Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz

Präsentation zum Thema: "Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz"—  Präsentation transkript:

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

2 3800 Mitarbeiter in 18 Ländern, rund um die Erde.
Saft Gruppe Die Saft Gruppe ist ein globaler Multi-Technologie Batteriespezialist mit einer führenden Position in den ausgewählten Märkten.  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. 3800 Mitarbeiter in 18 Ländern, rund um die Erde. Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

4 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. Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

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

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

8 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

9 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

11 Energiespeicher Konventionelle Batterien Brennstoffzellen Wasserstoff
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) Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

12 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, Ah Ah Ah Sehr kompakt, wartungsfrei Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

13 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

14 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

15 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/dm3 Wartungsfrei Kostenperspektive Hohe Stückzahlen für Hybrid-Fahrzeuganwendungen ab Deutliche Reduzierung der Kosten aufgrund der Mengenzunahme Lösungen für PV-Systeme müssen entwickelt werden Für stand-alone und netzgekoppelt Von wenigen kWh bis zu einigen 10 kWh Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

17 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

18 Saft Lithium-Ionen: Kennzahlen
Calendar life assessment at 40°C 100 % SOC 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 Cycle life assessment at 20°C at 80 % DOD Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

19 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

21 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

22 Laufende Projekte (1) Stand-alone System für Beleuchtung, Kommunikation, Wasserpumpen, gefördert 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) Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

23 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) Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

24 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

25 Zielsetzung bei den Kosten
Kurzfristig 2012 Mittelfristig 2020 Langfristig Lebensdauer (Jahre) 20 30 40 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

26 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

27 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Welche Fragen haben sie?
Holger Schuh Saft Batterien GmbH Löffelholzstrasse 20 90441 Nürnberg Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme