Des Solutions pour aujourd’hui et pour demain · 2019. 11. 6. · ET LES NANOMATÉRIAUX ONFERENE...
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LABORATOIRE POUR LES TECHNOLOGIES DES ÉNERGIES NOUVELLES
ET LES NANOMATÉRIAUX
www.liten.cea.fr
CONFERENCE CGE SUR LE STOCKAGE STATIONNAIRE D’ELECTRICITE
www.liten.cea.fr
Des Solutions pour aujourd’hui et pour demain
Pierre SERRE-COMBE – Florence LAMBERT
CENTRE DE RECHERCHE, Créateur de solutions en réponse aux enjeux climatiques, énergétiques & environnementaux
AMBITION
• Diminution des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES)• Limitation des pertes énergétiques• Ancrage dans une démarche ACV
Avec un objectif de création de valeur et de transfert vers l’industrie et le monde économique.
975 EMPLOYES
1 612 BREVETS en portefeuille
> 250 PARTENAIRES INDUSTRIELS
138 M€ BUDGET
CONTRATS DE RECHERCHE
40% institutionnels
60% industriels
13 PLATEFORMES
CHIFFRES 2018
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
EUROPE TARGETS A DEEP DECARBONIZATION OF ITS ENERGY SYSTEM BY 2050
HISTORICAL DATABP, Statistical review of world energy (2019)
EUROPEAN COMMISSION “COMBO” SCENARIO
European Commission, COM(2018)773
Oil
Natural gas
Coal
NuclearRenewables
European Union primary energy consumption
Storage as the key to balance this “combo”
scenario
HIGHER PENETRATION OF RENEWABLE ENERGY RESOURCES
Variability and Intermittent Power Sources
• Infra-daily
• Seasonality
• Territorial
DISTRIBUTEDGENERATION
TIME OF USE TARIF
LOAD MANAGEMENT
DEMAND SIDE MANAGEMENT
ENERGY SAVINGS
CO
ST
STORAGE
Storage as the ultimate solution
CHALLENGES• Reduce system costs and
maintenance• Optimize performance and lifetime• Ensure security of supply• Convergence with other grids• New Business Model (VtG, … )
Current developments focus on Battery and Hydrogen
WHY LI-ION BATTERY ?
A versatile technology (different markets)
Strong increase in performances X2
Strong decrease in costs /18 in $/Wh:
• 2 energy density
• 1,5 materials and productivity
• 6 volumes – Gigafactories
46,3
178,5
586,2
916,1
1136,3
105,7
212,2 243,4
476,4
0
200
400
600
800
1000
1200
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
2017 2020 2025 2030 2035
GWh MondeGWh par zoneBesoin batterie sur scénario green constraint
Monde
Europe
Chine
Véhicules Légers Electrifiés
European battery market (VL) in 2030210 GWh
Costs reduction through volume
effects and increased of energy density
FUTUR TRENDS SHOW AN INCREASE OF EV MARKET
Consequences of this market?Constraints or Opportunities?
8 15 Millions of Electrical Vehicles : 16 TWh8,5 MtCO2 saved
8 15 Millions of Electrical Vehicles : 16 TWh8,5 MtCO2 saved
Source RTE
2025 2030Step 1GENERATION 3a CELL
Li-ion (Si, Ni, Li : Rich)GENERATION 3b
> 700-800 Wh/L
Step 2
> 900 Wh/L
GENERATION 4CELL
« all solid »High performances
« solid »
« liquid »
Today
Microporous films:• Anode• Cathode• Separator
With liquid electrolyte
« liquid »Most common
GENERATION 1, 2
150 (high power cells) to 700 Wh/L (high energy density cells)
Cylindrical wounding cell (hard casing cells)
Prismatic wounding cell (often hard casing cells)
Stacking cell (often pouch cells)
Today only one all solid state (polymer-based) battery commercialized (BLUE SOLUTIONS : with Energydensity and room operating temperature to improve to reach 2030 specifications)
LI-ION BATTERIES : TECHNOLOGICAL TARGETS ?
Li-ion to Li solid state
Electrolyte
PLATEFORMES DE RECHERCHE ET DÉVELOPPEMENT SUR LES MATÉRIAUX
Plateforme Nanocaractérisation
Plateforme Nanosécurité
Plateforme Batteries
Institut Laue LangevinESRF - Synchrotron
Fabrication Additive
UNTIL WHICH APPLICATIONS BATTERIES CAN’T DO THE JOB ?
THE KEY ROLE OF HYDROGEN FOR ENERGY TRANSITION
Un moyen pour « lisser »
l’intermittence des ENR
Une alternative au transport de
l’énergie
Une solution de stockage long terme
Une brique de base pour une
production« verte »
Un moyen de stockage d’ENR
Un carburant alternatif
Une combinaison
gagnante avec le CO2
A NEW NATIONAL AND EUROPEAN DYNAMICS ON H2
ANR-BMBF CATVIC Project
In 2018, the MTES
launched a mission
(DGEC-CEA) to
propose a strategy for
the deployment of
renewable H2
MAX PLANCK SOCIETY – CEA
COLLABORATION ON POWER-TO-X
FCH JU
FRENCH HYDROGEN DEPLOYMENT
PLAN ANNOUNCED ON JUNE 1, 2018
In 10 years of R&D:
Performance improvement: X8
Lifetime: > 2500 heures
Number of Cells/stack: x 25
1st prototype of Integrated System
Demonstrated Yield at System Level: 87% PCI
Cost Reduction of Stack: -80%
Background Patent Portfolio PI: 40 patent family
Bonus : Reversible Technology
BASIC CONCEPTS DEVELOPMENT
STACK
DEVELOPMENT
SYSTEM DEVELOPMENT
SYDNEY1st integrated system
CEA Cell at the state of the art
Characteristics : Working point 1A/cm²
Degradation 2-3% 1000hActive Surface 100cm²
PISTEURIn demonstration
at a partner
Electrolyzer core25 cells
Power 3kW
CARBON-FREE HYDROGEN PRODUCTION
DU STOCKAGE A TOUT LES ETAGES POUR DE NOUVELLES FLEXIBILITES & OPPORTUNITES
Multi-vecteurs: électricité, chaleur, gaz / hydrogène
Cycle de matières, matériaux avancés, ACV
Réseaux intelligents, digitalisés, instrumentés, pilotage de la demande
Scénarios énergétiquesgouvernance et modèleéconomique
• THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION