Elektromobilität Batterien und Brennstoffzellen

Transkript

1 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Elektromobilität Batterien und Brennstoffzellen Thomas Grube, Detlef Stolten 14. Fachkongress für Zukunftsenergien, Essen 9. Februar 2010

2 Pkw-Konzepte für rein elektrischen Betrieb Plug-in Hybride Hauptaggregat: Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellensystem Reichweite im Batteriebetrieb: < 50 km Elektrofahrzeuge mit Batterie und Range Extender (RE): Range Extender: Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellensystem Reichweite im Batteriebetrieb: 50 bis 100 km Elektrofahrzeuge mit Batterie Reichweite: bis 150 km sinnvoll Begrenzung durch Fahrzeugmasse und Kosten Unterwegs-Betankung kritisch Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle und Batterie Hauptaggregat: Brennstoffzelle Reichweite: > 400 km Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 2

3 Leistungsdaten von Batterien Daten nach Wallentowitz [2006]; Energiedichte bei 25 C; Spezifische Leistung: Blei- und Li-Ionen-Akkumulatoren bei 10 s, Ni-MH bei 18 s Pulslast (Laden und Entladen); Zyklenlebensdauer: Ni-MH und Li-Ionen: unterer (oberer) Wert für 100% (±3%) Entladetiefe; Temperaturbereich: für in-betrieb befindliche Zellen Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 3

4 Reichweite und Batteriemasse Annahmen: Fahrprofil MVEG Fahrzeugmasse (o. Antrieb):900 kg Wirkungsgrade: Batterie entladen: 90 % Leistungselektronik: 95 % Elektromotor: 93 % Kraftübertragung: 95 % Batterie bis Rad: 76 % Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 4

5 Herausforderung Lebensdauer und Kosten Lebensdauer: Alterungsvorgänge stark abhängig von Entladetiefe: geringe Entladetiefe => größere Nennkapazität mit Masse- und Kostennachteil Kosten: Kostenprognosen bei Li-Ionen Akkumulatoren schwierig, da künftige Elektrodenmaterialien und Herstellverfahren unklar Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 5

6 Betankung von Batterie-Pkw Batterieladezeiten mit heutiger Stromnetztechnik deutlich höher als heutige Pkw-Betankungsdauer (380 V, 32A) Unterwegs-Betankung praktisch nur mit Batteriewechsel möglich. Anpassungen im Stromnetz und im Netzmanagement notwendig Haushaltssteckdose (230 V, 16A) Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 6

7 Vergleich Elektrofahrzeuge mit Batterien und Brennstoffzellen BZ-Systemkosten: 50 EUR/kWe bei 90 kwe zuzüglich 15 EUR/kWhH2 (Druckgasspeicher, 700 bar mit 1,4 kwhh2/kg, nach Seyfried [2009]) Energiebedarf BZ-Pkw: mechan. Energiebedarf am Rad als f(m), 40% Wirkungsgrad im MVEG nach Biedermann et al. [2006] THG-Emissionen für H2 aus Erdgas in Großanlage in Deutschland (nach Biedermann et al. [2006]) Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 7

8 Bewertung Die Entwicklung wettbewerbsfähiger Elektro-Pkw mit Batterie oder Brennstoffzelle (BZ) als Hauptstromlieferant ist mittel- bis langfristig angelegt. Deutliche Unsicherheiten bestehen bezüglich dem Erreichen wettbewerbsfähiger Antriebskosten Unterwegs-Betankung von Batterie-Pkw ist nur mit aufwendigen Batteriewechselsystemen möglich Batterie-Pkw für Langstrecken werden auch dann wegen zum Energievorrat proportionaler Kosten deutlich teuer sein als Pkw mit Hubkolbenmotoren oder BZ-Elektroantrieben Vorteile für Batterie-Pkw gegenüber BZ-Pkw bei THG-Emissionen und Primärenergienutzung sind nur bei gegenüber heute verändertem Strommix erzielbar (spezif. Emissionen/ spezif. Primärenergiebedarf) Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 8

9 Literatur Wallentowitz [2006], Wallentowitz, H.; Reif, K. Handbuch Kraftfahrzeugelektronik: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Anwendungen. Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2006 Muntwyler [2009], Muntwyler U. The future will be renewable and electric! Presäntation bei Transportation Contact Group Meeting der IEA, Genf, 9. März 2009 Kromer et al. [2008], Kromer, M.A.; Heywood, J.B., A Comparative Assessment of Electric Propulsion Systems in the 2030 US Light-Duty Vehicle Fleet. SAE Technical Paper Series SAE Biedermann et al. [2006], Biedermann, P.; Grube, Th.; Höhlein, B., Methanol as an Energy Carrier. Schriften des Forschungszentrums Jülich, Reihe Energietechnik/Energy Technology 55, Jülich, 2006, ISBN: Seyfried [2009], Seyfried, F., Optionen und Chancen der Elektromobilität Wasserstoff, Elektrizität. Vortrag bei Arbeitskreis H2-NRW, Marl, Institut für Energieforschung Brennstoffzellen (IEF-3) 9

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11 At a Glance The WHEC takes place every two years in a different continent (2012 Calgary, 2008 Brisbane, 2006 Lyon) 18th WHEC 2010: May, 16-21, 2010 in Essen International Association for Hydrogen Energy (IAHE) Organised by EnergyAgency.NRW Supported by the State of North Rhine- Westphalia 300 oral presentations and 200 poster presentations

12 Conference Topics Policy perspectives Initiatives and cooperations Hydrogen production technologies Fuel infrastructures Storages Fuel cell basics Stationary applications Transportation applications Existing and emerging markets Strategic and socioeconomic analyses Safety issues

13 Trade Fair, May 17 19, 2010 Trade Fair Conference Site MESSE ESSEN Joint booths of the major national and international organisations Poster exhibition Catering zone as a central contact point for exhibitors, conference participants, speaker

14 Trade Fair (May 17 19, 2010) Participate as an exhibitor: establish new business relations, cultivate networks, obtain first-hand, up-todate market information As an exhibitor, you can profit from Competent comprehensive support before and during the fair Publicity and advertisements in international media, internet presentation and targeted mailings Side events with high publicity impact

15 IPHE School Student Competition International student sessions at WHEC2010 Essen - Award ceremony where all national winners will be honoured

16 Ride & Drive Events Bild bessere Auflösung Presentation of cutting edge fuel cell powered vehicles

17 Evening Events Conference dinner at Philharmonie, Essen

18 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 Please schedule for the conference! May 16 21, 2010, Essen, Germany