Litio - Aeit

Sistemi di accumulo elettrochimico per la cessione programmata alla
rete dell'energia da fonti rinnovabili e per i servizi di potenza
www.generplus.it
[email protected]
Via dei Pelaghi, 162 – LIVORNO
Tel: 0586-426973
CHI SIAMO
GENERPLUS, azienda accreditata come ESCO presso l’AEEG, è una società
capitalizzata da un gruppo di azionisti nel 2008 costruita valorizzando il know-how ed i
contatti commerciali di EIS snc, società fondata nel 2004 da un gruppo di ingegneri
qualificati provenienti da grandi società del settore elettrico (GE,Edison..) con l’obiettivo
di offrire prodotti e servizi innovativi nel campo dell’efficienza energetica e produzione
da fonti rinnovabili.
Generplus ha esteso tale obiettivo ad un contesto internazionale, rafforzando le
collaborazioni
con
importanti
società
del
settore,
incrementando
la
ricerca
e
promuovendo la cultura della qualità energetica in tutti gli ambiti della società civile,
dall’abitazione al posto di lavoro, dal trasporto pubblico a quello privato.
24/05/2013
2
I NOSTRI SERVIZI
24/05/2013
3
I NOSTRI SERVIZI
IMPIANTI
Moduli FV
Solare Termico
Pompe di calore
SERVIZI
Energy management
Consulenza per TEE
Progettazion
e
PRODOTTI
BUS elettrici
24/05/2013
Batterie Litio
4
Storage Industriale
SMART GRID
24/05/2013
5
WE WOULD LIKE
TO LEAD THESE TOPICS
INTO SMART GRIDS,
ENRICHING THEIR VALUE
END USER LEVEL
IMPLEMENTATION
SMART MOBILITY
24/05/2013
6
GENERPLUS
pursues a program dealing with:
END USER LEVEL - DEVELOPMENT
•PV integration at local level
•Storage integration
•Matching between loads and generation
•Inverters advanced functions implementation (power quality)
SMART MOBILITY
•Design and development for a new urban electric vehicle
•Remote Vehicle Control (BMS, VMS)
•Recharging Stations management
•Vehicle to grid
24/05/2013
7
•Oltre 25 GW di potenza installata tra Eolico e Fotovoltaico
•Rinnovabili NON PROGRAMMABILI sempre più
protagoniste
•Esigenza sempre crescente di disaccoppiare la produzione di
elettricità dal suo consumo
•Diffusione di veicoli a trazione elettrica
•SMART GRID – SMART CITY – SMART BUILDING
Esigenza crescente di
sistemi di accumulo
performanti e affidabili
GENERPLUS
8
SMART LOADS
DISTRIBUTION OF LOAD FROM PEAK
HOURS
TO
TIMES OF LOWER
ELECTRICITY USAGE.
STORAGE SYSTEMS
THEY CAN LIMIT THE PEAKS AND
INCREASES ENERGY RESERVE
REDUCTION OF
ENVIRONMENTAL IMPACT
THE LOWERING OF PEAK DEMANDS
INVOLVES THE REDUCTION OF THE
NUMBER OF POWER PLANTS
NECESSARY, THEREFORE LOWER
EMISSIONS.
9
GENERPLUS
DOVE E A COSA SERVE:
•Nelle zone isolate o difficilmente raggiungibili dalla rete elettrica (rifugi, campi, paesi in
via di sviluppo, ecc.)
•Come sistema di alimentazione (nautica, illuminazione, pompe, bancomat, stazioni di
telecomunicazioni, ecc.)
•Come sistema di Power Quality (qualità dell’energia, parametri elettrici più costanti)
•Come sistema di emergenza (UPS, ospedali, rete, ecc.)
•In ambiente domestico permette di utilizzare al massimo il proprio impianto
fotovoltaico: favorendo l’autoconsumo; riducendo i picchi di assorbimento e quindi
anche i costi.
GENERPLUS
10
VANTAGGI DEL LITIO RISPETTO AL PIOMBO A PARITÀ DI ENERGIA
•Il Peso ridotto di circa 2 - 2,5 volte rispetto al piombo;
•Il Volume ridotto di circa la metà (nel caso di serie di celle);
•Non soggetta ad effetto memoria (possono essere caricate anche quando non sono
completamente scariche);
•Tempi di ricarica notevolmente ridotti (grazie alla possibilità della carica veloce);
•Incremento della durata della vita (numero di cicli 6-9 volte maggiore);
•Migliore efficienza e maggiore profondità di scarica (fino all’80%);
•Perdite per auto scarica inferiori al 3% mensile.
GENERPLUS
11
VANTAGGI DEL PIOMBO RISPETTO AL LITIO A PARITÀ DI ENERGIA
•Il costo è circa 2-3 volte più basso;
•Sono ben collaudate e conosciute;
•Non necessitano del BMS (Battery Management System: nel litio viene utilizzato per gestire e
monitorare la ricarica di ogni singola cella, per aumentarne l’efficienza, la durata e la sicurezza)
GENERPLUS
12
CONFRONTO PIOMBO –
LITIO
PIOMBO
Esempio: Batterie da 12V a 100AhFIAMM 100Ah
Amperaggio
100 Ah
Tensione singola cella
12 V
N° Celle necessarie
1
Dimensioni (1pz)
329x172x214 (mm)
Dimensioni (tot)
329x172x214 (mm)
Volume (tot)
0.01211 (m3)
Peso (1pz)
32 kg
Peso (tot)
32 kg
Cicli di vita
≤ 400 50% DOD
PIOMBO
CL100
100 Ah
2V
6
212x73x172 (mm)
212x438x172 (mm)
0,01602 (m3)
7,2 kg
43,2 kg
≤ 600 50% DOD
LITIO
LYP100AHA
100 Ah
3,2 V
4
218x62x179 (mm)
218x248x179 (mm)
0,00968 (m3)
3,6 kg
14,4 kg
≥ 3000 80% DOD
Temperatura di scarica
Temperatura di carica
Temperatura max di resistenza
Corrente di ricarica standard
Massima corrente di ricarica
Massima corrente di scarica
≤ 1200 30% DOD
-20°C ~ 50°C
-20°C ~ 50°C
n.d.
0,15 CA
0,25 CA
Costante ≤ 1,5 CA
≤ 1500 30% DOD
-20°C ~ 60°C
-10°C ~ 60°C
n.d.
0,2 CA
0,2 CA
Costante ≤ 1,5 CA
≥ 5000 70% DOD
-45°C ~ 85°C
-45°C ~ 85°C
≤ 200°C
0,5 CA
≤ 3 CA
Costante ≤ 3 CA
Auto-scarica
Prezzo
Impulsiva ≤ 3,5 CA
≥ 3% (mese)
170 €
Impulsiva ≤ 5 CA
≥ 3% (mese)
180 €
Impulsiva ≤ 20 CA
≤ 3% (mese)
400 €
CARATTERISTICHE
GENERPLUS
13
Le prospettive di mercato dei sistemi di accumulo stanno rapidamente crescendo con
l’evoluzione tecnologica del sistema elettrico, che mira, tra l’altro, ad aggiungere
maggiore “intelligenza”
intelligenza (con le Smart Grids e la generazione distribuita) ed ad
aumentare il contributo delle fonti rinnovabili.
L’accumulatore al litio è l’ultima e più promettente generazione di accumulatori per le
applicazioni più diverse. Tali batterie usano una varietà di materiali elettrodici ed
elettrolitici dando vita ad un elevato numero di coppie elettrochimiche e
conseguentemente ad una classe di prodotti al litio oggi commercialmente disponibili o
in fase di avanzata ricerca e sviluppo
GENERPLUS
14
Il motivo per cui queste batterie trovano un così largo impiego è il materiale con il quale
esse sono realizzate, il Litio infatti è un metallo molto leggero e proprio per questa
caratteristica rappresenta uno dei punti di forza di queste batterie poiché il loro peso è
molto contenuto.
Le batterie al litio metallico garantisce a queste ultime notevoli vantaggi in termini di bassa
resistenza interna, elevata capacità e, conseguentemente, elevata potenza ed energia
specifica ma, a causa dell’estrema reattività del litio metallico, ha posto alcuni problemi di
sicurezza che ne hanno impedito la diffusione commerciale. L’anodo delle batterie litioione ha prestazioni inferiori a quello delle batterie al litio metallico ma, essendo meno
reattivo, offre maggiore stabilità e sicurezza d’uso.
Gli accumulatori al litio presentano un catodo (polo positivo) formato da un ossido
metallico, in questo caso ossido di litio metallico, ed un anodo (polo negativo) formato da
carbonio poroso.
Nel processo di scarica si instaura un flusso di ioni dall’anodo al catodo attraverso una
soluzione elettrolitica. Generalmente negli accumulatori al litio l’elettrolita è formato da un
sale di litio disciolto in una sostanza organica. I sali di litio possono essere l’esafluoruro di
fosforo, (LiPF6) il tetrafluoborato (LiBF4) o il perclorato di Litio (LiClO4)
GENERPLUS
15
Attualmente sul mercato sono presenti varie tipologie di accumulatori al Litio. Ognuno di
essi presenta più o meno lo stesso principio di funzionamento ma differisce nel materiale
con cui il catodo è realizzato
I materiali più comuni:
•Ossido di Litio cobaltato (LiCoO2),
•Diossido di manganese del Litio (LiMnO2)
•Fosfato Ferroso di Litio (LiFePO4)
•Litio nichel Manganese diossido di Cobalto (LiNiMnCoO2)
•Litio nichel cobalto diossido di alluminio (LiNiCoAlO2)
GENERPLUS
16
Litio-Diossido di Cobalto
•Gli accumulatori al Litio-Diossido di Cobalto, chiamati anche LCO o LiCoO2, sono realizzati
tramite un catodo di ossido di cobalto ed un anodo di carbonio sotto forma di grafite.
•Presenta una tensione nominale di 3,60 V, permette un buon numero di cicli di scarica
(500-1000) e presenta una densità energetica nell’ordine di 130-150 Wh/Kg.
•Il vantaggio principale di questa tipologia di batterie (Li-poly) è che non necessitano di un
contenitore metallico, sono leggere e possono essere sagomate per occupare meno
spazio.
•Sebbene presenti un’ottima densità energetica, questa tipologia di accumulatori ha un
maggior tasso di degrado in funzione del ciclo di vita.
•Tra le tipologie di celle al litio, le LCO sono le meno sicure necessitano di circuiti di
protezione specifici per evitare esplosioni della batteria o corto circuiti.
GENERPLUS
17
Litio-Ossido di Manganese
•Questi accumulatori chiamati anche LMO o LiMn2O4.
•Tensione nominale di cella di 3,80 V
•cicli di scarica (500-1000)
•una corrente di scarica molto più elevata rispetto alle LCO.
•Corrente di scarica maggiore, tuttavia, si traduce in una minore densità energetica
che per le LMO è dell’ordine dei 100-135 Wh/Kg.
•A prova di perdita poiché l’elettrolita è solido. Basso tasso di autoscarica, dell’ordine
del 5% al mese.
•Le batterie LMO hanno costi maggiori rispetto agli LCO.
•Sono più sicure perché hanno una maggiore resistenza agli stress termici dovuti alle
alte temperature. Necessitano comunque di un circuito di protezione proprio come
per le batterie LCO.
GENERPLUS
18
Litio- Ferro- Fosfati
•Chiamati anche LiFePO4 o LFP, rappresentano una tra le più importanti tipologie di
accumulatori al litio.
•Scoperte e progettate nel 1966 dall’Università del Texas.
•Ottime performance elettrochimiche
•Bassa resistenza interna che le rende particolarmente adatte ad applicazioni in cui è
richiesta elevata corrente di scarica.
•Tensione Nominale di 3,3 V
•Densità energetica media tra 90-120 Wh/kg.
•Cicli di scarica che risulta variabile tra 1000-2000 cicli.
•Hanno una durata di vita maggiore delle precedentie
•Resistenza alle alte temperature di lavoro.
•Le LFP presentano il più elevato tasso di sicurezza tra tutti i tipi di accumulatori al Litio
Hanno un tasso di autoscarica leggermente più elevato rispetto alle stesse, anche se
comunque tra i più bassi tra le tipologie presenti sul mercato.
GENERPLUS
19
Litio-Nichel-Manganese-Diossido di Cobalto
•Questo tipo di accumulatore ha fatto la prima apparizione sul mercato nel 2008.
•Il catodo è realizzato con una mistura di nickel ,manganese e cobalto e sono note
anche con la sigla di NMC.
•Tensioni nominale di cella tra 3,60 V e 3,70 V
•Densità energetica anch’essa variabile tra 140 Wh/kg e 180 Wh/kg.
•Godono di un buon numero di cicli di scarica al pari delle LFP
•Necessitano come per le celle LCO e LMO di un circuito di protezione per ridurre i
rischi di combustione delle cella.
GENERPLUS
20
GENERPLUS
21
La Seconda Generazione della tecnologia agli ioni di Litio è rappresentata dalle:
RARE EARTH LITHIUM YTTRIUM BATTERY inventata da Winston Chung ed
introdotta nel mercato negli anni ‘90 e sviluppata fino al 2008.
La batteria Re LY di Winston è protetta da copyright.
Il rapporto massa/energia è di 130Wh/Kg (teoricamente 800 Wh/kg)
Massima sicurezza e non esplosività
La batteria RE LY di Winston è certificata dalla JBI (USA) il centro di ispezione e supervisione
delle forniture elettriche del ministero della information technology ed i loro risultati
mostrano quanto siano conformi agli standard internazionali di sicurezza. Ha ottenuto la
certificazione PONY ed i risultati mostrano come le batterie siano conformi alla norma UN
Transport of Dangerous Goods Recomendations, confermato dal fatto che la AXA, una delle
maggiori compagnie assicurative europee, fornisce servizi assicurativi per i clienti che
acquistano batterie Winston.
GENERPLUS
22
User-friendly e Speed recharging
La seconda generazione di batterie RE Winston può essere caricato con alte correnti.
Le normali batterie ricaricabili, comprese quelle al litio ferrose ed ai polimeri di litio soffrono la
carica veloce in quanto ne riduce la vita.
Costo e longevità
La seconda generazione di batterie RE può essere caricata e scaricata per migliaia di volte in
ossidazione e riduzione. E’ la batteria con il miglior rapporto performance/costo rispetto alle
altre batterie agli ioni di litio. Il suo costo si colloca a <1 €/Ah circa <300 €/kWh
Tecnologia ormai matura:
La capacità di una singola cella è indicatore della maturità della tecnologia. Winston Battery,
prima Thundersky, ha introdotto sul mercato celle da 90 Ah nel 1997, da 150 Ah nel 1999, da
200 Ah e 300 Ah nel 2000, da 400 Ah e 600 Ah nel 2003, da 700 Ah nel 2004, 800 Ah e 1000 Ah
nel 2005, 3000 Ah nel 2006, 7000 Ah nel 2007 e 10.000 Ah nel 2008.
A basso impatto ambientale:
Generplus ritirerà per conto di WINSTON BATTERY e ricicla le batterie usate (SECOND LIFE).
GENERPLUS
23
In Joint venture con l’International Battery Reserch Institute of Texas University in
USA, Mr Winston ha sviluppato la Batteria Litio-terre rare di Terza Generazione le
TERRE RARE-SOLUFURO-LITIO
Questa tecnologia, che potenzialmente è in grado di raggiungere una densità
energetica di 1300-2300 Wh/kg ed una densità volumetrica di 1100-1900 Wh/l
con 5000 cicli agli stessi costi di produzione delle precedenti
In una prima piccola produzione di serie ha raggiunto una densità energetica di
830 Wh/kg e 690 Wh/l con 3700 cicli (a 80% DOD)
Batterie con tali caratteristiche saranno sul mercato molto PRESTO dando inizio ad
una vera e propria RIVOLUZIONE
GENERPLUS
24
SETTORI DI UTILIZZO
•Mobilità elettrica: auto, scooter, muletti (+ zavorra di ferro per compensare il peso), golf trolley
e minicar, nautica (alimentazione utenze di bordo);
•Sistemi di emergenza: ospedali, banche, ecc.;
•Power quality: per migliorare la qualità dell’energia ed evitare sbalzi di tensione (es. sistemi di
precisione, cartiere, ecc.);
•Ridurre picchi di assorbimento e quindi anche le spese;
•Sistemi stand alone: camper, barche, zone isolate, paesi in via di sviluppo, ecc.
GENERPLUS
25
Configurazione della cabina storage Winston
Batterie: 519 celle di tipo 1000Ah
Carica batterie: 1 set, 100 kW*3
Inverter: 1 set, 50 kW*3
Spazio usato dalla cabina storage (interno)
Lunghezza x larghezza x altezza: 13m x 2,1m x 3m
Con ventilazione / Con messa a terra
Questo prodotto è una cabina di accumulo di energia, progettata principalmente per utenti
che hanno bisogno di un’alimentazione costante, per esempio: ospedali, scuole, famiglie,
ville, grandi alberghi, e vari istituti di ricerca. Può essere realizzato con varie tipologie di
potenza, e con diversi tempi di intervento in caso di blackout. L'apparecchiatura può caricare
automaticamente le batterie utilizzando energie prodotte in loco (Fotovoltaico, eolico,
biomassa, ecc.) oppure prelevando energia dalla rete prediligendo il momento in cui questa
ha un costo è minore.
MODELLO: WB1600 KWH – AC/AC (CABINA DI ACCUMULO DI POTENZA)
DETTAGLI DI CARICA
DETTAGLI DI SCARICA
SPECIFICHE DELLE BATTERIE
TUTTI I
GIORNI
CARICA
Da 00:00 alle 7:00 TUTTI I
GIORNI
AC/380V/200A x3 SCARICA
Dalle 7:00 alle 24:00 MODELLO
AC/380V/200kW/8h ENERGIA
AC/220V/100kW/16h TOTALE
VITA
GENERPLUS
WB-LYP3000AhC*180
1,6 MWh
> 30 anni
26
Stazione di stoccaggio
Sede Uffici Winston
1 MW di storage
240 celle rare-ittrio litio da 1000
Ah
Carica 23.00-7.00
Scarica 7.00-23.00
Università California
1,1 MW di storage
264 celle rare-ittrio litio da 1000
Ah
Carica 23.00-7.00
Scarica 7.00-23.00
GENERPLUS
GENERPLUS
Shanghai World expo
620,72 kwh di storage
280 celle rare-ittrio litio da 700 Ah
Collegato ad impianto FV ed eolico
27
27
Stazione di stoccaggio mobile da 1,6 MW
Per usi in emergenze: siti di disastri,
Siti di guerra, particolari eventi
pubblici….
E’ predisposto per la ricarica lenta e per
quella veloce.
GENERPLUS
GENERPLUS
28
28
GRAZIE PER L’ ATTENZIONE
Ing. Carlo Giangregorio
Amministratore Delegato Generplus Spa
Mail: [email protected]
GENERPLUS
GENERPLUS
29
29