Moderne Lithium-Ionen Batteriesysteme im Niederspannungsnetz

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

2. 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) Büdingen (Germany) Poitiers (France) Bourges (France) Nersac (France) Raskovice(Czech Republic) Bordeaux (France) 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 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. 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 • Brennstoffzellen • Wasserstoff • Kurzzeitenergiespeicher • Schwungräder • Superkondensatoren • Supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES) • Andere • Wasserkraftspeicher • Druckluftspeicher (CAES) • 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 Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

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

16. Elektro- und Hybridfahrzeuge Satelliten Freizeit Erneuerbare Energien Verteidigung Lithium-Ionen Entwicklungsstand Industrielle Lithium-Ionen Batterien - eine Realität bei Saft Luftfahrt 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. Calendar life assessment at 40°C 100 % SOC Cycle life assessment at 20°C at 80 % DOD 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 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. Batteriesystem Kennwerte • Netzeinspeisung / Dezentrale Anwendung • Stand-alone • 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. Zielsetzung bei den Kosten Daten basieren auf der Zielvorgabe der SRA (strategic research agenda) für eine 10 - 20 kWh Batterie in einem netzgekoppelten PV-System Bayern Innovativ Kooperationsforum Elektrische Energiespeicher; Holger Schuh, Lithium-Ionen Batteriesysteme

25. 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

26. 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

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