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30 de marzo de 2017

Sistemas de almacenamiento: Integración en aplicaciones

industriales

Dr. Igor Villarreal Sarría [email protected]

©2017 IKERLAN. All rights reserved

Agenda

2

Objetivo

IK4-Ikerlan

Almacenamiento eléctrico: contexto actual

Tecnologías para la integración

Casos de éxito


Agenda

3

Objetivo

IK4-Ikerlan



Casos de Éxito


Objetivo

Exponer las oportunidades y los pasos a dar para la electrificación de diferentes sectores


Agenda

5

Objetivo

IK4-Ikerlan



Casos de éxito

©2017 IKERLAN. All rights reserved 6

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

©2017 IKERLAN. All rights reserved © COPYRIGHT IKERLAN 2016

7

Tecnología

Personas

UNIVERSIDAD IK4-KERLAN EMPRESAS

Educación superior

Investigación Desarrollo Industrialización Aplicación


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


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


Colaboración con empresas

Más de 20 años colaborando de manera estable con el 80 % de nuestros clientes

IK4-IKERLAN


Agenda

11

Objetivo

IK4-Ikerlan



Casos de Éxito


Tecnologías del almacenamiento


Tecnologías del almacenamiento

Tecnologías Vida Precio (CAPEX)

Densidad Energética

Mantenimiento (OPEX)

Seguridad

AcPb

Litio-ión

Condensadores Energía

Potencia

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi97PnDzPjSAhUEAcAKHQvMCCAQjRwIBw&url=http://yeraygonzalez.es/palancas-del-revenue-management/&bvm=bv.150729734,d.ZGg&psig=AFQjCNGRZ-rYUXpVfxBh7y0ll9cGRW-qTg&ust=1490769820090580


Tecnologías de almacenamiento: mercado

Avicenne Energy



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



http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=0ahUKEwiR0YCTjt_PAhVJWBQKHeAvBAcQjRwIBw&url=http://inhabitat.com/tesla-opens-the-gigafactorys-doors-for-a-first-look/&psig=AFQjCNGPPhFM-wV2eHkd_vCNML4P9sdIPA&ust=1476699943810018



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.


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

© COPYRIGHT IKERLAN 2016

https://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjL8e_K6_jSAhWDnRoKHdxZCAEQjRwIBw&url=https://oxisenergy.com/products/&bvm=bv.150729734,d.d2s&psig=AFQjCNGSiLwa_NRD20Xe9td1zKXWzBB-1Q&ust=1490778161011342


En definitiva….existe una gran oportunidad.

19

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.


Agenda

Objetivo

IK4-Ikerlan



Casos de Éxito

20


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%

21

https://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjNl6ih3_jSAhUDChoKHScWCwEQjRwIBw&url=https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/19696248/Litio-un-amigo-a-quien-conocer-Inteligencia-colectiva.html?dr&bvm=bv.150729734,d.ZGg&psig=AFQjCNEU17zv3xn9WkufcZGSK87-E3FrIA&ust=1490774843486295


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…

22

http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=x0BuNfT6w2qf5M&tbnid=qe1anScl4eY0sM:&ved=0CAUQjRw&url=http://au.pfinance.yahoo.com/compare/savings/article/-/15848770/are-hybrid-cars-worth-the-extra-cost/&ei=fyOKUfC_OIK40QWdsoGgBg&bvm=bv.46226182,d.d2k&psig=AFQjCNHafIeKlvbxQUVc8AR8mjq4SHQkPA&ust=1368093914325638


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

23

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwinp9ilh-LSAhVL2RoKHZ2eDSUQjRwIBw&url=http://insideevs.com/lucintels-report-lists-unexpected-top-5-global-electric-vehicle-automakers/&psig=AFQjCNFin7vLvMt2QWhWPcFl5AVWZVRw8Q&ust=1489995329228742

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjCv77W_eHSAhWEDBoKHYEVCiAQjRwIBw&url=http://www.diariodevalladolid.es/noticias/castillayleon/iberdrola-incrementa-19-5-produccion-energia-sus-parques-eolicos-mayo_20950.html&psig=AFQjCNET5Wi99g-Oy-bn73JKl50I47DDhw&ust=1489992747649156


Tecnologías Integración: CONTROL

ESTADO DE SALUD

ESTADO DE CARGA

SEGURIDAD

24

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwja3aC14_jSAhXMPRoKHfx3AwEQjRwIBw&url=http://tromley.ca/services/hardware-repair/&bvm=bv.150729734,d.ZGg&psig=AFQjCNFtd5OUuygk9NNzc1ytrDfkKPY0yQ&ust=1490775971234366

https://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiv4-Cz5fjSAhWGrxoKHZ76Dw4QjRwIBw&url=https://www.easternwestern.co.uk/nissan/ev/


Tecnologías de integración: SISTEMAS

2010

TIME LINE 01

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FERROVIARO IKERLAN ASCENSORES ESTACIONARIO

25


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

26



almacenamiento




Definición de requerimientos de operación

Definición de la arquitectura de control

Modelado y caracterización del sistema y sus elementos

Tecnologías de integración: IMPLEMENTACIÓN

27


CAPEX OPEX


almacenamiento



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


Tecnologías Integración: IMPLEMENTACIÓN

28


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

29


Agenda

Objetivo

IK4-Ikerlan



Casos de éxito

30


Casos de éxito

Gestión de la energía

Energía y electrónica de potencia

31


Casos de éxito

Diseño y validación del sistema de

almacenamiento

Sistema de carga sin contacto

Energía y electrónica de potencia

32


Casos de éxito

Diseño powertrain

Estrategias de control, máquinas y test

Gestión de la energía

Diseño y validación del sistema de almacenamiento

33


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

34


Cómo Cierre…..

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjXjbCAqvvSAhULnRoKHYbrB-YQjRwIBw&url=http://www.librointeractivo.com/buscas-destacar-convierte-tu-portfolio-en-un-libro-interactivo/&bvm=bv.150729734,d.d24&psig=AFQjCNGY9gnuuJ004iZqdZ-0z39ihwE_sA&ust=1490863628394934


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,…).

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjsu8S--PjSAhVISRoKHav0CwAQjRwIBw&url=http://www.energy.ca.gov/research/energystorage/tour/&psig=AFQjCNFZTpB-sbz99_Yta4nJrFYMCDsi1A&ust=1490781549841026


• 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


https://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjyyuK66fjSAhUBVxoKHSk2CggQjRwIBw&url=https://www.pinterest.com/baltrenti/mafalda/&bvm=bv.150729734,d.d2s&psig=AFQjCNEo-yjxPfBPs9aNnINgUL8eJ3Xn-g&ust=1490777591260583


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

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