braadkippenbedrijf, legkippenbedrijf, slabedrijf, aardbeibedrijf (met/zonder belichting), witloofbedrijf en fruitbedrijf. Om te kunnen vergelijken, zijn we voor elk van deze typebedrijven uitgegaan van een jaarlijks elektriciteitsverbruik van 50.000 kWh (op laagspanning). Voor deze typebedrijven hebben we scenario’s berekend voor de combinatie van zonnepanelen (30 kWp) met een batterij of een windturbine (15 kWp) met een batterij.

Op basis van de vraagprofielen van het typebedrijf en het productieprofiel van de zonnepanelen of de windturbine hebben we op kwartierbasis gesimuleerd in welke mate een batterij kan zorgen voor een hogere zelfconsumptie en dus een besparing op de elektriciteitsfactuur.

Voor al deze typebedrijven werd in eerste instantie bekeken hoeveel elektriciteit er zonder batterij dagelijks op het net wordt geïnjecteerd. Van deze dagtotalen namen we per typebedrijf de mediaanwaarde. Voor de meeste typebedrijven is deze mediaan ongeveer 20 kWh, met opvallende uitschieters tot wel 42 kWh (melkvee-klassiek + wind) en 60 kWh (sla + wind). We hebben daarom in de berekeningen een batterij met een bruikbare capaciteit van 20 kWh genomen. Grotere batterijen zorgden in de simulaties logischerwijs voor meer eigen verbruik, maar niet in dezelfde mate als de capaciteit toenam.

Met het Enerpedia consortium stelden we de aankoopprijs voor elektriciteit in op 24 cent/kWh, de vergoeding die een bedrijf krijgt voor geïnjecteerde elektriciteit op 3 cent/kWh.

Onderstaande tabellen geven de resultaten van deze simulaties weer voor zonnepanelen en voor windturbines: de zelfconsumptie, de jaarlijkse energiekost en de besparing op de energiefactuur door het plaatsen van een batterij.

Aan de hand van de typebedrijven ‘fruit’ en ‘melkvee-klassiek’ leggen we uit waarom de besparingen op de energiefactuur zo verschillend kunnen zijn.

Bij het fruitbedrijf zijn de winsten voor de zelfconsumptie – en dus de energiefactuur – niet zo groot, zeker niet in het geval van zonnepanelen op het bedrijf. Het verbruiksprofiel is sterk afhankelijk van de seizoenen: het grootste verbruik situeert zich vlak na de pluk, wanneer het fruit wordt ingekoeld. Vanaf half november tot het einde van de zomer is het verbruik van de koelcellen veel lager. Het fruit moet enkel nog op temperatuur worden gehouden (en dit bij lage buitentemperaturen) en de koelcellen komen bovendien alsmaar leger te staan. Hierdoor kunnen de batterijen niet ten volle worden benut. In september is de energievraag omwille van het inkoelen van het fruit bijna continu zeer hoog, waardoor er zelden overschot van zonne-energie is en de batterij dus niet wordt opgeladen. Ofwel wordt rechtstreeks eigen geproduceerde energie gebruikt, ofwel wordt energie aangekocht. In juni daarentegen ligt de zelfconsumptie zeer laag, omdat de koelcellen bijna leeg zijn. Er is dus veel overschot aan eigen geproduceerde energie. De batterij zal op een gegeven moment tijdens de lente wel worden opgeladen, maar krijgt daarna bijna niet de kans om te ontladen. Het aantal batterijacties ligt misschien wel hoog tijdens deze twee voorbeeldmaanden, maar de batterij wordt zelden volledig opgeladen of ontladen.

De zelfconsumptie van klassieke melkveebedrijven ligt eerder laag. De grootste verbruikspieken komen ’s morgens en ’s avonds voor, tijdens en vlak na het melken. Door het plaatsen van een batterij kunnen hier echter wel de grootste winsten worden geboekt in vergelijking met de andere typebedrijven. Net zoals bij pluimveebedrijven wordt doorheen het volledige jaar in min of meer dezelfde mate elektriciteit verbruikt. Bij klassieke melkveebedrijven kan de zelf geproduceerde energie die in de loop van de dag op overschot is (en dit zien we natuurlijk zeer sterk bij zonnepanelen), worden ingezet bij de melkbeurt ’s avonds.

Conclusies batterijopslag

Landbouwbedrijven met een eerder gelijkmatig verbruiksprofiel gedurende het jaar (zoals bijvoorbeeld melkveebedrijven) kunnen – onder de gegeven randvoorwaarden die bij deze simulaties van toepassing waren – meer profijt halen uit de integratie van een batterij dan bedrijven met een verbruiksprofiel dat sterk afhankelijk is van de seizoenen en waarbij het verbruik laag ligt tijdens de zomermaanden (zoals bijvoorbeeld glastuinbouwbedrijven of fruitbedrijven). Batterijen moeten over een relatief korte periode voldoende energie kunnen opnemen en weer afgeven om een besparing op de energiefactuur te kunnen realiseren. Een batterij met een eerder beperkte energie-inhoud (zoals deze gebruikt in de simulaties) is bij de gangbare, meer goedkopere technologie niet geschikt om aan seizoensopslag te doen.

Voor meer informatie kan je terecht bij Laurens Vandelannoote (laurens.vandelannoote@innovatiesteunpunt.be) en Marleen Gysen  (marleen.gysen@innovatiesteunpunt.be)