Peak-shaving med Li-ion batterier

"Peak-shaving", toppstyring, "energy shifting", er teknikker som brukes til å kutte toppene i strømforbruket til en sluttbruker. Det er ønskelig både for kraftleverandør og netteier å redusere ekstremene i forbruket, dette gjenspeiles ofte i kundens kraftavtale.

Peak-shaving er ingen ny idé. Teknikker for å redusere strømtoppene har vært i bruk i mange tiår. I noen tilfeller er det kraftleverandøren som styrer systemene, da kalles det gjerne "Load management" eller "Demand side management". Slike systemer kan f.eks. tillate at en kraftleverandør stenger ned kraftkrevende maskiner hos kunden ved forbrukstopper. Når ansvaret for å redusere forbrukstoppene ligger hos kunden, kalles det gjerne "peak-shaving".

Vanlige måter å kutte toppforbruket på er å styre når kraftkrevende maskiner og systemer brukes. Slik planlegging fungerer godt i noen sammenhenger, mens andre ganger er det ikke mulig å forutse eller planlegge bort overforbruket. I slike tilfeller har man tradisjonelt brukt reserveaggregater. Utvikling av pris og kvalitet på Li-Io batterier de siste årene har imidlertid åpnet for mange muligheter; peak-shaving er en av de mest spennende.

Li-ion batterier


Siden Sony produserte det første komersielle Litium-ion batteriet i 1991 har teknologien hatt en voldsom utvikling. Batteriene ble først tatt i bruk i diverse portabelt utstyr som videokameraer, foto , verktøy, PCer og ikke minst mobiltelefoner. I de aller siste årene har Li-ion batterier særlig i biler, drevet utviklingen i pris, kapasitet og levetid videre. Det samme har alternative energikilder som sol og vind, som ofte har en uforutsigbar produksjon – dette gjør det nødvendig med energiakkumulering.

I forhold til gamle blybatterier er Li-ion batterier rundt 300% mer energitette samtidig som de tåler ti til tyve ganger så mange ladesykluser. Batteriene er også mer miljøvennlige og de er i praksis vedlikeholdsfrie.

Pris pr. lagret kilowatt time har sunket betraktelig de siste årene. Grovt sett er prisen pr. kilowatt time lagringskapasitet redusert med 90% det siste tiåret. Samtidig er levetiden kraftig forbedret noe som gir store utslag i det tallet som egentlig er viktig; pris pr. kilowatt time pr. ladesyklus.

Ettersom teknologien er blitt moden, finnes det nå Li-ion batterier tilpasset en rekke forskjellige formål. Variasjoner i materialer i katoder og anoder samt tilsetninger i cellen gir variasjoner i ladetid, utladingskapasitet og energitetthet. Valg av riktig batterier er vesentlig for å oppnå alle fordelene Lithium-ion teknologien kan levere.

Økonomi


De fleste store strømkunder har en kraftavtale der forbrukstoppene utgjør en stor andel av strømkosten. I eksempler Staubo AS har innhentet kan enkelt forbrukstopper utgjøre så mye som 30-50% av kraftkostnadene. For en mellomstort kraftkunde kan denne kostnaden finansiere et relativt stort peak-shaving anlegg. Beregninger vi har gjort, viser at anlegg har potensiale til å bli lønnsomme hvis prisen for toppforbruket er på mer enn 1.25 kroner pr. kilowatttime.

For moderne batterier kan man forvente opptil 6000-10.000 ladesykler. For et anlegg som f.eks. brukes til å redusere to strømtopper pr. dag, vil forventet levetid bli femten år.

Slike anlegg kan også helt eller delvis erstatte nødstrømløsninger og dermed redusere totalkostnaden ytterligere.

Andre faktorer bidrar også til at dette er riktig tid til å vurdere peak-shaving. Kraftprisene på mellomlang sikt er trolig på vei oppover, og strømnettet utvides med flere ustabile kraftkilder. Det er dermed grunn til å tro at peak-shaving vil bli mer lønnsomt i årene som kommer. Les også om miljøaspektene lenger ned.

Vi hjelper deg gjerne med å sette opp regnestykkene.

Anlegget

Et Li-ion basert peak-shaving anlegg består av flere komponenter; selve batteripakken, inverteren og styringssystemet. Batteripakken dimensjoneres til å ta hele eller deler av forskjellen mellom normalforbruk og toppforbruk. Hvis et anlegg har en normalbelastning på f.eks. 2MW, men med topper på 3MW over perioder på opptil en time, dimensjoneres anlegget for minst 1MWH energi. Man skal imidlertid også passe på at anlegget kan levere den ønskede effekten i tidsperioden det er snakk om. I tillegg vil styresystemet sørge for at batteriene aldri lades helt ut, så i praksis må anlegget overdimensjoneres noe.

Batterianlegget er egnet for desentralisering. Batteriene kan godt spres til flere lokasjoner over et anlegg.

Selve batteripakken utgjør normalt rundt 75% av kostnaden med et peak-shaving anlegg, De resterende utgiftene er omformeren (inverter, AC/DC konverter) og styringssystemet. Styringssystemet kalles ofte BMS (Battery Monitoring System). Det vil være lønnsomt å sørge for at inverter og styringssystem er i stand til å dekke både nåværende og fremtidig behov.

Et anlegg av denne størrelsen vil grovt sett være på størrelse med en shippingcontainer.

Solceller


Et peak-shaving anlegg kan naturligvis også brukes sammen med et solcelleanlegg. Pr. idag finner de fleste at nedbetalingstiden for solcellekraft blir for lang, men solceller kan gi andre fordeler, som f.eks. en styrket miljøprofil. Ubenyttet solkraft kan selges tilbake til nettet, men regnestykket blir gjerne bedre om kraften akkumuleres i en batteripark, for så å brukes lokalt. Ved å overdimensjonere batteriparken, kan denne kraften også kombineres med peak-shaving. Vi hjelper deg gjerne med beregningene.

Miljøfaktorer


Et velbygget peak-shaving anlegg har flere positive miljøgevinster; Først og fremst har det anledning til å erstatte ineffektive og forurensende generatorer.

Et slikt anlegg kan også tillate nettleverandøren å dimensjonere nettet annerledes slik at unødvendig utbygging spares.

Bedrifter som har dieselgeneratorer som nødkraft eller backupkraft bør også vurdere om ikke et batterianlegg kan dekke behovet. Dimensjoneres anlegget riktig kan det fungere både som peak-shaving og nødanlegg.

Li-Io batterier kan resirkuleres.