Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz Holger Schuh 15. Jahrestreffen...

Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im

Niederspannungsnetz

Holger Schuh

15. JahrestreffenArbeitsgemeinschaft Bayerischer Solar-

Initiativen

Regensburg; 26. Januar 2008

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

Saft GruppeSaft Gruppe

Die Saft Gruppe ist ein globaler Multi-Technologie Batteriespezialist mit einer führenden Position in den ausgewählten Märkten.

3800 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.


Zhuhai(China)

Umfassende globale Reichweite

Valdese(North Carolina)

Cockeysville(Maryland)

Valdosta(Georgia)

Kiryat Ekron (Israel)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)

Raskovice(Czech Republic)

West Palm Beach (Florida)

Bangalore(India)

18 Fertigungsstätten


Ein Partner für die UmweltEin Partner für die Umwelt

Bewährte Produkte, welche mit World ClassFertigungsabläufen 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.


Lösungen für eine Vielzahl von BedürfnissenLösungen für eine Vielzahl von Bedürfnissen

defense

Space

AviationRail & Mass Transit

Road Transportation& Infrastructure

MarineMedical

Building &Industrial Plants

Professional Electronics& Security Systems

Emergency Lighting

Telecommunication


Überblick

Gründe für Energiespeicherung im Niederspannungsnetz

Anforderungen an Energiespeicher

Existierende stand-alone und on-grid Anwendungen

Lithium-Ionen Batterien – Entwicklungsstand und Roadmap

Schlussfolgerungen


Gründe für Energiespeicherung

Wie hat man immer ausreichend Energie zur Verfügung?

Wie kann man die gleiche Versorgungsqualität bei Erneuerbaren Energiequellen erreichen?


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 gestelltEnergie wird bei Bedarf auch lokal zur Verfügung gestellt


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


Anforderungen an Energiespeicher

Gute Leistungsfähigkeit

Geringer Wartungsbedarf

Günstige Betriebskosten über die Gebrauchsdauer


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)


Off-Grid – Insellösungen Typische Systemanforderungen:

Hoher Energiegehalt (bis zu 1.000 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 + 300 Ah + 100 Ah

Sehr kompakt, wartungsfrei


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


Dezentrale PV Systeme – netzgekoppelt

Durchschnittliche Größe von PV-Installationen: 3kWp (EPIA)

Voraussichtliche Anforderungen an die Batterie

Typische Batteriegröße 10 - 20 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


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 2010-2012

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


Industrielle Lithium-Ionen Batterien - eine Realität bei Saft

Lithium-Ionen Entwicklungsstand

Elektro- und HybridfahrzeugeElektro- und Hybridfahrzeuge SatellitenSatelliten

VerteidigungVerteidigung FreizeitFreizeitErneuerbare EnergienErneuerbare Energien

LuftfahrtLuftfahrt


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


Saft Lithium-Ionen: Kennzahlen Lange kalendarische Lebensdauer

20 Jahre @ 20°C 10 Jahre @ 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


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


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


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)


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)


Netzgekoppeltes PV-System in GuadeloupeEdF - 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


Zielsetzung bei den Kosten

Kurzfristig2012

Mittelfristig2020

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 10 - 20 kWh Batterie in einem netzgekoppelten PV-System


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


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


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Welche Fragen haben sie?

Holger Schuh

Saft Batterien GmbH

Löffelholzstrasse 20

90441 Nürnberg

[email protected]

www.saftbatteries.de

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