Wasserstoff - EnergieRegion.NRW
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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Elektromobilität<br />
Batterien und Brennstoffzellen<br />
Thomas Grube, Detlef Stolten<br />
14. Fachkongress für Zukunftsenergien, Essen<br />
9. Februar 2010
Pkw-Konzepte für rein elektrischen Betrieb<br />
Plug-in Hybride<br />
� Hauptaggregat: Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellensystem<br />
� Reichweite im Batteriebetrieb: < 50 km<br />
Elektrofahrzeuge mit Batterie und Range Extender (RE):<br />
� Range Extender: Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellensystem<br />
� Reichweite im Batteriebetrieb: 50 bis 100 km<br />
Elektrofahrzeuge mit Batterie<br />
� Reichweite: bis 150 km sinnvoll<br />
� Begrenzung durch Fahrzeugmasse und Kosten<br />
� „Unterwegs-Betankung“ kritisch<br />
Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle und Batterie<br />
� Hauptaggregat: Brennstoffzelle<br />
� Reichweite: > 400 km<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 2
Leistungsdaten von Batterien<br />
Daten nach Wallentowitz [2006]; Energiedichte bei 25°C; Spezifische Leistung: Blei- und Li-Ionen-Akkumulatoren bei<br />
10 s, Ni-MH bei 18 s Pulslast (Laden und Entladen); Zyklenlebensdauer: Ni-MH und Li-Ionen: unterer (oberer) Wert für<br />
100% (±3%) Entladetiefe; Temperaturbereich: für in-Betrieb befindliche Zellen<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 3
Reichweite und Batteriemasse<br />
Annahmen:<br />
� Fahrprofil MVEG<br />
� Fahrzeugmasse (o. Antrieb):900 kg<br />
� Wirkungsgrade:<br />
Batterie entladen: 90 %<br />
Leistungselektronik: 95 %<br />
Elektromotor: 93 %<br />
Kraftübertragung: 95 %<br />
Batterie bis Rad: 76 %<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 4
Herausforderung Lebensdauer und Kosten<br />
Lebensdauer:<br />
Alterungsvorgänge stark abhängig von Entladetiefe:<br />
geringe Entladetiefe => größere Nennkapazität mit Masse- und Kostennachteil<br />
Kosten:<br />
Kostenprognosen bei Li-Ionen Akkumulatoren schwierig, da künftige Elektrodenmaterialien<br />
und Herstellverfahren unklar<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 5
Betankung von Batterie-Pkw<br />
(380 V, 32A)<br />
Haushaltssteckdose<br />
(230 V, 16A)<br />
� Batterieladezeiten mit heutiger<br />
Stromnetztechnik deutlich höher als<br />
heutige Pkw-Betankungsdauer<br />
� „Unterwegs-Betankung“ praktisch nur<br />
mit Batteriewechsel möglich.<br />
� Anpassungen im Stromnetz und im<br />
Netzmanagement notwendig<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 6
Vergleich Elektrofahrzeuge mit Batterien und<br />
Brennstoffzellen<br />
� BZ-Systemkosten: 50 EUR/kWe bei 90 kWe<br />
zuzüglich 15 EUR/kWhH2 (Druckgasspeicher,<br />
700 bar mit 1,4 kWhH2/kg, nach Seyfried [2009])<br />
� Energiebedarf BZ-Pkw: mechan. Energiebedarf am<br />
Rad als f(m), 40% Wirkungsgrad im MVEG nach<br />
Biedermann et al. [2006]<br />
� THG-Emissionen für H2 aus Erdgas in Großanlage<br />
in Deutschland (nach Biedermann et al. [2006])<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 7
Bewertung<br />
� Die Entwicklung wettbewerbsfähiger Elektro-Pkw mit Batterie oder Brennstoffzelle (BZ) als<br />
Hauptstromlieferant ist mittel- bis langfristig angelegt.<br />
� Deutliche Unsicherheiten bestehen bezüglich dem Erreichen wettbewerbsfähiger<br />
Antriebskosten<br />
� ‚Unterwegs-Betankung‘ von Batterie-Pkw ist nur mit aufwendigen Batteriewechselsystemen<br />
möglich<br />
� Batterie-Pkw für Langstrecken werden auch dann – wegen zum Energievorrat proportionaler<br />
Kosten – deutlich teuer sein als Pkw mit Hubkolbenmotoren oder BZ-Elektroantrieben<br />
� Vorteile für Batterie-Pkw gegenüber BZ-Pkw bei THG-Emissionen und Primärenergienutzung<br />
sind nur bei gegenüber heute verändertem Strommix erzielbar (spezif. Emissionen/ spezif.<br />
Primärenergiebedarf)<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 8
Literatur<br />
Wallentowitz [2006], Wallentowitz, H.; Reif, K. Handbuch Kraftfahrzeugelektronik: Grundlagen,<br />
Komponenten, Systeme, Anwendungen. Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2006<br />
Muntwyler [2009], Muntwyler U. The future will be “renewable and electric”! Presäntation bei<br />
Transportation Contact Group Meeting der IEA, Genf, 9. März 2009<br />
Kromer et al. [2008], Kromer, M.A.; Heywood, J.B., A Comparative Assessment of Electric<br />
Propulsion Systems in the 2030 US Light-Duty Vehicle Fleet. SAE Technical Paper Series SAE<br />
2008-01-0459<br />
Biedermann et al. [2006], Biedermann, P.; Grube, Th.; Höhlein, B., Methanol as an Energy<br />
Carrier. Schriften des Forschungszentrums Jülich, Reihe Energietechnik/Energy Technology 55,<br />
Jülich, 2006, ISBN: 3-89336-446-3<br />
Seyfried [2009], Seyfried, F., Optionen und Chancen der Elektromobilität – <strong>Wasserstoff</strong>,<br />
Elektrizität. Vortrag bei Arbeitskreis H2-<strong>NRW</strong>, Marl, 20.3.2009<br />
Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen (IEF-3) 9
www.whec2010.com<br />
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At a Glance<br />
• The WHEC takes place every two years in a<br />
different continent (2012 Calgary, 2008<br />
Brisbane, 2006 Lyon)<br />
• 18th WHEC 2010: May, 16-21, 2010 in Essen<br />
• International Association for Hydrogen Energy<br />
(IAHE)<br />
• Organised by EnergyAgency.<strong>NRW</strong><br />
• Supported by the State of North Rhine-<br />
Westphalia<br />
• 300 oral presentations and 200 poster<br />
presentations<br />
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Conference Topics<br />
• Policy perspectives<br />
• Initiatives and cooperations<br />
• Hydrogen production technologies<br />
• Fuel infrastructures<br />
• Storages<br />
• Fuel cell basics<br />
• Stationary applications<br />
• Transportation applications<br />
• Existing and emerging markets<br />
• Strategic and socioeconomic analyses<br />
• Safety issues<br />
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Trade Fair, May 17–19, 2010<br />
• Trade Fair<br />
• Conference Site MESSE ESSEN<br />
• Joint booths of the major national<br />
and international organisations<br />
• Poster exhibition<br />
• Catering zone as a central contact<br />
point for exhibitors, conference<br />
participants, speaker<br />
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Trade Fair (May 17–19, 2010)<br />
• Participate as an exhibitor: establish new business<br />
relations, cultivate networks, obtain first-hand, up-todate<br />
market information<br />
• As an exhibitor, you can profit from<br />
– Competent comprehensive support before and during the fair<br />
– Publicity and advertisements in international media, internet<br />
presentation and targeted mailings<br />
– Side events with high publicity impact<br />
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IPHE School Student Competition<br />
International<br />
student sessions<br />
at WHEC2010<br />
Essen -<br />
Award ceremony<br />
where all national<br />
winners will be<br />
honoured<br />
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Ride & Drive Events<br />
Bild bessere<br />
Auflösung<br />
Presentation of<br />
cutting edge fuel<br />
cell powered<br />
vehicles<br />
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Evening Events<br />
Conference<br />
dinner at<br />
Philharmonie,<br />
Essen<br />
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18th World Hydrogen Energy Conference 2010<br />
Please schedule for the conference!<br />
May 16 – 21, 2010, Essen, Germany<br />
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