El coche eléctrico y el almacenamiento de energía

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1 24 de mayo de 2012 GENERA 2012 El coche eléctrico y el almacenamiento de energía Dr Milan Prodanovic Dr Jesús Palma del Val

2 Índice Instituto IMDEA Energía Almacenamiento dentro del vehículo Almacenamiento fuera del vehículo Conexión entre el vehículo y la red eléctrica

3 Institutos IMDEA IMDEA - una red de los centros de investigación internacional promovidos por el Gobierno de Comunidad de Madrid Ocho institutos autónomos Existen desde 2007 Mas de 400 investigadores (> 50% fuera de España)

4 Instituto IMDEA Energía Misión: Promover y realizar actividades de I+D encaminadas al desarrollo de las energías renovables. Promover y realizar actividades de I+D encaminadas al desarrollo de tecnologías energéticas limpias con un impacto medioambiental nulo o mínimo. Líneas de investigación: Energía solar térmica de concentración. Combustibles sostenibles: hidrógeno, biocarburantes y derivados de residuos orgánicos. Almacenamiento de energía Gestión inteligente de la demanda eléctrica Sistemas de utilización de la energía con alta eficiencia Valorización de CO2.

5 Ubicación Fase 2 Fase 1 Futura sede

6 Estructura Organizativa Board of Trustees Scientific Council Director Deputy Director Manager Biological Processes High Temperature Processes Electrochemical Processes Electrical Processes Thermochemical Processes Systems Analysis Administration

7 R&D: Electrochemical Processes Nanostructured materials for electrochemical capacitors and advanced batteries. Electrochemical capacitors with higher energy density. Capacitive deionization for energy efficient water treatment. Low-cost redox flow batteries. Regional projects: SOLGEMAC National Projects: SA2VE, TAPCAP, REM European Projects: HESCAP Direct contracts with Companies: REPSOL, PROINGESA Started 2011: CAPSETA, ADECAR Cooperation with: Companies (16) Technology Centers (2) Research Centers (3) Universities (6) from 6 different countries Production of hybrid electrochemical capacitors by processing a combination of carbons and metal oxides

8 R&D: Electrical Processes Smartgrids active demand management, integration renewables, energy storage Microgrids power converter control, power quality, stability, energy management Electric vehicles power system integration, battery management Energy efficiency energy savings in industrial applications and Smart Buildings and Homes Power electronics converter and control design, modular approach Projects industry: CENIT-THOFU, SPA-CAP, E.ON, REPSOL, IMV Corporation Cooperation industry: IMV (Japan), Proingesa, Sacyr, Repsol, E.ON In development: Smart Energy Integration Lab Detailed model of daily electrical energy demand for a hotel in the peak of the season Energy manager converter design for charging of capacitive deionisator

9 Introducción El vehículo eléctrico no es un invento reciente! 1831: Invención del motor eléctrico 1842: Primeros modelos eléctricos útiles 1859: Invención de la batería de plomo recargable 1899: El 90% de los taxis de Nueva York son eléctricos 1900: Se venden más coches eléctricos que de gasolina y vapor juntos 1915: Comienza a imponerse el motor de combustión interna 1935: El vehículo eléctrico prácticamente desaparece 1973: La crisis del petróleo reabre el interés por los vehículos eléctricos : Normas y acuerdos sobre reducción de emisiones de CO : Las principales marcas lanzan modelos híbridos y eléctricos

10 Requisitos de almacenamiento Almacenamiento dentro del vehículo Alta energía por unidad de volumen o peso (> 400 Wh/kg) Tiempo de carga corto (<15 min ) sin reducir tiempo de vida Aumentar el tiempo de vida útil (nº ciclos carga/descarga) Alta diponibilidad de potencia en periodos breves Garantizar seguridad y fiabilidad Reducir coste por kw y kwh

11 Almacenamiento de energía Hay tecnologías comerciales adecuadas? No para los vehículos eléctricos Sí para los vehículos híbridos V. Srinivasan, 2008

12 Temas de investigación Condensadores electroquímicos Electrodos modificados para aumentar C Electrolitos avanzados para V Híbridos: Combinación de baterías y SCs E 1 2 C V 2 La energía almacenada depende de C y de V K. Naoi and P. Simon Interface, Spring 2008, pp.34-37

13 Más allá del Litio-ión Estado de la tecnología Baterías litio-azufre Baterías metal-aire Limitaciones Baja reversibilidad de las reacciones = Bajo número de ciclos carga/descarga Potencia específica insuficiente Opciones Combinación de tecnologías de alta potencia y alta capacidad Baterías Li-ión alta potencia o supercondensadores

14 Temas de investigación Baterías metal-aire Mejorar la reversibilidad de la reacción Me 0 /Me n+ por medio de electrolitos basados en líquidos iónicos. Mejorar la reversibilidad de la reacción O2/O2-: por medio de pares redox orgánicos o de óxidos de tipo perovskita ABO3

15 Requisitos de almacenamiento Almacenamiento fuera del vehículo Alta capacidad de almacenamiento Elevada eficiencia de ciclo completo carga/descarga Tiempo de vida útil muy largo Muy bajo coste por kwh almacenado

16 Temas de investigación Baterías de flujo Reducción del coste por kwh: pares redox de bajo coste / alta eficiencia. Ajuste de potenciales de celda: pares redox orgánicos Diseño de reactores / diseño de proceso

17 Conexión entre el vehículo y la red eléctrica Recarga Intercambio de baterías (como Better Place) Estándares definen cuatro modos de la recarga Recarga domestica Recarga pública (de oportunidad) Estaciones de recarga (rápida) Formas de pago Pago-por-kilometro Pago mensual Pago por potencia y energía de la recarga Tarifas preferenciales ( supervalle )

18 Conexión entre el vehículo y la red eléctrica Impacto de conexión de los vehículos eléctricos Capacidades de generación y transporte de energía eléctrica Almacenamiento intermedio para apoyar recarga Energías renovables y el vehículo eléctrico Gestión activa de demanda eléctrica Vehicle-To-Grid (V2G)

19 Temas de investigación Recarga Desarrollo de los modelos de negocio para los vehículos eléctricos Diseño y incorporación de los cargadores inteligentes Las redes eléctricas Esquemas de gestión activa de la recarga Incorporación de las estaciones de recarga a las redes eléctricas Aprovechar las capacidades de las instalaciones de energías renovables Investigar los beneficios de V2G Coche eléctrico Optimización del consumo Gestión de las tecnologías híbridas del almacenamiento

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