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Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz Holger Schuh 15. Jahrestreffen Arbeitsgemeinschaft Bayerischer Solar-Initiativen Regensburg;

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Präsentation zum Thema: "Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz Holger Schuh 15. Jahrestreffen Arbeitsgemeinschaft Bayerischer Solar-Initiativen Regensburg;"—  Präsentation transkript:

1 Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz Holger Schuh 15. Jahrestreffen Arbeitsgemeinschaft Bayerischer Solar-Initiativen Regensburg; 26. Januar 2008

2 2 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Saft Gruppe Die Saft Gruppe ist ein globaler Multi-Technologie Batteriespezialist mit einer führenden Position in den ausgewählten Märkten Mitarbeiter in 18 Ländern, rund um die Erde. Marktführer in traditionellen Märkten. Technologieführer durch hohe F&E Investitionen. In einer Vielzahl von Anwendungsbereichen tätig. Mit einem hohen Maß an wiederkehrenden Umsätzen mit langjährigen Kunden.

3 3 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Zhuhai (China) Umfassende globale Reichweite Valdese ( North Carolina) Cockeysville ( Maryland) Valdosta (Georgia) Kiryat Ekron (Israel) Singapore Sydney (Australia) Oskarshamn (Sweden) South Shields (UK) Glasgow (UK) Poitiers (France) Bourges (France) Nersac (France) Bordeaux (France) Büdingen (Germany) Raskovice (Czech Republic) West Palm Beach (Florida) Bangalore (India) 18 Fertigungsstätten

4 4 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Ein Partner für die Umwelt Bewährte Produkte, welche mit World Class Fertigungsabläufen hergestellt werden. Durch den Einsatz neuester Technologien werden in unseren weltweiten Fertigungsstätten die scharfen gesetzlichen Vorschriften noch übertroffen. Weltweite Selbstverpflichtung zur Sammlung und dem Recycling aller verbrauchten Saft Batterien.

5 5 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Lösungen für eine Vielzahl von Bedürfnissen defense Space AviationRail & Mass Transit Road Transportation & Infrastructure Marine Medical Building & Industrial Plants Professional Electronics & Security Systems Emergency Lighting Telecommunication

6 6 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Überblick Gründe für Energiespeicherung im Niederspannungsnetz Anforderungen an Energiespeicher Existierende stand-alone und on-grid Anwendungen Lithium-Ionen Batterien – Entwicklungsstand und Roadmap Schlussfolgerungen

7 7 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Gründe für Energiespeicherung Wie hat man immer ausreichend Energie zur Verfügung? Wie kann man die gleiche Versorgungsqualität bei Erneuerbaren Energiequellen erreichen?

8 8 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Speicherung von regenerativen Energien Heute: Keine Speicherung - Direkteinspeisung in das Netz Erzeugung und Verbrauch ausschließlich über das Netz Zukünftig im Niederspannungsnetz: Starke Verbreitung von PV-Systemen Hauptanforderungen sind Spitzenlastabdeckung, Netzregelung und Netzqualität Energie wird bei Bedarf auch lokal zur Verfügung gestellt Energie wird bei Bedarf auch lokal zur Verfügung gestellt

9 9 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Was ermöglicht Energiespeicherung? In zukünftigen Netzen wird Energiespeicherung: Die PV-Energieproduktion maximieren Investitionen in den Netzausbau vermeiden Notenergieversorgung und unabhängige Subnetze ermöglichen Flexibleres Energiemanagement ermöglichen

10 10 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Anforderungen an Energiespeicher Gute Leistungsfähigkeit Geringer Wartungsbedarf Günstige Betriebskosten über die Gebrauchsdauer

11 11 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Energiespeicher Konventionelle Batterien Traditionell Blei Nickel-Cadmium Aufkommend Nickel-Metallhydrid Lithium-Ion Hochtemperaturbatterien Natrium-Schwefel (NAS) Natrium-Metall-Chlor Flow Batterien Vanadium-Redox Zink-Brom Natriumsulfid-Polybromid Brennstoffzellen Wasserstoff Kurzzeitenergiespeicher Schwungräder Superkondensatoren Supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES) Andere Wasserkraftspeicher Druckluftspeicher (CAES)

12 12 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Off-Grid – Insellösungen Typische Systemanforderungen: Hoher Energiegehalt (bis zu Ah) für Tage/ Wochen Autonomie Abgelegene Standorte, schwieriges Klima Telekom-Basisstation auf einem Berggipfel Ni-Cd Sunica Plus 24V – 735 Ah Widersteht extremen Temperaturänderungen Off-Shore Navigationshilfen Abgerüstete Ölplattformen in der Nordsee Mobile Signalisierungseinheit von Sabik Ni-MH 12V, 500 Ah Ah Ah Sehr kompakt, wartungsfrei

13 13 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Micro-Grid Lösungen Verschiedene Energiequellen Batteriefunktion: Wechsel zwischen Energiequellen Spitzenlastfähigkeit Not-Reserveenergie Netzqualität (Spannung, Frequenz) Utsira - Wind-Hybrid-System Enercon / Norsk Hydro Fluktuierende Lasten Fluktuierende Energieerzeugung Puffer, Netzqualität, Notenergie 40 KWh SRX Ni-Cd Batterie Spitzenlasten von 300 kW In Betrieb seit 2004

14 14 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Dezentrale PV Systeme – netzgekoppelt Durchschnittliche Größe von PV-Installationen: 3kWp (EPIA) Voraussichtliche Anforderungen an die Batterie Typische Batteriegröße kWh Ermöglicht Haushalten 24h Autarkie auf Basis von PV-Energie Abdeckung von Spitzenlastanforderungen, 24h Notenergieversorgung, Verbesserung von Netzqualität und - Zuverlässigkeit Kosten < 0.05 / kWh / genutzter Speicherenergie

15 15 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Was spricht für Lithium-Ionen Batterien ? Die Energiespeicherung benötigt einen Durchbruch! Hauptvorteile von Lithium-Ionen gegenüber herkömmlichen Batterien Lange Lebens- und Zyklenlebensdauer Hoher Wirkungsgrad: 95% Hohe Energiedichte: 120 Wh/kg, 150 Wh/dm 3 Wartungsfrei Kostenperspektive Hohe Stückzahlen für Hybrid-Fahrzeuganwendungen ab Deutliche Reduzierung der Kosten aufgrund der Mengenzunahme Lösungen für PV-Systeme müssen entwickelt werden F ür stand-alone und netzgekoppelt Von wenigen kWh bis zu einigen 10 kWh

16 16 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Industrielle Lithium-Ionen Batterien - eine Realität bei Saft Lithium-Ionen Entwicklungsstand Elektro- und Hybridfahrzeuge Satelliten Verteidigung Freizeit Erneuerbare Energien Luftfahrt

17 17 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Saft Lithium-Ionen: Technologie Elektrochemie Positives Material: Ni Co Al (NCA) Negatives Material: Graphit Elektrolyt : Organischer Elektrolyt Zellendesign Zylindrisch, spiralförmig gewickelt Aluminiumgehäuse Laserverschweißung von Deckel und Behälter 2 Pole auf einer Seite Sicherheitsmerkmale Überdruck entweicht durch Sollbruchstelle Integrierte Stromunterbrechungseinheit Batteriemanagement 8 Jahre Erfahrung im Labor und 6 Jahre in der realen Anwendung

18 18 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Saft Lithium-Ionen: Kennzahlen Lange kalendarische Lebensdauer 20 20°C 10 40°C Lange Zyklenlebensdauer > 4500 Zyklen erreicht bei 80% DOD 7000 Zyklen erwartet bei 60% DOD Hohe Energieeffizienz: 95 % Hohe Energiedichte 120 Wh/kg, 150 Wh/dm3 (Modul) Ladezustandsanzeige (SOC) Große Flexibilität im Betrieb Calendar life assessment at 40°C 100 % SOC Cycle life assessment at 20°C at 80 % DOD

19 19 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Saft Lithium-Ionen: Batteriesystem Modulares System 240V – 45 Ah 5 Energie Module x 48V 14 Zellen Zellenausgleich Zellenspannungsmessung Temperaturmessung EOC, EOD Signale 1 Steuermodul Batteriemanagement Leistungsschaltung Kommunikation SOH, SOC Alarme Integrierbar in eine Systemsteuerung

20 20 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme PV System-Architektur PV Panels Steuerelektronik Batteriesystem Lasten Netz

21 21 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Batteriesystem Kennwerte Stand-alone Netzeinspeisung / Dezentrale Anwendung Spannung: 12 V/24 V/48 V Energieinhalt: 0.5 bis 2.2 kWh Spannung: 48 V bis 500 V Energieinhalt: 6 bis 20 kWh

22 22 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Laufende Projekte (1) Stand-alone System für Beleuchtung, Kommunikation, Wasserpumpen, ge fördert durch ADEME 18 Monate Labortests von Zellen Leistungsfähigkeit ist stabil, hohe Energieeffizienz (97 %) 3 Batterien (12 V / 24 V / 48 V) seit 12 Monaten im Feldtest Zyklenfähigkeit des Pumpsystems (33 % DOD) Zyklenfähigkeit des Telekomsystems (100 % DOD)

23 23 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Laufende Projekte (2) Security of Supply - Photovoltaic Inverter (SoS-PVI). Europäisches Projekt, gefördert durch die EU Entwicklung flexibler, multi-funktionaler Wechselrichter für schwache Niederspannungsnetze. Kombination von USV, Netzqualität, Notenergieversorgung Geforderte Batterie-Kennwerte: Verfügbare Energie: 15 kWh Spannung: 400 V Lebensdauer: 20 Jahre Vergleich Blei / Lithium-Ionen Labortest (2007) und Feldtest (2008)

24 24 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Netzgekoppeltes PV-System in Guadeloupe EdF - Tenesol - Technofi - Saft gesponsert von ADEME 15 netzgekoppelte PV-Systeme installiert Herbst 2007 Li-Ion Batterie 240V, 11 kWh Energiespeicherung Kombination von Spitzenlastabdeckung und der Verbesserung der Netzzuverlässigkeit Resultatsanalyse: Kommerzielle Aspekte, Mehrwert für die Interessenvertreter

25 25 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Zielsetzung bei den Kosten Kurzfristig 2012 Mittelfristig 2020 Langfristig Lebensdauer (Jahre) Life Cycle Cost (Eurocents/kWh genutzter Speicherenergie) < 7< 3< 1.5 Kosten (Euro/KWh) < 320< 230< 160 Daten basieren auf der Zielvorgabe der SRA (strategic research agenda) für eine kWh Batterie in einem netzgekoppelten PV-System

26 26 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Roadmap (wir stehen erst am Anfang …) Wirkungsanalyse von Energiespeicherung nötig Optimierung der technischen Komponenten Erprobung durch groß angelegte Feldversuche Kostenreduktion Entwicklung von Speichersystemen mit MWh

27 27 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Schlussfolgerungen Die Lithium-Ion Batterietechnologie hat Potential Kommerzielle Produkte sind kurzfristig verfügbar Momentan erwartete Kennwerte für ein netzgekoppeltes System sind : Energieinhalt: 10 bis 20 KWh Spannung: 150 bis 500 V Energieeffizienz: 95 % Lebensdauer: 20 Jahre + Die PV-Gemeinschaft (Industrie, Institute, …) und die Batterieindustrie müssen zusammenarbeiten

28 28 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Welche Fragen haben sie? Holger Schuh Saft Batterien GmbH Löffelholzstrasse Nürnberg


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