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ElectromovilidadTecnologías de alto impacto al sector energético
nacional
Ulises Cano-Castillo (D.Phil)
2ineel.mx
CONVERSEMOS
Estatus Mexicano – 2019 Transversalidad de la Electromovilidad Gasolina vs. Electricidad Electromovilidad en INEEL ¿Qué viene?
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• 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
4ineel.mx
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
5ineel.mx
GUADALAJARA31-07-2019
CD PUEBLA31-01-2019
mala calidad del aire: No exclusiva a CDMX
6ineel.mx
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
7ineel.mx
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 ($$$)• Menor dependencia energética externa (soberania)• Disminución de inversiones: transporte de energía ($$$)
8ineel.mx
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
1010
V. Eléctrico a baterías - BEV
https://afdc.energy.gov/fuels/
Eficiencia: 75-85% VE
11ineel.mx
Fondo de sustentabilidad energética
Electromovilidad en INEEL
Proyecto
12ineel.mx
región trifásica
Celdas de Combustible - PEM
Electromovilidad en INEEL
Proyecto de I&DT
13ineel.mx
Celdas de Combustible – Generador Eléctrico
Celda Generador Sistema
13
Ciencia aplicada Ingeniería
14ineel.mx
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
19ineel.mx
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)
21ineel.mx
• 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
23ineel.mx
• 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
24ineel.mx
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
2525
Requerimiento del Desempeño de Baterías de litio
Expectativa de Vida según uso:≈ 8 años (familia)≈ 5 años (taxi, etc.)
26ineel.mx
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
27ineel.mx
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
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27
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TECNOLOGÍA SOLAR DE MÉXICO S.A de C.V.
Proyecto
29ineel.mx
Proyecto
3030
Pruebas bajo estándares internacionales
31ineel.mx
Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica
Características del vehículo
ECE-15, NEDC, EUDC,HDUDDS, WLTC CLASS I, II, III.
Aplicación
3232
Requerimiento Energético y de Potencia
3333
Diseño de celdas de combustible Diseño de banco de capacitores
Diseño de banco de baterías
Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica
34ineel.mx
Vbus
driveri
Driver y Motor
cFCicBBi
cFCD_buck cBBD _boost cBBD
Dimensionamiento
Variables de salida Parámetros de operación
Diseño de E-híbridos
3535
Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica
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
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
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
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
40ineel.mx
Impacto a la red eléctrica
VEHÍCULOS A BATERÍAS RETOS: TIEMPO RECARGA, AUTONOMÍA (km)VEHÍCULOS A HIDRÓGENO RETOS: INFRAESTRUCTURA
Infraestructura
41ineel.mx
Construcción de comunidades
42ineel.mx
Recarga Sustentable
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?
44ineel.mx
• 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
45ineel.mx
Vehículos Eléctricos: Con Baterías, a Hidrógeno ó ambasVehículos Autónomos (Sensores, Conectividad, IoT)Transporte Contratado (Uber), Compartido, Etc.
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Tendencias Tecnológicas
46ineel.mx
By Tyler Cowen
29 de abril
de 2019 10:00 a.m. CDT
4747
GRACIAS