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30 de marzo de 2017
Sistemas de almacenamiento: Integración en aplicaciones
industriales
Dr. Igor Villarreal Sarría [email protected]
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Agenda
2
Objetivo
IK4-Ikerlan
Almacenamiento eléctrico: contexto actual
Tecnologías para la integración
Casos de éxito
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Agenda
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Objetivo
IK4-Ikerlan
Almacenamiento eléctrico: contexto actual
Tecnologías para la integración
Casos de Éxito
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Objetivo
Exponer las oportunidades y los pasos a dar para la electrificación de diferentes sectores
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Agenda
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Objetivo
IK4-Ikerlan
Almacenamiento eléctrico: contexto actual
Tecnologías para la integración
Casos de éxito
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De carácter privado, con vocación de
servicio público y sin ánimo de lucro
Creado el año 1974, en el seno de la actual
Corporación MONDRAGON
Referente en la transferencia de tecnología a la industria
Miembro de IK4 Research Alliance
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Tecnología
Personas
UNIVERSIDAD IK4-KERLAN EMPRESAS
Educación superior
Investigación Desarrollo Industrialización Aplicación
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Especialización
TECNOLOGÍAS DE ELECTRÓNICA, INFORMACIÓN Y COMUNICACIÓN
Almacenamiento de energía
Microsistemas
Sistemas embebidos confiables
Electrónica de potencia
TIC
Mecánica
Control y monitorización
Tecnologías de operaciones y mantenimiento
FABRICACIÓN AVANZADA
ENERGÍA Y ELECTRÓNICA DE
POTENCIA
ENERGÍA y ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Gestión de energía
eléctrica y térmica
Almacenamiento de
energía eléctrica
Electromagnetismo
y máquinas eléctricas Convertidores
de potencia
Arquitecturas
Big Data
Cybersecure IOT
Software confiable
Comunicación
Security industrial
Plataformas HW
Sistemas tiempo-real
Fiabilidad estructural
Mecánica de fluidos
y transferencia de calor
Monitorización
Control avanzado
Diseño robusto
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Impacto 2016
3,2 40 8 Millones de euros de
retorno económico
Propuestas de proyectos
presentados
Proyectos Aprobados y
Financiados
19 / 32 Propuestas de proyectos
aprobados
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Colaboración con empresas
Más de 20 años colaborando de manera estable con el 80 % de nuestros clientes
IK4-IKERLAN
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Agenda
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Objetivo
IK4-Ikerlan
Almacenamiento eléctrico: contexto actual
Tecnologías para la integración
Casos de Éxito
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Tecnologías del almacenamiento
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Tecnologías del almacenamiento
Tecnologías Vida Precio (CAPEX)
Densidad Energética
Mantenimiento (OPEX)
Seguridad
AcPb
Litio-ión
Condensadores Energía
Potencia
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Tecnologías de almacenamiento: mercado
Avicenne Energy
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Tecnologías de almacenamiento: mercado
Sodium sulphur
Lead acid
Niquel Cadmium
Lithium-ion
Flow batteries
Sodium sulphur
Lead acid
Niquel Cadmium
Lithium-ion
Flow batteries
Source: Fraunhofer Institute, EPRI Source: Frost and Sullivan
Tecnologías instaladas en 2014 Tecnologías instaladas en 2012
304 MW 380 MW
115 MW 27 MW
325 MW
95 MW
70 MW
10 MW 100 MW
27 MW
Incremento en 2 años
• Incremento de la instalación global: de 511 a 942 MW • Na-S: Se ha multiplicado por *1,25 • Li-ion: Se ha multiplicado por *3 • AcPb: Se ha multiplicado por *1,6 • Baterías de flujo: se ha multiplicado por *9
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Tecnologías de almacenamiento: mercado
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Tecnologías de almacenamiento: mercado
Economías de escala: las tres líderes mundiales con inversiones muy importantes en tecnologías actuales: Samsung, LG, Panasonic.
Sobreproducción: despliegue del EV, NO como estaba previsto.
Cambios en el mercado de baterías: fabricantes Asiáticos como principales agentes, expansión a EEUU y EUROPA de sus fábricas.
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Tecnologías de almacenamiento: progresos
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000
Cap
acid
ad (F
)
Ciclos
100A/45ºC
%80 SOH
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En definitiva….existe una gran oportunidad.
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Tecnologías de almacenamiento: resumen
1. Existen tecnologías diferentes: cada una tiene su aplicación y mercado.
2. La de Litio-ion es la tecnología que más está creciendo.
3. Existe una disminución muy importante de los precios.
4. Existe un aumento progresivo de las propiedades.
5. El futuro es un mix tecnológico.
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Agenda
Objetivo
IK4-Ikerlan
Almacenamiento eléctrico: contexto actual
Tecnologías para la integración
Casos de Éxito
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Tecnologías de integración: PASOS A DAR
TECNOLOGÍAS COMPORTAMIENTO CONTROL SISTEMAS INTEGRACIÓN
80
85
90
95
100
105
0 2000 4000 6000 8000 10000
SOH
(ap
) [%
]
FEC
DOD: 100%
DOD: 30%
DOD: 60%
DOD: 80%
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Tecnologías de integración: SELECCIÓN TE
CN
OLO
GÍA
S A
PLI
CA
CIO
NES
SELECCIÓN
TECNOLOGÍA / PROVEEDOR
Cell 1Cell 2
Cell 3Cell 3
Cell 2
Celda: Características:
potencia/ energía / vida…
Seguridad
Coste
Sistema de baterías: volumen,
peso, refrigeración…
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Tecnologías de integración: COMPORTAMIENTO
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140
Qlo
ss
[%]
Operating time [days]
25-30 C 35-40 C 40-45 CExperimental data (ambient T):̶̶ Prediction lines
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Tecnologías Integración: CONTROL
ESTADO DE SALUD
ESTADO DE CARGA
SEGURIDAD
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Tecnologías de integración: SISTEMAS
2010
TIME LINE 01
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FERROVIARO IKERLAN ASCENSORES ESTACIONARIO
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CAPEX OPEX
Dimensionamiento del sistema de
almacenamiento
Gestión energética
Conocimiento de la aplicación
Procedimiento de optimizado para la integración de baterías en un sistema
¿Dimensionamiento del sistema de almacenamiento y su electrónica de potencia ?
¿Degradación de la batería?
¿Operación eficiente?
¿Operación maximiza la rentabilidad económica?
Tecnologías de integración: IMPLEMENTACIÓN
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Dimensionamiento del sistema de
almacenamiento
Gestión energética
Conocimiento de la aplicación
Procedimiento de optimizado para la integración de baterías en un sistema
Definición de requerimientos de operación
Definición de la arquitectura de control
Modelado y caracterización del sistema y sus elementos
Tecnologías de integración: IMPLEMENTACIÓN
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CAPEX OPEX
Dimensionamiento del sistema de
almacenamiento
Gestión energética
Conocimiento de la aplicación
kWh kW
Cooptimización
Operación eficiente y económica
Convertidor
Análisis tecnoeconómico durante la vida útil del sistema minimizar el coste de la operación
Operación eficiente y adaptada al escenario de aplicación
Análisis de degradación del sistema de almacenamiento maximizar la vida útil
Procedimiento de optimizado para la integración de baterías en un sistema
Tecnologías Integración: IMPLEMENTACIÓN
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1. Para la integración de sistemas de almacenamiento es necesario dar diferentes pasos.
2. Pasos diferentes en función de los intereses de las empresas.
3. NECESARIO: asociar la parte tecnológica y la parte económica
Tecnologías de la integración: RESUMEN
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Agenda
Objetivo
IK4-Ikerlan
Almacenamiento eléctrico: contexto actual
Tecnologías para la integración
Casos de éxito
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Casos de éxito
Gestión de la energía
Energía y electrónica de potencia
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Casos de éxito
Diseño y validación del sistema de
almacenamiento
Sistema de carga sin contacto
Energía y electrónica de potencia
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Casos de éxito
Diseño powertrain
Estrategias de control, máquinas y test
Gestión de la energía
Diseño y validación del sistema de almacenamiento
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Casos de éxito
Definición de un sistema de almacenamiento
Wind generation
comms
Wind
generation
management
Market
Pgrid(t)
Energy storage systemPgrid(t)
ESS
WG
Electricity grid
Sistemas de almacenamiento: pitch
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Cómo Cierre…..
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OPORTUNIDADES Y RETOS DEL ALMACENAMIENTO
E-MOVILIDAD • Mejorar la eficiencia energética • Reducir los niveles de emisiones. • Reducir la dependencia energética de combustibles fósiles. • Favorecer la integración de sectores transporte & Sistema eléctrico
SISTEMA ELÉCTRICO • Optimizar el uso de los recursos energéticos existentes. • Favorecer la integración de sistemas renovables (PV, WInd). • Facilitar la transformación del sistema eléctrico (microrredes). • Reducir los costes de operación del sector (Retardar inversiones, reducir congestiones,…) • Generar nuevas oportunidades y nuevos servicios en los niveles de distribución (regulación en tensíón, Gestión de la demanda,…).
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• Futuros escenarios en continuo cambio y transformación: Smartgrid, transporte intermodal. • Escenarios que incorporan Estructuras de gestión basadas en:
• Big Data. • Tecnologias de computación en la nube. • Cyberseguridad & Data privacy. • Nuevos servicios y modelos de negocios.
• Reto: Integrar el almacenamiento como un elemento de este nuevo ecosistema
• Identificar servicios a proporcionar o consumir. • Mejorar la rentabilidad y prestaciones técnicas del producto. • Aumentar su capacidad de autodiagnostico y autoreparación. • Dotar de mayor inteligencia al almacenamiento (interoperabilidad).
OPORTUNIDADES Y RETOS DEL ALMACENAMIENTO
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IKERLAN Polo Garaia C/ Goiru , 9 20500 Arrasate-Mondragón
Tel.: 943 71 02 12 Fax: 943 79 69 44
IKERLAN Unidad de energía Parque tecnológico de Álava, C/ Juan de la Cierva, 1 01510 Miñano
Tel.: 945 29 70 32 Fax: 943 79 69 44
www.ikerlan.es
ORONA IDeO - Innovation city Pol. Industrial Galarreta, Parcela 10.5, Edificio A3 20120 Hernani
Tel.: 945 29 70 32 Fax: 943 79 69 44
IKERLAN P.º J. M.ª Arizmendiarrieta, 2 20500 Arrasate-Mondragón
Tel.: 943 71 24 00 Fax: 943 79 69 44