Metro's die stroom leveren aan het elektriciteitsnet

Southeastern Pennsylvannia Transportation Authority (SEPTA) is het regionale instituut dat in staat voor het beheer van het openbaar vervoer voor de 3,8 miljoen mensen die leven in en rond Philadelphia. Het openbaar vervoer onder hun toezicht bestaat onder andere uit bussen, metro zowel een ondergronds als een verhoogd netwerk, treinen, elektrische trolleybussen en nog andere. SEPTA staat ook in voor het onderhoud, de herstellingen, vervangingen, uitbreidingen van de infrastructuur voor de verschillende transportmiddelen. SEPTA is nu ook van plan om een proefproject op te starten waarmee de mogelijkheden van Smart Grid technologieën uitgetest worden. Smart Grid technologieën staan in het algemeen voor technologieën waarmee men tracht zowel de vraag naar elektriciteit als de productie van elektriciteit gelijkmatiger te verdelen zodat er minder grote verschillen zijn tussen de piekmomenten en de dalmomenten. Een groot verschil tussen de piek- en dalmomenten in de vraag naar elektriciteit zorgt voor een aantal moeilijkheden. Namelijk dit maakt het moeilijker voor de producenten van elektriciteit om de geproduceerd hoeveelheid af te stemmen op de vraag naar elektriciteit. Daarnaast zorgt dit voor een grotere kost van de elektriciteit. Voor een elektriciteitscentrale is het namelijk goedkoper indien deze voor 100% van de tijd op maximaal vermogen kan draaien. Maar indien deze op verschillende momenten in een dag moet in of uitgeschakeld worden, dan leidt dit tot een hogere kostprijs.

Op het eerste zicht heeft de bedrijfsactiviteit van SEPTA niet onmiddellijk aanknopingen met deze smart grid technologieën, maar toch is er een mogelijkheid om deze te gaan toepassen. Het is namelijk zo dat wanneer de metro vertrekt uit een station er extra elektriciteit nodig is om de metro te doen versnellen. Eenmaal de metro op snelheid gekomen is, dan is het elektriciteitsverbruik een stuk lager. Dus telkens wanneer er een metro vertrekt uit het station, zorgt dit voor een piek in de vraag naar elektriciteit van het station. Maar veel kan er hier niet aan gedaan worden, een metro moet namelijk op tijd vertrekken. Maar wanneer men dan kijkt naar de metro die aankomen in het station, dan komt er een hoop energie vrij wanneer men de metro doet afremmen. Deze energie komt vrij aan de remmen van de metro onder de vorm van warmte. Het idee is nu van de proefproject om de energie die vrij komt tijdens het afremmen van de metro, om deze te gaan opslaan. Wanneer de metro dan terug het station verlaat, dan wilt men deze opgeslagen energie gaan gebruiken om de metro te doen versnellen.

Het is uiteraard moeilijk en inefficiënt om de warmte die vrijkomt aan de remmen te gaan omzetten in elektriciteit en deze te bewaren tot dat de metro weer vertrekt. Daarom integreert men een speciaal remsysteem, namelijk wanneer de metro remt, dan drijven de wielen een generator die dan elektriciteit opwekt. In het station zelf wordt er dan een grote batterij geïnstalleerd waarin deze elektrische energie kan opgeslagen worden. En wanneer de metro dan vertrekt uit het station, dan zorgt de batterij voor de extra energie om de metro te doen versnellen. En op deze manier kan men dus de pieken in het elektriciteitsverbruik van het metrostation gaan afvlakken. Wanneer de metro op snelheid komt, dan wordt er meer elektriciteit verbruikt dan wanneer hij op snelheid is. Enkel deze extra hoeveelheid wordt geleverd door de batterij. Want indien de batterij alle energie levert voor de versnelling van de metro, dan zorgt voor een dalmoment in de elektriciteitsverbruik van het station en dit probeert men ook te vermijden of deze te beperken. Maar wanneer een metro aankomt in het station, dan komt er meer energie vrij tijdens het afremmen dan de hoeveelheid die de batterij moet leveren tijdens het versnellen. En dus, op het einde van de dag, ontvangt de batterij van het station dus meer energie van aankomende Metro's dan dat het heeft moeten leveren aan de vertrekkende Metro's. En dus kan men deze extra energie gebruiken in het station zelf, of kan men deze verkopen aan het elektriciteitsnet. Op deze manier verwacht men dat het station waar het proefproject plaatsvindt, zo'n $500.000 per jaar kan verdienen en dat er tot 40% energie bespaard kan worden. Indien men dergelijke batterijen installeert in meerdere stations dat is de opbrengst even groot als dit bedrag maal het aantal stations.

Dit proefproject dient ook als demonstratie van hoe het mogelijk is om inkomsten te verzamelen met deze smart grid technologieën. En een dergelijke batterij heeft ook meerdere functie dan enkel energie besparen, het zorgt er ook voor dat elektriciteitspannes vermeden kunnen worden en ook dat er meer gebruik kan gemaakt worden van hernieuwbare energiebronnen voor de elektriciteitsproductie voor de Metro's. Vele van de hernieuwbare energiebronnen op zich zijn niet geschikt voor het aandrijven van de metro's, namelijk doordat ze een variabele elektriciteitsproductie hebben. Maar deze variaties kunnen opgevangen worden met deze batterijen in de stations. Verschillende elektriciteitsmaatschappijen hebben ook al geëxperimenteerd met batterijen om de variaties op het elektriciteitsnet weg te werken. Bij dit proefproject gebruikt men dergelijke batterijen als die voor de elektriciteitsmaatschappijen. Deze worden onder andere gemaakt door een bedrijf in Philadelphia, Viridity Energy.

Software zal beslissen waar de elektrische energie, die opgeslagen is in de batterij, naar toe gaat. De prioriteiten zijn namelijk dat de metro's kunnen vertrekken en dat daarbij de de pieken afgevlakt worden. Enkel bij overschot zal de elektriciteit verkocht worden aan het elektriciteitsnet. Het proefproject zal volgens Viridity Energy volledig operatief zijn tegen de zomer in 2011. De metro's die men daarbij zal gebruiken zijn uitgerust met speciale re-generatieve remmen. Dit wil zoveel zeggen dat deze remmen de kinetische energie van de metro's omzetten in elektrische energie en daarbij vertraagt dus de metro. Indien de batterij nog niet geïnstalleerd is, dan kan men deze re-generatieve remmen ook gebruiken, maar enkel wanneer er op hetzelfde moment een metro aankomt en een metro vertrekt uit het station.

Momenteel wordt de elektriciteitsproductie afgestemd op de vraag door de netbeheerders. Zij doen dit door signalen te verzenden naar elektriciteitscentrales waarmee ze overeengekomen zijn dat ze op minder dan hun volle capaciteit te werken tijdens de periodes waarbij de vraag relatief laag is. De variaties in de vraag naar elektriciteit kunnen soms heel snel variëren, soms duurt het slechts een paar seconden voordat deze terug verandert. Maar niet alle elektriciteitscentrales hebben de mogelijkheid om hun capaciteit snel te gaan veranderen. Bij een kerncentrale kan dit bijvoorbeeld niet gedaan worden, en bij een gas- of STEG-centrale kan dit dan wel relatief snel gedaan worden. Een batterij kan dergelijke variaties wel aan, dus deze technologie zou eigenlijk waardevoller zijn indien de batterijen hun elektriciteit aan het elektriciteitsnet leveren op het gevraagde moment. De pieken van de metro's zijn in theorie perfect voorspelbaar, aangezien de aankomsten en de vertrekken van de metro's gebonden zijn aan een tijdsschema. En voor de netbeheerders is het wel doenbaar om te anticiperen op deze voorspelbare piekmomenten. De variaties bij het elektriciteitsnet zijn veel moeilijker te voorspellen. In grote lijnen volgen deze wel een herkenbaar patroon maar het is onmogelijk om deze variaties exact te gaan voorspellen. Een batterij kan wel ogenblikkelijk en kortstondig energie leveren of ontvangen. Maar om de batterijen voor deze toepassing te gebruiken moet het mogelijk zijn voor de netbeheerders om deze batterijen aan en uit te schakelen. Hiervoor dient nog een netwerk geïnstalleerd worden waarmee er informatie kan uitgewisseld worden tussen de controle-eenheid van de batterijen en de netbeheerders. Ook moeten de netbeheerders tijdig ingelicht worden over het exacte tijdstip wanneer de metro's vertrekken. Dit netwerk moet voldoen aan strenge veiligheidsvoorwaarden en dergelijke om te beletten dat iemand met slechte bedoelingen de controle kan overnemen. Dit zal dus waarschijnlijk pas in de toekomst mogelijk gemaakt worden.

Dit project staat nu voor twee technologische uitdagingen, die het succes van dit project zullen bepalen. De eerste is het zorgen dat de batterij voldoende snel kan op- en ontladen. Ook moet de levensduur van de batterijen voldoende groot zijn zodat deze vele cyclussen kan volbrengen voordat deze stuk gaat. De tweede uitdaging is de ontwikkeling van de software waarmee de data van SEPTA's systeem voldoende snel geanalyseerd kan worden en waarmee de beslissingen gemaakt worden over de controle van het systeem. Deze software moet ervoor zorgen dat de elektrische energie op het juiste moment, op de juiste plaats terecht komt.

via [technologyreview]