speicherung von energie – möglichkeiten des energetischen...
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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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
• 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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Batterietestzentrum in Garching
Anlieferung
Trafo / NSHV
Zellen
Systeme
Büro
Umweltprüfung
SicherheitsprüfungEröffnet am 17.10.2011
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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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
Crude oil - fields yet to be developed or found
Crude oil –currently producing fields
Total crude oil
Unconventional oil
Natural gas liquids
Crude oil - fields yet to be developed or found
Crude oil –currently producing fields
Total crude oil
Mb/day
Quelle: ExxonMobil 2002
Heutige Produktion
Von Russland und
Saudi Arabien
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Flächeneffizienz
Batteriefahrzeugca. 1,5 Millionen km
Batteriefahrzeugca. 800,000 km
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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 $
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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)
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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)
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Sicherheitsaspekte bei Lithium-Ionen Zellen / Batterien
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Funktion einer Lithium-Batterie
Al Kathode Anode Cu
Li+
Separator
U = f(SOC)
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Anwendungsszenarien
Zelle
Modul
Pack/System
Innerhalb Spezifikationen
Außerhalb Spezifikationen
Abuse
Hazard-Wahrschein-
lichkeitHazard-Schwere
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Thermal Runaway
Kurzschluss (intern/extern)
Überladen
Überstrom
Ext. Wärme-zufuhr
Wärme
startet
Exotherm.Reaktion
Wärme
erzeugt
beschleunigt
O2
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Überladen
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Testprozeduren Batteriemodule Effizienzhaus Plus mit
Elektromobilität
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Aufbau Energiespeicher Effizienzhaus Plus mit
Elektromobilität durch die Firma LION Smart
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
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Daniel Quinger, 21.11.2012 TÜV SÜD AG
Aufstellung Energiespeicher Effizienzhaus Plus mit
Elektromobilität
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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