redox flow batterien für den industriellen einsatz · eisenhuth gmbh & co. kg...
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Eisenhuth GmbH & Co. KGFriedrich-Ebert-Str. 20337520 Osterode am Harz
Telefon 0 55 22 / 90 67-0Telefax 0 55 22 / 90 67-44http://www.eisenhuth.de
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Redox Flow Batterien für den Industriellen Einsatz
Dr.Thorsten HickmannEisenhuth GmbH & Co. KG
Eisenhuth GmbH & Co. KGFriedrich-Ebert-Str. 20337520 Osterode am Harz
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Produktspektrum Eisenhutha. Formenbau für die Automobil-Industrie,
Maschinenbau, Medizintechnik
b. Fertigung von Gummi-, Kunststoff-Siliconteile (Mittel-/Kleinserien)
c. Komponenten für Brennstoffzellen,Batterien, elektrochemischeAnwendungen
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Aktuelle Kunden im Bereich Bipolarplatten / Dichtungen
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(SAIDI = System Average Interruption Duration Index)
Quelle: https://www.bmwi-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2015/16/Meldung/infografik-versorgungsqualitaet.html
� Netzsicherheit in Deutschland: Vergleichsweise hoch bislang, aber…�Dennoch: Kosten bei ungeplanten Shutdown: IT / Steuerungen / Bauteile ?� Ungeplante Ausfallkosten sind nicht zu unterschätzen
SICHERHEIT DER STROMNETZE
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Was kostet Strom heute?
- Im Strompreis sind viele Umlagenund Abgeaben enthalten. Diese übersteigen deutlich die Erzeugungs-kosten.
- „Reiner Strompreis“: ca. 3-4,5 ct/KWh
-Sparen der „Stromnebenkosten durchEigennutzung Regenerativ hergestelltemStrom
- Optimierung der Nutzungsdauer durchelektrochemische Speicher wie Redox-FlowBatterien
Quelle: Radotronic GmbH
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Was kostet Strom zukünftig?
�Solarstrom lässt sich für ca. 9 ct/KWh herstellen
� Ziel ist ein möglichst hoher Eigenverbrauchs-anteil
� Je höher der Eigenver-brauchsanteil, desto höher ist die Ersparnis
� 100% Eigenverbrauchs-anteil bei Verwendung vonelektrochemischen Speichern
Quelle: B&W Energy, Intelligente Lösungen
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Speichersystem sinnvolle Option für Unternehmen?
� Batteriespeichersysteme in einem Mix von regenerativen Anlagenkönnen den Eigenverbrauch deutlich steigern
� Speichersysteme werden individuell an Bedürfnisse angepasst
� Möglichkeit von „Peak-Shaving“
� Batteriespeicher werden für Anlagen bis 30 KW vom Bundesumweltministeriumduch die KFWBank mit bis zu 25 % des Speicherpreises gefördert*
� In Verbindung mit einer „Backup-Box“ bieten Speichersysteme eine Ersatz-stromversorgung
* Siehe auch KFW-Programm erneuerbare Energien „Speicher“
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Redox Flow Batterien: Flüssige Stromspeicher von Solaranlagen
� Redox-Flow-Batterien – auch Flüssig-Batterien Basieren auf flüssigen elektro-chemischen Speicher
� Anders als bei einem Blei-Akku oder einer Lithium-Ionen-Battterie werden bei der Redox-Flow-Batterie flüssige Elektrolyteeingesetzt, die in zwei voneinander voll-Kommen unabhängigen Kreisläufen fließen
� Die Flüssigkeiten (bislang in der RegelVanadium) werden in Tanks gelagert, diebeliebig skalierbar sind
Quelle: Energieforschungszentrum Niedersachsen, Clausthal
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Funktionsweise einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie
�Der Elektrolyt wird in externenTanks Gelagert und von dort fürdie Be- und Entladung durch Reaktions-zellen gepumpt. � positiver und negativer Elektrolytwird durch eine Membran getrennt� Duch elektrochemische Re-aktionen bewegen sich Elektronen zwischen den in verschiedenen La-dungszuständen vorhandenen Ionendes Elektrolyts� So wird chemische Energie in elek-trische Energie (Entladung) oder elek-trische Energie in chemische Energie(Ladung) umgewandelt, ähnlich wiebei einer Brennstoffzelle oder Eletrolyse
Quelle: Energieforschungszentrum Niedersachsen, Clausthal
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Energiedichte von Redox Flow Batterien im Vergleich zu anderen Energiespeichern
Ca. 150 Wh pro LiterLi-Ion-Batterie
Ca. 80 Wh pro LiterBlei-Akkumulatoren
Ca. 50 Wh pro LiterBromid-Redox-Batterie
Ca. 25 Wh pro LiterVanadium-Redox-Flow-Batterie
EnergiedichteBatterietyp / Energiespeicher
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Vor- und Nachteile von Redox-Flow Batterien
Keine Brandlast!!!!!
Preise (ähnlich wie Li-Ionen-Batterien) zu hoch
Ca. 20.000-40.000 Ladezyklen möglich – Kein
Memory-Effekt
Geringe EnergiedichteHohe Lebenserwartung
Vergleichsweise erschwerte Installation
Wirkungsgrade weit über 80%
Vergleichsweise hohes Gewicht (nur Stationär)
Keine Selbstentladung der Batterie
NachteileVorteile
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F& E Redox Flow
Redox-Flow Speicher
Verbundprojekt ‚Redox-Flow-Extrusion‘
Herstellung von Bipolarplatten in
m²-Größe durch Extrusion
Industrial Solutions
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F & E Redox Flow Extrusion: Ziel: Neues Herstellverfahren
� Megawatt Stromspeicher für die Energiewende, also auch für mittlere undgroße Unternehmen als Speicherlösung geeignet
� Neues Herstellverfahren von Bipolarplatten für Redox-Flow-Speicherleistungenim zwei bis dreistelligen Megawatt-Bereich
� KOSTENREDUKTION !
Lösungsweg:� Größenordnung MW erfordert Zellen bzw. Platten mit großen Flächen� Zellfläche in der m² Größenordnung. Vgl.: Stand der Technik:ca. 0,1-0,3 m²� Substanzielle Weiterentwicklung der Materialien und Herstellprozesse
erforderlich� Strangextrusion der Bipolarplate im m² - Maßstab
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���� Forschung und Entwicklung
•ZBT: Industrienahe Forschung zu Compounding und Bipolarplatte, umfangreicher Maschinenpark, langjährige Erfahrung mit Graphit-Composite Platten
•Energie-Forschungs-Zentrum Niedersachsen, EFZN: Know-how und umfangreiches Equipment für ex-situ Analytik, Erfahrung in Energietechnik, z.B. Brennstoffzelle, Elektrolyse, Batterietechnik
���� KMU / Industrie
•Eisenhuth: Industrieller Hersteller Bipolarplatten, Compounds und Dichtungen, Werkzeugbau, Erfahrung in Brennstoffzelle, Redoxflow-Batterie (Pellworm)
•Centroplast: Schwerpunkt Energietechnik, Hersteller von Platten und Kunststoffhalbzeugen, auch mit gefüllten Werkstoffen, Werkzeugbau für Strangextrusionswerkzeuge
•Thyssen Krupp Industrial Solutions, TKIS: Planung, Bau und Service industrieller Anlagen, Systempartner für Automobil- Luftfahrt- und Batterieindustrie
F& E Redox Flow Extrusion: Partner
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F& E Redox Flow Extr.: Grundlagen / Herausforderungen
• Größenordnung 80% Graphit und 20% Binderpolymer
• Anspruchsvolle Verarbeitung: hochviskos, spröde, porös, inhomogen
• ‚Graduelle Durchmischung‘ ermöglicht mechanische Stabilität durch Polymer-Dömänen UND elektrische Leitfähigkeit durch Graphit-Domänen
• Keine ‚maximale Durchmischung‘ erwünscht
• Ziel ist bikontinuierliche mesoskopische Struktur von Polymer/Graphit-Matrix
Mechanische Stabilität ↔↔↔↔ Elektrische Leitfähigkeit
� Große Platte erfordert günstigere Verarbeitungseigenschaften des Compounds ohne wesentliche Einbuße an Leitfähigkeit � Kostensenkung!!!
� Prozessfenster für große Platte ist deutlich enger als für kleine Platte
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FAZIT
� Redox-Flow-Batterien industriell einsetzbar
� Vorteil von Redox-FLow-Batterien sind die hohe Zyklenbeständigkeit
� Vorteil von Redox Flow Batterien : Keine Brandlast
� Aber: Kosten sind noch zu hoch
� F&E-Projekte sollen Abhilfe schaffen (u.a. Redox-Flow-Extrusion“)
� In Europa bietet die u.a. die Gildemeister Energy Solutions bereits heute kommerziell Batterien an mit Peak-Leistungen von 10 KW / 20KW / 30 KW und 200 KW an und den entsprechenden Abnahmestunden (KWh)
� Redox Flow Batterie heute eine Technology für „Innovatoren“ und „Early Adopters“
� Energiewende ohne Speicher nicht sinnvoll !!! � Apell an die Politik
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