Speichertechnologien Eigenschaften und Anwendungen. Dr. Peter Eckerle Geschäftsführer

Ähnliche Dokumente
Energiespeicher - Technologien und Anwendungen

Energiespeicher - Technologien und Anwendungen

StoREgio Energiespeichersysteme. Dr. Peter Eckerle Geschäftsführer

ENERGIESPEICHER EINE ENTSCHEIDENDE SÄULE DER ENERGIEWENDE

Leben in Bewegung. StoREgio. Industrialisierung und wirtschaftlicher Betrieb stationärer Energiespeichersysteme. Kompetenzverbund und Projektplattform

Speichertechniken für die zukünftige Energieversorgung Energiespeicher-Symposium Stuttgart 06./07. März Ulrich Wagner

ENERGIESPEICHER EINE ENTSCHEIDENDE SÄULE DER ENERGIEWENDE

Moderne und zukünftige elektrische Energiespeicher im Überblick

Ergebnisse der VDE- Speicherstudie

Speichertechnologien in der Stromversorgung von heute und morgen. Prof. Dr. Nicola Schulz, FHNW

Energiespeicher- Technologien aus der Sicht eines Herstellers für die Expertenrunde Arbeitskreis Energiespeicher am 25. März 2015 in Potsdam

Innovation Energiespeicherung

Energiespeicher für die Energiewende Bedarf, Stand der Technik und Alternativen

Technologien zur Energiespeicherung im Stromnetz

Einsatz von Speichern im Strommarkt

Innovation in der Energiespeicherung -Projekt Falkenhagen-

Power-to-Gas Neue Energiespeichertechnologie der Zukunft

Speichertechnologien. Klassifizierung, Herausforderungen, Potentiale Julia Badeda (ISEA)

Stromspeichertechnologien im Energiesystem der Zukunft eine Übersicht

Überblick sonnen GmbH

NEUE STROMSPEICHER Unnötig, ineffizient, unrentabel?

Energiespeicher Stand der Normung

Die Energiewende - eine Herausforderung an elektrische Energiespeicher

Regulatorischer Rahmen und Förderung von Speichern

Wie viel Speicher braucht das Stromnetz? Und wie können wir derartige Speicher realisieren?

Stromspeicher in der Energiewende

Batterien in PV Anlagen

Erneuerbare Energie speichern!

Warum Energiespeicher?

Bildraum Bildraum. Eigenverbrauchskonzepte

Skalierbare, nachhaltige elektrische Energiespeichersysteme Batterie 2.0

Welche Rolle spielt die Speicherung erneuerbarer Energien im zukünftigen Energiesystem?

Phonocube PV Speichersystem

Wasserstoff Eine Option für die langfristige Speicherung von Windenergie. (Ergebnisse einer VDE-Studie)

Von der KEV zum Eigenverbrauch

STROMSPEICHER AUF DEM PRÜFSTAND. Batteriespeicher am Markt - Eigenschaften und Unterscheidungsmerkmale

Wind to Gas Speicherlösung Elektrolyse, Wasserstoff, Methan

Arbeitsgruppe 2: Speichertechnologien

Virtuelles. P2G-Institut. Virtuelles Institut Strom zu Gas und Wärme. Prof. Klaus Görner Gas- und Wärme-Institut e.v., Essen GWI

Integration von Stromspeichern in der Praxis. Werner Zenke AutarcTech GmbH

Energiespeicher Potenziale und Wirtschaftlichkeit

Mercedes-Benz Energiespeicher

Überblick elektrochemische Energiespeicher

E-Energy Projekt Modellstadt Mannheim Mittels Zellularer Struktur zum Flexiblen Energiesystem

Ahrens - SolarTag Stromspeicher Florian Blaser

Zukunft gestalten: Innovation Energiespeicherung

Netze, Smart Grids und Speicher im Kontext der Energiewende

Speichersysteme für Sonnenstrom Lokalen Agenda 21 Lennestadt Arbeitskreis Umweltbildung

Strom, Wärme, Verkehr Das technologische Potential von Wasserstoff

Das Hybridkraftwerk Prenzlau. Aktueller Stand

Energie effizient speichern - Innovative Anwendungen der Lithium-Ionen-Batterie

speichern heisst sparen!

TiBox HIGH-END ENERGY. Das intelligente Energiespeichersystem mit Lithium-Titanat

Strom speichern Strom speichern. Unabhängigkeit und technische Möglichkeiten. Strom speichern. Lust auf Autarkie.

Elektromobilität. Effizienz- und Einsparpotentiale. Dr. Martin Kleimaier

Innovative Wasserstoff- Speichersysteme unter Nutzung der LOHC-Technologie

Power-2-Gas: Zukünftige Nutzung von Gaskavernen und Umwandlung gasförmiger Medien in elektrische Energie. Fritz Crotogino + Sabine Donadei, KBB UT

Stationäre Batteriesysteme

Speicher und Regelenergie-Einheiten im Wettbewerb Wer kann was am Markt anbieten?

1 - MW Speichertechnologie -Batteriesysteme-

SPEICHER- UND NETZAUSBAU RHEINLAND- PFALZ

Varta energiespeichersysteme energie wie sie dir gefällt

Fachkonferenz Energietechnologien 2050»Energiespeicher«

Überblick über die Speichertechnologien

Energiespeicherung. Karsten Müller. Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. 10.

SPEICHERLÖSUNGEN Unabhängigkeit durch Stromspeicherung aus Wind & Sonne

Steffen Philipp Die Verwendung von Speichersystemen für die Integration der Windenergie in die elektrische Energieversorgung

Kommunaler Energieverbund Freiburg

Elektroautos. Kundenerwartungen und technische Konzepte. Christian Kunstmann. Adam Opel AG. Automotive Cluster RMN Forum XVI Darmstadt 22.

PV-Speicherlösungen im A.L.T. I: Anwendungsmöglichkeiten, Finanzierung und mögliche Projekte

Batterien am Netz: Vom Heimspeicher bis zur stationären Großbatterie

Kraftwerk Haus - Schnittstellen zum Smart Grid - Praxiserfahrungen mit geschalteten Verbrauchern und dezentraler Einspeisung

Redox Flow Batterien für den Industriellen Einsatz

Speicherung von Strom - Technologie mit Zukunftspotential?

Virtuelle Stromspeicher Nutzung von Flexibilitäts-Potenzialen dezentraler Energieanlagen

Intelligente Netze und Last Management als zentrale Elemente der zukünftigen Energieversorgung. Göran Andersson, ETH Zürich

Power-to-Gas Erfahrungen bei der Erzeugung von regenerativem Wasserstoff mittels Alkali / PEM-Elektrolyse

Erdgas: brauchen wir es? Jurrien Westerhof, Erneuerbare Energie Österreich

Stromspeicher: Einsatzmöglichkeiten und aktuelle Entwicklungen

Windenergie-Speicherung durch Wasserelektrolyse in Brandenburg

Power - to - Gas - Erhöhung der Wasserstofftoleranz im Gasnetz - Machbarkeit und Chancen. Johannes Paulus

Power-to-Gas: mehr als nur Speicher. Dr. rer. nat. Gerald Linke, DVGW Bonn, 2. Juli 2014

Dezentrale Speicherung von Solarstrom

VERGLEICH VON BLEI-SÄURE UND LI-IONEN BATTERIEN VS.

Die Lösung für mehr eigene Energie

Wasserkraft ein Garant für Versorgungsicherheit?

Energiespeichertechniken und -Systeme

Potenziale und Herausforderungen der "Energiewende"

Produktvorstellung DESS Speichersysteme von BYD. 5 ist besser als 1 der HYBRID-Speicher von Batterie365 / BYD

Dezentrale Speicher - Erfahrungen mit einem 1 MW Batteriespeicher im Verteilnetz

Herausforderungen bei der Integration von hohen PV-Leistungen ins Stromnetz

Energiespeicherung in flüssigen Trägermaterialien (LOHC)

Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen Systemverbund der verschiedenen Energieträger

DEMANDSIDEMANAGEMENT (DSM)

Forschung und Entwicklung

Entwicklungen auf dem Gebiet der Redox Flow Batterie

Photovoltaik Neuheiten 2012

Strom- und Gasnetze: Zwei ungleiche Partner auf gemeinsamem Weg?

Virtuelle Kraftwerke in der Praxis

Power to Gas Projekt WindGas Reitbrook. Thomas Brauer Projektleiter Innovationsmanagement E.ON Hanse AG

Transkript:

Speichertechnologien Eigenschaften und Anwendungen Dr. Peter Eckerle Geschäftsführer peter.eckerle@storegio.com

StoREgio bietet eine wertschöpfungskettenüberbreifende Plattform zur Zusammenarbeit Start: Cluster Aug. 2010, Verein März 2013 Offen für juristische Personen mit Sitz in Deutschland Sitz und Büro im Technologiezentrum Ludwigshafen Ziel: Industrialisierung und Anwendung stationärer Energiespeichersysteme in intelligenten Energiesystemen Aktuelle Mitglieder: 2

Im Fokus der Arbeiten liegt die Anwendung von Energiespeichersystemen Erzeugung StoREgio Fokus Smart Grids/Flexibilität Speicherung elektrochemisch thermisch chemisch (mechanisch) Flexibilität Vernetzung, Kommunikation, Steuerung Verbrauch Themen Business Cases / Models Komplementäre Technologien Sicherheit (safety&security) und Akzeptanz Prognose- und Marktmodelle 3

Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz bestimmen den Erfolg von Speichersystemen StoREgio - Leitgedanken Flexibilität - eine der wichtigsten Komponenten in Energiesystemen auf Basis erneuerbarer Energien Energiespeichersysteme - besonders attraktive Flexibilitätsoption, aber kein Selbstzweck Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz wesentliche Erfolgsfaktoren Optimierte Kosten und Performance Neue Geschäfts- und Betriebsmodelle Geeignete, stabile regulatorische Rahmenbedingungen Technische und kommunikative Sicherheit und Zuverlässigkeit 4

Energiespeicher sind energiewirtschaftlich nicht eindeutig definiert Energiespeicher, enge Definition Ein Energiespeicher nimmt Energie auf und gibt sie in der gleichen Form am gleichen Ort zu einem späteren Zeitpunkt wieder ab. Zur Speicherung kann eine Energieumwandlung erfolgen (Batterien, Pumpwasserspeicher etc.) Energiespeicher, weite Definition Ein Energiespeicher nimmt Energie auf und gibt sie in gleicher oder anderer Form am gleichen oder einem anderen Ort zu einem späteren Zeitpunkt wieder ab (inkl. Power2Heat, Power2Gas) Flexibilität Eine Flexibilität stellt dem Energiesystem positive oder negative Leistung am gleichen oder an verschiedenen Orten zur Verfügung (inkl. Lastmanagement) 5

Ein Energiespeichersystem ermöglicht den Betrieb eines Speichers in einer Anwendung Energiespeicher + Sicherheitselemente, z.b. Batteriemanagement Physikalische Netzanbindung, z.b. Wechselrichter Kommunikationsanbindung Steuerungslogik Energiespeichersysteme können nur mit Bezug zu einer konkreten Anwendung miteinander verglichen werden! 6

Als Stromspeicher stehen verschiedene Technologien zur Verfügung Übersicht Energiespeichertechnologien Strom zu Strom Wirkprinzip Wandler Speichermedium Wandler Mechanisch Schwungrad Pumpwasser/ Druckluft Elektrochemisch LIB, NaS Motor Rotierende Masse Generator Pumpe/ Kompressor Speichersee/ Kaverne Batteriezelle Turbine Redox-Flow RF-Zelle Elektrolyttank RF-Zelle Chemisch Wasserstoff Methan Elektrolyse Brennstoffzelle Methanisierung Wasserstofftank Erdgasnetz BHKW Quelle: Siemens 7

Die Eigenschaften der Speichertechnologien unterscheiden sich stark Entwicklungsstand Pumpwasser AC-AC- Effizienz 75-80% Energiedichte (kwh/m3) 0,3 pro 100m Kostenskalierung (Invest) Reaktionsfähigkeit Sicherheit** Lebensdauer E P +/o +/+ ++ ausgereift Lithium- Ionen (stationär) Natrium- Schwefel Redox Flow Blei- Säure 90-95% 200-350 ++ -/o + 75-90% 150-250 + -/o + 70-80% 20-30 +/o +/+ ++/+ Markteintritt Skalierung/ Optimierung Etabliert Optimierung Markteintritt Skalierung/ Optimierung E P 60-70% 20-60 + +/- - ausgereift E E E P P P Chem. Speicher* 30-35% 800 (80bar) E P o -/o + Pilotanlagen * Methan ** Brennbarkeit / Toxizität 8

Überblick Speichertechnologien Storage technology Storage Mechanism Power Capacity Storage Period Density Efficiency Lifetime Cost MW MWh time kwh/ton kwh/m 3 % # cycles $/kw $/kwh /kwhdelivered Lithium Ion (Li Ion) Sodium Sulfur (NAS) battery Lead Acid battery Redox/Flow battery Electrochemical Electrochemical Electrochemical Electrochemical < 1,7 < 22 day - month 84-160 190-375 0,89-0,98 1-60 7-450 day 99-150 156-255 0,75-0,86 2960-5440 1620-4500 1230-3770 620-2760 17-102 260-2560 210-920 9-55 0.1-30 < 30 day - month 22-34 25-65 0,65-0,85 160-1060 350-850 130-1100 21-102 < 7 < 10 day - month 18-28 21-34 0,72-0,85 1510-2780 650-2730 120-1600 5-88 Compressed air energy storage (CAES) Mechanical 2-300 14-2050 day - 2-7 at 20-80 bar 0,4-0,75 8620-17100 15-2050 30-100 2-35 Pumped hydro energy storage (PHES) Mechanical 450-2500 8000-190000 day - month 0,27 at 100m 0,27 at 100m 0,63-0,85 12800-33000 540-2790 40-160 0,1-18 Hydrogen Chemical varies varies indefinite 34000 2,7-160 at 1-700 bar 0,22-0,50 1 384-1408 - 25-64 Methane Chemical varies varies indefinite 16000 10 at 1 bar 0,24-0,42 1 - - 16-44 Sensible storage - Water Thermal < 10 < 100 hour - year 10-50 < 60 0,5-0,9 ~5000-0,1-13 0,01 Phase change materials (PCM) Thermochemical storage (TCS) Thermal < 10 < 10 hour - week 50-150 < 120 0,75-0,9 ~5000-13 - 65 1,3-6 Thermal < 1 < 10 hour - week 120-250 120-250 0,8-1 ~3500-10 - 130 1-5 Quelle: BVES 9

Überblick Blei-Säure Batterie Eigenschaften Geringe Energiedichte Mäßige Effizienz Schnelle Reaktion Geringe Stromdichte Zyklenlebensdauer 1000-2000 Kal. Lebensdauer 5-10 Jahre Temperaturbereich -20 bis 60 o C Allgemein Günstiges System mit gemischten Eigenschaften Ausgereifte, zuverlässige Technologie Etabliertes Recyclingsystem Geeignet für Anwendungen mit begrenzter Zyklenzahl und Zyklentiefe im unteren Leistungsbereich Alterung Korrosion Sulfatierung bei seltener Vollladung Abscheidung Aktivmaterial bei mech. Stress Selbstentladung z.b. durch Elektrolyse Sicherheit Wasserstoffentwicklung bei Überladung 10

Überblick Redox-Flow Batterie (RF) V 2+/ V 4+ V 3+/ V 5+ Allgemein Sehr flexibles System bzgl. Leistung und Energie Hohe Entladetiefe möglich Wenige kommerzielle Anbieter Weitere Verbesserungen zu erwarten Elektrolyt sehr gut recyclingfähig Gut für Anwendungen mit hoher Energie und vielen Zyklen Eigenschaften Geringe Energiedichte Leistung und Energie unabhängig skalierbar Mäßige Effizienz Schnelle Reaktion Stromdichte abh. von Stackdesign Zyklenlebensdauer > 10000 Kal. Lebensdauer 10 20 Jahre Temperaturbereich 20 bis 30 o C Alterung Keine Alterung des Elektrolyten Stack/Pumpen können ggf. getauscht werden Sicherheit Unkritisch, verd. Schwefelsäure als Lösungsmittel 11

Überblick Natrium-Schwefel Batterie (NaS) Eigenschaften Hohe Energiedichte Hohe Effizienz Schnelle Reaktion Stromdichte abh. von Separator Zyklenlebensdauer 2000 - >10000 Kal. Lebensdauer >10 Jahre Temperaturbereich 290 bis 350 o C Allgemein Sehr leistungsfähiges System NGK (Japan) Monopolanbieter, seit > 20Jahren im Einsatz Weitere Anbieter in Vorbereitung (NaS und NaNiCl) Bisherige Systeme nur im MW- Bereich erhältlich Gut für Anwendungen mit ständiger Belastung (Abwärme zur Temperierung) Alterung Stabiles System Irreversible Bildung von Na 2 S bei Überladung (Kapazitätsverlust) Sicherheit Bei Freisetzung Brand und toxische Gase 12

Überblick Lithium-Ionen Batterie Eigenschaften Sehr hohe Energiedichte Sehr hohe Effizienz Sehr schnelle Reaktion Hohe Stromdichte Zyklenlebensdauer 3000 - >10000 Kal. Lebensdauer 7-12 Jahre Temperaturbereich 0 bis 40 o C Allgemein Hochleistungsbatterie, aber teuer Breite Eigenschaftspalette durch verschiedene Materialkombinationen Sehr dynamische Weiterentwicklung sinkende Kosten, bessere Qualität Sicherheit kritisch gute Qualität hat ihren Preis Ideal für Leistungsanwendungen Alterung Nebenreaktionen an Elektroden, morphologische Veränderungen Abscheidung von Lithium-Metall bei Überspannung (irreversibel) Sicherheit Interner Kurzschluss kann zu Brand und Explosion führen, toxische Gase 13

Exkurs: Sicherheit von Lithium-Ionen Batterien Hohe Energiedichten führen immer zu sicherheitskritischen Systemen Es gibt keine eigensicheren Lithium-Ionen Batterien CE-Kennzeichnung garantiert keine Sicherheit Hohe Marktdynamik (PV-Kleinspeicher) lockt viele Anbieter Normen und Anwendungsregeln erst im Entwurfsstatus Unterschiedliches Sicherheitsniveau bei verschiedenen Herstellern, insb. durch Unkenntnis der Elektrochemie Sicherheit kein Hexenwerk, durch Sorgfalt und Know-how zu erreichen Produktsicherheit für Installateure (Gatekeeper) und Endkunden schwer erkennbar. Brände und Folgemaßnahmen in fast allen Branchen mit Li-Ionen-Zellen (Notebooks, Pedelecs, Transporte, ), wenig im Automotive-Bereich 14

Sicherheitsleitfaden Li-Ionenheimspeicher Publikation eines Sicherheitsleitfadens in Kooperation mehrerer Verbände Kostenfrei online verfügbar (www.storegio.com) Englische Übersetzung geplant» Keine gültige Norm, Quasi-Standard zum Stand der Technik» Kein Anspruch auf Vollständigkeit, Kombination mit bestehenden Normen» Verabredung mit Prüflaboren zur einheitlichen kostenoptimierten Prüfung (Cetecom, TÜV Rheinland, VDE)» Übernahme der Kernpunkte in Normenentwürfe (u.a. IEC) und Anwendungsregeln 15

Überblick Chemische Speicher (Bsp. Methan) Eigenschaften Höchste Energiedichte Speicher bereits vorhanden (Gasnetz) Sehr niedrige Effizienz Mäßige Reaktion Stromdichte abh. von Zelldesign Allgemein Kein echtes Speichersystem mehrere Komponenten wirken zusammen Niedrigste Effizienz Unabdingbar für saisonale Speicherung Interessant als Brücke zu anderen Märkten (Rohstoff, Mobilität, Gas) Alterung Vergiftung der Katalysatoren im Elektrolyseur und Methanisierung Sicherheit Analog Gasnetz 16

Leistung [kw] Zusammenfassung: Die Speichertechnologien ergänzen sich in ihren Anwendungsbereichen Anwendungsbereiche von Speichertechnologien Minuten Stunden Tage Leistungsspeicher Tagesspeicher Langzeitspeicher Energie [kwh] kw Lokal LIB Pb-S RF MW Dezentral NaS Chem. Speicher Pumpwasser GW Zentral Quelle: StoREgio 17

Leistung [kw] Der Einsatz aller Technologien muss sich über ihre Anwendungen refinanzieren Anwendungslandschaft stationärer Speichersysteme Minuten Stunden Tage kw Lokal Leistungsspeicher Tagesspeicher Langzeitspeicher Netzstabilisierung Lastspitzenkappung Eigenverbrauch Vermeidung Netzausbau Energie [kwh] Inselsysteme MW Dezentral Regelenergie Lastspitzenkappung USV Back-up Systeme Vermeidung Netzausbau Inselsysteme Back-up Systeme GW Zentral Regelenergie Ausgleichsenergie Regelenergie Ausgleichsenergie Inselsysteme Ausgleich saisonaler Schwankungen Elektrochem. Speicher Therm. Speicher Chem. Speicher Pumpwasser-, Druckluftspeicher DSM, bivalente Systeme Quelle: StoREgio 18