Zelf groene stroom produceren is één ding. Ze slim gebruiken is iets anders.

Een biogasinstallatie die genoeg groene stroom produceert voor duizenden gezinnen, maar op sommige momenten zelf elektriciteit van het net moet halen. Het klinkt tegenstrijdig, maar bij Guilliams Green Power in Boutersem is dat precies de uitdaging. Een zelf ontwikkeld Energy Management System moet het energieverbruik van de installatie daarom slimmer afstemmen op de productie.

De biogasinstallatie van Guilliams Green Power verwerkt dagelijks ongeveer 250 ton mest en organisch afval. Via vergisting ontstaat biogas, dat wordt verbrand in drie warmte-krachtkoppelingen, of WKK's. Samen kunnen die tot 2,8 megawatt groene stroom produceren, volgens het bedrijf goed voor het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van ongeveer 8.000 gezinnen.

Maar veel energie produceren betekent niet automatisch dat die energie altijd optimaal wordt benut.

Productie en verbruik in balans

De installatie bevat naast de drie WKK's heel wat elektrische verbruikers: mixers, pompen, dompelbeluchters en andere elektromotoren die nodig zijn om het vergistingsproces en de verwerking van het digestaat draaiende te houden.

Wanneer één of meerdere WKK's door onderhoud of een storing uitvallen, kan de eigen elektriciteitsproductie onvoldoende zijn om al die toestellen van stroom te voorzien. De installatie moet dan elektriciteit van het net halen, met extra kosten tot gevolg.

Op andere momenten ontstaat net het tegenovergestelde probleem. Op de bedrijfssite staat ook een batterij van 1 MW/2 MWh die wordt ingezet op de elektriciteitsmarkt. De aansturing daarvan gebeurt extern. Wanneer de drie WKK's op vol vermogen draaien en de batterij tegelijkertijd elektriciteit op het net injecteert, kan het totale geïnjecteerde vermogen boven de contractuele grens van 3.000 kW uitkomen, waardoor het bedrijf een boete riskeert. Ook dat wil Guilliams Green Power vermijden.

De vraag werd daarom: kunnen we de elektromotoren en generatoren van de installatie slim sturen om die twee uitersten op te vangen?

Slim schakelen met 35 elektromotoren

Om dat te onderzoeken bracht ik eerst de elektrische installatie in kaart. Van de 170 elektromotoren bleken er 35 geschikt om in het Energy Management System, kortweg EMS, op te nemen. Een toestel moest daarvoor vrij kunnen worden in- of uitgeschakeld zonder het productieproces in gevaar te brengen én voldoende invloed hebben op het totale elektrische vermogen.

Vervolgens onderzocht ik voor die motoren onder meer hoe snel ze konden worden geschakeld, hoeveel invloed ze hadden op het totale stroomverbruik en hoe lang een toestel maximaal mocht stilliggen. Op basis daarvan stelde ik twee prioriteitenlijsten op.

Het principe is eenvoudig. Produceert de installatie te weinig elektriciteit, dan schakelt het EMS volgens een vaste volgorde tijdelijk verbruikers uit. Zo daalt de hoeveelheid elektriciteit die van het net moet worden gehaald. Dreigt de installatie meer dan 3.000 kW op het net te injecteren, dan gebeurt het omgekeerde: beschikbare verbruikers worden ingeschakeld om een deel van de overtollige energie binnen de eigen installatie te verbruiken.

Veertien maanden aan energiedata

Om te bepalen of dat idee ook werkelijk potentieel had, analyseerde ik eerst ongeveer veertien maanden aan energiedata. Hiervoor combineerde ik de meetgegevens van 24 elektrische meetpunten in de installatie met gegevens van de digitale Fluvius-meters.

Daaruit kwamen twee soorten 'probleemkwartieren' naar voren. In meer dan 2.000 kwartieren lag het totale vermogen onder 0 kW en werd dus elektriciteit van het net afgenomen. De grens van 3.000 kW, het maximale vermogen dat de installatie volgens het contract op het net mag zetten, werd daarentegen slechts ongeveer twintig keer overschreden.

Vervolgens bouwde ik in Excel een theoretische simulatie die voor elk probleemkwartier berekende welke toestellen volgens de prioriteitenlijst konden worden geschakeld en wat daarvan het effect op het totale vermogen zou zijn.

Van simulatie naar resultaat

Uit de simulatie bleek dat het EMS de elektriciteitsafname niet in alle situaties volledig kan vermijden. Wanneer meerdere WKK's stilliggen, blijven bepaalde elektromotoren immers noodzakelijk voor de werking van de installatie en kunnen ze niet zomaar worden uitgeschakeld. Het EMS kan de hoeveelheid elektriciteit die moet worden aangekocht echter wel beperken en zo de kosten verlagen.

Aan de andere kant bleek de overschrijding van 3.000 kW veel beter beheersbaar. De grootste gemeten overschrijding bedroeg 271 kW. Volgens de simulatie kon het vermogen in alle onderzochte gevallen binnen drie minuten opnieuw onder de grens worden gebracht door extra verbruikers in te schakelen.

Het Energy Management System in de praktijk

De analyse bleef niet beperkt tot een theoretisch model. Tijdens de tweede helft van mijn stage ontwikkelde ik samen met een externe programmeur van RS-Data, die instaat voor de programmatie bij Guilliams Green Power, een eerste EMS-applicatie. Deze verzamelt en visualiseert de energiedata en vormt de interface voor de uiteindelijke automatische sturing. De applicatie werd ontwikkeld in de programmeertaal C# en via een SQL-database gekoppeld aan de PLC-sturing van de installatie.

De eerste basis voor het Energy Management System werd tijdens de bachelorproef gelegd. De volgende stap is om het systeem verder in de installatie te implementeren en in de praktijk te testen en optimaliseren op basis van praktijkgegevens.

Toch tonen de resultaten duidelijk het potentieel van slim energiebeheer voor een biogasinstallatie. Door de elektriciteitsproductie en het eigen verbruik beter op elkaar af te stemmen, kan het EMS helpen om de beschikbare energie efficiënter te benutten. Want slim energiebeheer draait niet alleen om hoeveel groene stroom je produceert, maar ook om hoe slim je die stroom gebruikt.