Tecnologías de alto impacto al sector energético nacional · Manufactura Planta de Potencia PEMFC...
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1
ElectromovilidadTecnologías de alto impacto al sector energético
nacional
Ulises Cano-Castillo (D.Phil)
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CONVERSEMOS
Estatus Mexicano – 2019 Transversalidad de la Electromovilidad Gasolina vs. Electricidad Electromovilidad en INEEL ¿Qué viene?
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3ineel.mx
• Producción combustibles a la baja• Importación de Gasolina• Importación de Gas Natural• Generar el 35% de electricidad con “energías
limpias” en 2024• reducir GEI en 25% - escenario BAU para 2030• ¿No diésel en CDMX?
Estatus Mexicano – 2019
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CD de México
• >22M hab. >5 millones vehículos• Movilidad – peor índice de tráfico = 66%• Geografía desfavorable (valle 1,800 msnm)• Entre las más contaminadas (CO2, NOx, O3, PM10, PM2.5, etc.)• Social: transporte público vs particular• Transporte consume 43% de la energía del país
CDMX, invierno 2016
0
1,000,000
2,000,000
3,000,000
4,000,000
5,000,000
6,000,000
2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Número de Vehículos en CDMX
Total Cars Buses Utility Vehicles Motorcycles
4
Emisiones: cambio climático, salud
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GUADALAJARA31-07-2019
CD PUEBLA31-01-2019
mala calidad del aire: No exclusiva a CDMX
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Transversalidad de la electromovilidad
Sectores Ambiental y Salud• Cero emisiones móviles por transporte• Aire más limpio, ahorros en programas• Ciudadanos más sanos• Menor gasto en salud• Mejor calidad de vida
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Transversalidad de la electromovilidad
Sector Energía• Mayor Eficiencia energética: <30% gasolina vs 75-85% VE• Mejor uso de recursos naturales• Disminución en importación de energéticos ($$$)• Menor dependencia energética externa (soberania)• Disminución de inversiones: transporte de energía ($$$)
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Transversalidad de la electromovilidad
Sector Eléctrico• Nuevas cargas eléctricas: ¿>demanda?, no necesariamente• Nuevas industrias: eléctricas (¿CFE, INA, CANAME, otras?)• Nuevos Retos Técnicos: Oportunidades x nuevos negocios• Nuevos mercados: venta de electricidad, equipos, mantto, etc• Nuevos Mercados y Figuras: nuevos modelos de negocio• Retos en normatividad y nuevas reglas
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Vehículos a Gasolina convencionales
http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml
• Baja eficiencia (costo $)• Mín. posibilidad de
mejora• Combustibles fósiles
(Finitos, emisiones)• Vía No Sostenible
2015, mil millones autos
www.iea.org/etp/etpmodel/transport9
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1010
V. Eléctrico a baterías - BEV
https://afdc.energy.gov/fuels/
Eficiencia: 75-85% VE
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Fondo de sustentabilidad energética
Electromovilidad en INEEL
Proyecto
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región trifásica
Celdas de Combustible - PEM
Electromovilidad en INEEL
Proyecto de I&DT
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Celdas de Combustible – Generador Eléctrico
Celda Generador Sistema
13
Ciencia aplicada Ingeniería
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Diseño y Manufactura – Celda Unitaria
• Quality• Reproducible• Cheap
Catalyzer InkSpraying
• Injecting Suspension to a Nozzle• Spraying System
(ultrasound/mechanical)• Carrier gas (P) - distance• Heated surface (evaporate solvents)• Cartessian robot (XY)
Variable Area (>600cm2), high production rate, sustrate: membrane or GDL, reproducibility
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thickness
Pt content
performancevoltage-current curve
Q.C. y desempeño
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Manufactura Planta de Potencia PEMFC
SubgasketReinforcesMEA
rigid dielectricprotects porosity
Seal polymer
Bipolar plates
Integration / assembly
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Desempeño Planta de potencia
Voltage-currentPower
Pa=7-8 psi (pure H2)Pc=atm (fan assisted)No humidificationStoichiometry (1:4)T=65 C
Potentiostatic Condition
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Balance de Planta (BOP) – autónomo y seguro
• Líneas flujo• Intercambio calor• Conexión/Conductores
• Válvulas (actuadores)• Sensores (flujo, T, P, H2)• Control Electrónico
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SENER-CONACYT 152485, https://www.youtube.com/watch?v=LueKseWXEvM
Vehículo híbrido todo-eléctrico Utilitario
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Capacidad: 1 ton Velocidad: 60km/h Autonomía: 60km (sólo H2) Hidrógeno: 0.4 kg Tanque H2 @ 2300psi Celda de Combustible 3kW
nominal Motor: 11kW Baterías: iones de litio Frenado Regenerativo (2
Supercapacitores)
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• Patente INEEL MX 341695 B, PROCEDIMIENTO PARA LA ELABORACION DE ENSAMBLES MEMBRANA ELECTRODOS PARA LA FABRICACION DE CELDAS DE COMBUSTIBLE, 12/08/2016
• Patente INEEL MX 349707 B, DISPOSITIVO ATOMIZADOR PARA LA APLICACIÓN DE TINTA ELECTROCATALITICA EN MEMBRANAS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE, 30/06/2017
• Patente INEEL MX 348911 B, DISPOSITIVO ATOMIZADOR PARA LA APLICACIÓN DE TINTA ELECTROCATALÍTICA EN MEMBRANAS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE, 05/05/2017
• Patente INEEL MX 340359 B, DISPOSITIVO ATOMIZADOR PARA LA APLICACION DE TINTA ELECTROCATALITICA EN MEMBRANAS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE, 08/04/2016
• Patente INEEL MX/010535, MÉTODO DE ESTABILIZACIÓN MECÁNICA PARA MEMBRANAS DE INTERCAMBIO PROTÓNICO QUE PERMITE FABRICAR ENSAMBLES MEMBRANA ELECTRODO COMPLETAMENTE PLANOS Y SIN PLIEGUES
• Diseño Industrial INEEL MX 52384 B, 02/04/2018, MODELO INDUSTRIAL DE PLACA BIPOLAR DE CELDA DE COMBUSTIBLE CON CÁTODO CERRADO
• Diseño Industrial INEEL MX 50477 B, MODELO INDUSTRIAL DE PLACA BIPOLAR DE CELDA DE COMBUSTIBLE CON CATODO ABIERTO, 21/07/2017
• Patente INEEL MX 339035 B, SISTEMA DE HUMIDIFICACION PARA USO EN CELDAS DE COMBUSTIBLE POR MEDIO DE ULTRASONIDO CON CONTROL POR IMPEDANCIA ELECTROQUIMICA, 13/04/2016
• Patente INEEL MX 321509 B, SIMULADOR DE CARGAS RESIDENCIALES PARA LA EVALUACION DE UN GENERADOR DE CELDAS DE COMBUSTIBLE, 29/05/2014
Propiedad Intelectual:Transferencia Tecnológica / Licenciamiento / etc.
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EXPERTPLAN S.A. de C.V.
Proyecto
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• Revisión tecnológica de baterías de litio: banco baterías y cargador
• Desarrollo de recarga rápida p/maximizar ciclos de vida útil
MODUTRAM MÉXICO S.A de C.V.
Proyecto
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Banco de Baterías
Celda Unitaria
Modulos
Vida Útil: 2-3 mil ciclos
Monitoreo/CTRL por Módulo
Battery Management System (BMS): comunicación, manejo de energía, equalización, carga y descarga
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2525
Requerimiento del Desempeño de Baterías de litio
Expectativa de Vida según uso:≈ 8 años (familia)≈ 5 años (taxi, etc.)
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MODUTRAM MÉXICO S.A de C.V.
Calcular, diseñar y especificar el sistema extensor de energía basado en celdas de
combustible tipo PEM para el vehículo eléctrico Autotrén GRT
Proyecto
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Advanced Electric Transportation
Autonomous electric vehicle forpublic transport interested on:• Extending range• Improve BB (Li-ion) charging
time• Minimum effects on life cycles
Capacity Li-ion testing (pulse charging)Reconfigurable hybrid EV proof-of-
concept
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
Descarga 1 [V]
Descarga 2 [V]
Descarga 3 [V]
Tiempo [h]
Descarga: 0.2C, Vfinal:2.75 V @45oC
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
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TECNOLOGÍA SOLAR DE MÉXICO S.A de C.V.
Proyecto
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29ineel.mx
Proyecto
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3030
Pruebas bajo estándares internacionales
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Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica
Características del vehículo
ECE-15, NEDC, EUDC,HDUDDS, WLTC CLASS I, II, III.
Aplicación
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3232
Requerimiento Energético y de Potencia
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3333
Diseño de celdas de combustible Diseño de banco de capacitores
Diseño de banco de baterías
Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica
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Vbus
driveri
Driver y Motor
cFCicBBi
cFCD_buck cBBD _boost cBBD
Dimensionamiento
Variables de salida Parámetros de operación
Diseño de E-híbridos
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3535
Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica
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3636
SoC de las baterías
Requerimiento de potencia
Ciclo de manejoAutonomía 60 kms, Ciclo de manejo WLTC Class I
Simulación de la planta de potencia para tracción eléctrica
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37ineel.mx
EFECTO POLÍTICAS ANUNCIADAS EV30@30 (30% MERCADO)
Ventas globales 23 millones 43 millones
Inventario >130 millones >250 millones
Reducción petróleo 2.5 Mbd (127 Mtoe) 4.3 Mbd
Demanda eléctrica 640 TWh 1,110 TWH
Emisiones GHG* 230 MtCO2eq ¿Mix del sector eléctrico?
Reducción GHG* 220 MtCO2eq ¿Mix del sector eléctrico?
*well-to-wheelIEA, EV Outlook 2019
Análisis de Ciclo de Vida
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3838
975.21707.86 841.77 943.28 872.90
2811.85
2041.00
1322.07846.76 1097.79
321.25
337.02
398.76
544.06546.85
4108.31
3085.88
2562.60
2334.112517.54
ICEV HEV PHEV BEV FCV
Consumo de Energía (kJ/km)
WTP OP M, M & S Total
2018
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3939
66.2748.10
85.72112.44 125.69
150.52
109.49 44.06 0.000.00
21.54
23.00
27.0937.13
36.08
238.33
180.59
156.87 149.57161.77
ICEV HEV PHEV BEV FCV
CO2 equivalente por etapa (g/km)
WTP OP M, M & S
2018
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40ineel.mx
Impacto a la red eléctrica
VEHÍCULOS A BATERÍAS RETOS: TIEMPO RECARGA, AUTONOMÍA (km)VEHÍCULOS A HIDRÓGENO RETOS: INFRAESTRUCTURA
Infraestructura
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41ineel.mx
Construcción de comunidades
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Recarga Sustentable
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4343
• 2018 = 5.1 millones de VE (>2 millones que en2017)
• China-Europa-EUA. Noruega lider con participación del Mercado (46%)
• 260 millones 2-ruedas y 460,000 autobuses.• 5.2 millones de cargadores p/ligeros, de estos
540,000 publicos• En 2018 VE = 58 TWh (China)
Políticas: economía del combustible/emisiones, incentivos económicos, fiscales, desarrollo de infraestructura
¿Qué viene?
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• 2040, 55% nuevos autos vendidos y 33% de la flota global seráneléctricos.
• China es el mayor mercado de VE -> 2040. • VE costos. Enganche será competitivo en 2024 (sin subsidio).• En 2029 precio de baterías alcanzarán paridad. • E-buses. Mercado que irá más rápido. • 2040 se desplazarán 7.3 MBD de combustibles fósiles en
transporte
https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/
EV Outlook 2018 - Bloomberg
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Vehículos Eléctricos: Con Baterías, a Hidrógeno ó ambasVehículos Autónomos (Sensores, Conectividad, IoT)Transporte Contratado (Uber), Compartido, Etc.
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Tendencias Tecnológicas
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By Tyler Cowen
29 de abril
de 2019 10:00 a.m. CDT
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GRACIAS