Het grote verschil in energiedichtheid van fossiele brandstoffen (bijvoorbeeld 12 kWh/kg voor benzine van commerciële kwaliteit) in vergelijking met de modernste lithium (Li)-ion batterijen (0,15 kWh/kg) vormt enorme barrières voor brede adoptie van elektrificatie in de transportsector.
Er is de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het verminderen van de beperkingen die verband houden met de hoge kosten, het gewicht en het ruimtegebruik van batterijpakketten. Het beperkte bereik blijft niettemin een belangrijke barrière voor de bredere adoptie van elektrische voertuigen in de meeste transportsectoren.
De zogenaamde fast-charge (FC) Li-batterijen (d.w.z. elektrochemische cellen die binnen een paar minuten volledig kunnen worden opgeladen, maar die doorgaans binnen enkele uren kunnen worden ontladen) hebben onlangs veel onderzoeksaandacht getrokken..
Er is de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het verminderen van de beperkingen die verband houden met de hoge kosten, het gewicht en het ruimtegebruik van batterijpakketten. Het beperkte bereik blijft niettemin een belangrijke barrière voor de bredere adoptie van elektrische voertuigen in de meeste transportsectoren.
De zogenaamde fast-charge (FC) Li-batterijen (d.w.z. elektrochemische cellen die binnen een paar minuten volledig kunnen worden opgeladen, maar die doorgaans binnen enkele uren kunnen worden ontladen) hebben onlangs veel onderzoeksaandacht getrokken..
Prijsverschillen elektriciteitopslag in waterkracht, - vliegwielen, en in chemische systemen
Het vakblad Joule heeft een uitgebreide studie gedaan in 2019 naar de prijs van een opslag cyclus van stroom via batterijen, vliegwielen, Pumped Hydro, Lithium-ion en Vanadium redox batterijen.
Inmiddels 5 jaar later, blijkt dat Li-ion sterker in prijs is gedaald. In elektrische auto's zijn de kWh opslagprijzen € 150 en de cyclus kosten € 150/1000 = € 0,15/kWh en opstellingen met 2 mw batterij opslag kosten € 250 per kWh en een kWh cyclus prijs van € 250/1000 = € 0,25.
Inmiddels 5 jaar later, blijkt dat Li-ion sterker in prijs is gedaald. In elektrische auto's zijn de kWh opslagprijzen € 150 en de cyclus kosten € 150/1000 = € 0,15/kWh en opstellingen met 2 mw batterij opslag kosten € 250 per kWh en een kWh cyclus prijs van € 250/1000 = € 0,25.
- De prijs voor elektriciteit Nederland inclusief BTW en belastingen bedraagt in mei 2024 € 0,34.
- Waterstof als opslag voor elektriciteit kost per cyclus circa € 0,50/kWh. Zie rapport Businessplan H2 Lauwersoog
Prijsontwikkeling grote batterijen
China meldt dat de prijs voor Li-ion Accu's voor elektrische voertuigen nu $ 139 per kWh bedraagt.
Het BNEF (Bloomberg New Energy Finance) verwacht dat deze prijsdaling zal blijven voortzetten in 2024 omdat de prijs voor belangrijke batterijmaterialen zoals lithium, nikkel en kobalt naar verwachting ook zal dalen. Daarnaast kan innovatie en productieoptimalisatie ook bijdragen aan een prijsdaling voor batterijen in het volgende jaar. Echter kan het plaatsen van productie in Europa en de Verenigde Staten ook zorgen voor opwaartse prijsdruk door hogere energieprijzen en arbeidskosten.
Het BNEF (Bloomberg New Energy Finance) verwacht dat deze prijsdaling zal blijven voortzetten in 2024 omdat de prijs voor belangrijke batterijmaterialen zoals lithium, nikkel en kobalt naar verwachting ook zal dalen. Daarnaast kan innovatie en productieoptimalisatie ook bijdragen aan een prijsdaling voor batterijen in het volgende jaar. Echter kan het plaatsen van productie in Europa en de Verenigde Staten ook zorgen voor opwaartse prijsdruk door hogere energieprijzen en arbeidskosten.
Leveranciers grote systemen
- Blauhof 1032 kWh voor € 335.000 => 335/kWh.
- Kiwatt levert batterijen tot 1000kWh en adviseert met dynamische contracten en net balanceren.
- Boltainer levert batterijen van meer vn 2.000 kWh voor een prijs van € 299 per kWh inclusief een managementsysteem om te profiteren van netbalancering.
- Suwotec levert batterijen gemaakt van organische materialen. Naar verluidt gaan deze batterijen circa € 150 per kWh kosten.
- Gigastorage, grootste batterij Europa. Het bedrijf Giga Stoage BV levert hele grote systemen.
- Wartsila. Producent van zeer grote LI-ion batterijsystemen.
Overheidsondersteuning voor batterijen
1. Om stroom uit zonneparken doelmatiger aan te kunnen wenden is het zinvol om batterijen in te zetten. Minister Jetten heeft ruim 416 miljoen beschikbaar gesteld om de plaatsing van batterijen te stimuleren Sterker nog de minister wil de plaatsing van batterijen bij nieuwe zonneparken verplichten. De regeling zal in 2025 worden opengesteld.
2. Kleinere systemen voor bedrijven mogen EIA toepassen (40% extra aftrek))
2. Kleinere systemen voor bedrijven mogen EIA toepassen (40% extra aftrek))
Artikelen over de levensduur van batterijen
- CM batterties - Guangdong - China - start-up
- Fundamental Li-ion Na-ion battery research
- Delftse onderzoekers ontwikkelen batterijen die sneller kunnen opladen, stabielere opslag bieden en van duurzame materialen worden gemaakt die goed beschikbaar zijn
- Nieuwe batterijen op komst - NWO 2022
Algemeen wordt gesteld dat li-ion batterijen 1000 cycli mee kunnen gaan voordat degradatie roet in het eten gooit. Voorwaarde is wel dat er een juist batterij-managementsysteem (BMS) van laden en ontladen wordt toegepast.
Batterij management
Batterijmanagement, ook wel bekend als Battery Management System (BMS), is een essentieel onderdeel van moderne batterijsystemen. Het omvat een reeks technische processen en procedures om de prestaties, levensduur en veiligheid van batterijen te optimaliseren.
- Celmontage en balancering: In een batterijpakket zijn meerdere cellen opgenomen die samenwerken om elektrische energie op te slaan. Deze cellen moeten zorgvuldig worden gemonteerd en gebalanceerd om ervoor te zorgen dat elke cel gelijkmatig wordt gebruikt en opgeladen. Onevenwichtige cellen kunnen leiden tot verminderde prestaties en een verkorte levensduur van de batterij. Het BMS bewaakt de spanning en de ladingstoestand van elke cel en voert balanceringshandelingen uit indien nodig.
- Lading- en ontlaadcontrole: Het BMS regelt het oplaad- en ontlaadproces van de batterij om overmatige spanning, stroom of temperatuur te voorkomen, wat schadelijk kan zijn voor de cellen. Het bewaakt de laadstatus van de batterij en past de laadstroom en spanning aan om optimale prestaties te garanderen. Bij ontlading voorkomt het BMS dat de batterij te ver wordt ontladen, wat schade kan veroorzaken.
- Thermisch beheer: Oververhitting is een van de grootste bedreigingen voor de prestaties en veiligheid van batterijen. Het BMS bewaakt de temperatuur van de batterij en kan koelsystemen activeren of de laadstroom beperken om oververhitting te voorkomen. Dit is vooral belangrijk bij snelladen of hoge omgevingstemperaturen.
- Capaciteitsbewaking en voorspelling: Batterijen degraderen na verloop van tijd als gevolg van cyclisch laden en ontladen, evenals blootstelling aan omgevingsfactoren. Het BMS houdt de capaciteit van de batterij in de gaten door cyclustellingen en interne weerstand te meten. Op basis hiervan kan het BMS de resterende levensduur van de batterij voorspellen en aanbevelingen doen voor onderhoud of vervanging.
- Veiligheidsmaatregelen: Een goed BMS is ontworpen om de batterij te beschermen tegen overladen, overontladen, kortsluiting en andere potentieel gevaarlijke situaties. Het kan automatisch de stroomtoevoer naar de batterij onderbreken of andere noodmaatregelen activeren om letsel of schade te voorkomen.
- Communicatie en diagnostiek: Moderne BMS-systemen zijn vaak uitgerust met communicatieprotocollen zoals CAN-bus of Modbus, waarmee ze kunnen communiceren met andere voertuig- of energiesystemen. Ze bieden ook diagnostische gegevens en waarschuwingen voor exploitanten om eventuele problemen snel op te lossen en de efficiëntie te verbeteren.
analog front-end (AFE)
Hoe ontwerp je een BMS?