Moderne LithiumIonen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz Holger Schuh 15

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

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

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

Ein Partner für die Umwelt 4 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

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

Überblick 6 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

Gründe für Energiespeicherung 7 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

Speicherung von regenerativen Energien Heute: Keine Speicherung - Direkteinspeisung in das Netz Erzeugung und Verbrauch ausschließlich über das Netz Zukünftig im Niederspannungsnetz: 8 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

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

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

Energiespeicher Konventionelle Batterien Brennstoffzellen Wasserstoff Kurzzeitenergiespeicher § Traditionell • Blei • Nickel-Cadmium § Aufkommend • Nickel-Metallhydrid • Lithium-Ion § Schwungräder § Superkondensatoren § Supraleitende Hochtemperaturbatterien magnetische Energiespeicher (SMES) § Natrium-Schwefel (NAS) § Natrium-Metall-Chlor Flow Batterien § Vanadium-Redox § Zink-Brom § Natriumsulfid-Polybromid 11 Andere § Wasserkraftspeicher § Druckluftspeicher (CAES) 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 24 V – 735 Ah § Widersteht extremen Temperaturänderungen Off-Shore Navigationshilfen § Abgerüstete Ölplattformen in der Nordsee § Mobile Signalisierungseinheit von Sabik Ni-MH 12 V, 500 Ah + 300 Ah + 100 Ah § Sehr kompakt, wartungsfrei 12 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 k. W § In Betrieb seit 2004 13 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

Dezentrale PV Systeme – netzgekoppelt Durchschnittliche Größe von PV-Installationen: 3 k. Wp (EPIA) Voraussichtliche Anforderungen an die Batterie § Typische Batteriegröße 10 - 20 k. Wh § Ermöglicht Haushalten 24 h Autarkie auf Basis von PV-Energie § Abdeckung von Spitzenlastanforderungen, § 24 h Notenergieversorgung, § Verbesserung von Netzqualität und - Zuverlässigkeit § Kosten < 0. 05 € / k. Wh / genutzter Speicherenergie 14 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 2010 -2012 § Deutliche Reduzierung der Kosten aufgrund der Mengenzunahme Lösungen für PV-Systeme müssen entwickelt werden § Für stand-alone und netzgekoppelt § Von wenigen k. Wh bis zu einigen 10 k. Wh 15 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

Lithium-Ionen Entwicklungsstand Industrielle Lithium-Ionen Batterien - eine Realität bei Saft Elektro- und Hybridfahrzeuge Verteidigung 16 Satelliten Erneuerbare Energien Luftfahrt Freizeit 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 17 8 Jahre Erfahrung im Labor und 6 Jahre in der realen Anwendung 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/dm 3 (Modul) 18 Ladezustandsanzeige (SOC) Große Flexibilität im Betrieb Calendar life assessment at 40°C 100 % SOC Cycle life assessment at 20°C at 80 % DOD Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

Batteriesystem Kennwerte 21 Stand-alone Netzeinspeisung / Dezentrale Anwendung § Spannung: 12 V/24 V/48 V § Spannung: 48 V bis 500 V § Energieinhalt: 0. 5 bis 2. 2 k. Wh § Energieinhalt: 6 bis 20 k. Wh 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 è Leistungsfähigkeit ist stabil, hohe Energieeffizienz (97 %) § 3 Batterien (12 V / 24 V / 48 V) seit 12 Monaten im Feldtest Zyklenfähigkeit des Pumpsystems Zyklenfähigkeit des Telekomsystems (33 % DOD) (100 % DOD) 22 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

Laufende Projekte (2) Security of Supply - Photovoltaic Inverter (So. S-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 k. Wh • Spannung: 400 V • Lebensdauer: 20 Jahre § Vergleich Blei / Lithium-Ionen § Labortest (2007) und Feldtest (2008) 23 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

Zielsetzung bei den Kosten Kurzfristig 2012 Mittelfristig 2020 Langfristig Lebensdauer (Jahre) 20 30 40 Life Cycle Cost (Eurocents/k. Wh genutzter Speicherenergie) <7 <3 < 1. 5 < 320 < 230 < 160 Kosten (Euro/KWh) Daten basieren auf der Zielvorgabe der SRA (strategic research agenda) für eine 10 - 20 k. Wh Batterie in einem netzgekoppelten PV-System 25 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

Roadmap 26 (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

Schlussfolgerungen 27 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

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Welche Fragen haben sie? Holger Schuh Saft Batterien Gmb. H Löffelholzstrasse 20 90441 Nürnberg Holger. Schuh@saftbatteries. com www. saftbatteries. de 28 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme