speicherung von energie – möglichkeiten des energetischen...

Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG

Speicherung von Energie –Möglichkeiten des

energetischen Strukturwandels mit Energiespeicherungim ländlichen Raum

Herrsching, 21. November2012

Daniel Quinger, Geschäftsführer, TÜV SÜD Battery Testing


Inhalt

� TÜV SÜD AG

� Sicherheitsaspekte bei Lithium-Ionen Zellen / Batterien

� Testprozeduren Batteriemodule Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität

� Aufbau Energiespeicher Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität

� Aufstellung Energiespeicher Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität


TÜV SÜD AG

� Technischer Dienstleister

� Über 17.000 Mitarbeiter

� Mehr als 600 Standorte weltweit

� Umsatz 2011: 1.67 Mrd. €

� Zentrale: München

� Regionen: Westeuropa, Zentral-Ost-Europa, Mittlerer Osten / Afrika, Asien, Nord- & Südamerika

� TÜV SÜD – one stop service provider

Consulting Testing Certification Training


• Elektrofahrzeuge und Batterietechnologie• Seminare • In-House Trainings für Hochvoltsicherheit• …

• Zertifizierung / Qualitätssiegel•Homologation entsprechend den internationalen Standards für Hybrid-und E-Fahrzeuge• Einzelfahrzeug- / Kleinserienabnahmen• …

• Zell- / Batterietests• Batteriecrashtests• Unfallsicherheit• Elektrische Antriebsstränge• Umweltprüfung• Reichweitenevaluierung

TSECC•….

TÜV SÜD AG – E-Mobility

Consulting Testing Certification Training

• Funktionale SicherheitISO 26262

• Elektrische Sicherheit• Chemische Sicherheit• Benchmark Studien Hybrid- und E-Fahrzeuge• Risikoanalysen• ….

Erstklassige Dienstleistungen für höhere Qualität, Sicherheit & Zuverlässigkeit


Batterietestzentrum in Garching

Anlieferung

Trafo / NSHV

Zellen

Systeme

Büro

Umweltprüfung

SicherheitsprüfungEröffnet am 17.10.2011

Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG29.11.2012 6

TÜV SÜD – Saubere Energie und nachhaltige Mobilität

Energieeffiziente Gebäude

BestandsaufnahmeEnergieplanung, EntscheidungshilfenProjektplanung, - überwachungErfolgskontrolleEnergie- und Klimaschutz-gutachten

Erneuerbare Energie

Geothermie: Consulting, ZertifizierungWindenergie: Consulting, Projektbewertung, Zertifizierung, StandortauswahlFotovoltaik: , Projektbewertung, Testing, ZertifizierungBiogas: Technische Bewertung, Inbetriebnahme, Inspektion,SicherheitsprüfungStationäre Energiespeichersysteme: Bewertung, Testing

e-Mobility Batterie / Brennstoffzelle

Fahrzeug: Sicherheitsberatung, HomologationLadestationen: Zertifizierung, Testing, Standortauswahl, InspektionBattery testing: Zertifizierung, Umwelttests, zerstörende TestsAusbildung: Hochvolttrainings, Wasserstoff-SicherheitBrennstoffzellenfahrzeug: Sicherheit und Homologation, TestingWasserstoff-Drucktanks: Typzulassung, periodische InspektionWasserstoff-Tankstelle: Zulassung, Beratung, InspektionBrennstoffzelle: Effizienztests, Zulassung, BeratungHauptuntersuchungen

Drucktanks

Prüfung und Zertifizierung vonDruckgassystemen (H2/Erdgas) in der Produktion / DistributionGrosstechnische

Energiespeicher


Die Internationale Energieagentur (IEA)

Quelle: IEA World Energy Outlook 2010

million barrelsper day

World oil production by type in the IEA New Policies Scenario*

1990 2000 2010 2020 2030

100

80

60

40

20

0

Unconventional oil

Natural gas liquids

Crude oil - fields yet to be developed or found

Crude oil –currently producing fields

Total crude oil

1990 2000 2010 2020 20301990 2000 2010 2020 2030

100

80

60

40

20

0

100

80

60

40

20

0

Unconventional oil

Natural gas liquids



Total crude oil

Unconventional oil

Natural gas liquids



Total crude oil

Mb/day

Quelle: ExxonMobil 2002

Heutige Produktion

Von Russland und

Saudi Arabien


Sind Infrastrukturkosten ein Problem?

1981

1990

2000

2008

2011

Rohölpreise (Jahresmittelwerte) in US$

10 US$ Ölpreissteigerung bedeuten für Europa (EU27):

•29.9 Milliarden €/a Mehrkosten für Energie

•Der Preisanstieg 2009-2011kostet Europa mehr als 100 Milliarden Euro pro Jahr!

•Gegenüber 2000 braucht die EU zusätzlich 200 Milliarden €/afür Ölimporte!

•Eine Europaweite Infrastruktur für Elektrofahrzeuge oder20.000 H2-Tankstellen kosten die EU27 einmalig 60 Milliarden €

(EU27 importiert 4 Milliarden Barrel Öl pro Jahr bzw. 11 Millionen Barrel pro Tag, Dollarkurs 1,35)

Quellen: TECSON (2011), EUROSTAT, IEA WEO 2010)

© Blandow, TÜV SÜD


Das bedeutet für die Treibhausgasemissionen

100%

75%

50%

25%

1990 2010 2015 2020 2025 2050

CO2-Equivalent (IPCC 2007 Ziel -90% bis 2050)

-90%

130g/km

95g/km

[60-70g/km]?

2030

[40g/km]?[10g/km]?

EU Richtlinie

Bundesregierung

EU-20%

-40%

-50%

-80% EU und Bundesregierung

IPCC-Ziel


Flächeneffizienz

Batteriefahrzeugca. 1,5 Millionen km

Batteriefahrzeugca. 800,000 km


Stand der Elektromobilität heute

Tesla Model S:

Reichweite: ca. 500 km

Verbrauch: ca. 180 Wh/km

Beschleunigung 0-100 km/h: 4,5 s

Höchstgeschwindigkeit: 215 km/h

Preis: 49.000-98.000 $


TÜV SÜD Dienstleistungen zur Elektromobilität

Prüfung / Zertifizierung

Ladeinfrastruktur

Schulung / Ausbildung

Hochvolttechnik im Fahrzeug

Homologation, Fahrzeugsicherheit,

Funktionale-Sicherheit

Flottenmanagement,

Carbon-Footprint, eHU

Batteriesicherheit,

BatterieprüfungZulassung / Prüfung

Wasserstofftankstellen,

Brennstoffzellen-Testing

Prüfung elektrische Zweiräder


Projektbeispiele

Prüfung der Bosch

Ladeinfrastruktur

Für Singapur nach

IEC 61851 und

Singapur TR25

Straßenzulassung

(Homologation) des

Tesla Roadster für

Europa

Sicherheit für 80 Mercedes

VITO E-Cell inkl. der

Ladeinfrastruktur

(IKONE Projekt Stuttgart)

Schulung von 600

„Elektronauten“

In Stuttgart (E-Bikes)


Energiewende Bayern

1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005

100

80

60

40

20

TWh

14,7 % (Erdgas)

14,0 %

4,2 % (Steinkohle)

51,1 %

5,1 % (PV)

9,5 % (Biomasse)

0,7 % (Abfälle)

Netto-Erzeugung 2010

0,7 % (Wind)

Energiekonzept 2021

15,0 % (Wasser)

15,8 % (PV)

8 % (Wind)

0,6 % (Geothermie)

10,0 % (Biomasse)

14,7 % (Erdgas)

10,0 % (Erdgas neu?)

Lücke: ca. 37% !

1 Mio. E-Autos

2 %

ZusätzlicherEnergiebedarf

1.7 TWh

• Eine Million Elektrofahrzeuge in Bayern sind kein Problem!• Aber – 7 TWh (8%) Windenergie bedeuten ca. 1450 Windkraftanlagen

(bedeutet jeden 2. Tag eine neue 2,5 MW Anlage bis 2020)• Eine Verdreifachung der (heute 3.9 GW) installierten PV Anlagen auf 14 GW

(bedeutet 5 MW neu installierte PV-Leistung pro Tag bis 2020)


Sicherheitsaspekte bei Lithium-Ionen Zellen / Batterien


Funktion einer Lithium-Batterie

Al Kathode Anode Cu

Li+

Separator

U = f(SOC)


Einflüsse auf Zellverhalten

Thermisch / Klimatisch

� Temperatur

� Temperaturwechsel

� Luftfeuchte

Elektrisch

� Strom

� Spannung

� Kurzschluss

Mechanisch

� Vibration

� Schock

� Quetschen / Stauchen

� Eindringen von Fremdkörpern

� Verspannung / Einspannung

Elektromagnetisch

� El.-magnetische Felder

Weitere Umwelteinflüsse

� Luftdruck

� Staub / Schmutz / Wasser

� ChemikalienInterne Einflüsse

� Verunreinigungen

� Dendriten

� Nebenreaktionen


Anwendungsszenarien

Zelle

Modul

Pack/System

Innerhalb Spezifikationen

Außerhalb Spezifikationen

Abuse

Hazard-Wahrschein-

lichkeitHazard-Schwere


Potentielle Gefahren

• Hochvolt

Module/Packs (> 60V DC)

• Leckage / VentingÄtzend: z.B. HFGiftig: z.B. FormaldehydBrennbar: z.B. Elektrolyt (EC, DMC…)Explosiv: z.B. verdampfter Elektrolyt, Graphitstaub

• FeuerThermische Energie >> Elektrische EnergieBrennbar: Elektrolyt, Separator, Aktivmaterial, Gehäuse…Thermal Runaway

• Explosionz.B. Sicherheitsvent bei Hard-Case Zellen versagt


Thermal Runaway

Kurzschluss (intern/extern)

Überladen

Überstrom

Ext. Wärme-zufuhr

Wärme

startet

Exotherm.Reaktion

Wärme

erzeugt

beschleunigt

O2


Überladen


Testprozeduren Batteriemodule Effizienzhaus Plus mit

Elektromobilität


Aufbau Energiespeicher Effizienzhaus Plus mit

Elektromobilität durch die Firma LION Smart


Aufstellung Energiespeicher Effizienzhaus Plus mit

Elektromobilität

TÜV SÜDMehr Sicherheit. Mehr Wert.

General information is available on the web at

www.tuev-sued.com/e-mobility

Vielen Dank!

Kontakt: Daniel QuingerTel.: +49 89 32950 715

[email protected]

speicherung von energie – möglichkeiten des energetischen...

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