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.
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)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
4 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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.
5 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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
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 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 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 gestelltEnergie wird bei Bedarf auch lokal zur Verfügung gestellt
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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
Anforderungen an Energiespeicher
Gute Leistungsfähigkeit
Geringer Wartungsbedarf
Günstige Betriebskosten über die Gebrauchsdauer
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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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
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 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 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
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/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
16 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
Industrielle Lithium-Ionen Batterien - eine Realität bei Saft
Lithium-Ionen Entwicklungsstand
Elektro- und HybridfahrzeugeElektro- und Hybridfahrzeuge SatellitenSatelliten
VerteidigungVerteidigung FreizeitFreizeitErneuerbare EnergienErneuerbare Energien
LuftfahrtLuftfahrt
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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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
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
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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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)
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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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
25 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme
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
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 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 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 20
90441 Nürnberg
www.saftbatteries.de