Vývoj systémů pro akumulaci energie při využití Li-Ion baterií. Říjen 2011 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd

Transkript

1 Vývoj systémů pro akumulaci energie při využití Li-Ion baterií Říjen 2011 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd

2 Úvod Situace ve vývoji Li-Ion sekundárních baterií Vývoj aplikací Energetický systém příští generace

3 Odhad poptávky po akumulátorových bateriích (Odhad fy Fuji Keizai Group 2010) 100 mil JPY Odhad celkové poptávky (částka: 100 mil. JPY) řěď řěď řěď ROK Nejrozšířenější jsou baterie NaS a baterie na bázi olova systémů pro dodávku energie Výměna za baterie Li je závislá na poptávce Stabilní Průmyslové vozy Automobily, HEV Nejrozšířenější jsou baterie na bázi olova pro vysokozdvižné vozíky Průměrná hodnota baterií 23tis. JPY/kWh 29 tis JPY/kWh 34tis JPY/kWh 38tis JPY/kWh

4 Výkon a charakteristika Li-Ion baterií 1lehké, kompaktní 2nemají paměťový syndrom 3využití i při nízkých teplotách 4možné rychlonabíjení 5snadný přístup k vysokému proudu 6trvanlivé Hustota váhy (Wh/kg) Lehké Ni-MH Li-ion sekundární baterie kompaktní Pb Ni-Cd Hustota napětí(wh/l)

5 Využití sekundárních Li-Ion baterií Elektronika, mobilní telefony Přesun Li-Ion baterie Napojení na sítě Nouzový stav, vyrovnání zátěže

6 Vývojová křivka sekundárních Li-ion baterií MHI přesun Pro EV (baterie na bázi polymerů) přesun Zahájení společného výzkumu s Kyushu Electric Power Ltd. Vývojové fáze Výzkum a vývoj jednotlivých částí baterií Stabilní šíření systemizace Technologie výroby/vývoj a uvádění na trh UPSpři nouzovém stavu Prodej Stabilní (mangan) Akumulátory pro domácnosti i průmysl Propojení s obnovitelnými Projekt NEDO 1988 zdroji energie

7 Vývoj sekundárních Li-ion baterií

8 ř Stabilní Skladování energie Usnadnění napojení na síť Pomocné služby Pohyblivé EV Průmyslové vozy U pohyblivých typů lze využít při elektrizaci, hybridizaci a tzv. plug-in hybridizaci Nominální výkon Průměrné napětí Hustota energie Max. proud Výkon Rozměr Váha Č 50Ah 3.7V 132Wh/kg 265Wh/L 100Akontinuální 300A10 sek. 3350W SOC502510s W110 D38 H166.5mm 1.4kg Pracuje se na vývoji baterií s vysokou kapacitou a výkonem

9 Srovnání tvarů baterií ů čččřň Li + = + 23Ah/článek čů čů Hluchý prostor č

10 Příklad elektrického výkonu(vybíjení při 25 Čě Nabíjení : 1C-CC/CV [ 4.15V cut/ 0.02C cut ] Vybíjení : CC [ 2.70V cut ] Teplota : 25

11 Příklad elektrického výkonu(nabíjení při 25 Čě Nabíjení : CC/CV [ 4.15V cut/ 0.02C cut ] Vybíjení : 1C-CC [ 2.70V cut ] Teplota : 25

12 Příklad elektrického výkonu(vybíjení při nízké teplotě 50A) Čě Nabíjení : CC/CV [ 4.15V cut/ 0.02C cut ] *Teplota při nabíjení. : 25 Vybíjení : 1C-CC [ 2.70V cut ] *Teplota při vybíjení: -15 /0 /25 /45

13 Charakteristika řídícího okruhubmu,cmu Charakteristika Vyváženost článků Ochrana proti přebití Ochrana proti přílišnému vybití Nadproudová ochrana Detekce teplotních abnormalit Detekce abnormalit zařízení ůě Monitoring stavu jednotlivých baterií Detekce abnormálního stavu Zastavení nabíjení a vybíjení Vstup, výstup ěč Ř č ě č modul modul

14 Budoucí prognóza (vývoj článků) Stabilní baterie pro EV NaS baterie Olověné baterie baterie spol. G baterie spol. C Ni-MH baterie Články MHIl baterie spol. A baterie spol. F EV baterie spol. B Baterie spol. E Baterie spol. D Hybridní vůz SOC:50% Hustota výkonu 25 10s vybíjení

15 Vývoj systémů v Japonsku

16 Příklad využití stabilních baterií Malé zdroje energie Systém Systém kWh 10kWh Systém více než 500kW h kontejnerový systém Probíhá vývoj Rodinný dům Systém akumulátorů pro snadné napojení na síť testování ＮＥＤＯ Větrná elektrárna Megasolar Mikrosíť Továrna V továrně Testování v Kyushu Electric Power Ltd. Samoobsluh a Zdroj při nouzovém stavu Rychlonabíjení EV Vůz pohyblivého zdroje energie 10 Testování Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ výkon kw Probíhá vývoj 当資料に関するあらゆる著作物 知的財産は三菱重工業株式会社に帰属します MHI Confidential

17 Příklad využití mobilních typů ů Představa Představa Vysokozdvižný vozík Vůz pro výškové práce Hnací jednotka OEM Elektrický autobus Železnice Představa Představa Rypadlo Hydraulické těžební stroje Bagr Vysokozdvižný vozík s elektrickou baterií

18 Výrobky - akumulátory pro domácnost Skladování solární energie a noční energie a jejich využití dle potřeby. V současnosti je jeden ze státních projektů zaměřený na vývoj systémů HEMS. Home Electric Management System (Řízení elektřiny domácností) Hlavní funkce Nouzový zdroj energie při katastrofách Akumulace obnovitelných zdrojů energie, vybití Systém energetických špiček Regulace energií v rámci komunit (státní projekt) Nominální proud Doba vybíjení Střídavé napětí Energetická účinnost Rozměry Specifikace (starší typ) 1.5kW vybíjení 1.8kW nabíjení 8h 1φ3W AC101/202V 50/60Hz 83% W600 D550 H1625mm Ověření zařízení akumulace energie pro domácnost (Eco Sky House@Yokohama) Systém akumulace energie pro domácnosti 1.5kW (starší model)

19 Výrobky akumulátory pro budovy, obytné domy Systém nosičových akumulátorů odpovídající velikosti pro budovy a obytné domy Hlavní funkce Nouzový zdroj energie při katastrofách (výtah, vodní čerpadla atd.) Akumulace obnovitelných zdrojů energie Přesun špiček Kapacita Napětí Kapacita baterie Zpětná reakce Přidané funkce Rozměr 100kW/120kVA 200V 34kWh/mřížka 20ms0 100% P/Q.kompenzace průhybu Hitachi W1150 D750 H2000mm Vysoce funkční budova se systémem akumulátorů a solárních baterií Baterie modulu Systém nosičových akumulátorů

20 Výrobky systém vyrovnávání obnovitelných energií Od roku 2006 NEDO pracuje na vývoji akumulátorů pro snadné napojení na síť za použití sekundárních Li baterií. MHI pracuje na vyrovnávání výkyvů solárních energií a od září 2010 provádí testování napojení do soustavy. soustava Upravený výkon Výkon solárních baterií Spínač Výkon Li baterií ařízení pro solární energiitovárna Isahaya 100kW zatížení Pohled na akumulátory uvnitř továrny 100kW solární baterie 120 kwh Baterie Li

21 Výrobky Systém vyrovnávání obnovitelných energií (příklad testovacího zařízení) 1 Li Baterie () Zařízení pro nabíjení a vybíjení 1 s klimatizací 1 Li Baterie Zařízení pro nabíjení a vybíjení 1 Li Baterie Zařízení pro nabíjení a vybíjení Li Baterie () Zařízení pro nabíjení a vybíjení 2 s klimatizací Vstup, výstup Přepínač soustavy Kontrolní panel 3 Li Baterie Zařízení 3 solární energie a zátěže Li Baterie Zařízení 4 4 Napájecí zařízení Obrázek systému Li baterií 120kWh

22 Výrobky Systém vyrovnávání obnovitelných energií (příklad evaluace) SOC Účinný výkon Li baterie energie nabíjení a vybíjení Solární energie Nabíjení a vybíjení Li baterií Příjem energie Hodiny Solární energie za 1 den a energie do soustavy Li baterie energie nabíjení a vybíjení 13:3014:0014:30 1hodina

23 Výrobky skladování energie velkokapacitních zařízení Systém skladování energie kontejnerového typu MHI drží primát ve vývoji tohoto systému v Japonsku Na vývoji pracují také společnosti v Číně a USA Hlavní využití Vyrovnávání obnovitelných energií Kontejnerové skladování energie 12MW (mimo počítač) regulace frekvence a napětí v soustavě skladování energie Představa přepravy opatření při nouzovém stavu nebo výpadku energie (pracuje se na vývoji)

24 Výrobky skladování energie velkokapacitních zařízení (př. vývoje) MHI provádí testování v Japonsku č ě

25 Výrobky skladování energie velkokapacitních zařízení(př. výrobků) Výkon Kapacita Napětí Rozměr baterie Rozměr PCS Přídavná zařízení Max.1,000kW Max.408kWh 480V (AC) Kontejner 40 stop (12192 x 2438 x 2896mm) Kontejner 20 stop (6096 x 2438 x 2896mm) Klimatizace Hasící zařízení atd. Nosič baterií PCS

26 Výrobky skladování energie velkokapacitních zařízení(funkce a účinek) řč ř č ť ě ěř

27 Využití velkokapacitních akumulátorů -1 Krátkodobé přizpůsobení Potlačení velkých fluktuací v průběhu špiček a vyladění Středně a dlouhodobé přizpůsobení Harmonizace energetických fluktuací po několik hodin Postupné vyladění výkonových výkyvů např. při přerušení provozu větrných elektráren

28 Využití velkokapacitních akumulátorů -2 Doplňkové služby Dodávka energie při změnách zatížení a změnách frekvence. Provozní rezervy pro 30 min. spuštění generátoru a eliminaci zátěže Využití pro mikrosítě Na území s komplikovaným zaváděním distribuční el. sítě uskutečnit stabilní dodávku obnovitelných energií Zvýšit účinnost provozu dieselových generátorů pro mikrosítě ke zlepšení spotřeby paliva. systém uskladnění energie v pravomoci MHI Akumulátor Větrná elektrárna Akumulátor Solární energie Řídící počítač Energie ze spalování Energetická křivka Komunikační křivka Domácnost Veřejná budova Škola Představa mikrosítě na ostrovech

29 Výrobkyhybridní vysokozdvižný vozík Několik společností v Japonsku zahájilo prodej hybridních vysokozdvižných vozíků ve třídě 4 5 tun. Výrobky:MHI systémsériovýparalelní manipulaceparalelní Charakteristikamalý motor(snížení emisí) Standardní motor má o 39% vyšší spotřebu paliva Bateriový modul Snížení CO 2 o.rok testování provedeno za předpokladu, že vozíky ve třídě t budou v chodu 300dní8hodin/den

30 Výrobky Testování elektrických autobusů Ministerstvo dopravytestování ve městě pro zlepšení životního prostředíkjóto, Aomori NÁSTIN PROJEKTU Ministerstvo dopravy se účastní ve městě Kjóto a Aomori Plánu budování města s využitím automobilů vhodných pro životní prostředí V únoru 2011 naše společnost plánuje otestovat elektrický autobus před radnicí v Kjótu V březnu 2011 naše společnost plánuje uvést do provozu autobus, který bude jezdit mezi nádražím Shin-Aomori a centrem města Plán snižování CO2 CO2 v dopravě Testování (návrh) H FY H FY Vhodnost EV autobusu EV Charakteristika el. autobusů Specifikace bez schodů Velký autobus poháněný výhradně elektrickou energií Akumulátor Li-ion baterie 60kWh Max. výkon 160kW Počet pasažérů 65 Vzdušná vzdálenost 30km Eliminace CO2 30t rokvůz (porovnání s původním dieslovým motorem Komerční využití el. energie) H FY EV FS H FY dopravy příští H FY Návrh plánu modelového prostředí ve městě Testování EV autobusu Zkoumání využití EV autobusů pro příští generace v dopravě Proveditelnost systémů příští generace v dopravě Předvedení systémů dopravy příští generace Testování systémů generace Regionální rozvoj

31 Energetická společnost příští generace

32 Návrh infrastruktury společnosti příští generace Ø řů Ø Ø ů Ø ěěřř Inteligentní společenství Výměna energie Elektrárenský komplex Vnitřní výměna Elektrárna

33 Japonský projekt - testování energetických systémů příští generace Ø Projekt se uskutečňuje na čtyřech místech v Japonsku jako dotace Ministerstva hospodářství KEIHANNA (účast MHI) EMScience city Ekodům Infrastruktura dobíjení EV Elektrický autobus Kitakjúšú (účast MHI) Zavedení inteligentních elektroměrů EMPrůmyslové město HEMS, BEMS Jokohama EM (městské budovy) Ekodům (BEMS) Infrastruktura dobíjení EV Toyota EM (rezideční čtvrtí) Ekodům (HEMS) Infrastruktura dobíjení EV V2H EV

34 Inteligentní město se systémem akumulátorů Úspory energie napojením na různé typy akumulátorů a stabilizace soustavy Zastavení volnoběhu kotvících lodí Snížení CO2 v přístavu Snížení CO2 ve městě Elektrický remorkér Hybridní jeřáb pobřeží přístaviště Uvnitř budovy Úspora energií Hnací ústrojí z Li Elektrický hybridní vysokozdvižný vozík trh Systém řízení budov BMS Komerční zóna Snížení CO2 na místě Dočasný zdroj snížení CO2 Obydlí - sníženíｃｏ2 El. kontejner El. kontejner Společenské centrum Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ staveniště Systém akumulátorů v domácnostech 当資料に関するあらゆる著作物 知的財産は三菱重工業株式会社に帰属します

35 Děkuji za pozornost!