TEKNOLOGISK INSTITUT. Kjeld Nørregaard, Programleder Elektrisk Transport

Transkript

1 TEKNOLOGISK INSTITUT Kjeld Nørregaard, Programleder Elektrisk Transport

2 TEKNOLOGISK INSTITUT VISION Teknologisk Institut vil være de danske virksomheders foretrukne leverandør af teknisk og ledelsesmæssig service inden for vores kernekompetencer og en anerkendt samarbejdspartner på nære udenlandske markeder. STATUS Selvejende, almennyttigt non-profit institut Godkendt teknologisk serviceinstitut efter Lov om Teknologi og Innovation Ministeriet for Videnskab, Teknologi og Udvikling - godkender Instituttets vedtægter - godkender Instituttets 3-årige forretnings- og strategiplaner

3 TEKNOLOGISK INSTITUTS ROLLE I VIDENSYSTEMET Videnudvikling Vi udvikler ny viden gennem forsknings- og udviklingsaktiviteter på linje med universiteter og andre forskningsinstitutioner Videnanvendelse Vi anvender ny og eksisterende viden i serviceydelser på kommercielle vilkår fx laboratorietests, prøvning og certificering Videnoverførsel Vi overfører ny viden gennem rådgivning, uddannelse og fx operatøropgaver på kommercielle vilkår og i fri konkurrence

4 TEKNOLOGISK INSTITUT GEOGRAFISK PLACERING Hirtshals Göteborg Aarhus Karlskrona Polen Kolding Odense Taastrup Warszawa

5 Divisioner DIVISIONER og OG centre CENTRE BYGGERI Beton Byggeproces Certificering Fugt og Indeklima Murværk og Byggekomponenter Nyindustrialisering Rørcenter Svømmebadsteknologi Træ og Tekstil MATERIALER Kemi- og Vandteknik Materialeprøvning Mikroteknologi og Overfladeanalyse Plastteknologi Tribologicenter INDUSTRI OG ENERGI Automobilteknik Energieffektivisering og Ventilation Installation og Kalibrering Køle- og Varmepumpeteknik Måling og Kvalitet Produktudvikling Vedvarende Energi og Transport Laboratorium for brint og elektrisk transport ANDRE ENHEDER Internationalt Center Konferencer & Uddannelse ERHVERVSUDVIKLING Analyse og Erhvervsfremme Arbejdsliv FEM-Sekretariatet Idé & Vækst Teknologisk Partnerskab PRODUKTIVITET OG LOGISTIK Emballage og Transport Fødevareteknologi IT-Udvikling ProcesInnovation Produktion Produktivitet Robotteknologi

6 Biodiesel projekter på TI Waste 2 Value biodiesel baseret på animalsk affald og spildevand Renewable Energy in the Transport Sector, DMU, RISØ, DTU, KU, TI Teknologisk Institut deltager som dokumentationspartner i fire igangværende biodiesel projekter under Færdselsstyrelsen Niras, RME Daka, 5% AFME Odense Kommune, rapsolie TI 10, 15 og 30% AFME

7 Biodiesel projekter på TI Arla 16 stk m3 B15 STATOIL Esbjerg Kommune 50 m3 B15 29 stk. Fynbus 5000 m3 Mk1 750 m3 AFME 115 stk.

8 Elektrisk transport kan dække over mange applikationer: kwh National grid Novel Transport Electric Transport covers many applications. The diversity in technical solutions and complexity can be huge even within similar products. Electric propulsion not yet standardized to the same level as internal combustion engines and transmissions

9 Elektrisk Transport Energi lager Batterier voldsom udvikling El-motorer Styring af elmotorer der driver hjulet direkte El-nettet Mulighed for smart ladning eller lynladning Hjælpe lader On-board Brændselscelle på brint Brændselscelle og reformer flydende brændsel Forbrændingsmotor med generator Energi lager Håndtering af energi og kørsel El-Motorer Hjælpe lader On-board (Range extender) El-nettet

10 On-board lader og energilager Gennemsnitsforbrug på lille truck: 2kW (< 25% af spidseffekt.) 8kWh batteri giver: max 4h køretid mod 8h køretid med 1kW rangeextender Effekt [W] Tid [s]

11 Serie hybrid drivlinie med brændselsceller

12 Brændselsceller Opbygning af brændselscellestak

13 Hvorfor kører bilerne ikke allerede på brint? Hvor svært kan det være? Bilindustrien har valgt en lav temperatur PEM brændselscelle (<90 C), der er relativt billig og effektiv, men membranen skal holdes fugtig (mellem 96 og 100%) men tåler ikke flydende vand eller kondensering. Brændselscellen producerer selv flydende vand. Flydende vand stopper processen (reducerer membranarealet) Der bliver produceret RENT vand altså er frost også et problem Lav temperatur PEM tåler ingen CO i brinten < 1ppm reformeret methanol kan ikke renses tilstrækkeligt på den begrænsede plads. Derfor kan kun helt rent brint anvendes. På grund af den lave temperatur kan køling af stakken også være et problem. Nyt produkt på vej frem: Høj temperatur PEM arbejder ved C vandproblemet løst. Tåler op til 2000 ppm CO i brinten så methanol reformer kan anvendes og dermed kan MeOH anvendes som brintbærer. Der er dog stadig et frost problem, men dette kan klares med en tør gas.

14 Hvorfor er brint træls? 5 liter diesel i ICE med eff = 26% 45 MJ

15

16 Scandinavian Hydrogen Highway Partnership Visionen: en brintinfrastruktur der dækker hele vejen gennem Europa.

17 Metanol/træsprit Kemisk formel: CH3OH - betyder at der er 12,5% brint vægtmæssigt Egenskaber: Flydende ved stuetemperatur let at opbevare og håndtere Indeholder den halve energi pr. liter sammenlignet med benzin og diesel sammenlignelig rækkevidde i brændselscellesystem Kan produceres fra et væld af vedvarende energi kilder Fuldt biologisk nedbrydeligt Giftigt (det er benzin og diesel også) Distribution og optankning på mobile enheder med kendt teknologi kan genbruges fra eksisterende distributionssystem 390 /MT literpris på 2,40 uden afgift, følger naturgasprisen Måske det billigste brændstof i øjeblikket.

18 Power-elektronik

19 Batterier DC-Lastbank Batteri eller celle "Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)

20 Transport på Teknologisk Institut Flere afdelinger arbejder med transportmidler og teknologi (mange flere funktioner støtter op med specialist viden.) Automobil Teknik (Fokus på autoværksteder) Emission og køretøjs-teknologi (Også tunge køretøjer) Bio-brændstoffer (til alle køretøjer) Brint og brændselsceller (alle applikationer) Elektrisk Transport (alle transportmidler) Egenkontrol ordning. Kalibrering (flåde af service biler) Specialist service til El-hybrid Postmortem el-hybrid komponenter Vejledning til professionelle kunder Postmortem analyse på køretøjer og køretøjskomponenter Verificering (rullefeltsmålinger) af ydelser for hybrid og elektriske køretøjer Sikkerhed Individuel godkendelse Vejledning til professionelle kunder Demonstrations projekter Dokumentation Demonstration hybrid med biofuel Postmortem analyse Fuel Cell system R&D support Brint testcenter Biofuel reformer til fuel cell Styresystem optimering (overordnet, effekt og Balance of Plant ) Batteri verifikation/ karakterisering Driveline verifikation/ karakterisering Simuleret kobling mellem PHEV og elnettet Postmortem batteri. Vejledning til professionelle kunder El-hybrid system kursus (opgraderet værkstedsuddannelse) Demonstrationsprojekter & netværk Demonstration hybrid med biofuel Kobling mellem PHEV og elnettet Elektrisk energilagring NOVELTRA NOrdisk Videncenter ELektrisk TRAnsport NOVELTRA.dk Dokumentation

21 Hvorfor elektrisk transport på Teknologisk? TI tror på at elektrisk transport kommer, og ønsker derfor at stå godt rustet på hele transportområdet mange år frem. TI aktiviteter: Teknologi (grundlæggende, state of the Art, best practise, alternativer). Komponenter og leverandører Miljø og Energi Kobling til el-systemet Sikkerhed og godkendelser (herunder også haveri og redning). Karakterisering og Test af komponenter og systemer Havari og Postmortem analyse Brugervenlighed og bruger interface. Service og vedligeholdelsessystemer. Forskning, udvikling og uddannelse Forskningsprojekter og demonstrationsprojekter Teknologisk rådgivning til politikere og beslutningstagere.

22 TI deltagelse i demoprojekter. Teknologisk Institut deltager i mange demonstrationsprojekter. TI vil gerne bidrage med dataopsamling, teknisk support til de nye specielle el-dele af flåderne, indtil kvalificeret personale er oplært op på plads. Objektiv dataopsamling og dokumentation Løbende stikprøver af biler og batteriers ydelse. TI tilbyder udervisning til mekanikere, der skal arbejde med teknologien i demo sammenhæng, eller blot ønsker at være klar til hybrid og el. Teknisk skolelærere og andre som skal arbejde med at uddanne den brede masse af mekanikere, reservedels folk, synsfolk etc. TI opbygger en kompetencer, så der til producenter kan tilbydes ydelser fra designassistance til komplet modeltilpasning af standard og special traktionsløsninger i forbindelse med integration af elektriske drivsystemer.

23 Eksempler på tilbudte ydelser indenfor elektrisk transport know-how om integration og delsystemer i det elektriske drivsystem og hjælpekraftanlæg. Måling/kontrol af elektrisk performance for elektrisk køretøjer og delsystemer: I laboratoriet med simulerede boundary conditions I prøvestationen på rullefeltet I transportmidlet under normal brug (datalogning) Vurdering af performance og sammenligning med tilsvarende reference modeller. Basal kørselssimulering som reference til faktisk performance. Vurdering af slidtage og restlevetid, baseret på eksisterende historik fra tilsvarende udstyr. Levetidstest på komponent og system niveau efter standarder eller kundespecificeret. Safety case evaluation; også i forbindelse med individuel godkendelse af importerede køretøjer. Data logningsservice - installation af udstyr og opsamling af data på central server Objektiv dokumentation baseret på Pre- og Post-test samt løbende stikprøver. Rådgivning f.eks. til vognmænd inden for person transport, godstransport og distribution Rådgivning og kurser for automobil servicebranchen. TI tilbyder kurser til personale, der skal arbejde med teknologien i demo sammenhæng, eller blot ønsker at være klar til hybrid og el. undervisere og andre som skal arbejde med at uddanne den brede masse af mekanikere, reservedels folk, synsfolk etc

24 Electric transport - Principal block diagram including optional equipment Propulsion Management Brake chopper Brake resistor Cooling Mechanical driveline Vehicle Management = Batterystack Batterystack = Battery Management Battery interface = DC/link. = Converter ~ Filter = = Auxiliary supply = Filter ~ Fuelcell Interface Battery Charger Gridinterface/ Car-ID Central Electric motor Fuelcell range extender option. Balance Of Plant Management Fuelcell Stack Fuel Conditioner Fuelcell Air supply Grid interface box with: basic handshake price information; Load shed command; advanced ancilliary services Fuel reformer Fuel tank National grid kwh Electric Hubmotor

25 Energikrævende delfunktioner i elektriske køretøjer. Elektriske køretøjer kræver en række hjælpefunktioner som normalt trækkes mekanisk af forbrændingsmotoren. Elektriske hjælpefunktioner er sjældent optimeret med hensyn til lavt energiforbrug. Instruments Cellphone / labtop ventilation lights Eksempler på elektrisk udstyr: Information / payment handling Brake assistant Typhoon / horn Central lock Equipment cooling Parking brake heating wipers Power steering Windows open Door actuators Level actuators aircondition Music / entertainment ABS Windows heating Range Extender (Fuel) Battery Electric Propulsion system GPS Radar / vision enhancement Vehicle control Cruise control Mirrors heating Electric mirrors Seat adjustment Seat heating Auxiliary power outlet

26 Vestdansk energiforbrug 2007 timegennemsnit over 24 timer - gennem hele året time for time over hele året hour-no Forbrug MWh/h Pris øre/kwh 18,2 16,7 15,5 14,7 14,7 16,6 19,9 26,6 29,1 29,9 31,3 32,4 28,6 26,9 25,6 24,6 25,8 32,8 30,6 27,6 25,5 23,6 22,5 19,6 Underforbrug Under- i Pris i forbrug i Pris i forhold til forhold til forhold til forhold til gennemsnit gennemsnit gennemsnit gennemsnit MWh/h øre/kwh % % 532 6,0-22% -25% 614 7,4-25% -31% 648 8,6-26% -36% 649 9,4-26% -39% 620 9,4-25% -39% 508 7,5-21% -31% 195 4,2-8% -17% ,4 8% 10% ,0 15% 21% ,8 17% 24% ,2 19% 30% ,2 18% 34% ,4 14% 18% ,8 14% 11% ,5 12% 6% ,5 8% 2% ,6 9% 7% ,6 17% 36% ,4 15% 27% ,4 9% 14% -72-1,3 3% 6% 37 0,5-1% -2% 184 1,6-7% -7% 378 4,5-15% -19% øre/kwh 24,1 MWh/h 2465,2 1471,9 561,1 202,6 634, % 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40% Relativ prisvariation i 24 timer i forhold til årsgennemsnit Under-forbrug i forhold til gennemsnit Pris i forhold til gennemsnit timer startende 00: gennemsnit pris øre/kwh 2007 gennemsnit Forbrug central produktion decentral produktion nettoeksport vindproduktion timer; vind > gennemsnit timer; vind > 2 x gennemsnit Forbrug under gennemsnit Forbrug > 110% gennems. 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40%

27 The Energy forecast project The Energy forecast with the spot market prices for the following day airs every evening right after the weather forecast on TV2-news at 19:30. It is then possible for families to rake the prices into account, to postpone a load of laundry until the night or turning off the floor heater a few hours when the price is high.

28 Muligheder for el og hybrid i Danmark Personvogne R&D 0 Demonstration ++ Produktion 0 Infrastruktur interface ++ Lettere varevogn * ++ Tungere køretøjer busser * ++ Tungere køretøjer - lastvogn * + Niche køretøjer Med tiden bliver der flere muligheder for at deltage i udviklingen hos OEM producenter. Inteligent interface inklusiv ladning, afregning, rangeextender m.m.

29 Danish Technical Institute will invest >1 million DKK / year in electric transport Examples of activities: Energy Flex House project Test and demonstration of house energy technologies Parallel test in 2 identical houses with a real family in one of them. The family will have an electric battery car as an integrated part of project. Fuel Cell Shaft Power Hydrogen to rotating energy for lower power application < 30kW. High Temperature PEM fuelcell system using methanol as hydrogen carrier: 2 relevant applications: Back-up power and Range extender for battery cars. Plug-in hybrid and electric vehicles. High efficiency driveline Interface between grid and vehicle with demand side management for chargers. Vehicle to grid interface and ancillary services Energy storage. Support for demonstration projects Plug-In Hybrid Bus from existing diesel bus. Better Place El-Run New EV-product in DK-market

30 Potentiel elektrisk varevogns demo partnere søges f.eks. baseret på Modec eller Smith platforme Modec 12 m 3 varevogn 2 tons payload fra England Pris: køretøjet sælges, men Zebra batterier leases (kost: 0,4 GBP/mile) Tophastighed 50 mph 80 km/h (programmeret grænse, teoretisk 60mph) 0 til 30 mph (48km/h) på 11 sec. Motor xxx kw kontinuert / xkw peak Rækkevidde på opladning 100/60 miles ~ 160/95 km Batteri kapacitet: 85 kwh Zebra ~ 100 miles range (60 mi range inner city pack) Ladetid til 95%: x h ved x kw indbygget lader;

31 Smith i England leverer PEV lastvogne Baseret på Zebra batterier, men på grund af leveringsproblemer ses i øjeblikket på muligheden for Li-Ion.

32 A123 Li-Ion batteri 36kWh? Til serie hybrid bus ORION VII (NYCT m.fl.)

33 Tesla US$, men endnu ingen dansk forhandler.

34 TNT has put 10 Hino Hybrid trucks into service in Australia TNT first began trials of the Hino Dutro hybrid in The hybrid combines a 4.0-liter 110 kw (134 hp) turbodiesel engine that develops 392 Nm (289 lb-ft) of torque at 1,600 rpm with a 23 kw, 143 Nm electric motor and a six-speed transmission. The battery pack is a 273V, 6.5 Ah NiMH system, with liquid coolant battery pack

35 Et plug-in hybrid bus projekt hos FynBus Lokale politikere på Fyn er interesserede i at reducere den lokale miljøbelastning fra offentlig transport endnu mere hvis muligt. Derfor stiller FynBus 2 eksisterende Volvo busser til rådighed for et forsøg med hybridisering og plug-in funktion. Ønsket effekt: Mindre forurening i byområdet Mindre støj specielt i centrum af Odense. Lavere brændstofforbrug og dermed lavere CO2 emission. Bedre bæredygtighed gennem brug af biobrændstof og grøn strøm. Hybridbusser er testet i DK tidligere - Hvad er nyt? Nye batteri typer med meget lavere vægt og længere levetid. Nyt hjul med indbygget elektrisk motor og elektronik Plug-in i kombination med hybrid vindmølle strøm i stedet for diesel. Behov for brændstof fleksibilitet af hensyn til forsyningssikkerhed. Stærkt stigende priser på diesel indikerer at produktion ikke kan følge efterspørgsel.

36 Ombygning til serie hybrid bus 1 engine, gearbox, fueltank, silencer, cooling system removed 2 driven axle bridge removed 3 new electric driven axle bridge installed 4 battery packs installed 5 complete modular on board power generation installed in silent enclousure 6 Electric heating system installed 7 Electric hydraulic and pneumatic pumps installed. 8 Electric driveline control emulate the normal engine to the bus control system and the driver. Volvo B12B chassis

37 Hvorfor skifte aksel og hjul? Der er betydelige tab i den mekaniske transmission fra motor til hjul. Et drivlinietab ved tophastighed angives typisk til ca.: Ved lavere hastigheder kan transmissionstabet være op til:

38 !" # $ % # &' # $ (# ) $ * " + (# # + #,-.$% (!"#!$%%#& # + #% / $$ 234 % % ##% $ % #% 5 (# ) " % %

39 Energibudget Besparelse ved ombygning af Volvo B12B bus til Serie hybrid med plug-in funktion. Busdata fra FynBus. Hybrid data fra E-Traction, Holland. km/year operating days/year km/day Diesel - fossile without grid-supply Price - diesel - fossile Price - Electricity On-board traction battery Maximum allowed for pure EV Charging power at night Chargeing duration max Spot-charge power Total spotchargetime per day Energy price per year Diesel - fossile Electric from grid via battery Brændstofpris / år total Besparelse CO2 emission CO2 reduction from reference bus km/year days/year km/day km/l kr/l /kwh kwh % kw h kw h ton % FynBus gennemsnit ,4 1 0, Reference km/l 2, ,2 FynBus hybrid ,9 1 0, Hybrid km/l 5, ,1 50,4% FynBus plugin hybrid med natladning ,9 1 0, PHEV-batt. kwh ,0 54,4% FynBus plugin hybrid med natladning ,9 1 0, PHEV-batt. kwh ,7 57,0%

40 Nogle fremtidsmuligheder i projektet. Modulær design giver muligheder: Det er oplagt at forsøge med brændselsceller i modulet i stedet for dieselmotor og generator. Batterierne kan senere opgraderes hvis en ny teknologi kommer på markedet. Ny funktionalitet kan tilføjes i software via CAN bus systemet. Sammen med EnergiFyn søges efter effektive metoder til automatisk sjatladning. Her et eksempel/forslag fra Batterifirmaene: Valence Technology, A123 Systems, Altair Nano, E-One Moli Energy BYD har alle udviklet lithium-ion kemi med jern-phosphate baserede katoder.

41 Nogle muligheder i projektet. For hver 500 danske busser (ud af flere tusinde) der ombygges og kører i gennemsnit 9 år, kan der blive tale om besparelser i størrelsesordenen 1 Mia.kr. Omkostningen til selve ombygningen vil være ca. 500 Mio.kr. hvoraf 50 til 100 Mio.kr. bør gå til arbejdskraft i danske virksomheder. Hver ombygget bus kan således forventes at give en merværdi til det danske samfund på mere end en million kr. Det lyder næsten for godt. Derfor er det relevant at få undersøgt realiteterne i konceptet objektivt. Er der nogen der vil med på bussen? Kjeld Nørregaard Programleder Elektrisk Transport Teknologisk Institut Kjeld.norregaard@teknologisk.dk