Phoenix Contact: Flexibele en intelligente energieopslag voor een duurzame toekomst

Met behulp van de PLCnext Technology van Phoenix Contact

Big Ass Battery is een jong bedrijf dat in korte tijd een alternatief ontwikkelde voor vervuilende en lawaaiige dieselaggregaten. Sec gezien gaat het om een grote accu voor elektrische energie maar dan wel een intelligente variant die te beschouwen is als ‘smart device’. Om zijn visie waar te kunnen maken, heeft eigenaar Guido de Jong zijn ideeën en ambities gedeeld met ingenieursbureau Nobleo, dat graag innovatieve technologieën inzet om uitdagingen van klanten pragmatisch te benaderen. Daarbij heeft Nobleo gebruikgemaakt van de PLCnext Technology; het flexibele en open automatiseringsplatform dat de accu op basis van AI ongekende en nog onbekende mogelijkheden geeft.

Op locaties waar geen netspanning beschikbaar is, wordt vrij snel teruggegrepen op de inzet van dieselaggregaten om de benodigde elektriciteit op te wekken. Een bewezen oplossing die weliswaar geaccepteerd en effectief is, maar ook veel geluid maakt en bovendien zorgt voor vervuilende emissies. In het kader van de wereldwijde klimaatproblematiek, maakt de dieselgenerator gebruik van een fossiele brandstof. Dit om de energietransitie nog verder te versnellen en de CO2 uitstoot, die niet meer goed bij deze tijd past, te beperken.

Grote batterij

‘Daar moeten alternatieven voor komen’, wist Guido de Jong, eigenaar en oprichter van Big Ass Battery. ‘Ik heb energietechniek gestudeerd met als richting meet- en regeltechniek, maar ben daarnaast ook afkomstig uit de technische wereld van de entertainmentsector en bekend met de inzet van grote dieselgeneratoren. Op basis hiervan én mijn affiniteit met en fascinatie voor (batterij)techniek, ontwikkelde ik een visie die moest leiden tot een praktisch en toekomstbestendig alternatief.’

Het concept was voor De Jong al snel duidelijk: het alternatief zou bestaan uit een (hele) grote batterij die (het liefst duurzaam opgewekte) elektrische energie kan opslaan. Deze is vervolgens in te zetten op bouwterreinen, festivalterreinen of andere locaties waar geen netspanning beschikbaar is. De vertaling naar de praktijk betekende dat de batterij mobiel moest zijn, een hoge energiedichtheid moest hebben en daarnaast ook flexibel en schaalbaar voor een optimale afstemming van de batterij op een specifieke toepassing.

‘De flexibiliteit en schaalbaarheid zijn eenvoudig in te vullen door de batterij modulair op te bouwen. Afhankelijk van het benodigde vermogen zet je dan meer of minder modules in. Het mobiele karakter is getackeld door uit te gaan van een standaard 10 ft zeecontainer als behuizing. Eenvoudig te transporteren met standaard vrachtwagens en eventueel hijsapparatuur. De hoge energiedichtheid was een andere uitdaging die het hoofd is geboden door een eigen batterij te ontwikkelen. Uiteraard kom je daarmee wel richting de hogere wiskunde, maar uiteindelijk is het gelukt waardoor we in staat zijn om 1,5 MWh in een 10 ft container onder te brengen.’

Intelligent

Een container met modules met een hoge energiedichtheid was voor Guido echter niet voldoende. ‘Wil je écht het verschil maken, dan moet je ervoor zorgen dat je meer kunt dan alleen het laden en ontladen van de batterij. Ik wilde de tot ‘Big Ass Battery’ gedoopte oplossing volledig flexibel kunnen sturen op basis van uiteenlopende factoren.’

Het laadproces is onder meer afhankelijk te maken van de beschikbaarheid van duurzaam opgewekte energie, maar ook van de elektriciteitsprijzen op een specifiek moment en zelfs van de weersvoorspelling. Laden wanneer het handig is, zodat laden vanuit het net tegen de hoogste tarieven zoveel mogelijk wordt voorkomen. Het ontladen van de batterij wordt onder meer bepaald door de gebruiker die de stroom wil inzetten voor zijn bouwproces (bijvoorbeeld snelladen van mobiele machines of festival. Daarnaast is de opgeslagen elektrische energie te gebruiken voor Load Balancing of Peak Shaving.

Guido de Jong: ‘Maar er is meer mogelijk. De batterij is bijvoorbeeld in te zetten als extra vermogensbron voor bedrijven die geen toestemming krijgen voor een zwaardere aansluiting of te maken hebben met netcongestie; geen ondenkbare situatie in deze tijd. Maar ook voor mensen die willen handelen in energie. Dit is een complexe toepassing waarin een groot aantal (beperkt voorspelbare) factoren een rol spelen. We hebben uitgebreid onderzoek gedaan en er zijn verschillende markten waarop je kunt handelen. Een zekere mate van intelligentie in je systeem is dan zeker nodig om dit handelen automatisch te laten verlopen.’

Met deze opmerking verwijst Guido naar de complexe vertaling van deze heldere ideeën naar een betrouwbare besturingsoplossing. Te complex om dit in eigen huis te realiseren besefte hij. ‘Onder meer omdat het om de koppeling van verschillende systemen gaat en grote hoeveelheden data uit verschillende bronnen moeten worden gecombineerd. Bovendien moet het systeem op basis hiervan zelfstandig beslissingen nemen. Daarbij komt dat diverse toepassingen een verbinding met ‘de buitenwereld’ noodzakelijk maken, wat additionele vraagstukken op het vlak van cyber security introduceert.

En vergeet ook niet dat al deze processen dusdanig automatisch moeten verlopen dat de eindgebruiker niet veel meer hoeft te doen dan de batterij ‘aan’ of ‘uit’ te schakelen. Het is niet aan hem om de energieprijzen in de gaten te houden of de weersverwachtingen voor de aankomende week. Dáár is artificiële intelligente (AI) voor nodig!’

Samenwerking Nobleo

Als toeleverancier van een groot aantal elektrotechnische componenten in de batterijen van Big Ass Battery bracht Phoenix Contact Guido in contact met de juiste partner: Nobleo. Dit ingenieursbureau richt zich met een internationaal team denkers en doeners op de meer complexe vraagstukken binnen de hightechindustrie. Met een focus op autonome en intelligente oplossingen zet het bedrijf graag innovatieve technologieën in om uitdagingen van klanten pragmatisch te benaderen.

Bas de Wit (Lead Electrical Engineer): ‘Als ingenieursbureau zijn we in staat om totaaloplossingen te ontwikkelen, maar uiteraard ook om klanten te ondersteunen in dát deel van het ontwerp waarvoor geen mogelijkheden in eigen huis zijn. Na een eerste gesprek met Big Ass Battery was er direct een klik en konden we begin 2021 van start gaan met een samenwerking die inmiddels heeft geleid tot ‘Big Ass Succes’.

Uitgangspunten

De aansturing van het laden en ontladen van de batterij kent twee kanten: de gebruikerskant en de intelligente binnenkant. Wat de gebruikerskant betreft, moet het systeem zo eenvoudig mogelijk zijn. Wie weet hoe hij een dieselgenerator moet gebruiken, weet in principe genoeg. De intelligentie heeft betrekking op het regelen van de in- en uitgaande energiestromen. Zodanig dat de gebruiker krijgt wat hij nodig heeft en de rest van de zojuist beschreven toepassingen op een zo efficiënt mogelijke manier worden ingericht. Dat betekent onder meer laden op het meest gunstige tijdstip, de mogelijkheid om automatisch updates op afstand te ontvangen enzovoorts.

Daarbij gaat de intelligentie verder dan alleen het regelen van de laad- en ontlaadprocessen. Een mooi voorbeeld van een stukje extra intelligentie betreft de aansturing van een warmtepomp wanneer de container aan direct zonlicht blootstaat en hierdoor opwarmt. Slimme algoritmes bepalen dan wanneer de warmtepomp moet worden ingeschakeld om zichzelf energiezuiniger te maken.

PLCnext Technology

Voor de uiteindelijke realisatie van de aansturing, maakte Nobleo gebruik van het flexibele automatiseringsplatform van Phoenix Contact: PLCnext Technology. Dit platform combineert de betrouwbaarheid van de bewezen PLC-technologie met de flexibiliteit van een smart device. ‘PLC’s zijn indertijd een fantastische ontwikkeling geweest voor de aansturing van uiteenlopende machinefuncties’, weet De Wit. ‘Een belangrijke beperking is het feit dat een PLC een gesloten systeem is en alleen te programmeren met de klassieke PLC-programmeertalen. Hierbij ben je ook beperkt door de softwaretools van de fabrikant van de componenten die je wilt aansturen. Dit levert het voordeel op dat PLC’s veilig en stabiel zijn, maar het nadeel dat je hiermee componenten en systemen van verschillende fabrikanten niet eenvoudig kunt combineren en dat het toevoegen van functionaliteit ook niet zomaar mogelijk is.’

Phoenix Contact heeft al langer geleden vastgesteld dat de beperkingen van klassieke PLC-systemen in de toekomst een serieuze bottleneck zouden vormen voor smart devices. Met Industrie 4.0 en Internet of Things werd de vraag om verschillende systemen met elkaar te kunnen laten communiceren steeds breder en de limitaties steeds minder geaccepteerd. Daarom werd de PLCnext Technology ontwikkeld: een betrouwbaar (veilig) automatiseringsplatform dat met iedere programmeertaal te benaderen is (ook hogere) en hiermee de mogelijkheid biedt om flexibel functionaliteit toe te voegen.

De Wit: ‘Een flexibele oplossing dus, maar ook een open systeem dat eenvoudig te koppelen is aan het internet en de cloud. Uiteraard trigger je dan direct op het thema cybersecurity, maar ook daar is maximaal op ingezet. Dit bewijst Phoenix Contact onder meer door het door de TÜV SÜD toegekende SL2 certificaat (zie kader), maar ook door het doorstaan van de pentest van het Red Team bij Ordina Cybersecurity & Compliance. Twee belangrijke mijlpalen die de toepassing van smart devices, zoals die van Big Ass Battery, verbreden.’

Het is voor ons een uitstekend systeem om zowel de architectuur op te bouwen als de functionaliteit te programmeren. Wetende dat je deze in de toekomst eenvoudig kunt aanpassen of uitbreiden, omdat data eenvoudiger te sturen en te verwerken is. Daarbij is geschreven software ook eenvoudig opnieuw te gebruiken wanneer je bijvoorbeeld een ander type container ontwikkelt, zodat je niet vanaf nul hoeft te ontwerpen. Zo konden we door deze manier van dataverwerking en de mogelijkheid om het systeem zelfstandig beslissingen te laten nemen, de bediening richting de gebruiker eenvoudig houden. Een belangrijke voorwaarde om een complex systeem als dit ook echt praktisch toepasbaar te maken.’

Later is allang begonnen

Guido de Jong besluit: ‘Door het hoge kennisniveau van de medewerkers van Nobleo, het flexibele, open en veilige automatiseringsplatform van Phoenix Contact en een ongekende drive bij alle partijen kon ik de Big Ass Battery na krap twee jaar ontwikkelen al op de markt zetten. Zeker geen moment om achterover te leunen. Integendeel. Wanneer je eenmaal doorhebt wat de mogelijkheden zijn kom je in een wereld van bijna oneindig veel ideeën waarmee je het systeem verder kunt optimaliseren en uitbreiden.

De eerste versie heeft overigens al geleid tot een sterk toenemende vraag en de ambitie om niet alleen in Nederland maar in heel Europa te leveren. Ook heeft het geleid tot een nieuwe focus op thuisbatterijen. Hiervoor zijn we bezig met het opzetten van een aantal pilots die een jaar lang bij mensen thuis data verzamelen om de haalbaarheid te beoordelen. En omdat eenvoud bij particulieren nog belangrijker is, hoeven deze varianten alleen met een stekker op het lichtnet aangesloten te worden. De rest gebeurt automatisch.

Artikel: Phoenix Contact