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Soirée de lancement
La transition énergétique, l'affaire de tous.
LIEGE CREATIVE, une initiative de
LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :
Damien Ernst Professeur Ordinaire, ULg - Institut Montefiore, Systems and Modeling Research - Smart grids
SMARTGRIDS:Algorithmsforintelligentdecision-making
Prof.DamienERNST
Latransi=onénergé=que,l’affairedetous Prof.DamienERNST
COP21:Ambi=ouscutsingreenhousegasemissions=>Necessarilyimplies(virtually)stoppingburningfossilfuels.
Greenhouse gas emissions, by source sector, EU-28, 2013 (% of total):
Averagedailyenergyconsump=onperperson:125kwhElectricalconsump=oninBelgium:80TWhEnergyconsump=oninBelgium:600TWh
69AP1000nuclearreactors
30220Enercon-126wind
3424km2ofPVpanels
HundredsofmillionsofTeslabaZerieswouldbeneededinaBelgiumpoweredbyPV.
Storage, smart management of the system and investments in cables and lines: required for integrating significant amount of renewable energy into distribution networks.
Microgrids are also a key part of the solution.
Catherine Henrist Chef de Travaux ULg - Group of Research in Energy & Environment from MATerials (GreenMAT) / UR CESAM Nathalie Job Chargée de cours ULg - Chemical Engineering / Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry Grégoire Léonard Chargé de cours ULg - Chemical Engineering / PEPs Products, Environment, Processes
LestechnologiessolairesduGroupedeRechercheenEnergieetENvironnementparlesMATériaux
CatherineHENRIST,PhD«LaTransi=onEnergé=que:l’affairedetous»
SoiréedelancementLiègeCréa=ve04Octobre2016
Allresultsinthispresenta=onarethepropertyofGREENMAT
ConversionenélectricitéPhotovoltaïque
Cellulessolairesde3ièmegénéra=on:• DyeSensi=zedSolar
Cells• Perovskite
ConversionenhydrogènePhotohydrolysedel’eau
StockageBaFeriesLi
Pilesàcombus=bles
(nano)Matériauxpourl’énergieSOLAIRE:Ges=on,u=lisa=on,conversion,stockage
«Smartwindows»• Marché:bâ=mentsdebureaux• Réduc=onfraisclima=sa=on• Collab.AGC
Ges=onensoleillementVitragesélectrochromes
Dépollu=onaireteauPhotocatalyse
• VitragesautoneZoyants
• Marché:bâ=ments• Épura=oneaux
uséesetfiltra=onairintérieur
(nano)Matériauxpourl’énergieSOLAIRE:Ges=on,u=lisa=on,conversion,stockage
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1ère génération • Silicium
2ième génération • Films minces
• CIGS, CZTS, a-Si
3ième génération • Organique • Cellules solaires à colorant et • Dérivées Pérovskite
LestechnologiesPHOTOVOLTAIQUES
Evolu=ondesrendementsdesdifférentestechnologiesphotovoltaïques
LESCELLULESDE3IÈMEGÉNÉRATION:UNEALTERNATIVEINTÉRESSANTEAUSI
ComparéesauSi,ellesoffrentplusieursavantages:>coûtréduitdefabrica=on>énergiegriseréduite(Si:purifiéà2000°C!)>efficacitéenlumièrediffuse>semi-transparentesetcolorées>OKpoursupportcourbe
(importantpourlesecteurBIPV)
LIMITATIONSElectrolyteLiquide/duréedevieréduiteà Challenges: -Electrolytesolide
-Nanostructura=ondelaphotoanode-Épaisseurréduite(<5µm)
26
27
CELLULE SOLAIRE À COLORANT OU CELLULE DE GRAETZEL
COMMENTÇAMARCHE?
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Cellulestandard:Empilementdésordonnéde
nanopar=culesdeTiO2
GREEnMat
Contrôledelanano/microstructurePourop=miserla
collectedesélectrons
STRATEGIE DE RECHERCHE AU GREENMAT
ü Surface spécifique plus élevée
ü Meilleure infiltration dans les
pores
ü Transfert électronique facilité
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CELLULESSOLAIRESÀPEROVSKITE:TOUTSOLIDE
methylammoniumPborSnI,ClorBr
Projec=ondecoûtdefabrica=on:2à3foismoinscherquelespanneauxSiactuels
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STRATÉGIEDENANOSTRUCTURATIONAPPLIQUÉEAUXCELLULESÀPÉROVSKITE
B.#PHO
TOAN
ODE
#PER
OVS
KITE#
A.#PHO
TOAN
ODE
#TiO
2#
<"3"µm""(colorants"organiques)"<"500"nm""
(pérovskite)"""
60"nm"""
150"nm"""
FTO#Verre"
10"µm"""
Cathode"Pt"
FTO#Verre"
Electrolyte"liquide"(I2/I3J)"
FTO"(USP)#verre"
<"500"nm"""
60"nm"""
150"nm"""
FTO"(USP)#Verre"
Cathode"métallique"semiJtransparente"
FTO#Verre"
TiO2"dense#
Cathode"métallique"semiJtransparente""
Electrolyte"solide"
FTO#Verre"
TiO2"dense#
Cathode"métallique"semiJtransparente""
électrolyte"solide"
Film"dense#perovskite"
NanoparNcules""de"TiO2"
«"colorant"»"
<"500"nm"""
60"nm"""
150"nm"""
<"500"nm"""
60"nm"""
150"nm"""
«#colorants#»#
Film"poreux#organisé""de"TiO2""
par"templaNng""
Film"poreux#organisé#"de"pérovskite"par"templaNng""
DSSC#LIQUIDE### DSSC#SOLIDE########
INNOVATION#
(A1)# (A2)#
(B1)# (B2)#
TiO2"dense"(USP)"#
Electrolyte"solide"
Cathode"métallique"semiJtransparente""
Electrolyte"solide"
TiO2"dense""(USP)"
Counter-electrode
Perovskite porous layer
TiO2 compact layer
TCO substrate
Electrolyte
0.05 µm
0.20 µm
0.50 µm > 1 µm
0.05 µm
2 mm
Programma`onFEDER2014/2020:ProjetSOLIDYEULg(C.JEROME-D.NGUYEN-R.CLOOTS),UMONS(R.LAZZARONI-P.DUBOIS),ULB(Y.GEERTS)
Counter-electrode
TiO2 porous layerPerovskite
TiO2 compact layer
TCO substrate
Electrolyte
Perovskite overlayer
0.05 µm
0.20 µm
0.20 µm
0.50 µm0.50 µm> 1 µm
0.05 µm
2 mm
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MiseenformedepoudredeSiliciumcommematériaud’électrode(anode)
valorisa=ondusiliciumissudurecyclagedecellulesphotovoltaïqueshorsd’usage
Silicium Purete €/KgMetallurgique 98-99 2
Solaire 6N(99.9999%) ~20-25
Poudre 98%(<100nm) ~17000-39000
Brevet(Greenmat)EP151769395-1504
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Contact: UniversitédeLiegeGREENMATQuar`erAGORA(B6)Alléedu6août,134000LiègeCLOOTSRudi: [email protected]: [email protected]:hZp://www.greenmat.ulg.ac.be
THANKYOUFORYOURATTENTION
Batteries : quelles perspectives ?
Nathalie Job Université de Liège Department of Chemical Engineering – Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry (NCE) www.nce.ulg.ac.be
Stockage électrochimique de l’énergie
Stockage via batteries – Où ? Pourquoi ? Comment ?
Energie portable
Transport
Stockage stationnaire
Batteries Li-ion
Batterie Li-ion – fonctionnement
Matériau de cathode (e.g. LiCoO2)
Matériau d’anode (e.g. graphite)
Electrolyte
charge
décharge
Matériau d’intercalation du Li+
Matériau d’intercalation du Li+
charge
décharge
LiCoO2 graphite
Performances des batteries
Source: DOE 2013
De la batterie au plomb à la batterie Li-ion
Evolution de l’énergie spécifique des batteries
Evolution de la densité d’énergie volumique des batteries rechargeables
Li-ion
Ag-Zn
Ni-MH
Pb/acide Ni-Cd
Ni-Fe
Wh/
L
Ni-Cd
Li-ion
600
500
400
300
200
100 2000 2010 2020 1990
100
0
200
300
Wh/
kg
1850 1900 1950 2000
Ni-MH
2050
Nouveaux matériaux
LIMITE THEORIQUE
Production et systèmes utilisateurs
Matériau Application Composant Batterie
Matériau d’intercalation du Li+
LiCoO2 Graphite
Capacité 274 mAh/g (théorique) 372 mAh/g 140 mAh/g (en pratique)
(Dé)charge < 10%, idéalement max LiC6 Vieillissement changements cristallographiques exfoliation Prix 40-60 US$/kg (ÓÓ) 3 $/kg (ÓÓ)
Matériaux
Matériau Application Composant Batterie
Développement de nouveaux matériaux - Moins chers - Sans Co - Avec une capacité plus élevée
à Si ?
Anode
Matériaux
Matériau Application Composant Batterie
Exfoliation
!!!
Matériaux : à base de Si
nanofilaments
honeycombs microtubes
nanoparticles micropillars Composites : matériau poreux + nanoparticules
Production et systèmes utilisateurs
Matériau Application Composant Batterie
Dépôt sur collecteur de courant
- Structure de l’électrode - Adhérence - Conductivité électronique - Compatibilité avec l’électrolyte
Production et systèmes utilisateurs
Matériau Application Composant Batterie
Production et systèmes utilisateurs
Matériau Application Composant Batterie
Eléments essentiels - Séparateur - Electrolyte - Casing
Production et systèmes utilisateurs
Matériau Application Composant Batterie
Packs de capacité et tension souhaitées
Production et systèmes utilisateurs
Matériau Application Composant Batterie
Mise en réseau BMS
Perspectives
Systèmes concurrents ou complémentaires ? Piles à combustible ßà gas to power
Fuel = hydrogène ou méthanol à Stockage via vecteur énergétique
Système ouvert à Utilisation continue
Système fuel cell/CHP
Automobile Toyota Mirai
Stockage inter-saisonnier d’énergie Département de Chemical Engineering
Prof. Grégoire LEONARD, Chargé de cours
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Pourquoi un stockage intersaisonnier? n Variations sur la journée, mais aussi sur l’année! n Supposons un réseau 100% éolien en Belgique:
Léonard et al., 2015. Electricity storage with liquid fuels in a zone powered by 100% variable renewables, IEEE 978-1-4673-6692-2.
⇒ Variations saisonnières ⇒ Besoin de stockage intersaisonnier
ΔStockage = Pgénérée - Pconsommée
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Quels vecteurs de stockage ? n Critères principaux:
q Haute densité énergétique q Stabilité
NB: Consommation moyenne d’un ménage belge: 36 MJ/j 3.6 MJ = 1 kWh Avantages des liquides: - Haute densité volumique - Stabilité aux conditions
ambiantes !!
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Etat de l’art: Power-to-gas, power-to-fuel n Energie + eau + CO2 + <=> fuel synthétique
CO2
H2O Aircapture
CO2
H2
CO
Electrolysis
Power-to-gas:H2,CH4
DME…
Power-to-fuel:
Methanol Diesel…
Fuelsynthesis CO2,H2O,energy
Renewableenergies
CO2
IndustrialCO2capture
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Une idée en plein boom… n Jupiter 1000 en France
q 1 MW électrolyse, 2018
n De nombreux projets en Allemagne q 23 installations opérantes q 10 pour CH4 q 12 pour H2 q 1 pour fuel liquide
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Une idée en plein boom… n Carbon Recycling International
q Power-to-methanol n 4000 T/a n Efficacité > 70%
n Sunfire q Power-to-diesel
n 58 000 L/a n Efficacité ~70%
- Efficacité de cycle: ~50% - Stabilité de stockage
- Coût de capital est critique (utilisation dynamique)!
- Applications domestiques?
Steve Francis Administrateur-Fondateur La Coopérative Condroz Energies Citoyennes Bertrand Cornélusse Chargé de cours ULg - Institut Montefiore Quentin Sizaire co-Fondateur ECCO NOVA
Smart Microgrids at University of Liè[email protected]
Lab in the pyramid of the Montefiore
institute
MISSION Faciliter la transition énergétique et le développement durable grâce au crowdfunding
HISTORIQUE Créé en Janvier 2016 par trois entrepreneurs Liégeois issus de l’énergie et de la communication
METHODOLOGIE Sélection technico-financière rigoureuse par ECCO NOVA
Investissements sous forme de prêt subordonné par les internautes
OBJECTIFS 10 projets et 1.000.000 € levés en 12 mois
Un rendement supérieur à 5%
PREMIER PROJET 100% FINANCÉ EN 7 SEMAINES 150.000 € LEVÉS AUPRÈS DE 60 INVESTISSEURS
WWW.ECCONOVA.COM
Michel Hermans Professeur HEC-ULg / Centre de Recherche en Géopolitique et en Cyberpolitique Didier Moreau Chargé de communication / Responsable presse ULg - Relations extérieures et communication : Relations avec la presse
Erika Honnay Directrice du projet RenoWatt GRE-Liège
RENOWATT
Liege CreativeLe 4 octobre 2016
Avec le soutien de:
Alfred Dethier Président de la BU Solar CMI Energy
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CMI Energy LIEGE CREATIVE October 2016 Alfred Dethier
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Innovation - New concept - Development - Design
Realization - Optimization - Validation - Manufacturing
Installation - Assembly - Inspection - Monitoring
CMI Energy – BU Solar
“200 ans d’expérience dans les Chaudières/Génération de vapeur aux service des développements dans le solaire ”
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1820 2008 2012 2015
BU Solar
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!Khi Solar One
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Direct Steam Solar Receiver: CMI scope of supply project !Khi Solar One
SH South
Evapo. East
Evapo. West
Evaporators
Superheater
Incident Power [MW] 175 63
Absorbed Power [MW] 162 53,4
Efficiency [%] 92 85
Feed water temperature [°C]
222 N/A
Pressure [bar] 129 120
Temperatures [°C] 330 530
Outlet flow [Kg/s] 95 65
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!Khi Solar One: Some pictures during erection
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CSP with molten salt: Molten Salt Solar Receiver (MSSR)
- Thermal Power = 720MWth - Electrical Power = 110MWe - Storage = 17h - Efficiency = 90.2%
- Flux = 1250KW/m² - Salt T° = 290-565°C - Tube metal T° = 700°C - Pressure = 15 bars
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Atacama 1: Status on site December 2015
200m
35m
|
MSSR: Scope description
6/06/14 69
18.4
m
35 m
18.4 m
218m
|
Solar Receiver Surface = Where the concentrated solar energy is collected
70
70
218m
18.4 m
SRsurface=16panelsèPolygonwith16sides
20.4 m
~20 m
218m
18.4 m
SRsurface=16panelsèPolygonwith16sides
20 m
|
CMI et les énergies renouvelables
§ Biomasse § Chaudière à grille, turbine § Gazéification, moteur à gaz § Torréfaction § Méthanisation / Digestion
§ Hydraulique § Vis de puissance, turbine, pompe
§ Photovoltaïque § Stockage d’énergie
71
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www.cmigroupe.com
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