Ponencia de D. Jesús María Goiri, Director del CIC Energi gune, en la jornada de expertos MuskizFP 2013

1. 2013©CICenergiGUNE.2013.AllRightsReserved
Centro de formación, Somorrostro
26 de junio de 2013

3. Algunas nociones sobre el
almacenamiento de energía…

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Fuente: REE

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12. CRECIMIENTO > 4,5 % ANUAL
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15. Sobre CIC EnergiGUNE

16. 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

17. 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
Sectoroverview
*data from 2010
CIC energiGUNE: Situación de partida, retos y oportunidades
Importante cluster de energía en Euskadi respaldando el
proyecto CIC

18. CIC energiGUNE: Situación de partida, retos y oportunidades
alineado con la estrategia científica y energética del
G.Vasco

19. 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)
VIRTUAL


20. 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!

21. 




EES:
POWER
STORAGE;
BATTERIES and
SUPERCAPS
TES:
THERMAL
ENERGY
STORAGE
CIC energiGUNE: Situación de partida, retos y oportunidades
áreas de actuación identificadas

22. CIC energiGUNE: Situación de partida, retos y oportunidades
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 energéticapara industria
- Procesos industriales de Alta Temperatura

23. Áreas de
Investigación
Electrochemistry
Energy Storage
(EES)

24. SupercapacitorsAdvanced 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.htmlUS Department of Energy, 2007
Electrochemical Energy Storage

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

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

30. 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

31. 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

32. ELECTROCHEMICAL CAPACITORS (ECs)
Supercapacitors
REDOX
Capacitors
Electrical
Double Layer
Capacitors
Hybrid
Capacitors
Electrochemical capacitors (or supercapacitors) store
energy using either ion adsorption (electrochemical double
layer capacitors) or fast surface redox reactions (pseudo-
capacitors).

33. Áreas de Investigación
Thermal Energy Storage (TES)

34. 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

35. High & Medium Temp. Thermal Energy Storage
Molten Salt scheme
http://www.ic.gc.ca/eic/site/wei-iee.nsf/eng/00177.html
US Department of Energy, 2007

36. High & Medium Temp. Thermal Energy Storage
Value of Thermal Storage
http://www.ic.gc.ca/eic/site/wei-iee.nsf/eng/00177.html
US Department of Energy, 2007

37. 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.
High & Medium Temp. Thermal Energy Storage
How to store Thermal Energy?
Physical
processes

38. High & Medium Temp. Thermal Energy Storage
Research Needs and Directions
Futuras direccionesNecesidades 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

39. Gracias por la atención