ΕΜΠ -ΣΗΜΜΥ-Α. Κλαδάς. IENE: Επιχειρηµατική Συνάντηση «Ενέργεια Β2Β» - Workshop G: Hλεκτρικά και Υβριδικά Αυτοκίνητα

Transcript

1 «Τεχνολογικές εξελίξεις συστηµάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας για ηλεκτρικά οχήµατα» Καθηγητής Αντώνιος Γ. Κλαδάς ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ YΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ 1

2 Περιεχόµενα 1. Εισαγωγή (γιατί είναι πρώτη προτεραιότητα η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας ;) 2. ιαµόρφωση και τεχνολογία συστηµάτων αποθήκευσης : συσσωρευτές ή/και κυψέλες καυσίµου 3. Πλεονεκτήµατα -Μειονεκτήµατα 4. Κρίσιµο χαρακτηριστικό συσσωρευτών : πυκνότητα ενέργειας 5. Σύγκριση : Πυκνότητα ισχύος και πυκνότητα ενέργειας 6. Εφαρµογές κλίµακας συσσωρευτών : Εγκατεστηµένη ισχύς και χρόνος εκφόρτισης 7. Εφαρµογές στο ΕΜΠ 8. Συµπεράσµατα 2

3 1. Εισαγωγή (γιατί είναι πρώτη προτεραιότητα η αποθήκευση ενέργειας ;) Η ανάπτυξη ηλεκτρικού/υβριδικού αυτοκινήτου απαιτεί απεξάρτησηαπό συγκεκριµένη διαδροµή και το κόστος δικτύου τροφοδοσίας που καθιστά την εφαρµογή σκόπιµη µόνο σε µέσα µαζικής µεταφοράς: Ηλεκτρικά τραίνα, τρόλεϋ, τράµ κλπ. 3

4 2. ιαµόρφωση και τεχνολογία συστηµάτων αποθήκευσης : συσσωρευτές ή/και κυψέλες καυσίµου Συσσωρευτής Βαναδίου Κυψέλη καυσίµου υδρογόνου 4

5 2. ιαµόρφωση και τεχνολογία συστηµάτων αποθήκευσης : συσσωρευτές ή/και κυψέλες καυσίµου Μολύβδου-Οξέος (Lead-Acid) Νικελίου-Σιδήρου (NiFe) Νικελίου-Καδµίου (NiCd) Nικελίου-υδριδίου µετάλλου (NiMH) Lιθίου πολυµερών (LiPo) Λιθίου-Σιδήρου (LiFePO4) Νατρίου Θείου (NaS) Νατρίου-µεταλλικού χλωριδίου Αλουµινίου-αέρα (Al-air) Ψευδαργύρου-αέρα (Zn-air) Λιθίου-ιόντων (Li-Ion). Αλκαλικές Κυψέλες Καυσίµου (Alkaline Fuel Cells AFC) Κυψέλες Καυσίµου Τήγµατος Ανθρακικών Αλάτων (Molten Carbonate Fuel Cells MCFC) Κυψέλες Καυσίµου Φωσφορικού Οξέος (Phosphoric Acid Fuel Cells PAFC) Κυψέλες Καυσίµου Μεµβράνης Ανταλλαγής Πρωτονίων (Proton Exchange Membrane Fuel Cells - PEMFC) Κυψέλες Καυσίµου Στερεών Οξειδίων (Solid Oxide Fuel Cells - SOFC) Κυψέλες Καυσίµου Άµεσης Μεθανόλης (Direct Methanol Fuel Cells DMFC) Είδη Συσσωρευτών Είδη Κυψελών καυσίµου 5

6 2. ιαµόρφωση και τεχνολογία συστηµάτων αποθήκευσης : συσσωρευτές ή/και κυψέλες καυσίµου Συσσωρευτής ιόντων λιθίου Κυψέλη καυσίµου µεµβράνης ανταλλαγής πρωτονίων 6

7 2. ιαµόρφωση και τεχνολογία συστηµάτων αποθήκευσης : συσσωρευτές ή/και κυψέλες καυσίµου Ανταλλάξιµο Φορτίο H + H + OH - CO 3 2- O 2- H + Θερµοκρασία 80 C 200 C C 650 C C 90 C Καύσιµο Η 2, Μεθανόλη Η 2 Η 2 Η 2, CH 4 Η 2, CH 4,CO Μεθανόλη Καταλύτης Λευκόχρυσος Λευκόχρυσο ς Νικέλιο Κεραµικό Λευκόχρυσος Ηλεκτρική Απόδοση 40-50% 40% 50% 45-55% 50-60% 25-40% Ισχύς (kw) 0, Πυκνότητα Ισχύος(mW/cm 2 ) Χαρακτηριστικά Ειδών Κυψελών Καυσίµου 7

8 3. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα Συσσωρευτές Χαµηλό Κόστος Κύκλος φόρτισης-εκφόρτισης Κυψέλες Καυσίµου Αυτονοµία οχήµατος Υψηλό κόστος παρασκευής υδρογόνου λόγω απαιτούµενης καθαρότητας 8

9 4. Κρίσιµο χαρακτηριστικό συσσωρευτών: πυκνότητα ενέργειας Μεταβολή πυκνότητας ενέργειας συσσωρευτών µε το χρόνο 9

10 5. Σύγκριση : Πυκνότητα ισχύος και πυκνότητα ενέργειας 10

11 6. Εφαρµογές κλίµακας συσσωρευτών : Εγκατεστηµένη ισχύς και χρόνος εκφόρτισης 11

12 7. Εφαρµογές στο ΕΜΠ: Εγκεκριµένα Ερευνητικά Προγράµµατα Νοµαρχία Αθηνών: Ανάπτυξη ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων πόλης µε βάση υφιστάµενο αµάξωµα Συνεργασία 988: Ανάπτυξη ελληνικού ηλεκτροκίνητου λεωφορείου Συνεργασία 1015: Ανάπτυξη υποδοµών για ηλεκτρικά οχήµατα 12

13 7. Εφαρµογές στο ΕΜΠ: συσσωρευτές µολύβδου οξέος 13

14 7. Εφαρµογές στο ΕΜΠ: κυψέλη καυσίµου 14

15 7. Εφαρµογές στο ΕΜΠ: συσσωρευτές Λιθίου ιόντων και Λιθίου πολυµερών 15

16 8. Συµπεράσµατα Οι τεχνολογικές εξελίξεις στα συστήµατα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας επιτρέπουν την άµεση κατασκευήηλεκτρικών οχηµάτων πόλης. Το κόστος των µπαταριών λιθίου επιτρέπει την πρόβλεψη επικουρικών χρήσεων δικτύου και οικονοµικότητας φόρτισης. Τα ερευνητικά αποτελέσµατα στο ΕΜΠ αναδεικνύουν τη σκοπιµότητα βιοµηχανικής εφαρµογής στην Ελλάδα 16