De toekomst voorzien van stroom met energieopslagsystemen op batterijen

Er wordt veel onderzoek gedaan naar hoe we de batterijtechnologieën verder kunnen verbeteren, aangezien Battery Energy Storage Systems (BESS) van cruciaal belang zijn voor een schone energietransitie naar een koolstofneutrale wereldeconomie. De mogelijkheid om energie uit hernieuwbare bronnen op te slaan voor later gebruik of voor transport is een belangrijk onderdeel van de decarbonisatie van verschillende industrieën. Flanders Make is actief betrokken bij heel wat onderzoek op het vlak van batterijtechnologieën en ook bedrijven kunnen er hun voordeel mee doen.

Van de verschillende soorten BESS is de lithium-ionbatterijtechnologie het meest gebruikte type oplaadbaar energieopslagsysteem. Sinds de eerste commercialisering van de Li-ion-batterij in 1991 heeft deze technologie snel ingang gevonden bij de consumenten dankzij een aantal interessante kenmerken in vergelijking met andere oplaadbare batterijen, zoals een hoge energie- en vermogensdichtheid, een lange levensduur en meer flexibiliteit bij het laden en ontladen dan vergelijkbare batterijchemicaliën. Tegenwoordig zijn Li-ion batterijen overal te vinden, van kleine batterijen in draagbare elektronische apparaten, zoals mobiele telefoons, laptops en tablets, tot zeer grote batterijen in auto's, huizen of zelfs industriële opslagsystemen.

Industriële toepassingen van batterijen

Grootschalige batterijopslag wordt steeds meer gebruikt in industriële toepassingen. Ze bewijzen hun waarde in drie hoofdcategorieën, en Flanders Make heeft in al die categorieën lopende onderzoeken.

E-mobiliteit

Klimaatverandering, luchtverontreiniging en een tekort aan fossiele brandstoffen zijn de wereldwijde uitdagingen die de regelgeving voor de mobiliteitssector sturen in de richting van koolstofneutrale aandrijvingen. Elektrisch rijden is in opkomst en de batterij als kernonderdeel van de geëlektrificeerde aandrijving stelt ons in staat af te stappen van CO2-uitstotende fossiele brandstoffen. Diezelfde trend doet zich nu voor in het grootschalige wegvervoer, maar ook in de zee- en luchtvaartsector. Aangezien de vervoerssector een van de belangrijkste bronnen van luchtverontreiniging is, is het koolstofvrij maken ervan een belangrijke stap naar een schonere, gezondere en beter betaalbare toekomst voor iedereen.

Elektriciteitssector

Energieopslagsystemen met batterijen worden een sleutelelement in de overgang van de elektriciteitsopwekking uit fossiele energiebronnen zoals steenkool en gas naar hernieuwbare bronnen zoals zon en wind. Aangezien hernieuwbare energiebronnen weersafhankelijk en onregelmatig zijn, kunnen BESS deze energie effectief opslaan voor later gebruik om vraag en aanbod met elkaar in evenwicht te brengen en betrouwbare en stabiele stroom te leveren. De omvang van deze batterijsystemen voor netdiensten kan aanzienlijk variëren van kleine thuisbatterijen voor zonnepanelen op het dak tot zeer grote batterijsystemen in de grootorde van een aantal MWh die op het transmissienet worden aangesloten. Deze grote batterijen kunnen in de elektriciteitssector diverse functies vervullen, zoals frequentieregeling, nivellering van de belasting, back-upvermogen, spanningsondersteuning en energiebeheer.

Maakindustrie

Energie-efficiëntie is een kernelement van Industrie 4.0, bijgevolg proberen alle industrieën manieren te vinden om hun efficiëntie te verbeteren zonder verdere schade aan de planeet toe te brengen. Net als de bovengenoemde elektrische voertuigen worden vorkheftrucks, kranen, robots, drones en terreinmachines steeds vaker geëlektrificeerd om de koolstofvoetafdruk verder te verkleinen. Bovendien spelen batterijen een centrale rol in Industrie 4.0, waar alles met elkaar verbonden zal zijn. De ontwikkeling van het Internet of Things betekent dat veel mobiele apparaten en hulpmiddelen een soort energiebron nodig hebben en dat is vaak een batterij.

Batterijonderzoek bij Flanders Make

Flanders Make staat als strategisch onderzoekscentrum voor de productie- en automobielindustrie aan de spits van de elektrificatie van de toekomstige voertuigen, machines en fabrieken en draagt zo bij tot een koolstofneutrale en duurzame toekomst. In deze context heeft Flanders Make een uitgebreide ervaring opgebouwd in batterijgerelateerde activiteiten op systeemniveau, zoals batterijarchitectuur en systeemtechniek, elektrisch en mechanisch ontwerp, batterijbeheersystemen en toestandsschatting, geavanceerde koeling en thermisch beheer, functionele veiligheid en digitalisering van batterijsystemen. Al deze activiteiten worden sterk ondersteund door een uitgebreide testinfrastructuur voor batterijcellen, -modules en -pakketten, omgevings- en klimaattestkamers, testinfrastructuur voor elektrische aandrijflijnen en machines, en een modulair en flexibel hoogspanningssimulatiesysteem voor gelijkstroom.

Internationale samenwerking op het vlak van onderzoek en innovatie is altijd al van groot belang geweest voor Flanders Make. Gezien de strategische rol van batterijen in de EU-plannen voor een schone en digitale energietransitie, draagt Flanders Make actief bij tot innovatief batterijonderzoek op Europees niveau. Hieronder vindt u een overzicht van het lopende en komende batterijgerelateerde EU-onderzoek in Vlaanderen. Als één van deze projecten relevant is voor uw bedrijf, neem dan gerust contact op.

Tegen midden 2023 zullen twee nieuwe EU-projecten worden opgestart waarin Flanders Make een belangrijke rol zal spelen.

Volgende generatie krachtige en veilig ontworpen batterijsystemen

Het EU-project EXTENDED, dat medio 2023 van start zal gaan, heeft tot doel innovatieve batterijsysteemtechnologieën te ontwikkelen die ten goede zullen komen aan diverse vervoers- en mobiele toepassingen, door de prestaties en de veiligheid, alsmede de milieuduurzaamheid en de kosten aanzienlijk te verbeteren. De ontwikkelde technologieën en oplossingen zullen ook worden geoptimaliseerd voor andere toepassingen zoals stationaire batterijen. Het batterijsysteem in EXTENDED zal gebaseerd zijn op de volgende generatie solid state batterijceltechnologieën. In dit project zal Flanders Make als werkpakketleider verantwoordelijk zijn voor het testen van de prestaties en de validatie van de ontwikkelde batterijsystemen.

Digitalisering van het testen van batterijen, van cel- tot systeemniveau

Het doel van het tweede project is het digitaliseren van het testen van batterijen, aangezien de bestaande testmethoden, die voornamelijk gebaseerd zijn op trial-and-error processen, hoge kosten met zich meebrengen. De digitalisering van batterijtesten zal leiden tot een versnelling van de batterijontwikkelingstijd, een hogere kwaliteit van de batterijbeoordeling en een verbetering van het batterijontwerp zelf, wat vooral in de ontwikkelingsfase tot aanzienlijke kostenbesparingen zal leiden. Flanders Make zal bijdragen tot het testen van batterijcellen en -modules, de validatie van een AI-gestuurde toolchain met betrekking tot de functionele storingen in het batterijsysteem, en ook de ontwikkeling van een hybride testplatform en zijn digital twinsysteem.