September 2018

Johan Cruijff ArenA scoort met megabatterij via een-tweetje met Nissan

Met hergebruikte autoaccu’s naar decentrale energieopslag

Sinds deze zomer beschikt de Johan Cruijff ArenA over een opslagsysteem van 3 MW
met batterijen uit Nissan Leaf’s. Hiermee heeft het stadion altijd back-upcapaciteit en
ondersteunt het TenneT om het stroomnet stabiel te houden. Binnenkort worden
bi-directionele laadpalen aan het systeem toegevoegd, waarmee een flexibel systeem
ontstaat dat de frequentie van het net kan regelen.

De Johan Cruijff ArenA investeerde de afgelopen jaren al in pv-panelen en duurzame warmte en koude. Op het dak van het stadion liggen 4.200 zonnepanelen met een totale capaciteit van 1,1 MWpiek. Een groot deel van die energie verdween echter direct het net in, omdat op het moment dat de zon schijnt er niet altijd evenementen zijn in het stadion. Innovatiemanager Henk van Raan koesterde dan ook al langer de wens om een opslagsysteem te bouwen dat zoveel mogelijk van de opgewekte energie kon opslaan. Van Raan: ‘Ons jaarlijks gemiddeld elektrisch verbruik is negen miljoen kWh, terwijl de zonnepanelen zo’n negenhonderdduizend kWh elektriciteit produceren. De niet gebruikte energie belandt op het middenspanningsnet van Liander, wat de netbeheerder vervolgens moet zien te verwerken. Om dit te voorkomen, wilden we zoveel mogelijk van onze zelfopgewekte stroom inzetten in het stadion.

Het stadion gebruikt tijdens een evenement gemiddeld 3 MW aan elektriciteit per uur

Ook de mogelijkheden om de stroomkwaliteit te verbeteren en de productie-en consumptiepieken af te vlakken, namen we mee in de investeringsoverweging. Bij grote evenementen bereiken we soms grote spanningspieken, die kunnen tot grote problemen leiden in de netten van Liander en TenneT. Die partijen heffen daarom een peak demand charge om de netbelasting door te berekenen. Het afvlakken van pieken levert dus ook een financieel voordeel op. Tot slot wilden we een alternatief kunnen bieden voor de twee dieselaggregaten, die we vanuit veiligheidsoverwegingen stand-by hebben staan voor het geval de stroom uit mocht vallen. Samen kunnen die generatoren 640 kVA leveren, wat slechts 21 procent is van het vermogen van de batterij. Uiteindelijk zou de batterijcapaciteit zelfs kunnen worden verhuurd aan de artiesten die hier optreden, zowel als primaire stroomvoorziening voor de show en als alternatief voor back-up, waarvoor ze nu vaak hun eigen dieselaggregaten meenemen.’

Tweede leven

Nu zijn er al niet veel batterijen van dit formaat op de wereld, maar Van Raan legde de lat nog eens extra hoog door aan te sturen op gebruikte batterijen. ‘De capaciteit van lithium-ion batterijen neemt gedurende de diverse laad- en ontlaadcycli af’, zegt Van Raan. ‘Dit is een fenomeen waar alle elektrische auto’s mee te maken krijgen. Na een aantal jaren gebruik, kunnen de accu’s niet meer de door de fabrikant beloofde acceleratie halen en moeten ze worden vervangen. Voor een statische oplossing zoals wij die voor ogen hadden, zouden die afgedankte batterijen echter nog prima voldoen. We geven deze batterijen dus een tweede leven, iets wat perfect in onze circulaire visie past.’

Samen met The Mobility House vond Van Raan al snel aansluiting bij Nissan, dat zijn Leaf elektrische auto al enige jaren op de Europese markt verkoopt. Het bedrijf beschikte al over afgedankte batterijen, maar wilde ook nieuwe batterijen leveren van de vierde generatie, om aan de 3 MW-opslagcapaciteit te kunnen komen. Het 3 MW-vermogen, met een nominale capaciteit van 2,8 MW, is niet geheel toevallig gekozen. Het stadion gebruikt tijdens een evenement gemiddeld 3 MW aan elektriciteit per uur, en zou dus één uur door kunnen gaan zonder externe stroombronnen. En als de niet kritische stroomverbruikers worden afgesloten, zoals bijvoorbeeld keukens, is het zelfs mogelijk drie uur lang door te gaan op alleen batterijcapaciteit.
Uiteindelijk vonden de partners ook een integrator die de individuele batterijen kon samenbrengen in één systeem dat aan alle behoeften voldoet. Eaton had als bekende leverancier van omvormers, energiedistributie en -kwaliteitssystemen al ervaring met de productie van UPS-systemen. ‘In feite is deze niet veel anders dan een UPS’, zegt marketingdirector John Robb van Eaton. ‘Wat wel anders is, is dat de batterij bi-directioneel werkt, waarvoor aparte omvormers nodig zijn. Het energieopslagsysteem heeft vier van deze omvormers die de gelijkstroom van de batterijen kunnen omzetten naar wisselstroom en vice versa. En uiteraard vergt het gebruik van tweedehands Leaf-batterijen wel een ander productieproces dan we gewend zijn.’
Uiteraard zorgde Eaton ervoor dat de batterijen ook veilig en betrouwbaar kunnen werken. Zo staan lithium-ion batterijen bekend om hun warmteproductie. Om oververhitting te voorkomen, koelt het bedrijf de ruimte waarin de batterijen staan opgesteld. Nog belangrijker is het gebruik van een batterijmanagementsysteem dat de prestaties en temperatuur van de batterijen monitort. Het systeem kan dan ingrijpen door een laad- of ontlaadcyclus tijdelijk af te breken.

590 batterijpaketten

Het opslagsysteem dat zich op het niveau van het parkeerdek van de ArenA bevindt, bestaat uit totaal zeven rijen met in totaal 61 batterijrekken en vier powermodules met elk een vermogen van 750 kW. Die converters kunnen zowel gelijkstroom omvormen naar wisselstroom als andersom. Ieder rek herbergt op zijn beurt tien batterijpakketten met twaalf batterijmodules. Opgeteld bevat het systeem dus 590 batterijpakketten waarvan 250 stuks tweedehands batterijen van de eerste generatie. De overige 340 stuks zijn nieuw en van de vierde generatie. In één Nissan Leaf zitten vier batterijpakketten, dus zo’n 62 auto’s zijn de afgelopen tijd voorzien van een nieuwe batterij. De oude batterijen werden vervolgens bij Eaton bewerkt en gesorteerd. ‘Allereerst keken we naar de restcapaciteit van de batterijen’, zegt Robb. ‘Daarna clusterden we batterijen met een vergelijkbare capaciteit in de batterijmodules. Het idee daarachter is dat we de modules eenvoudig zouden kunnen vervangen als de capaciteit te veel terugloopt.’ De 2,8 MWh batterijen zijn verdeeld in vier blokken met ieder hun eigen UPS 9395P-stroomomvormers van Eaton.

'Het voordeel van bi-directionele laadpalen is dat ze ook energie aan de autobatterijen kunnen onttrekken'

Deze omvormers worden al ingezet bij datacenters en hebben hun betrouwbaarheid bewezen. De vier blokken kunnen onafhankelijk van elkaar werken en worden ook om de beurt geladen. Om uitval van de systemen te voorkomen, schakelde Eaton de batterijen in series van vijf batterijpakketten. Dit maakt het redelijk eenvoudig om een niet of slechter functionerende serie over te slaan of te vervangen. Om het switchen tussen eigen gebruik van de ArenA en de onbalansmarkt mogelijk te maken, bouwde Eaton ook een nieuw energiemanagementsysteem in een andere ruimte van het stadion. Hier krijgt The Mobility House de fysieke capaciteit om te handelen met TenneT. Bij hoge stroomprijzen kan men bovendien besluiten de eigen capaciteit te gebruiken in het stadion, of in de toekomst voor het laden van elektrische auto’s.

Bi-directionele laadpaal

Van Raan: ‘Ik denk dat de ingebruikname van het energieopslagsysteem het begin is van de verduurzaming van het gebied rondom de ArenA. We willen op de korte termijn al achttien parkeerplaatsen voorzien van bi-directionele laadpalen en als dit succesvol werkt, kunnen we dat uitbreiden naar in totaal tweehonderd van dit soort laadpalen. Het voordeel van bi-directionele laadpalen is dat ze ook energie aan de autobatterijen kunnen onttrekken als stroomtekorten dreigen en de prijs dus hoog is. Door incentives in te bouwen, zoals korting op het parkeertarief, kan je e-automobilisten verleiden hun batterijen beschikbaar te stellen voor de tijdsduur die ze bij ons parkeren. Als we straks ook nog de opslagcapaciteit van de elektrische auto’s die hier geparkeerd staan kunnen gebruiken, verdubbelen we de capaciteit. Het zou helemaal mooi zijn als ook de parkeergarages in de buurt willen aanhaken. We hebben het voor hen redelijk eenvoudig gemaakt om een vergelijkbare infrastructuur aan te leggen. Wij hebben immers al de nodige infrastructuur, handelscapaciteit en intelligentie gebouwd. Een parkeerbeheerder hoeft alleen maar een bi-directionele laadpaal te installeren en The Mobility House doet de rest.’ <

Tekst: David van Baarle
Fotografie: Industrie