Welke energieoplossing past bij welke werf? (Deel 2)
Van werfbatterij tot off-grid powerplant
In deel 1 gaven we een overzicht van wat er precies speelt op de ‘elektrische werf’. In deel 2 komen we tot de essentie. We schetsen een aantal herkenbare werfscenario's en beschrijven telkens een mogelijke oplossing om de overstap naar elektrificatie te faciliteren. Let wel, er is geen pasklaar antwoord, elke werf is maatwerk. Het gaat over meer dan een batterij naast een graafmachine zetten en laden. Het gaat over de volledige energiebalans van de werf.
Batterij of generator dimensioneren
Bij batterijen moeten vermogen en capaciteit apart worden bekeken. Het vermogen bepaalt hoeveel kW de batterij op een bepaald moment kan leveren. De capaciteit, uitgedrukt in kWh, bepaalt hoelang ze dat kan volhouden.
Voor korte hijspieken, startstromen of het opvangen van een tijdelijke belasting kan een relatief beperkte capaciteit volstaan, zolang het omvormervermogen groot genoeg is. Voor langdurig hoog verbruik is vooral de opslagcapaciteit bepalend. Een batterij die een hoge piek kan opvangen, is dus niet automatisch geschikt om urenlang een zware last te voeden. Omgekeerd kan een batterij met veel opslagcapaciteit beperkt zijn in het vermogen dat ze op één moment kan afgeven.
Hetzelfde geldt voor generatoren. Een generator moet niet alleen groot genoeg zijn voor de belasting, maar ook correct belast worden. Een overgedimensioneerde generator die langdurig onderbelast draait, is technisch en economisch ongunstig. Bij Stage V-generatoren zorgt dit voor uitval, omdat de DPF-filter dichtslibt bij een lange belasting onder de 30% van zijn vermogen.
Net daarom worden batterijen steeds vaker ingezet als buffer tussen een wisselende werflast en een generator of netaansluiting.
Vier herkenbare werven
Voor een goed zicht op de verschillende oplossingen vertrekken we vanuit een aantal specifieke situaties. Per ‘use case’ verhoogt de energievraag en presenteren we een slimme oplossing. In deel 1 hadden we het al over de ‘domme laadpaal’, AC- en DC-laden en het slimme laadplein. Hieronder gaan we even ter plaatse kijken en zoomen we in op een aantal herkenbare werfsituaties.
Werfkeet, camera’s en lichtmasten
We beginnen met de werfkeet met camera’s en lichtmasten. Vandaag draaien dergelijke types werven nog vaak op een klassieke dieselgenerator. In veel gevallen draait deze zelfs nog volcontinu om 24 op 24, 7 op 7 te kunnen voldoen aan de energievraag van o.a. een cameramast. Dit lijkt de weg van de minste weerstand, maar is geen efficiënte oplossing.
“Een hybride oplossing met een kleine batterij en zonnepanelen is in staat om dat verbruik grotendeels op te vangen”, zegt Brecht Maes, sales and business development bij Locquet Power & Light. Volgens hem kan zo’n set-up – afhankelijk van verbruik, batterijcapaciteit, pv-opbrengst, enz – zes tot zeven maanden per jaar quasi zonder generator blijven draaien. De generator dient als back-up, maar hoeft in optimale omstandigheden niet langer dag en nacht te draaien. Dat resulteert in lager brandstofverbruik, beperkt het onderhoud en – ook niet onbelangrijk – vermindert het lawaai. Een batterij maakt veel minder geluid en kan ’s nachts beperkte verbruikers blijven voeden zonder draaiende generator.
Een bijkomende keuze is of u batterij en generator als twee losse elementen inzet, dan wel kiest voor een
geïntegreerde hybride unit. Volgens Pieter Willems, Business Line Manager Power and Flow bij Atlas Copco Group, is dat vooral voor verhuur interessant: "Transport, mobiliteit en bediening worden eenvoudiger omdat één controller de batterij en generator samen aanstuurt. De keerzijde van de medaille is dat zo’n geïntegreerde oplossing groter is en minder modulair dan losse componenten die u per werf anders kunt combineren."
"Er bestaan wel all-in-one oplossingen die toelaten om makkelijk te wisselen tussen batterij en generator, indien nodig", vult Maes aan.
Bronbemaling en piekverbruik
Een tweede herkenbare toepassing is bronbemaling. Pompen vragen afhankelijk van debiet, opvoerhoogte en pompvermogen een bepaalde basislast, maar kunnen bij het opstarten ook pieken veroorzaken. Vroeger werd daarvoor vaak een zwaardere generator ingezet. Die moest de hoogste piek aankunnen, maar draaide de rest van de tijd onder zijn optimale belasting.
Vandaag kan een batterij die piek(en) makkelijk opvangen. De basislast komt dan uit het net of uit een kleinere generator. De batterij springt bij wanneer het vermogen kortstondig stijgt. Dat principe heet peak shaving. De batterij vlakt de pieken af, waardoor de aansluiting of generator kleiner kan blijven.
“Waar in het verleden een generator van 100 of 150 kVA continu draaide om piekmomenten op te vangen, volstaat vandaag in sommige gevallen een toestel van 30 of 45 kVA”, zegt Maes. “De batterij levert dan de extra stroom op het moment dat die nodig is. Dit is zeker zo bij werven met bronbemaling en een torenkraan.”
Er zijn voorbeelden bekend waarbij een 32A of 63A netaansluiting in combinatie met een slimme batterij volstaat om een complexe werf te kunnen voeden zonder extra energie te moeten genereren.
Toch blijft dimensionering maatwerk. Een korte startpiek vraagt een andere batterij dan een pomp die urenlang op hoog vermogen draait. De vraag is dus niet alleen hoe hoog de piek is, maar ook hoelang ze duurt en hoe vaak ze terugkomt.
Elektrische machines op de werf
Zodra elektrische bouwmachines worden ingezet, stijgt de complexiteit. Dan moet de batterij niet alleen pieken opvangen, maar ook voldoende capaciteit leveren om machines effectief bij te laden. Vaak komt daar een laadpaal of mobiele DC-lader bij. De voorkeur blijft: eerst laden via het net. Is het net niet voldoende toereikend, dan kan een batterijbuffer bijspringen. Is ook dat niet genoeg, dan kan een generator tijdelijk ondersteunen. Het verschil met de klassieke werf is dat de generator niet langer volcontinu hoeft te draaien. Hij start wanneer het systeem hem nodig heeft en stopt zodra de belasting opnieuw daalt.
“Zolang het nodig is, duwt de generator bij”, klinkt het bij Maes. “Valt de hoge belasting weg, dan stopt hij weer.” Dat vraagt slimme sturing. De energievoorziening moet weten wanneer een machine prioritair moet laden, wanneer een batterij moet bijspringen en wanneer een generator efficiënt kan draaien. Bij snelladen telt niet alleen het afgiftevermogen, maar ook de opslagcapaciteit van de buffer."
In de praktijk betekent dit dat de batterijbuffer voldoende vermogen moet kunnen leveren aan de lader, maar ook genoeg energie moet bevatten om dat laadmoment effectief te ondersteunen. Een batterij die één korte piek kan leveren, is niet automatisch geschikt om meerdere machines na elkaar bij te laden.
Torenkranen en grotere bouwplaatsen
Torenkranen vragen niet noodzakelijk de hele dag een hoog continu vermogen. De pieken kunnen wel hoog zijn. Daardoor zijn ze geschikt voor batterijondersteuning, op voorwaarde dat batterij en omvormer correct gedimensioneerd zijn voor hijspieken en startstromen. Op grotere werven wordt het beeld complexer. Daar staan mogelijk meerdere (bronbemalings)pompen, kranen, werfketen, laadpunten en elektrische machines tegelijk te draaien. Dan heeft het weinig zin om de volledige last op batterij te willen dragen. Meestal is een sterke netvoeding nodig, of een hybride combinatie van net, generator, batterij en energiemanagement.
De batterij blijft nuttig om pieken op te vangen, generatoruren te beperken of nachtelijke verbruikers in stilte te voeden. Maar ze is geen wondermiddel. Bij langdurig hoog continu verbruik moet de energie ergens vandaan blijven komen: uit het net, uit opwekking op de werf of uit een generator.
Willems ziet vooral in mobiele batterijen een systeem dat toegankelijk is, ook voor kleinere werven. Volgens hem kan zo’n mobiele batterij, afhankelijk van de werfsituatie, één tot twee kranen of andere verbruikers ondersteunen in combinatie met het aanwezige net of een generator. De grotere systemen – denk aan batterijcontainers – zijn volgens hem dan weer bedoeld voor zwaardere industriële, maritieme, infrastructurele of spoorwegtoepassingen.
De off-grid powerplant
De meest complexe toepassing is de zogenaamde off-grid powerplant. Die komt in beeld bij grote infrastructuurwerken, afgelegen werven zonder bruikbare netaansluiting of tijdelijke projecten waar de beschikbare aansluiting de pieken niet kan volgen. Zo’n powerplant combineert verschillende componenten: batterijen of batterijcontainers, generatoren, zonnepanelen, laadpunten, verdeelborden en een sterk energiemanagementsysteem. Het systeem moet voortdurend prioriteiten stellen. Wanneer de werf ’s morgens opstart, zijn kranen, pompen en machines prioritair. Laadpunten voor personenwagens of bestelwagens kunnen dan tijdelijk worden teruggeschroefd. Daalt het werfverbruik, dan kunnen die voertuigen opnieuw sneller laden.
“Als de werf opstart, zijn de werken prioritair”, zegt Maes. “Dan moet je de stroom via laadpunten voor wagens kunnen dichtknijpen.”
De werf wordt op dat moment een kleine energiecentrale. Niet elk toestel krijgt op elk moment wat het vraagt. Energie wordt verdeeld volgens prioriteit, timing en beschikbaar vermogen. Willems ziet daarbij vooral een modulair verhaal. Grote batterijcontainers kunnen centraal op de werf worden ingezet, terwijl kleinere mobiele batterijen specifieke verbruikers ondersteunen.
Contradictie op de werf
Diesel en elektriciteit
Een dieselgenerator combineren met een batterij lijkt op het eerste gezicht tegenstrijdig in het kader van de emissiearme werf. Toch kan die combinatie in bepaalde situaties zinvol zijn. De batterij neemt de kleine, wisselende verbruikers over. De generator draait alleen wanneer er voldoende belasting is of wanneer de batterij moet worden geladen.
“De batterij doet de kleine verbruikers”, legt Willems uit. “Komt er een grote verbruiker bij, dan kan de generator helpen. De generator wordt dan alleen gebruikt om, bij optimale belasting en verbranding, de batterij op te laden.”
Dat is vooral belangrijk bij moderne Stage V-generatoren. Die hebben voldoende belasting nodig om goed te blijven functioneren. Langdurige onderbelasting kan leiden tot problemen zoals roetvorming, wet stacking of vervuiling en verzadiging van nabehandelingssystemen. Een batterij helpt om lage en wisselende verbruikers over te nemen, zodat de generator minder vaak en onder betere belasting draait.
Maes vat het principe praktisch samen: “De batterij neemt de kleine, wisselende verbruikers over, terwijl de generator pas bijkomt wanneer er voldoende belasting is om efficiënt en schoon te draaien.”
HVO100 staat niet synoniem voor emissievrij
Ook HVO100 kan in bepaalde projecten een rol spelen. Die brandstof kan de fossiele CO2-impact op levenscyclusbasis verlagen, afhankelijk van grondstof, certificering en rekenmethode. Aan de uitlaat blijft er echter verbranding plaatsvinden. HVO100 is dus geen synoniem voor een emissievrije werf. Voor bestekken of CO2-berekeningen die op levenscyclusbasis kijken, kan HVO100 wel een rol spelen als tussenoplossing, zeker in combinatie met batterijopslag en een generator die minder uren draait. Maar een generator op HVO100 blijft een verbrandingsmotor. Het blijft belangrijk om de volgorde helder te houden. Maes: “Eerst de zon, dan het net en pas in laatste instantie de generator.”
Een aantal uitdagingen op een rij
Logistiek, veiligheid en service
Grote batterijsystemen moeten worden vervoerd, geplaatst, aangesloten, gemonitord en correct gebruikt. Afhankelijk van type, configuratie en transportwijze kunnen daarbij ADR-regels of specifieke veiligheidsprocedures meespelen. Voor grote bouwbedrijven is dat beter te organiseren dan voor kleinere aannemers. Middelgrote spelers hebben niet altijd de kennis of mensen in huis om energiestromen, batterij-instellingen, netaanvragen en laadstrategieën zelf te beheren. Daarom verschuift de markt naar energie als service. Leveranciers leveren niet alleen batterijen of laadpalen, maar ook steeds vaker advies, monitoring, dimensionering, opleiding en ondersteuning.
Beleid en infrastructuur bepalen het tempo
In Nederland staat de markt al verder. In België beweegt er vooral op stedelijk niveau iets, onder meer waar steden emissies uit dichtbebouwde gebieden willen weren. Willems ziet daar een duidelijke rol voor de overheid. “Vooral in België mag de overheid meer ondersteunen in de vergroening van de werf. Er wordt weinig focus opgelegd en er is weinig controle.”
Handhaving blijft een aandachtspunt. Emissie-eisen hebben pas effect als duidelijk is wie controleert, hoe er wordt gecontroleerd en welke normen gelden. Een verplichting zonder keuring is een lege doos. Daarnaast blijft netcapaciteit niet altijd even betrouwbaar. Aannemers willen vaker met netstroom en batterijen werken, maar botsen op beperkte aansluitmogelijkheden of lange doorlooptijden. Daardoor zullen hybride oplossingen nog een tijd nodig blijven.
Met de medewerking van Atlas Copco, Locquet Power & Light en SMT Belgium
