retos tecnológicos y proyectos de investigación en almacenamiento de energía

2013

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Centro de formación, Somorrostro

26 de junio de 2013

Algunas nociones sobre el

almacenamiento de energía…

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Fuente: REE

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CRECIMIENTO > 4,5 % ANUAL

Sobre CIC EnergiGUNE

2016 VISIÓN: Convertirse en uno de los 5 principales centros de investigación de Europa en las áreas de focalización de CIC y en el líder del esfuerzo colectivo de I+D en almacenamiento de energía en el País Vasco, generando un impacto medible en la industria

Desempeñar un papel de liderazgo en el panorama científico internacional, focalizándose en investigación básica en materiales relacionados con la energía y orientada a aplicaciones de almacenamiento, contribuyendo a la competitividad industrial de empresas vascas, mediante:

•Investigación excelente y de alto impacto

•Transferencia de tecnología y conocimiento a la industria local

•Coordinación de esfuerzos de investigación y tecnología del País Vasco (en almacenamiento)

MISIÓN

44.206M€

356

Empresas

Facturación global en el sector de la energía

68.625

Trabajadores en el sector de la energía

15.469M€

24.378

… en Euskadi

324M€

7

Agentes Científico - Tecnológicos

Gasto global en I+D del sector de la energía

2.948

Trabajadores en I+D en el sector de la energía

188M€

1.905

35%

36%

58%

65%

10

Unidades de I+D empresarial

… en Euskadi

… en Euskadi

… en Euskadi

Sect

or

ove

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w

*data from 2010

CIC energiGUNE: Situación de partida, retos y oportunidades

Importante cluster de energía en Euskadi respaldando el proyecto CIC


alineado con la estrategia científica y energética del G.Vasco

Investigación

básica

Investigación

aplicada

Desarrollo

industrial

UNIVERSIDADES (UPV, MONDRAGON…)

CENTROS

TECNOLÓGICOS (IK4, TECNALIA, (1))

(1) CENTROS EXCEL. NACIONALES E INTERNACIONALES (v.gr. Nanogune)

(2) Modelo de relación / coordinación

EMPRESAS

(2)

VIR

TU

AL

Automóviles Nivelación de carga

1.109 coches 10% eléctricos

200.106 toneladas de baterías

Producción eléctrica mundial

= 2.1013 kWh 10% almacenamiento/día

109 toneladas de baterías!

¡Sostenibilidad como criterio primordial!

EES:

POWER

STORAGE;

BATTERIES and

SUPERCAPS

TES:

THERMAL

ENERGY

STORAGE


áreas de actuación identificadas


áreas de actuación con orientación a aplicaciones concretas

Transporte y elevación:-Vehículos híbridos eléctricos y eléctricos.-Trenes rápidos(metro, tranvía)-Gruas, ascensores

Almacenamiento Estacionario:-Sistema de Almacenamiento Ininterrumpido(SAI)-Generación distribuida y almacenamiento de energía.-Regulación de redes

- CSP - Eficiencia energética para industria- Procesos industriales de Alta Temperatura

Áreas de

Investigación

Electrochemistry

Energy Storage

(EES)

Supercapacitors Advanced Batteries

Electric energy is stored

physically in the electrochemical

double layer at the electrolyte-

electrode interface.

Electric energy is stored by the

conversion of chemical energy

through redox reactions between

the anode and cathode.

http://www.ic.gc.ca/eic/site/wei-iee.nsf/eng/00177.html US Department of Energy, 2007

Electrochemical Energy Storage

Electrochemical Energy Storage

Advanced Batteries

• Higher energy density

• Short cycle life

• Lower power density

• Low self discharge

Supercapacitors

• Higher power density

• Lower energy density

• Long cycle life

• High self discharge

Battery vs. Capacitors

Battery storage enough energy but they are slow, less efficient and have

limited cycle life

Supercaps are fast, efficient and have high cycle life but, they are costly and

bulky

BATTERIES SUPERCAPACITORS High power applications. High energy applications.

Transportation:

-Electric and hybrid electric vehicles

-Fast trains (underground, tramway)

Small devices:

-Consumer electronics

-Power tools

Stationary storage:

-Uninterruptible power supply (UPS)

-Distributed energy generation and storage.

-Grid regulation

Electrochemical Energy Storage Applications

Space and military:

-Spacecrafts

-Digital soldiers, mobile power

Automobiles

Load-levelling

1.109 cars 10% electric

200.106 tons batteries

World electricity production

= 2.1013 kWh 10% stored/d 109 tons batteries

Mid-term needs in Energy Storage

Battery Technologies

J.M. Tarascon & M.Armand, Nature Vol.414, (2001)

P. Bruce et al Nature Materials Vol 11, January 2012.

US Advanced Battery Consortium USABC Goals for advanced batteries for EVs (2006)

Specific Energies for some

rechargeable batteries

Hybrid city transit bus that uses an

electrochemical capacitor energy storage

system.

Electrochemical Capacitors

Typical charge/discharge

periods may be 40s in this

application with

continuous 16h-per-day

operation (> 1000

charge/discharge cycles

each day).

Photo courtesy of ISE

Corporation

ELECTROCHEMICAL CAPACITORS (ECs)

Supercapacitors

REDOX Capacitors

ElectricalDouble Layer

Capacitors

HybridCapacitors

Electrochemical capacitors (or supercapacitors) store

energy using either ion adsorption (electrochemical double

layer capacitors) or fast surface redox reactions (pseudo-

capacitors).

Áreas de Investigación

Thermal Energy Storage (TES)

High & Medium Temp. Thermal Energy Storage

Available CSP Technologies

http://www.ic.gc.ca/eic/site/wei-iee.nsf/eng/00177.html

US Department of Energy, 2007


Molten Salt scheme




Value of Thermal Storage



Sensible Heat Latent Heat Chemical Energy

Chemical

processes

Storage of heat is

based on temperature

changes in the

material (change in the

internal energy)

The storage of heat is based

on a phase transition (for

example solid-liquid). The

storage capacity of the phase

change materials is the

phase change enthalpy at the

phase change temperature +

sensible heat stored over the

whole temperature range of

the storage.

The storage of heat is

based on sorption or

thermochemical

reaction

The basic principle is:

AB + heat ⇔ A+B

The storage capacity is

the heat of reaction or

free energy of the

reaction.


How to store Thermal Energy?

Physical

processes


Research Needs and Directions

Futuras direcciones Necesidades de investigación

• Nuevos materiales que substituyan, a

medio y largo plazo, a las sales fundidas

actuales (basadas en Na y K)

• Condiciones de los nuevos materiales:

estabilidad térmica y reversibilidad a

muy largo plazo

alta capacidad de almacenamiento

(sensible, latente o químico)

alta conductividad térmica o posibilidad

de incrementarla

materiales abundantes, no tóxicos y de

bajo precio

rangos de temperatura de

almacenamiento adaptados a su

aplicación particular (estacional, plantas

solares, etc.)

Nuevas sales:

-no corrosivas

-con estabilidad térmica mas extensa

-de producción barata

Utilización del calor latente

-calores latentes mayores que 100kWh/m3

-amplio rango de temperaturas

-facilidad para el intercambio térmico

Utilización de energía química:

-reversibilidad y estabilidad

-alto calor de reacción

-capacidad de control de la cinética

Algunos materiales candidatos:

-eutécticos de aleaciones metálicas y no

metálicas

-reacciones red-ox de óxidos

-hidratación

Gracias por la atención

retos tecnológicos y proyectos de investigación en almacenamiento de energía

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