Stockage énergétique Stoccaggio energetico

04. MONOGRAPHIE THÉMATHIQUE / 04. MONOGRAFIA TEMATICA
Stockage énergétique
Stoccaggio energetico
Programme Alcotra 2007-2013 - Fonds européen de développement régionel
Programma Alcotra 2007 - 2013 - Fondo europeo di sviluppo regionale
Ce document a été financé par le programme Interreg Alcotra 2007-2013 – Fonds européen de
Développement régional. Questo documento è stato finanziato dal programma Interreg Alcotra 2007-2013 –
Fondo europeo di
sviluppo regionale
Responsable et auteurs/Responsabile e autori: Environment Park, Alexia Boulanger, Massimo Da Vià e Adil
Alaoui. Co-auteur partie française / Co-autore parte francese e revisione: Tenerrdis, Christophe Kieny et
Agence d'Etudes et de Promotion de l'Isère, Adeline Ciccolella
1ère édition / 1° edizione: octobre / ottobre 2013
Le document est disponible en format électronique sur le site www.alcotra-claire.eu
Il documento è disponibile in formato elettronico al sito www.alcotra-claire.eu
1
Index
Introduction / Introduzione ............................................................................................................... 3
Version française
1. Contexte .......................................................................................................................................... 6
1.1. Génération distribuée de l’énergie ............................................................................................... 7
1.2. Smart Grid .................................................................................................................................... 8
1.3. La valeur du stockage pour le réseau ........................................................................................... 9
2.Les technologies de stockage ........................................................................................................ 10
2.1. Stockage chimique (hydrogène) ............................................................................................... 10
2.2. Stockage électrochimique ......................................................................................................... 14
2.3 Stockage mécanique .................................................................................................................... 25
2.4. Stockage thermique .................................................................................................................... 27
2.5. Stockage électrostatique/magnétique ......................................................................................... 29
2.6. Les principaux acteurs de la recherche et de la filière Energy Storage ...................................... 32
2.7. Comparaison entre les différentes technologies ......................................................................... 33
3.Les stratégies et programmes de financement dédiés au stockage de l’énergie ...................... 36
4.Quelques acteurs des territoires Rhône-Alpes et Piémont ........................................................ 37
4.1. Rhône-Alpes............................................................................................................................... 37
4.2. Piémont ...................................................................................................................................... 39
Versione italiana ............................................................................................................................... 44
2
Introduction
Ce document a été rédigé par Environment Park avec la collaboration de Tenerrdis avec le but de fournir au
lecteur un aperçu sur le secteur de l’Energy storage en reportant les principales tendances technologiques
internationales dans la matière. Une attention particulière a été consacrée à l’illustration des principales
expériences et initiatives qui ont été récemment lancées dans le contexte de programmes européens sur la
recherche et l’innovation dans le domaine de l’Energy Storage. La quatrième et dernière partie de la
monographie est plus précisément dédiée à la présentation des réalités territoriales Rhône Alpes et
Piémont avec la description des récents projets de recherche et des acteurs (entreprises et centres de
recherche) les plus actifs sur ces territoires.
Les informations reportées dans ce document sont le fruit de l’expérience des partenaires et ont été
complétés par des éléments issus entre autres des sources suivantes :
Sites internet : www.aerel.info; www.genitronsviluppo.com; www.eni.com; www.Fualcelltoday.com;
www.electricitystorage.org;
www.energoclub.org;
webcesid1.fisica.unimi.it;
www.amsc.com;
www.torresolenergy.com; www.enel.it; http://idrogeno.assogastecnici.federchimica.it
Rapports :
• ENEA - Hydrogène énergie du futur ;
• ENEA - Étude de systèmes avancés d’accumulation d’énergie comme les super-condensateurs et les
systèmes d’accumulation mixtes ;
• ENEA - Analyse et définition de stratégies de gestion et contrôle de systèmes d’accumulation
électrique pour applications dans des réseaux de distribution actifs automatisés. Rapport 1 – Analyse
de l’état de la technique ;
• CESI RICERCA - État de la technique et comparaison technique économique des technologies
d’accumulation électrique. développement d’un système avec des super-condensateurs pour des
applications de Power Quality : expérimentation des fonctions dans un environnement de
simulation ;
• ENEA - Unité technique « Technologies avancées pour l’énergie et l’industrie » ;
• Critères pour la définition des tarifs pour l’émission des services de transmission, distribution et
mesure de l’énergie électrique pour la période 2012 – 2015 ;
• Rapport programmatique sur l’énergie – Région Piémont Direction Environnement ;
• La nouvelle stratégie énergétique nationale pour une énergie plus compétitive et durable 2012.
3
Introduzione
Questo documento è stato redatto da Environment Park con il supporto di Tenerrdis con lo scopo di fornire
al lettore una panoramica sul settore dell’Energy storage riportando le principali tendenze che in questo
momento caratterizzano le tecnologie in questo settore. Un’attenzione particolare è stata dedicata alla
descrizione delle esperienze recentemente lanciate sia nell’ambito di progetti di ricerca e sviluppo e di
dimostrazione europei. La quarta e ultima parte della monografia si concentra invece sulle due realtà
territoriali Piemonte e Rhône-Alpes con la descrizione dei progetti innovativi e dei principali attori –
imprese e centri di ricerca – di questi territori.
Le informazioni riportate nel presente documento sono frutto dell’esperienza dei partner e sono state
completate da elementi provenienti dalle fonti seguente:
Siti internet : www.aerel.info; www.genitronsviluppo.com; www.eni.com; www.Fualcelltoday.com;
www.electricitystorage.org;
www.energoclub.org;
webcesid1.fisica.unimi.it;
www.amsc.com;
www.torresolenergy.com; www.enel.it; http://idrogeno.assogastecnici.federchimica.it
Reports :
• ENEA - Idrogeno energia del futuro;
• ENEA - Studio di sistemi avanzati di accumulo di energia quali supercondensatori e sistemi di
accumulo misti (batterie + supercondensatori) E. Tironi, L. Piegari, V. Musolino. S. Grillo;
• ENEA - Analisi e definizione di strategie di gestione e controllo di sistemi di accumulo elettrico per
applicazioni in reti di distribuzione attive automatizzate Report 1 – Analisi dello stato dell’arte;
• CESI RICERCA - Stato dell’arte e confronto tecnico economico delle tecnologie di accumulo
elettrico. Sviluppo di un sistema con supercapacitori per applicazioni di Power Quality:
sperimentazione delle funzioni in ambiente di simulazione;
• ENEA - Unità Tecnica “Tecnologie Avanzate per l’Energia e l’Industria”;
• Criteri per la definizione delle tariffe per l’erogazione dei servizi di trasmissione, distribuzione e
misura dell’energia elettrica per il periodo 2012 – 2015;
• Relazione programmatica sull’energia- Regione Piemonte Direzione Ambiente;
• La nuova strategia energetica nazionale per un’energia più competitiva e sostenibile 2012.
4
Version française
5
1. Contexte
Un des problèmes des systèmes énergétiques est la façon de satisfaire la demande et l’offre d’énergie. En ce
qui concerne les édifices et les secteurs industriels, la modification de la demande a lieu sur différents cycles,
ainsi les utility doivent produire une quantité d’énergie supérieure à la demande à tout moment, afin de
garantir la fourniture d’énergie et d’avoir une marge de sécurité suffisante. En outre, les installations de
production d’énergie ne réagissent pas convenablement aux changements de chargement du réseau, c’est
pourquoi, on considère une marge de sécurité supérieure à certaines périodes.
De même, la production d’énergie dérivant de sources renouvelables a souvent une évolution variable dans le
temps, en effet, on peut avoir des moments où il existe une production de grandes quantités d’énergie et
ensuite une nette chute. À partir du moment où ces irrégularités ne sont pas la conséquence directe d’une
augmentation de la demande, mais sont bien associées à des variations desdites sources d’énergie, il est
nécessaire d’avoir un système qui puisse résoudre ces inconvénients.
Tandis que nous observons en effet la transition vers les sources d’énergie renouvelables, nous sommes face
à une série de problématiques non indifférentes et une des principales concerne justement le stockage de
l’énergie en surplus. Actuellement, la demande d’énergie électrique reste déséquilibrée avec la fourniture
d’énergie générée par des sources renouvelables, puisque bon nombre d’entre elles dépendent des conditions
atmosphériques. Ces limitations nécessitent le stockage d’énergie en surplus si possible, mais souvent, cette
phase a encore des coûts très élevés. Les accumulateurs créés jusqu’à ce jour sont composés de matériaux
rares et coûteux, comme le soufre fondu et les métaux liquides et d’autres technologies, en rendant le prix
encore trop élevé pour la commercialisation à grande échelle.
6
1.1. Génération distribuée de l’énergie
Le panorama énergétique global voit la présence d’un nombre limité d’industries qui concentrent la
production électrique dans des méga-centrales à combustibles fossiles et nucléaires. L’électricité produite est
introduite dans de grandes dorsales à haute tension, dont partent les réseaux qui arrivent jusqu’aux
habitations, industries, villes. Cette infrastructure complexe et coûteuse, qui a une incidence significative sur
le prix final de l’énergie, présente une certaine rigidité : en effet, le flux d’électricité voyage d’une manière
unidirectionnelle, du lieu de production au lieu de consommation. Dans ce contexte, l’utilisateur final qui
utilise de l’énergie revêt le rôle passif de simple « consommateur » d’énergie.
Figure 1-1: Schéma de la génération centralisée
Une solution à ce problème est la génération distribuée. Elle représente une modalité différente de penser et
de gérer le réseau électrique, basée non plus (ou pas seulement) sur de grandes centrales raccordées à des
réseaux étendus de poteaux, mais bien sur des unités de production (champs d’éoliennes, photovoltaïques,
centrales à biomasse, co-générateurs) de petites et moyennes dimensions, réparties de manière homogène sur
le territoire et raccordées directement aux utilisateurs ou de toute façon à des réseaux à basse tension.
Les avantages offerts par un système de ce type sont :
1. Un plus grand rendement: généralement, une centrale de moyenne dimension atteint un rendement de
80%, tandis qu’une centrale de grandes dimensions peut atteindre au maximum 35%.
2. Une diminution des déperditions pendant le transport : en moyen, aujourd’hui, environ 10% de l’énergie
produite se perd dans le transport le long du réseau. En approchant la production des utilisateurs, on
diminue les pertes.
3. La possibilité de produire une quantité d’énergie plus proche des besoins de la population desservie.
4. Moins d’émissions de CO2.
5. Un coût de l’énergie inférieur à la charge de l’utilisateur : voir les points 1) et 2).
6. Plus grande fiabilité du réseau : avoir différentes sources d’énergie permet d’éviter des interruptions si
l’une d’elles arrête de produire pour quelque raison que ce soit1.
1
www.aerel.info
7
Figure 1-2: Schéma de la génération distribuée
1.2. Smart Grid
Dans ce contexte de génération distribuée, le réseau n’est plus vu comme un conteneur passif mais comme
un moyen intelligent en mesure de distinguer et de gérer les flux en entrée et en sortie. Les réseaux
intelligents (Smart Grid) sont donc un système optimisé de transport d’énergie qui permet de la distribuer
sans créer ni déficit, ni surplus. Cela signifie créer une infrastructure ICT près du réseau électrique, qui mette
en communication les centrales d’autoproduction sur le réseau de distribution avec les centrales électriques
de grande puissance, en échangeant avec elles des informations sur l’énergie produite et en réglant en
conséquence son dispatching. Ces réseaux sont réglés par des logiciels de gestion ad hoc qui réalisent un
contrôle de l’information grâce également à des instruments de surveillance intelligents, en gardant une trace
de tout le flux électrique dans le système. Cette caractéristique est fondamentalement importante quand on a
affaire aux sources renouvelables, puisqu’elles ont un caractère variable dans le temps. En outre, à travers
une Smart Grid, il est également possible de contrôler à distance l’utilisation d’énergie par le consommateur,
en évitant ainsi des déperditions inutiles2.
Figure 1-3: Structure d’une Smart Grid
2
www.genitronsviluppo.com
8
1.3. La valeur du stockage pour le réseau
On peut différencier les valeurs apportées au système électrique par le stockage en « valeur pour l’équilibre
production-consommation » et « valeur pour la gestion du réseau de transport ou de distribution ».
Le stockage est très bien adapté pour garantir la continuité et la qualité de la distribution. On parle de
fonctions de lissage de charge, de mécanisme d’ajustement, de réglage secondaire et primaire de fréquence,
d’inertie virtuelle.
Le stockage est également une bonne solution pour les fonctions de réglage à longue et à courte échéance,
comme par exemple dans le cas du stockage hydro-électrique (pompage nocturne ou a longue durée) ou le
stockage du PV à niveau bâtiment pour garantir la continuité de distribution pendant la nuit (courte durée).
Si le stockage est bien placé dans le réseau électrique, il peut être utilisé pour gérer les flux de puissance dans
le réseau et, ainsi, pour éviter des surcharges locales.
Actuellement, l’utilisation du stockage pour le seul usage du gestionnaire de réseau (réglage de la
distribution) n’est généralement pas rentable.
Des expérimentations sont en cours pour évaluer les potentiels avantages du stockage pour plusieurs acteurs
du marché de l’énergie.
En particulier ces activités concernent le couplage du stockage aux installations PV dans des zones
pavillonnaires. Dans ce cas on prévoit de mieux adapter la production à la consommation et d’éviter les
surcharges du réseau lors des périodes pointes de consommations et de celles de pointes de productions.
D’autres expériences ont pour objectif d’expérimenter le couplage de la production PV sur les bâtiments
avec le stockage de l’énergie dans des véhicules électriques et, vice versa, alimenter le réseau avec l’énergie
stockée dans les véhicules lors des périodes de faible production du PV.
On peut également citer les usages du stockage hors réseau, ou en réseau isolé. Cette situation peut se
produire dans les zones isolées ou le réseau n’est pas développé, mais également en cas de défaillance
temporaire du réseau.
9
2. Les technologies de stockage
L’intermittence de l’énergie renouvelable doit être stabilisée par le biais du stockage d’énergie produit en
surplus et de sa distribution en réseau quand cela est requis. Actuellement, la capacité supérieure de stockage
de l’énergie est effectuée par les systèmes de pompage hydro-électriques (99%), tandis que les autres
technologies
(systèmes
chimiques,
électrochimiques,
mécaniques,
thermiques
et
électrostatiques/magnétiques) jouent encore un rôle encore marginal.
Figure 2-1 : méthodes de stockage de l’énergie électrique
2.1. Stockage chimique (hydrogène)
Le stockage de l’hydrogène peut se faire de différentes façons :
Hydrogène comprimé: c’est la technologie la plus connue et elle consiste dans le stockage sous pression en
bouteilles construites avec des aciers spéciaux avec des pressions d’exploitation de 200 à 250 bars. Le plus
grand inconvénient de la compression est la faible densité énergétique par unité de volume. Plus récemment,
la recherche a mis au point des conteneurs en matériaux partiellement ou totalement composites (fibres de
carbone) qui puissent atteindre des pressions de stockage de l’ordre de 700 bars, en permettant le stockage de
quantités supérieures de gaz.
Hydrogène liquide: Pour palier la nécessité d’utiliser de grands conteneurs, on peut recourir à l’hydrogène
liquide, mais cette méthode présente également des difficultés : l’hydrogène devient liquide à -253 degrés
centigrades et, pour le maintenir dans cet état, il faut des réservoirs spéciaux. En outre, le processus de
liquéfaction nécessite beaucoup d’énergie, jusqu’à 30% de l’énergie contenue dans l’hydrogène liquide
produit, contre une valeur comprise entre 4% et 7% pour l’hydrogène comprimé.
Hydrures métalliques: ce sont des composés solides qui se forment grâce à la diffusion de l’hydrogène dans
le treillis cristallin du métal, en allant occuper l’espace inter-ionique. Pour obtenir cette diffusion,
l’hydrogène a des pressions relativement basses (entre 25 et 100 bars).
Cette technologie permet d’atteindre des densités énergétiques potentiellement supérieures de l’hydrogène
comprimé et comparables à celles de l’hydrogène liquide. Le volume de stockage pourrait être réduit de 3-4
fois, en rendant possible l’utilisation dans les voitures, tandis que l’énergie spécifique varie en fonction du
métal de base utilisé. Les avantages sont les suivants : commodité économique, encombrement réduit,
stabilité du stockage et sécurité due aux basses pressions.
10
Hydrures chimiques : une méthode de stockage valable pour des temps de conservation très longs
(supérieurs à 100 jours) est celle basée sur la réaction réversible d’hydrogénation du toluène, qui conduit à la
formation de méthyl-cyclohexane à température et pression ambiante. L’hydrogénation a lieu à 500 degrés
centigrades et consomme environ 18% de l’hydrogène emmagasiné. Le toluène et le méthyl-cyclohexane
sont des composés très connus, comme leurs techniques pour leur transport et leur emmagasinage. Les coûts
sont élevés à cause de l’exigence d’utiliser des moyens spéciaux pour le transport des composés chimiques.
Nanostructures de carbone : les nanotubes sont des ensembles d’atomes de carbone ayant des formes
allongées et des diamètres de quelques microns qui absorbent l’hydrogène à la température ambiante. Les
nanofibres sont des microstructures constituées de matériaux tirés de la décomposition de mélanges
contenant des hydrocarbures et peuvent absorber des quantités élevées de gaz facilement. Dans la phase
d’accumulation de l’hydrogène, une pression de 100 bars est nécessaire, pour l’extraire de 40 bars. Ces
caractéristiques font des nanostructures des structures idéales pour les véhicules, mais le développement est
encore en phase expérimentale.
Microbilles de cristal : une autre méthode de stockage pour l’hydrogène est constituée de microbilles en
cristal de diamètre 30-150 µm ayant une épaisseur de la croûte superficielle d’1 micron. Elles sont donc très
faciles à transporter, surtout dans le cas de véhicule, puisqu’elles ont la consistance de la poudre.
Initialement, elles sont vides et sont ensuite chargées en faisant absorber l’hydrogène à travers la surface de
la bille qui devient perméable à une température de 200-400 °C. En phase de chargement, l’hydrogène doit
être à haute pression. La charge se termine quand le gradient de pression est épuisé entre l’intérieur de la
bille et l’extérieur. La phase de relâchement exige que les billes soient chauffées pour délivrer l’hydrogène
qu’elles contiennent3.
Figure 2-2: Méthodes de stockage de l’hydrogène
3
ENEA Hydrogène énergie du futur
11
Projets en cours de stockage avec l’hydrogène
En Europe, deux projets en cours démontrent que l’intégration entre hydrogène et énergies renouvelables est
en mesure de réduire les émissions de CO2 et de garantir des avantages supplémentaires.
Le premier projet est représenté par une centrale électrique hybride éolienne-hydrogène dans le centre de
Schenkenberg, près de Prenzlau – Allemagne, inaugurée en 2011, dans le but d’utiliser l’électricité produite
pour contribuer à la dé-carbonisation du système ferroviaire. Il s’agit d’une installation éolienne qui génère
de l’énergie qui est ensuite stockée sous forme d’hydrogène par le biais d’une installation d’électrolyse
d’eau.
L’énergie ainsi stockée est utilisée de différentes façons :
L’hydrogène va alimenter une installation de cogénération énergétique, qui, avec le biogaz des
déchets, introduit de l’énergie dans le réseau quand le vent commence à manquer. La chaleur est par
contre introduite dans un réseau de téléchauffage, en augmentant le rendement global de la centrale
hybride.
L’hydrogène est utilisé également comme combustible par les stations de ravitaillement d’hydrogène
TOTAL à Berlin et Hambourg, pour soutenir les flottes de véhicules à cellules à combustible. Avec
0,5 MWH d’énergie produite par les aubes éoliennes de Schenkenberg, on arrive à la formation de
12 kg d’hydrogène, ce qui permet aux véhicules de parcourir environ 1.200 km.
L’aéroport Berlin Brandenburg (BER) est également intéressé par l’utilisation d’hydrogène pour
alimenter sa flotte de véhicules.
Figure 2-3 : Centrale électrique hybride éolienne-hydrogène Allemagne
Le projet Myrte, développé en Corse, vise à combiner l’énergie solaire avec des électrolyseurs, systèmes de
stockage d’hydrogène et cellules à combustible. Ont collaboré au projet, le CEA (Commission française sur
les énergies alternatives et le nucléaire), la société énergétique AREVA et
12
l’Université de Corse. L’installation de 560 kW de puissance photovoltaïque a été reliée au réseau électrique
Corse depuis décembre 2011. Le système fournit de l’énergie électrique pendant le jour mais, grâce aux
électrolyseurs et au système de stockage d’hydrogène, l’électricité en surplus peut être emmagasinée et
restituée si nécessaire en utilisant des cellules à combustible4.
Figure 2-4: Centrale hybride solaire-hydrogène Corse
Autres projets
Le tableau ci-dessous indique une description récapitulative des projets de recherche, acceptés et lancés, pour
le secteur de l’hydrogène et des cellules à combustible dans le cadre du VIIème Programme cadre (FP7).
Acronyme
Titre
Date début/fin
MATCON
Materials and interfaces for energy conversion and storages
HYCOMP
Enhanced Design Requirements and Testing Procedures for Composite
Cylinders intended for the Safe Storage of Hydrogen
Integrated hydrogen power packs for portable and other autonomous
applications
HYPER
EDEN
HYUNDER
GRAPHENE
2DMATER
High energy density Mg-Based metal hydrides storage system
Assessment of the potential, the actors and relevant business cases for
large scale and seasonal storage of renewable electricity by hydrogen
underground storage in Europe
Graphene Ribbon-based Nanomaterials for Electrochemical Energy
Conversion and Storage
Controlled Synthesis of Two-Dimensional Nanomaterials for Energy
Storage and Conversion
15-12-2009 to
14-12-2013
01-01-2011 to
31-12-2013
03-09-2012 to
02-09-2015
01-10-2012 to
30-09-2015
18-06-2012 to
17-14-2014
07-06-2012 to
06-06-2014
01-09-2012 to
31-08-2017
Tableau 2.1- Projets R&D du FP7 pour l’hydrogène et les cellules à combustible
4
www.fuelcelltoday.com
13
2.2. Stockage électrochimique
Les accumulateurs électrochimiques, connus également sous le nom de batteries, constituent la technologie
la plus conventionnelle pour l’accumulation d’énergie électrique. Ils emmagasinent l’énergie électrique sous
forme électrochimique, et sont caractérisés par des réactions de conversion totalement réversibles. Leur
fonctionnement, tant en phase de chargement qu’en phase de déchargement est lié à des réactions
électrochimiques d’oxydoréduction5. Selon la paire d’électrodes, le type d’électrolyte et les caractéristiques
de construction, on a différents types d’accumulations, chacun d’eux présentant des caractéristiques
différentes. Les problèmes majeurs de cette technologie sont représentés par le coût d’investissement et par
les problèmes de fiabilité et de sécurité.
Dans le tableau suivant, est présentée une comparaison entre les principaux couples électrochimiques
relativement à leurs caractéristiques les plus importantes.
Tableau 2.2 – Comparaison entre les différents couples électrochimiques
5
www.electricitystorage.org
14
Batteries Plomb-Acide (Lead-Acid)
Ce sont les batteries les plus disponibles d’un point de vue commercial et techniquement consolidées tant
pour des applications de traction que stationnaires et/ou portatives. Différentes batteries au plomb acide ont
été étudiées expressément pour des applications de mobilité; en particulier, différents matériaux ont été
étudiés et conçus afin d’augmenter la superficie des électrodes, comme l’utilisation de fibres de verre
renforcées avec des grilles de plomb et des bouches de métal minces. Différentes méthodes ont en outre été
étudiées aptes à garantir une charge rapide efficace dans des temps inférieurs à une heure.
Bien que ces batteries soient limitées en termes de densité d’énergie, elles sont encore la solution la plus
facile à appliquer tant en termes de disponibilité et de coût qu’en termes de stabilité du système, en cas de
connexion de différentes cellules en configuration série/parallèle sans que des systèmes de contrôle et de
gestion particuliers soient nécessaires (BMS – Battery Management System)6.
Avantages :
coût réduit.
principe simple.
la tension est directement proportionnelle à l’état de charge.
« régénération » par le biais de l’eau distillée.
Possibilité de recharge partielle (biberonnage) avec des batteries au Pbricombinato.
Inconvénients :
densité énergétique réduite (30 Wh/Kg).
poids élevé.
des décharges totales peuvent signifier la mort de la batterie (il faut toujours au minimum 20-30% de
charge).
sensibilité aux excursions thermiques.
charge rapide exclue.
contient du plomb (mise au rebut problématique)7.
Figure 2-5 : 1MW/1.5MWh Lead-Acid System at Metlakalta, Alaska
6
ENEA Étude de systèmes avancés d’accumulation d’énergie comme les super-condensateurs et les systèmes
d’accumulation mixtes (batteries + super-condensateurs).
7
www.energoclub.org
15
Batteries Plomb-Acide avancées (Advanced Lead-Acid Batteries)
Ce sont des batteries qui améliorent la technologie des batteries plomb-acide classiques, grâce à l’innovation
des matériaux qui a permis d’améliorer le cycle de vie et la durée. Elles en sont encore aux premières phases
de réalisation et leur utilisation est destinée à l’intégration éolienne et photovoltaïque, au réglage de
fréquence et à la traction. Elles présentent encore peu d’avantages par rapport aux batteries au plomb acide
traditionnelles.
Figure 2-6 : 1.5MW/1MWh Advanced Lead Acid by Xtreme Power
Batteries Nickel-Cadmium (Ni-Cd)
Les batteries Nickel-Cadmium offrent une plus grande densité de puissance et d’énergie, une moindre
maintenance, une gamme de température de fonctionnement étendue, de longs cycles de vie, et une recharge
rapide par rapport aux batteries traditionnelles au plomb-acide. Ces meilleures prestations devraient
rembourser en principe leur coût d’investissement supérieur. Une évolution de ces batteries est en cours, où
l’utilisation de nouvelles électrodes comme des plastiques alliés et des électrodes spongieuses promettent de
réduire les coûts et d’en augmenter les performances.
Figure 2-7 : Batterie Ni/Cd de Fairbanks, Alaska
Avantages :
coût/performances au niveau compétitif.
insensible aux décharges totales.
résiste jusqu’à 1000 cycles de charge.
tension constante pour des délais prolongés ; ensuite, toutefois, chute drastique.
16
Inconvénients
effet mémoire (cycles de recharge incomplets influencent – négativement – le rendement de la batterie).
décharge totale avant chaque recharge.
très sensible aux basses températures (à éviter les températures inférieures à -5°C).
tend à se décharger même si elle n’est pas utilisée.
contient du cadmium (mise au rebut problématique)8.
Batteries Nickel-hydrures (Ni-MH)
L’évolution, à égalité de coûts de production, vers les batteries Nickel-Métaux hydratés a permis d’éliminer
l’utilisation du cadmium (et donc des problèmes environnementaux qui y sont liés) et d’augmenter les
performances en termes de densité d’énergie (environ le double par rapport aux traditionnelles NickelCadmium). Par contre, ces batteries présentent des chutes supérieures de tension aux bornes à intensités
élevées et la nécessité d’un circuit BMS plus sophistiqué afin de prévenir la surcharge et la surchauffe des
cellules.
Avantages
peu sujette à l’effet mémoire (possibilité de biberonnage et donc d’accumulation d’énergie produite, par
ex, en phase de décélération et de freinage).
haute densité énergétique (énergie par unité de masse).
résiste jusqu’à 1000 cycles de charge.
écologiquement acceptable.
peu sensible aux décharges totales.
tension constante pour des délais prolongés ; ensuite toutefois chute drastique.
Inconvénients :
coût relativement élevé.
tend à se décharger même si elle n’est pas utilisée.
très sensible aux basses températures.
nécessite un chargeur particulier8.
Exemples d’application des batteries nickel-métaux hydratés en traction sont les véhicules hybrides Toyota
Prius et Honda Insight.
Figure 2-8 : Honda Insight et Toyota Prius dotés de batteries nickel-hydrures
Batteries sodium/soufre (Na-S)
Le point fort de cette technologie est l’énergie spécifique beaucoup plus élevée que celle des accumulateurs
avec électrolyte aqueux (environ quatre fois celle d’un accumulateur au plomb). C’est pourquoi elle a vu, à
partir des années 70, une importante activité de recherche et développement principalement pour des
applications sur véhicules électriques. Le développement de la cellule sodium/soufre a débuté par l’ABB et a
été repris par la suite par la japonaise NGK, qui a apporté différentes modifications pour réduire le degré de
dangerosité, en arrivant à la commercialisation de la batterie à partir de 2002. NGK produit des cellules
17
sodium/soufre utilisées exclusivement dans des modules à haute puissance pour des applications dans la
distribution d’énergie électrique (powerquality, load-levelling, peak-shaving) et différentes installations de
grosses dimensions sont déjà présentes aux Etats-Unis et au Japon.
Du point de vue de la construction, cette batterie présente des caractéristiques très différentes de celles des
accumulateurs traditionnels, en effet, les deux électrodes sont à l’état fondu et sont séparées par le séparateur
en céramique (bêta-alumine) qui permet le passage ionique et exerce les fonctions de l’électrolyte. La
réponse dynamique de la cellule sodium/soufre est très rapide et rend la batterie particulièrement adaptée aux
applications de Power Quality.
Un des aspects les plus intéressants de la cellule sodium/soufre est le rendement ampérométrique
pratiquement unitaire, grâce à l’absence de réactions parasites. Les autres points avantageux de la cellule
sodium/soufre sont l’absence d’autodécharge, grâce au fait que l’électrolyte solide est un parfait isolant
électronique, et le fait que la capacité de la cellule est indépendante du régime de décharge et de la
température8.
Figure 2-9: NYPA 1.2-MW/7.2-MWh Sodium-Sulfur Battery Facility
Figure 2-10: AEP Distribution Substation with Sodium-Sulfur Unit
8
ENEA Analyse et définition de stratégies de gestion et contrôle de systèmes d’accumulation électrique pour
applications dans des réseaux de distribution actifs automatisés Rapport 1 – Analyse de l’état de la technique.
18
Sodium/chlorure de nickel (Z.E.B.R.A.) (Ni-NaCl)
La batterie ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activity) est, du point de vue des performances,
sensiblement similaires à celle sodium/soufre mais elle est intrinsèquement plus sûre. C’est pourquoi la
batterie sodium/soufre est actuellement conçue et employée dans des applications fixes, généralement de
grandes dimensions (peak-shaving, load-levelling), où il n’y a pas de risques de crash de type mécanique,
tandis que la batterie ZEBRA est actuellement utilisée essentiellement dans la traction électrique routière et
on la teste pour des applications fixes.
Dans la batterie ZEBRA, les deux électrodes se trouvent à l’état fondu et sont divisées par un séparateur en
matériau céramique, la β-alumine, qui permet le passage ionique.
L’électrode positive est constituée de chlorure de nickel et se trouve immergé dans un électrolyte liquide
constitué d’une solution de tétrachlorure-aluminate de sodium (par rapport auquel il est naturellement
insoluble), tandis que l’électrode négative est constituée de sodium.
La batterie ZEBRA a des performances très similaires à celles de la batterie sodium/soufre. Les modules
disponibles dans le commerce, qui comprennent donc le système de chauffage, calorifugeage et BMI
(Battery Management Interface), ont une énergie spécifique de 100-130 Wh/kg (correspondant à une densité
d’énergie de 160–190 Wh/l) et une puissance spécifique de 160–190 W/kg (environ 260-290 W/l). Le
rendement énergétique de la batterie est très élevé, avec des valeurs autour de 80–93% selon le cycle de
travail9.
Avantages :
particulièrement rentable
bonnes prestations (plus de 1000 cycles de charge/décharge et excellent rapport poids/puissance)
matériaux non toxiques
Inconvénients
nécessite une température de fonctionnement d’environ 260°C
se décharge totalement en environ 5-8 jours (consommation d’énergie pour maintenir la température)8.
Figure 2-11: Coupe d’un
paquet de cellules NaNiCl
et batteries de type Z5-556ML3C
Figure 2-12: Batterie ZEBRA FIAMM SoNick
19
Batteries au lithium
Ce sont peut-être les batteries les plus prometteuses tant du point de vue scientifique que commercial. Le
marché est en expansion, en effet, au cours des dernières années, il a connu un développement très rapide,
poussé en partie par la possibilité d’utilisation pour l’alimentation des véhicules électriques et qui
maintenant, trouve ses premières applications également dans le domaine stationnaire.
Les batteries au lithium peuvent être divisées en trois catégories. Les plus répandues et techniquement
matures sont les batteries aux ions lithium avec électrolyte liquide (communément appelées lithium-ions).
Dans le commerce, on trouve communément des batteries lithium-ions de petite taille (de fractions d’Ag à
une dizaine d’Ah) qui sont devenues le standard indiscuté pour l’alimentation de petits appareils
électroménagers portables (téléphones mobiles, cordless, laptop, etc) tandis que les cellules de taille
supérieure sont produites de façon limitée et pour des applications spécifiques. Près de celles-ci se diffusent
aujourd’hui également les cellules lithium-ions-polymères, qui ont un électrolyte solide de type polymère et
présentent des risques moindres en termes de sécurité. Le troisième type est constitué des cellules lithium
métal-polymères, où le lithium est sous forme métallique, à l’état liquide, qui ont toutefois un développement
limité car elles présentent davantage de problèmes de sécurité et pour le moment, elles ne sont pas
disponibles dans le commerce9.
Avantages :
haute densité énergétique (énergie par unité de masse : 150 Wh/kg ).
poids réduit.
très longue durée de vie.
temps de recharge totale courts (environ 3h).
non sensible aux excursions thermiques.
matériaux non toxiques.
possibilité de recharges partielles (biberonnage).
Inconvénients :
coût élevé ( 400-600 € kW).
nécessite un chargeur particulier.
dommages possibles à la batterie suite à des décharges totales8.
Figure 2-13: Packs de batteries au lithium avec électrolyte liquide et polymère
La recherche dans le secteur des cellules au lithium est très active, en particulier dans les dernières années, et
se propose l’amélioration et le développement de nouveaux matériaux d’électrode et électroniques,
l’amélioration des prestations, de la durée de vie attendue et de la fiabilité. Parmi les différents objectifs, il
existe également l’augmentation des capacités des cellules ; pour le moment, en effet, le gros de la
production des batteries au lithium est absorbé par le marché de l’électronique de consommation et les
cellules produites sont de taille limitée (au maximum quelques Ah), mais la perspective de développement et
20
d’emploi des cellules pour la propulsion des véhicules électriques et dans le système électrique a porté
certains producteurs à développer des cellules de taille moyenne grande (de l’ordre de la dizaine d’Ah).
Un exemple d’application de batteries lithium-ion dans le stationnaire est un Static Var Compensator
développé par ABB en collaboration avec SAFT batteries. Le système a une puissance maximale de 600
kW et exerce des fonctions de contrôle actif de la tension et de la puissance de réseau et atténue les
variations rapides de la charge et de la génération. Le système est équipé avec 8 modules en série de cellules
au lithium ions, chacun de 646V/41Ah.
Figure 2-14 : StaticVar Compensator avec batteries au lithium-ions
Un exemple d’application des batteries lithium-ions en accouplement à des sources renouvelables est fourni
par le système développé par Mitsubishi Heavy Industries et par Kyushu Electric Power Co, en
collaboration avec le New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Aux États Unis, AES corporation a réalisé un système prototype comprenant une batterie réalisée avec des
modules de cellules lithium-ions avec anode au titanate de lithium d’Altairnano, dimensionnée pour
satisfaire une charge de 1 MW pendant 15 minutes (250 kWh), intégrée avec un convertisseur électronique et
un système de contrôle, le tout installé dans un récipient pour en faciliter le transport. Le système a été conçu
pour être utilisé pour le réglage de la fréquence et pour compenser les fluctuations de la puissance en
présence de générateurs éoliens.
Deux systèmes, pour une capacité
globale de 500 kWh, ont été installés
et soumis à expérimentation dans
une sous-station appartenant à
Indianapolis Power&Light (IPL).
Figure 2-15: 1MW/250KWh batterie LiIon transportable d’Altairnano
21
Batteries Zinc-Brome (Zn-Br)
La batterie zinc/brome est une technologie avancée développée pour travailler, généralement, aux régimes de
décharge compris entre 2 et 10 heures, dans des applications de grosse taille comme le load-levelling. Cette
technologie combine la flexibilité caractéristique des accumulateurs à flux d’électrolyte et la densité élevée
d’énergie et le coût relativement contenu des technologies à base de zinc. Le développement de cette
technologie est dans les premières phases de commercialisation avec des systèmes prototypes de quelques
dizaines à quelques centaines de kilowattheure. Un schéma simplifié de la batterie zinc-chrome à quatre
cellules est indiqué sur la figure ci-dessous9.
Figure 2-16: Schéma batterie Zn-Br
Le système d’accumulation zinc/brome n’est pas encore arrivé à la maturité technologique et commerciale.
Pour le moment, il est produit et installé par quelques producteurs, parmi lesquels ZBB, qui produit le
module F25000 et Premium Power, qui produit également un module standard dénommé Zinc-Flow 45, de
30 kW – 45 kWh.
Figure 2-17: Module standard premium power Zinc-flow 45
Batteries aux sels de vanadium
Les batteries aux sels de vanadium également appelées VRB, l’acronyme de « Vanadium Redox Battery »,
ont été utilisées initialement comme des systèmes d’urgence et ensuite pour des applications d’accumulation
fixes (systèmes d’accumulation couplés à des générateurs à source renouvelables pour les zones distantes),
comme système pour le nivellement de la charge journalière en réseau et pour les véhicules électriques.
9
CESI RICERCA État de la technique et comparaison technique économique des technologies d’accumulation
électrique. développement d’un système avec des super-condensateurs pour des applications de Power Quality :
expérimentation des fonctions dans un environnement de simulation.
22
Figure 2-18 : Schéma batterie aux sels de vanadium
Avantages :
nombre indéfini de cycles de charge/décharge de la batterie.
rendement élevé (supérieur à 85% du rendement total).
charge facile et rapide de la batterie par simple remplacement de l’électrolyte.
durée de vie pratiquement illimitée (supérieure à 20 ans).
entretien quasiment inexistant.
facilité de surveillance de l’état de charge des cellules.
coût par kWh en baisse lors de l’augmentation de la capacité de stockage.
amélioration, du point de vue coûts/kWh, des coûts d’entretien, de durée vis-à-vis de la traditionnelle
batterie au plomb.
Elles sont parmi les batteries les plus prometteuses en phase de Recherche et Développement avancée,
surtout pour les systèmes de grande capacité, elles n’ont pas les inconvénients évidents par rapport à d’autres
systèmes chimiques d’accumulation8.
Les composants fondamentaux d’une batterie VRB sont le stack, constitué d’un nombre déterminé de
cellules élémentaires électriquement raccordées en série, les deux réservoirs contenant le catholyte
(V5+/V4+) et l’anolyte (V3+/V2+), les pompes et le circuit hydraulique nécessaires pour la circulation de
l’électrolyte. Généralement, la batterie est intégrée dans un système qui comprend également un
convertisseur électronique DC/AC, un système de contrôle et un système de refroidissement.
Figure 2-19 : Stack et réservoir de la batterie VRB SUMITOMO de 45 KW-90 KWh installée au CESI RICERCA
23
Nous indiquons ci-après les projets de Recherche et Développement du FP7 en ce qui concerne les batteries
électrochimiques.
Acronyme
Titre
Date début/fin
NANOTUBE
ENERGY
Carbon nanotube structures as innovative electrode materials for
more efficient energy storage devices
01-04-2010 to 3103-2014
SMARTBATT
Smart and Safe Integration of Batteries in Electric Vehicles
POWERWEAVE
LISSEN
Development of Textiles for Electrical Energy Generation and
Storage
High density energy storage materials (coordinator Queen Mary and
Westfield college, university of London)
High density energy storage materials (coordinator Xi’an Jiaotong
University)
New nanosized metal oxy-FLUOrides: tailored SYNthesis and
Energy Storage
Energy Storage with lowered cost and improved Safety and
Reliability for electrical vehicles
Advanced, High Performance, Polymer Lithium Batteries for
Electrochemical Storage
Lithium Sulfur Superbattery Exploitating Nanotechnology
HIPERBAT
Hunting for high performance energy storage in batteries
LABOHR
Lithium-Air Batteries with split Oxygen Harvesting and Redox
processes
STable high-capacity lithium-Air Batteries with Long cycle life for
Electric cars
High energy lithium-ion storage solutions
01-01-2011 to 3112-2012
01-06-2012 to 3011- 2015
28-11-2011 to 2711- 2013
15-11-2013 to 1411- 2014
01-09-2012 to 3108-2016
01-05-2011 to 0403-2014
01-06-2011 to 3105- 2014
01-09-2012 to
31-08-2015
01-01-2013 to 3112-2017
01-04-2011 to
31-03-2014
01-09-2012 to
31-08-2015
01-11-2009 to
31-10-2012
01-10-2012 to 3009-2016
HIDSOM
HIDSOM
FLUOSYNES
ESTRELIA
APPLES
STABLE
HELIOS
Advanced European lithium sulphur cells for automotive applications
EUROLIS
Non disponible
NECOBAUT
Mechanics of Energy Storage Materials: Swelling and Fracturing in
Lithium ion Batteries electrodes during Charging/Discharging
Cycles.
New Concept of Metal-Air Battery for Automotive Application based
on Advanced Nanomaterials
POWAIR
Zinc-Air flow batteries for electrical power distribution networks.
22-11-2010 to
21-11-2014
LISF
Tableau 2.3- Projets R&D du FP7 pour les accumulateurs électrochimiques
24
01-10-2012 to
30-09-2015
2.3 Stockage mécanique
Pompage hydroélectrique (PHS-Pumped Hydroelectric Storage)
Il s’agit d’installations électriques à bassin, dotées de turbines « réversibles » (elles permettent le flux
bidirectionnel de l’eau, donc pas seulement en chute mais également en remontée), qui, en cas d’excès de
production électrique et pendant les périodes de basse charge (prix), permettent au fluide de remonter au
bassin en amont (pompage) pour être ensuite réutilisé pour la production suivante. Bien que cette technologie
soit caractérisée par un coût relativement bas (5-100 $/KWH) par rapport aux autres technologies, la
faisabilité est subordonnée à la possibilité de réaliser des bassins artificiels ou d’exploiter des bassins
naturels.
Figure 2-20 : Schéma du pompage hydro-électrique
Figure 2-21 : distribution internationale de l’accumulation hydro-électrique
25
Air comprimé (CAES-Compressed Air Energy Storage)
Le principe de fonctionnement prévoit la compression de l’air et le stockage successif à l’intérieur d’un
réservoir (naturel ou artificiel) ; l’air comprimé est ensuite chauffé et dilaté à l’intérieur d’une turbine à gaz
reliée à un générateur.
La compression et le stockage successif de l’air ont lieu pendant les heures de faible charge (prix),
inversement quand il est nécessaire de produire de l’énergie électrique pour couvrir les pics de demande, l’air
accumulé est dilatée dans une chambre de combustion où il agit comme un comburant du carburant (gaz
naturel), pour ensuite se dilater à l’intérieur d’une turbine qui actionne un générateur.
Ce sont des systèmes caractérisés par un coût relativement bas par rapport aux autres technologies (2-120
$/KWH) et en particulier par rapport aux batteries.
Ils présentent des problèmes réduits par rapport aux pompages hydro-électriques : on peut faire face à
l’éventuelle impossibilité d’exploiter des réservoirs naturels par la réalisation de réservoirs artificiels, à des
coûts réduits par rapport au pompage hydro-électrique.
Figure 2-22 : Schéma d’une installation à air comprimé
Figure 2-23: Installation CAES à Mcintosh Alabama
Volant (flywheel)
L’accumulation d’énergie électrique a lieu par la traduction de celle-ci en énergie cinétique rotative. Elle
consiste en un rotor à suspension magnétique, connecté à un moteur électrique, situé à l’intérieur d’une
chambre à vide qui en réduit le frottement. L’énergie est chargée et déchargée par le biais du moteur
électrique qui augmente la vitesse de rotation en fournissant de l’énergie électrique et inversement, elle
« extrait » de l’énergie électrique en en ralentissant la rotation. Il s’agit de systèmes encore en phase
d’expérimentation.
Avantages (par rapport aux batteries chimiques traditionnelles) :
Moindre poids à égalité d’énergie accumulée.
Plus grand rendement (très basses pertes thermiques).
Absence de composants chimiques dangereux.
Plus grande durée (ne ressent pas les cycles de charge/décharge).
Aucun dommage en cas de décharge intense.
Rechargeable rapidement.
26
Dimensions adaptables aux applications.
Ne nécessite aucune régénération8.
Figure 2-24 : Volant de 6 kWh de Beacon Power
2.4. Stockage thermique
Réservoirs à sels fondus
Pour des applications dans des centrales thermoélectriques, surtout à énergie solaire, le système le plus
adopté est constitué de réservoirs de sels fondus, qui ont la propriété d’être des très mauvais conducteurs de
chaleur et donc qui la retiennent jusqu’au moment de son prélèvement pour les nécessités requises par le
système.
Il s’agit de centrales qui utilisent des milliers d’héliostats (miroirs) pour concentrer la lumière solaire sur une
chaudière ad hoc située au sommet d’une tour. Dans la chaudière circule un fluide constitué de sels fondus,
qui sont ensuite chauffés jusqu’à des températures de plus de 500 °C. La chaleur est emmagasinée dans des
systèmes de stockage ad hoc et peut donc être utilisée sur demande pour produire la vapeur nécessaire à la
génération électrique. Le système de stockage à sels fondus
maintient la température pendant des jours avec très peu de pertes de chaleur, permettant ainsi de produire de
l’électricité, même la nuit et les jours de pluie.
Figure 2-25 : Schéma d’une centrale
thermosolaire qui utilise des réservoirs à
sels fondus.
27
Torresol Energy a inauguré en mai 2011 la centrale Gemasolar
(précédemment connue sous le nom de Solar Tres) à Fuentes de Andalucía,
en Espagne.
Ce site génère une puissance de 19,9 MW grâce à 2.650 héliostats disposés
sur une surface de 185 hectares. Par rapport aux installations précédentes,
celui-ci dispose d’un réservoir pour le stockage des sels fondus (à une
température d’environ 500 °C) plus grand qui permet à la centrale de rester
opérationnelle jusqu’à 15 heures sans rayonnement solaire10.
Figure 2-26 : La centrale Gemasolar
génère une puissance de 19,9 MW
Les projets de Recherche et Développement du FP7 relatifs au stockage thermique sont indiqués ci-après.
Acronyme
Titre
OPTS
Optimization of a Thermal energy Storage system with integrated Steam
Generator
Efficient system to enable storage of high temperature solar heat energy
SOLCHEMSTO
RE
HESTOR
SAM.SSA
Development of Thermal Storage Application for HVAC solutions based on
Phase Change Materials
Effective integration of seasonal thermal energy storage systems in existing
buildings
Sugar Alcohol based Materials for Seasonal Storage Applications
COMTES
Combined development of compact thermal energy storage technologies
RESTRUCTURE
Redox Materials-based Structured Reactors/Heat Exchangers for ThermoChemical Heat Storage Systems in Concentrated Solar Power Plants
TCSPOWER
Thermochemical Energy Storage for Concentrated Solar Power Plants
EINSTEIN
Tableau 2.4 : Projets R&D du FP7 pour l’accumulation thermique
10
www.torresolenergy.com
28
Date de
début/fin
01-12-2011 to
30-11-014
01-10-2011 to
31-01-2014
01-11-2010 to
31-10-2012
01-01-2012 to
31-12-2015
01-04-2012 to
31-03-2015
01-04-2012 to
31-03-2016
01-11-2011 to
31-10-2015
01-11- 2011 to
30-04-2015
2.5. Stockage électrostatique/magnétique
L’accumulation électrostatique est obtenu dans les super-condensateurs (ou ultra-condensateurs) à l’intérieur
desquels l’énergie s’accumule sous une forme électrostatique en atteignant des valeurs de centaines de Farad.
L’accumulation électromagnétique a lieu par contre dans les Super Conducting Magnetic Energy Storage
system (SMES) au sein desquels l’énergie est cette fois accumulée sous forme électromagnétique. Il s’agit de
systèmes d’accumulation actuellement avantageux sur de grandes installations du fait de leurs coûts élevés,
dus également à la nécessité de réaliser de grandes installations réfrigérantes permettant de maintenir la
partie active à une température super-conductrice.
Super-condensateurs
Les super-condensateurs accumulent l’énergie électrique dans deux condensateurs en série à double couche
électrique EDL (Elettrochemical Double Layer). Le super-condensateur le plus simple est formé de deux
électrodes polarisables, un séparateur et un électrolyte ; le champ électrique est emmagasiné dans les
interfaces entre l’électrolyte et les électrodes. Les charges électriques se disposent sur l’interface
électrode/électrolyte du SC de façon physique et il n’y a pas de processus chimiques d’oxydo-réduction.
Figure 2-27 : Schéma général de la structure interne d’un super-condensateur
Les super-condensateurs sont intéressants pour leur densité de puissance élevée et leur longue durée, en
outre, le stockage d’énergie est plus simple et plus réversible par rapport aux batteries conventionnelles. Le
revers de la médaille du processus physique réside dans le fait que la quantité de charge accumulable dans un
SC est limitée et dépend de la superficie d’interface électrode/électrolyte. Les super-condensateurs peuvent
être de différents types, différents par type d’électrode ou d’électrolyte.
Les plus étudiés et commercialisés utilisent des électrolytes en solution aqueuse ou organique et des
électrodes à base de carbone de grande superficie. Pour augmenter la superficie des électrodes, on développe
actuellement des matériaux contenant des nanotubes de carbone. D’autres recherches visent à obtenir des
électrodes composées d’un film de carbone nanostructuré. La présence de nombreux vides et canaux entre
les grains de ce film, suggère une porosité élevée et une basse densité du matériau et des mesures de
réflectivité aux rayons X ont confirmé cette hypothèse. Par rapport à la technologie basée sur les nanotubes,
qui nécessite une séquence complexe d’étapes, la déposition par des faisceaux supersoniques de cluster
semble une technique plus simple et souple. La porosité élevée des films de carbone nanostructurés ainsi
déposés, fait que la grande superficie active disponible (1400 m2/g) permet d’atteindre les valeurs suivantes :
capacité spécifique 75 F/g.
densité maximale d’énergie 76 Wh/Kg.
densité maximale de puissance 506 KW/Kg11.
Les condensateurs à double couche, par rapport aux batteries électrochimiques, ne sont pas sujets à l’usure :
ils supportent plus de 500 000 cycles de charge/décharge avec une durée de vie minimale de
11
webcesid1.fisica.unimi.it
29
10 ans, sans que la capacité ne se modifie en fonction du temps.
Figure 2-28 : Structure interne d’un condensateur électrochimique
Bien qu’étant déjà disponibles dans le commerce, les super-condensateurs ne sont pas encore
technologiquement matures et font l’objet d’étude par différents groupes de recherche. On peut prévoir de
bonnes marges d’amélioration tant technologique, par exemple en utilisant des matériaux innovants pour les
électrodes (par exemple des matériaux nanostructurés) et pour les électrolytes, qu’économique.
SMES - Superconducting Magnetic Energy Storage
Les systèmes à accumulation magnétique de l’énergie électrique basés sur l’utilisation de matériaux
superconducteurs (connus sous le nom de Super conducting Magnetic Energy Storage systems ou SMES)
emmagasinent l’énergie électrique dans un électro-aimant, ou bien dans des bobines enroulées sur un noyau
magnétique qui sont constituées de fil conducteur réalisé avec du niobium et du titane. L’électro-aimant est
maintenu à une température cryogénique à l’intérieur d’un boîtier thermiquement isolé, afin de maintenir un
état de super-conduction
Avantages
Possibilité d’emmagasiner de l’énergie dans un champ magnétique sous forme de courant électrique.
Accès rapide à l’énergie avec des temps de réponse imperceptibles (20 ms).
Possibilité d’émettre instantanément plus de 3 MW de puissance pour chaque accumulateur individuel.
Sécurité élevée : auto-extinction en cas de problèmes imprévus.
Respect de l’environnement : systèmes cryogéniques environnementalement sûrs, absence de produits
chimiques dangereux.
Absence d’usure et d’entretien : il n’y a pas de parties mobiles associées à l’accumulateur d’énergie.
Vie utile : la fonctionnalité et la durée ne sont pas influencées par le nombre de cycles ni par la
profondeur de décharge12.
12
www.amsc.com American Superconductor
30
Ansaldo Ricerche et CESI ont effectué avec succès, le 22 octobre 2004 auprès du laboratoire Elettra de la
société Sincrotrone Trieste, l’essai de réception du premier accumulateur d’électricité SMES italien de taille
industrielle avec une puissance d’1,2 MW.
Figure 2-29 Aimant doté de brides et tirants relié au couvercle du réservoir d’hélium
Les projets de recherche et développement du FP7 relatifs au stockage électrostatique/magnétique sont
indiqués ci-après.
Acronyme
Titre
Date de début/fin
IONACES
Understanding ion transport in nanoporous carbons; application to
energy storage and sustainable development
New generation, High Energy and power density SuperCapacitor based
energy storage system
development of high energy/high power density supercapacitors for
automotive applications
Graphene-based Electrodes for Application in Supercapacitors
2012-04-01 to
2017-03-31
2010-04-01 to
2013-09-30
2011-01-01 to
2013-12-31
2011-06-01 to
2014-05-31
2011-10-01 to
2016-09-30
2012-09-01 to
2017-08-31
2012-06-07 to
2014-06-06
2010-01-01
to 2012-12-31
HESCAP
AUTOSUPERCAP
ELECTROGRAPH
2DNANOCAPS
2DMATER
GRAPHENE
STORAGE
Next Generation of 2D-Nanomaterials: Enabling Supercapacitor
Development
Controlled Synthesis of Two-Dimensional Nanomaterials for Energy
Storage and Conversion
Graphene Ribbon-based Nanomaterials for Electrochemical Energy
Conversion and Storage
Composite structural power storage for hybrid vehicles
Tableau 2.5 : Projets R&D du FP7 pour l’accumulation électrostatique/magnétique
31
2.6. Les principaux acteurs de la recherche et de la
filière Energy Storage
Enel et 12 autres opérateurs énergétiques et centres de recherche européens parmi les plus importants ont
constitué à Bruxelles l’EASE (Association européenne pour le stockage de l’énergie), dans le but de
promouvoir en Europe l’emmagasinement de l’énergie. EASE entend répondre aux exigences de donner
naissance en Europe à un centre de compétences et d’expériences unique en matière de stockage de l’énergie,
dans le but de faciliter le développement industriel de technologies innovantes, à travers le partage et la
diffusion des connaissances et des informations sur le stockage de l’énergie13.
À l’association se sont joints de nombreux autres membres et certaines organisations internationales qui sont
énumérées sur les figures suivantes.
Figure 2-30: Membres (à gauche) et organisations partenaire (à droite) de l’EASE
13
www.enel.it
32
2.7. Comparaison entre les différentes technologies
Les principales caractéristiques d’un système d’accumulation concernent essentiellement les propriétés
propres d’accumulation et celles opérationnelles et ce sont : la densité d’énergie et de puissance, le
rendement énergétique en charge et décharge, l’autodécharge, les délais de charge et décharge, le
comportement dans différentes conditions d’état de charge, la durée de vie utile (en années et cycles), les
temps de réalisation, la fiabilité, les matériaux utilisés, le coût et la sécurité en cours d’utilisation, dans la
réalisation et dans l’éventuelle mise au rebut14.
Selon l’application et la méthode d’accumulation, on a besoin de caractéristiques déterminées du système
d’accumulation. Ces caractéristiques deviennent des critères d’évaluation en phase de conception et de choix
du système d’accumulation, qui visent essentiellement à favoriser les aspects économiques et également
environnementaux du système identifié. Actuellement, dans les réseaux électriques, on utilise différents
types d’accumulation : pompage d’eau dans des bassins d’accumulation de grandes dimensions, air
comprimé dans des réservoirs naturels (CAES), aimants super-conducteurs (SMES), volants (flywheels),
accumulateurs électrochimiques (différents types de batteries : sodium-soufre = NaS ; NaNiCl2 = ZEBRA ;
ZrBr ; Plomb-acide), accumulation d’énergie thermique, super-condensateurs.
La Figure 2-31 et la Figure 232
reprennent
certaines
caractéristiques parti-culières
des
principaux
systèmes
d’accumulation actuellement
utilisés ou étudiés qui sont
davantage détaillés dans le
Tableau 2-33, alors que dans
le Tableau 2-34 figure un
panorama futur des nouvelles
technologies
destinées
au
domaine
du
stockage
énergétique.
Figure 2-31 : cartographie de
certaines des plus importantes
technologies en
fonction de la durée et de la capacité
de stockage.
Figure 2-32 : comparaison entre les
technologies en fonction du coût par cycle
14
ENEA Unité technique « Technologies avancées pour l’énergie et l’industrie»
33
Tableau 2-33 : comparaison entre
les différentes technologies pour
le stockage de l’énergie électrique
34
Tableau 2-34 : Panorama futur des nouvelles technologies pour le stockage énergétique
35
3. Les stratégies et programmes de finance-
ment dédiés au stockage de l’énergie
Les stratégies et les programmes de financement dédiés au stockage de l’énergie, comme pour les normes,
n’ont pas de section spécifique, mais figurent dans les programmes et les stratégies relatifs au climat et à
l’énergie, en particulier aux énergies renouvelables. En 2008, l’UE a lancé le « Pack Climat-Énergie » («
Pack 20-20-20 ») avec les objectifs énergétiques et climatiques suivants pour 2020:
Un engagement unilatéral de l’UE à réduire d’au moins 20% avant 2020 les émissions de gaz de
serre par rapport aux niveaux de 1990. Les interventions nécessaires pour atteindre les objectifs de
2020 continueront de donner des résultats au-delà de cette date, en contribuant à réduire les
émissions de 40% environ avant 2050.
Un objectif engageant pour l’UE de contribution de 20% d’énergie provenant de sources
renouvelables sur les consommations finales brutes avant 2020, y compris un objectif de 10% pour
les biocarburants.
Une réduction de 20% dans la consommation d’énergie primaire par rapport aux niveaux prévus en
2020, à obtenir par le biais de mesures de rendement énergétique. Cet objectif, seulement énoncé
dans le pack, a été ensuite décliné, quoique de manière non engageante, dans la directive rendement
énergétique approuvée définitivement en juin 2012.
En outre, l’Union européenne a déjà commencé à discuter les scénarios et les objectifs pour des horizons
temporels à long et très long terme, le fameux Energy Roadmap 2050. On prévoit en effet une réduction
des émissions de gaz à effet de serre de 80-95% d’ici 2050 par rapport aux niveaux de 1990, avec une
réduction pour le secteur électrique de plus de 95%. En particulier, les principaux changements structures
identifiés comprennent :
Une augmentation des frais pour investissements et une réduction simultanée de ceux pour le
combustible.
Une augmentation de l’importance de l’énergie électrique, qui devra presque double la part sur les
consommations finales (jusqu’à 36-39%) et contribuer à la décarbonisation des secteurs des
transports et du chauffage.
Un rôle crucial confié au rendement énergétique, qui pourra atteindre des réductions jusqu’à 40% des
consommations par rapport à 2005.
Une augmentation sensible des sources renouvelables, qui pourront représenter 55% des
consommations finales d’énergie (et de 60 à 90% des consommations électriques).
Une augmentation des interactions entre des systèmes centralisés et distribués.
Le SET Plan, « Strategic Energy Technology Plan », au niveau européen constitue la réponse stratégique
aux grands défis du climat et de l’énergie et il propose :
À moyen terme (2020), une diffusion supérieure des technologies déjà disponibles aujourd’hui:
développement de l’énergie éolienne, du photovoltaïque et de l’énergie solaire thermodynamique;
développement de réseaux intelligents pour favoriser la génération d’énergie distribuée et
l’utilisation de sources renouvelables; développement des biocarburants ; la diffusion d’appareils
électroménagers et appareils plus rentables pour l’industrie et les transports.
À long terme, (2050), un effort de recherche et d’innovation technologique du système industriel
doit s’articuler vers : la seconde génération d’énergies renouvelables ; le stockage de l’énergie; le
développement de nouveaux matériaux et technologies pour le rendement énergétique; la capture et
le stockage du CO2 ; les véhicules alimentés aux cellules à combustible et à l’hydrogène ; les
tableaux de démonstration pour les réacteurs nucléaires de quatrième génération ; la réalisation du
réacteur à fusion nucléaire « ITER ».
36
4. Quelques acteurs des territoires Rhône-Alpes
et Piémont
4.1. Rhône-Alpes
Alstom Hydro est un acteur historique de Grenoble et le numéro un mondial sur le marché des turbines
hydrauliques pour l’équipement des barrages hydroélectriques. Le groupe est également leader sur le marché
des stations de transfert d’énergie par pompage (turbines ; part de marché supérieure à 30% - source Alstom)
qui permettent de stocker les énergies intermittentes.
Pour asseoir son leadership, Alstom vient de renforcer son centre mondial de technologie en
hydroélectricité à Grenoble en localisant le siège de sa filiale hydro et l’ensemble de ses activités de R&D.
Alstom hydro emploie plus de 700 personnes dans la région grenobloise.
Le groupe a également annoncé la création d'une chaire industrielle dédiée aux machines hydrauliques, à
l'Institut polytechnique de Grenoble (Grenoble INP). Celle-ci sera la première brique pour la création d'un
pôle d'excellence en recherche sur les machines hydrauliques.
http://www.alstom.com/
McPhy intègre le projet GRHYD.
McPhy Energy apporte au projet GRHYD son expertise en matière de solutions de stockage d’hydrogène. Ce
programme d’injection d’hydrogène (produit à partir d’énergies renouvelables) dans le réseau de gaz naturel
d’un éco-quartier est porté par GDF-Suez et réalisé dans le cadre des Investissements d’Avenir. Il vise à
offrir une solution flexible, couplant la gestion des énergies électriques et gazières, via le vecteur hydrogène.
Le rôle de McPhy consistera à maîtriser et à lisser les fluctuations trop brutales de production d’hydrogène à
partir d’énergies renouvelables, et ainsi de faire concorder l’offre et la demande.
http://www.mcphy.com/fr/
Basée à Grenoble, Prollion, conçoit, développe et fabrique des accumulateurs et des systèmes batterie à
partir des technologies Li-ion les plus innovantes. Les domaines d’applications sont larges, ils comprennent
le stationnaire, les véhicules électriques, le médical, le militaire et la défense, l’aéronautique et l’aérospatial,
les applications marines et sous-marines, ainsi que d’autres applications exigeantes. Prollion a déployé
plusieurs programmes de recherche en partenariat avec des acteurs majeurs du domaine des batteries Li-ion,
tel que le CEA Liten.
Parmi ces programmes, Le Fonds Unique Interministériel accompagne Prollion sur les projets PROCYiON2
(développement des procédés de fabrication et de recyclage de nouveaux composants pour systèmes batterie
Li-ion.) et ElexC (développement de nouveaux packs batterie pour les mini pelles électriques), labellisés par
des pôles de compétitivité majeurs dont Tenerrdis.
http://www.prollion.com/fr
Freemens est une start up issue des laboratoires de Grenoble-inp. Elle possède un savoir-faire sur
l’équilibrage actif et la gestion des batteries. Ces dispositif améliore la capacité des assemblages de pack
batterie et en prolonge la durée de vie
http://freemens.fr/
37
Recupyl est spécialisé dans la récupération innovante des batteries RECUPYL a développé une technologie
hydrométallurgique innovante à faible impact environnemental.
Elle applique cette technologie au recyclage des piles et accumulateurs et valorise ainsi les métaux qu'elles
contiennent.
http://www.recupyl.fr/
ACCUWATT conçoit, développe et fabrique ses propres solutions de gestion d’énergie pour applications de
sécurité, embarquées ou mobiles, basées sur batteries de toutes technologies
Les produits ACCUWATT se caractérisent par leur très haute fiabilité et leur grande sécurité d’emploi,
garantissant la disponibilité d’énergie dans toutes les conditions d’emploi.
http://www.accuwatt.fr/
La plate-forme technologique STEEVE (Stockage d’Énergie Électrochimique pour Véhicules Électriques)
du CEA-Liten permet la réalisation de petites séries de batteries, depuis la synthèse des matériaux
jusqu’au montage de la batterie dans un véhicule. Elle regroupe différents organismes de recherche
(CEA, CNRS, EDF, Ineris) et a noué des partenariats industriels avec notamment Renault, Michelin, La
Poste, Siemens et Alstom.
Une plate-forme Batteries/Ligne systèmes pour accélérer l’industrialisation
Le CEA-Liten s’est équipé d’une ligne pilote d’assemblage de packs de batteries d’une capacité proche d’un
pack par jour, soit l’équivalent de 350 kWh par mois. Opérationnelle depuis l’automne 2011, cette ligne
pilote a pour mission l’intégration des cellules dans un pack batterie, incluant un BMS (Battery Management
System), ce qui assure la traçabilité et garantit des délais de fabrication compétitifs.
Cette ligne pilote vient en complément de la plate-forme STEEVE dédiée à la fabrication d’accumulateurs.
Grenoble INP/ENSE3 : Grenoble INP, l’une des plus prestigieuses écoles d’ingénieurs françaises, l’institut
regroupe 5 400 étudiants et diplôme chaque année 1 200 ingénieurs. L’ENSE3 (l’une des 6 écoles du groupe)
forme en 3 ans les élèves ingénieurs sur l’énergie, l’eau et l’environnement, notamment dans les domaines
liés aux nouveaux modes de production, de conversion et de stockage, ainsi que sur la gestion des réseaux
électriques. L’ENSE3 propose également un master international de sciences en ingénierie électrique
appliquée aux smart grids et aux bâtiments.
L’Institut National de l'Energie Solaire est un centre de recherche dédié à l’énergie solaire (photovoltaïque et
thermique) et à son intégration dans le bâtiment. Les projets portent notamment sur les procédés de
purification et de cristallisation du silicium, la conception de cellules innovantes à base de silicium, de
couches minces et de matériaux organiques. Le centre est aussi mobilisé dans la gestion des réseaux et les
technologies de stockage stationnaires ou mobiles sous forme de batteries. La plate-forme expérimentale
STORE permet de caractériser les performances et le vieillissement de différentes technologies de
stockage d'électricité, principalement électrochimiques. Il s'agit de la plus grande installation
européenne pour l'étude du stockage des énergies renouvelables et la génération électrique distribuée.
38
4.2. Piémont
Académiques/recherche
Politecnico de Turin
Depuis plus de 150 ans, le Politecnico de Turin est une des institutions publiques
les plus prestigieuses au niveau italien et international dans la formation, la
recherche, le transfert technologique et les services dans tous les secteurs de
l’Architecture
et de l’Ingénierie.
En particulier, les départements principaux liés au thème Energy Storage sont les suivants :
• Le Département Énergie (DENERG) est la structure de référence de l'Ateneo dans les domaines
culturels qui abordent les thèmes de l’énergie et du développement durable dans le but d’améliorer
les technologies énergétiques existantes, d’en promouvoir de nouvelles et de contribuer à
l’utilisation rationnelle et consciente des ressources énergétiques.
• Le Département d’Électronique et Télécommunications (DET) est la structure de référence de
l'Ateneo dans le domaine culturel de l’ICT, pour les aspects relatifs aux télécommunications, aux
systèmes et appareils électroniques, aux circuits, aux dispositifs et aux technologies, ainsi qu’aux
techniques de caractérisation et de mesure et aux secteurs associés comme la bio-ingénierie.
• Le Département d’Ingénierie de l’Environnement, du Territoire et des Infrastructures (DIATI) est la
structure de référence de l’Ateneo dans les domaines culturels qui étudient les technologies qui
visent à la sauvegarde, la protection et la gestion de l’environnement et le territoire, à l’utilisation
durable des ressources et au développement optimisé et éco-compatible des infrastructures et des
systèmes de transport.
• Le Département d’Ingénierie mécanique et aérospatiale (DIMEAS) est la structure de référence de
l'Ateneo dans le domaine culturel qui concerne un vaste spectre de secteurs liés aux manufactures
typiques d’une société industrielle avancée, avec des activités qui vont des domaines plus
classiques à ceux à la frontière avec les zones de la mécanique et de l’aéronautique. Le DIMEAS
promeut, coordonne et gère la recherche fondamentale et celle appliquée, la formation, le transfert
technologique et les services au territoire en se référant aux cadres automobile, aéronautique,
ferroviaire, textile, agro-alimentaire et d’installations spécifiques pour les processus industriels,
jusqu’aux champs de la recherche de frontière liés à l’exploration de l’espace, à l’ingénierie des
systèmes, aux nouveaux matériaux, aux micro- et nanotechnologies, aux véhicules et avions à faible
impact environnemental, à l’ingénierie biomédicale.
• Le Département Sciences appliquées et Technologie (DISAT) est la structure de référence de
l'Ateneo dans les domaines culturels qui étudient les fondements de la matière et de l’énergie, leur
transformation et les applications d’ingénierie correspondantes. Le DISAT promeut, coordonne et
gère la recherche fondamentale et celle appliquée, la formation, le transfert technologique et les
services au territoire en se référant aux cadres de la physique de la matière, des nanotechnologies,
des interactions fondamentales, de la physique appliquée, de la chimie, des sciences et technologies
des matériaux, de la métallurgie, de la failure analysis de composants structurels, des matériaux et
processus pour la bio-ingénierie, du génie physique, chimique, alimentaire et des processus
durables.
www.polito.it
39
Pôles d’innovation liés au secteur Energy Storage
Pôle d’Innovation Bâtiment Durable et Hydrogène (POLIGHT)
POLIGHT est le Pôle d’Innovation géré par Environment Park pour stimuler des
initiatives de recherche, développement et innovation dans les secteurs du bâtiment
durable et de l’hydrogène.
Pour le secteur du bâtiment durable le Pôle a institué 4 Trajectoires conceptuelles :
Installations pour le bâtiment éco-rentable
Matériaux, composants et bâtis éco-rentables
Systèmes de construction éco-rentables
Eco-rentabilité du processus de construction
Pour le secteur dédié à l’hydrogène, 4 Trajectoires conceptuelles ont également été instituées :
H2 MOB : Mobilité, transports et distribution
H2 STORE: Production et stockage
H2 GEN: Core technologies
H2 MARK: Early markets
www.polight.piemonte.it
Pôle d’Innovation Énergies renouvelables et mini hydro (ENERMHY)
Le domaine technologique d’ENERMHY est défini par « énergies renouvelables
et minihydro » et se décline en trois Trajectoires technologiques :
l'intégration des installations (INTIMP),
l'utilisation des biomasses marginales (sous-produits des activités agro-industrielles) à but
énergétique (BIOMA) et
le minihydro (MHY).
www.enermhypiemonte.it
Pôle Régional d’Innovation pour les Énergies Renouvelables
et les Biocombustibles (POLIBRE)
Dans le cadre du domaine technologique de POLIBRE, on distingue 2 trajectoires conceptuelles, cadres de
recherche, toutefois circonscrits, sur lesquels s’articulent les différentes activités du Pôle et de ses sujets
associés :
BIOMASS, dédié à l’étude de Biomasses agro-énergétiques
PHOTOVOLT, dédiée à l’étude du Photovoltaïque avancé
L’objectif principal de POLIBRE est de favoriser la croissance des entreprises associées à travers
l’innovation de produit et de processus dans ces deux domaines.
www.polibre.it
40
Quelques entreprises
Tecnodelta
Tecnodelta S.r.l. n’a pas de production standard, généralement elle conçoit et
construit des installations et appareils sur demande du client, en fournissant
des systèmes de régulation, distribution, contrôle et analyse des fluides avec une attention particulière pour
les gaz pour processus industriels, pour les analyses et la recherche et pour des utilisations spéciales.
Activités de l’entreprise liées à la filière de l’hydrogène
- Conception et réalisation d’installations pour le stockage, l’utilisation et la distribution de l’hydrogène
- Collaboration à des activités de R&D, réalisation de prototypes, brevetage
- Projet visant la conception et la réalisation d’un prototype de bouteille à hydrures métalliques
www.tecnodeltaimpianti.com
Hysytech
Hysytech est une société de Génie Chimique qui offre à ses clients nationaux et
internationaux, des solutions innovantes résultant d’une activité constante de
recherche et développement (R&D). Des solutions intégrales qui considèrent le processus, la génération et
la récupération de l’énergie. Des solutions sur mesure qui garantissent l’utilisation adaptée de l’énergie, en
impliquant une réduction des coûts et une diminution de l’impact sur l’environnement. Aujourd’hui, nous
sommes une société pionnière dans le domaine de l’ingénierie de processus et, en particulier, sur la
conception et la construction d’installations « clés en mains » pour le traitement chimique de combustibles,
la génération d’énergie et le traitement environnemental.
www.hysytech.com
Azimut Benetti
Azimut-Benetti est composée de deux divisions Benetti et Azimut.
La division Azimut s’occupe de la réalisation d’embarcations de plaisance
essentiellement en fibres de verre de dimensions ne dépassant pas 35 mètres qui
travaille sur les sites de Turin, Viareggio et Savone ; la division Benetti se concentre sur la production
d’embarcations de dimensions supérieures à 30 mètres en acier et aluminium mais également en fibres de
verre en utilisant les sites de Viareggio, Livourne et Fano.
Azimut-Benetti travaille sur des projets de recherche liés à une unité de génération électrique auxiliaire
(APU) basée sur un power system PEM doté d’un système de génération électrolytique pour la production
d’hydrogène pendant les phases de croisière.
http://www.azimutbenetti.it/
Bitron
BITRON S.p.a fait partie du groupe Bitron, société multinationale italienne
qui travaille dans le secteur mécatronique pour appareils domestiques,
automobiles et de climatisation. L’expérience plus que cinquantenaire de BITRON touche les domaines
variés de la mécanique et de l’électronique qui y est appliquée. L’Entreprise s’oriente depuis toujours vers
l’innovation et l’excellence de ses processus, vocation qui l’a conduite à recevoir de nombreuses et
prestigieuses reconnaissances, comme le prix Toyota pour le project management et la logistique et le prix
Yamaha pour le développement.
www.bitron.net
41
Enerconv
L’entreprise, née de l’initiative de professionnels du secteur
ayant une expérience de plus de vingt ans dans la conception et la production d’électronique de signal et de
puissance, concentre d’importantes compétences dans le secteur de la conversion d’énergie.
Les secteurs où elle s’est principalement engagée sont les suivants :
• Convertisseurs DC-DC et Inverter à haut rendement pour sources renouvelables (Pile à
combustible, solaire, éolienne)
• Projet et réalisations de systèmes de contrôle numériques
• Réalisation de logiciel de contrôle et communication
• Ingéniérisation et lancement de la production
• Réalisation de systèmes de réception automatiques (ATE)
Afin de garantir l’état de la technique dans la conception électronique, l’entreprise investit dans la recherche
continue de technologies innovantes ; en particulier, la conception des appareils fait appel à l’utilisation de
technologies avancées telles que logiciel de simulation pour l’analyse et la synthèse des systèmes
électroniques, fiches de contrôle basées sur DSP, systèmes de conception et validation pour FPGA et
CPLD, matériaux magnétiques à bas profil, montage superficiel sur des substrats dissipatifs IMS, systèmes
de dissipation thermique évolués.
Secteur et niveau de l’entreprise par rapport à la filière de l’hydrogène : Fournisseur de composants non
spécifiques pour la technologie dans les secteurs production, applications fixes et mobiles.
www.enerconv.it
Archimede Energia
Archimede Energia, est née en 2002 et a développé des solutions
et applications dans le cadre de la Mobilité Durable (développement et production
d’accumulateurs aux Polymères de lithium ÆnerBox® pour la traction et pour les services pour véhicules à
deux, trois et quatre roues ; powertrain pour véhicules à deux, trois ou quatre roues), de l’Économie
d’énergie dans le bâtiment par le biais de solutions pour l’accumulation d’énergie combiné aux systèmes
photovoltaïques et éoliens et de l’industrie nautique (développement et production d’accumulateurs aux
Polymères de lithium pour la traction et pour les services pour embarcations).
www.archimede-energia.com
Fluido Sistem
Depuis 1979, FLUIDO SISTEM est présente sur le marché de l’automation
industrielle: elle conçoit, produit et commercialise des articles standards, normalisés
ISO, CNOMO, spéciaux pour l’automation et l’air comprimé. Elle se distingue par sa grande expérience
dans le secteur, qui permet de garantir au client un produit final de très grande qualité
Cylindres pneumatiques
Cylindres hydrauliques
Cylindres spéciaux
Vannes et électrovannes
Raccords d’enclenchement rapide
Régulateurs de flux
Raccords spéciaux
Groupes de traitement d’air
Tuyaux flexibles
Tuyaux et capuchons anti-étincelle
Conception et réalisation de tableaux pneumatiques
Solutions spécifiques dans les installations de tôlerie et soudure
L’entreprise est engagée dans des projets de recherche et a développé un booster, compresseur hydraulique
pour l’hydrogène.
www.fluidosistem.it
42
Centre de recherches FIAT
Le Centre de Recherches Fiat S.C.p.A. (CRF), a été fondé en 1976 comme pôle de
référence
pour l’innovation et le R&D du Groupe Fiat. Les objectifs du CRF sont d’utiliser l’innovation comme levier
stratégique, la valorisation des résultats à travers la promotion, le développement et le transfert de contenus
innovants en mesure de donner un caractère distinctif et une compétitivité au produit. Près du siège
principal d’Orbassano (TO), CRF a 3 sièges décentralisés et travaille au Frioul sur l’éclairage et
l’estampage plastique. Avec un effectif de plus de 850 chercheurs hautement qualifiés, CRF soutient la
croissance technologique du Groupe Fiat, de ses Partenaires et du territoire dans des secteurs parmi lesquels
figurent le véhicule et ses composants, la mobilité écologique et sûre, la télématique, les nouveaux
matériaux et les technologies correspondantes, la mécatronique, l’optique, l’énergie, ainsi que les activités
sur des motopropulseurs en collaboration avec FPT –Fiat Powertrain Technologies.
Le centre de recherche par rapport à la filière de l’hydrogène
• Solutions développées au niveau du FC System & Powertrain
• pour les voitures : de la Seicento Elettra H2 (FC range extender) à la Seicento Hydrogen (FC full
performance) en utilisant PEMFC stack de Nuvera
• pour les bus à usage essentiellement urbain : IVECO Cityclass FC Hybride pour Turin et Madrid en
utilisant PEMFC Systems d’UTC
• Actuellement, il a achevé le développement d’un FC System de nouvelle génération (avec PEMFC
stack de Nuvera) en l’appliquant à la nouvelle Panda Hydrogen (FC full power)
• Il participe à des projets publics de R&D européens (Fuero, Fueva, Optimerecell, FCTestnet,
Direct, HyTran, HySYS, Autobrane, Roads2Hycom, HarmonHy…) et nationaux (FC1, FC2,
FC3…).
www.crf.it
Energrid SpA
Vente d’énergie électrique, gaz et « global service » énergétique.
À travers le groupe Gavio, synergie entre le marché électrique et celui des
constructions.
Commodity énergétiques (ventes d’énergie électrique et de gaz)
Rendement énergétique (surveillance des consommations, fourniture et entretien de réseaux et
installations, « global service » d’éclairage public, téléchauffage)
Génération distribuée (cogénération, photovoltaïque, biomasses, mini hydro)
www.energrid.it
43
Versione italiana
44
Indice
1.Contesto.......................................................................................................................................... 46
1.1. Generazione distribuita dell’energia ......................................................................................... 46
1.2. Smart Grid ................................................................................................................................. 48
2.Le tecnologie di stoccaggio ........................................................................................................... 49
2.1. Stoccaggio Chimico (Idrogeno) ............................................................................................... 49
2.2. Stoccaggio Elettrochimico ........................................................................................................ 53
2.3. Stoccaggio meccanico ............................................................................................................... 64
2.4. Stoccaggio termico .................................................................................................................... 66
2.5. Stoccaggio Elettrostatico-magnetico ......................................................................................... 68
2.6. I principali attori della ricerca e della filiera Energy Storage ................................................... 71
2.7. Confronto tra le diverse tecnologie .......................................................................................... 72
3.Le strategie e programmi di finanziamento dedicati allo stoccaggio dell’energia .................. 75
4.Attori dei territori Rhône Alpes e Piemonte ............................................................................... 76
4.1. Rhône-Alpes.............................................................................................................................. 76
4.2. Piemonte.................................................................................................................................... 78
45
1. Contesto
Uno dei problemi dei sistemi energetici è il modo per soddisfare la domanda e l'offerta di energia. Per quello
che riguarda gli edifici e i settori industriali, la variazione della domanda avviene per diversi cicli, così le
utility devono produrre una quantità di energia superiore alla domanda in ogni momento, al fine di garantire
la fornitura di energia e di avere un margine di sicurezza sufficiente. Inoltre, gli impianti di produzione di
energia non reagiscono adeguatamente ai cambiamenti del carico della rete, per tale motivo si considera un
margine di sicurezza maggiore in alcuni periodi.
Allo stesso modo, la produzione di energia derivante da fonti rinnovabili ha spesso un andamento variabile
nel tempo, infatti si possono avere momenti in cui si ha una produzione di grandi quantità di energia e
successivamente un netto calo. Dal momento che queste irregolarità non sono diretta conseguenza di un
aumento della domanda, bensì sono associate a variazioni delle stesse fonti energetiche, risulta essere
necessario un sistema che possa risolvere tali inconvenienti.
Mentre osserviamo infatti la transizione verso le fonti energetiche rinnovabili, siamo di fronte a una serie di
problematiche non indifferenti e una delle maggiori riguarda proprio lo stoccaggio dell’energia in eccesso.
Attualmente la domanda di energia elettrica resta sbilanciata con la fornitura di energia generata da fonti
rinnovabili, dal momento che molte di loro sono dipendenti dalle condizioni atmosferiche. Queste limitazioni
richiedono l’immagazzinamento di energia in eccesso dove possibile, ma spesso questa fase ha ancora costi
molto elevati. Gli accumulatori creati fino ad oggi sono composti da materiali rari e costosi, come lo zolfo
fuso e metalli liquidi ed altre tecnologie, rendendo il prezzo ancora troppo alto per la commercializzazione su
larga scala.
1.1. Generazione distribuita dell’energia
Il panorama energetico globale vede la presenza di un numero limitato di industrie che concentrano la
produzione elettrica in megacentrali a combustibili fossili e nucleari. L’elettricità prodotta viene immessa in
grandi dorsali ad alta tensione, da cui si dipartono le reti che arrivano fino alle abitazioni, industrie, città.
Questa complessa e costosa infrastruttura, che incide in maniera significativa sul prezzo finale dell’energia,
presenta una certa rigidità: infatti il flusso di elettricità viaggia in maniera unidirezionale, dal luogo di
produzione a quello di consumo. In questo contesto, l’utente finale che utilizza energia riveste il ruolo
passivo di semplice “consumatore” di energia.
46
Figura 1-1: Schema della generazione centralizzata
Una soluzione a questo problema risulta essere la generazione distribuita. Essa rappresenta una diversa
modalità di pensare e gestire la rete elettrica, basata non più (o non solo) su grandi centrali collegate a reti
estese di tralicci, bensì su unità produttive (campi eolici, fotovoltaici, centrali a biomasse, cogeneratori) di
piccole-medie dimensioni, distribuite omogeneamente sul territorio e collegate direttamente alle utenze o
comunque a reti a basso voltaggio.
I vantaggi che offre un sistema di questo tipo sono:
1. Una maggiore efficienza: generalmente una centrale di media dimensione raggiunge un rendimento dell’
80%, mentre una centrale di grandi dimensioni può raggiungere al massimo il 35%.
2. Una diminuzione delle dispersioni durante il trasporto: mediamente oggi circa il 10% dell’energia
prodotta si perde nel trasporto lungo la rete. Avvicinando la produzione all’utenza si diminuiscono le
perdite.
3. La possibilità di produrre una quantità di energia più vicina ai fabbisogni della popolazione servita.
4. Minori emissioni di CO2.
5. Minore costo dell’energia a carico dell’utente: vedi i punti 1) e 2).
6. Maggiore affidabilità della rete: avere diverse fonti di energia permette di evitare interruzioni se una di
queste smette di produrre per qualsiasi motivo15.
Figura 1-2: Schema della generazione distribuita
15
www.aerel.info
47
1.2. Smart Grid
In questo contesto di generazione distribuita, la rete non è più vista come un contenitore passivo ma come
un mezzo intelligente in grado di distinguere e gestire i flussi in entrata dai flussi in uscita. Le reti intelligenti
(Smart Grid) sono dunque un sistema ottimizzato di trasporto di energia che permette di distribuire la stessa
senza creare né deficit e né surplus. Questo vuol dire creare un'infrastruttura ICT affiancata alla rete elettrica,
che metta in comunicazione le centrali di autoproduzione sulla rete di distribuzione con le centrali elettriche
di grande potenza, scambiando con esse informazioni sull'energia prodotta e regolando di conseguenza il suo
dispacciamento. Queste reti sono regolate da opportuni software di gestione che realizzano un controllo
dell’informazione grazie anche a strumenti di monitoraggio intelligenti, tenendo traccia di tutto il flusso
elettrico nel sistema. Tale caratteristica è di fondamentale importanza quando si ha a che fare con le fonti
rinnovabili, dal momento che hanno un carattere variabile nel tempo. Inoltre attraverso una Smart Grid è
anche possibile controllare a distanza l’utilizzo di energia da parte del consumatore, evitando in tal modo
inutili dispersioni16.
Figura 1-3: Struttura di una Smart Grid
16
www.genitronsviluppo.com
48
2. Le tecnologie di stoccaggio
L’intermittenza dell’energia rinnovabile deve essere stabilizzata tramite lo stoccaggio dell’energia in
prodotta in surplus e il suo rilascio in rete quando richiesto. Attualmente la maggiore capacità di stoccaggio
dell’energia viene svolta dai sistemi di pompaggio idroelettrici (99%), mentre le altre tecnologie (sistemi
chimici, elettrochimici, meccanici, termici e elettrostatici/magnetici) giocano ancora un ruolo ancora
marginale.
Figura 2-1: metodi di stoccaggio energia elettrica
2.1. Stoccaggio Chimico (Idrogeno)
Lo stoccaggio dell’idrogeno può avvenire in diverse forme:
Idrogeno compresso: è la tecnologia più conosciuta e consiste nello stoccaggio in pressione in bombole
costruite con acciai speciali con pressioni di esercizio dai 200 ai 250 bar. Il maggiore svantaggio della
compressione è la bassa densità energetica per unità di volume. Più recentemente, la ricerca ha messo a
punto contenitori in materiali parzialmente o totalmente compositi (fibre di carbonio) che possono
raggiungere pressioni di stoccaggio dell'ordine dei 700 bar, consentendo l'immagazzinamento di maggiori
quantitativi di gas.
Idrogeno liquido: Per ovviare alla necessità di utilizzare grandi contenitori si può ricorrere all’idrogeno
liquido, ma anche questo metodo presenta delle difficoltà: l'idrogeno diventa liquido a -253 gradi centigradi
e, per mantenerlo in questo stato, occorrono serbatoi speciali. Inoltre il processo di liquefazione richiede
molta energia, fino al 30% dell’energia contenuta nell’idrogeno liquido prodotto, contro un valore compreso
tra il 4% e il 7% per l’idrogeno compresso.
Idruri metallici: sono composti solidi che si formano grazie al diffondere dell'idrogeno nel reticolo
cristallino del metallo, andando ad occupare lo spazio inter-ionico. Per ottenere questa diffusione l'idrogeno a
pressioni relativamente basse (fra 25 e 100 bar). Tale tecnologia permette di raggiungere densità energetiche
potenzialmente maggiori dell’idrogeno compresso e paragonabili con quelle dell’idrogeno liquido.
Il volume di stoccaggio si potrebbe ridurre di 3-4 volte, rendendo possibile l’uso nelle autovetture, mentre
l’energia specifica varia in funzione del metallo di base utilizzato. I vantaggi sono: convenienza economica,
ingombro ridotto, stabilità dello stoccaggio e sicurezza dovuta alle basse pressioni.
49
Idruri chimici: un metodo di stoccaggio valido per tempi lunghi di conservazione (superiori ai 100 giorni) è
quello basato sulla reazione reversibile di idrogenazione del toluene, che porta alla formazione di
metil-cicloesano a temperatura e pressione ambiente. L'idrogenazione avviene a 500 gradi centigradi e
consuma all'incirca il 18% dell'idrogeno immagazzinato. Il toluene e il metil-cicloesano sono composti molto
conosciuti, come le loro tecniche per il loro trasporto ed immagazzinamento. I costi sono elevati a causa
dell’esigenza di utilizzare mezzi speciali per il trasporto dei composti chimici.
Nanostrutture di carbonio: i nanotubi sono insiemi di atomi di carbonio con forme allungate e diametri di
pochi micron che assorbono idrogeno a temperatura ambiente. Le nano fibre sono microstrutture
costituite da materiali derivati dalla decomposizione di miscele contenenti idrocarburi e possono assorbire
quantità elevate di gas facilmente. Nella fase di accumulo dell'idrogeno è necessaria una pressione di 100
bar, per estrarlo di 40 bar. Queste caratteristiche rendono le nano strutture ideali per gli autoveicoli, ma lo
sviluppo è ancora in fase sperimentale.
Microsfere di cristallo: un altro metodo di stoccaggio per l'idrogeno è costituito da microsfere in cristallo di
diametro 30-150 µm con spessore della crosta superficiale di 1 micron. Sono, dunque, molto agevoli per il
trasporto, soprattutto nel caso veicolare, poiché hanno la consistenza della polvere. Inizialmente sono vuote e
vengono poi caricate facendo assorbire l'idrogeno attraverso la superficie della sfera che diventa
permeabile ad una temperatura di 200-400 °C. Nella fase di carica l'idrogeno deve essere ad alta
pressione. La carica finisce quando si esaurisce il gradiente di pressione tra interno della sfera ed
esterno. La fase di rilascio richiede che le sfere vengano riscaldate per rilasciare l'idrogeno contenuto17.
Figura 2-2: Metodi di stoccaggio dell’ idrogeno
17
ENEA Idrogeno energia del futuro
50
Progetti in corso di stoccaggio con l’idrogeno
In Europa due progetti in corso stanno dimostrando che l’integrazione tra idrogeno ed energie rinnovabili è
in grado di ridurre le emissioni di CO2 e garantire benefici aggiuntivi.
Il primo progetto è rappresentato da una centrale elettrica ibrida eolico-idrogeno nel centro di
Schenkenberg, nei pressi di Prenzlau - Germania , inaugurata nel 2011, con l’obiettivo di utilizzare
l’elettricità prodotta per contribuire alla de-carbonizzazione del sistema ferroviario. Si tratta di un impianto
eolico che genera energia poi stoccata in forma di idrogeno tramite un impianto di elettrolisi di acqua.
L’energia così immagazzinata viene utilizzata in vari modi:
L’idrogeno va ad alimentare un impianto di cogenerazione energetica, che, insieme a del biogas da
rifiuti, immette energia nella rete quando il vento scarseggia. Il calore invece viene immesso in una rete
di teleriscaldamento, aumentando l’efficienza complessiva della centrale ibrida.
L’idrogeno viene utilizzato anche come combustibile dalle stazioni di rifornimento di idrogeno TOTAL
a Berlino e Amburgo, a supporto di flotte di veicoli a celle a combustibile. Con 0,5 MWH di energia
prodotta dalle pale eoliche di Schenkenberg, si giunge alla formazione di 12kg di idrogeno, che
consente ai veicoli di percorrere circa 1.200 km.
L’aeroporto Berlin Brandenburg (BER) è anche interessato ad utilizzare l’idrogeno per alimentare la sua
flotta di veicoli.
Figura 2-3:Centrale elettrica ibrida eolico-idrogeno Germania
Il progetto Myrte, sviluppato in Corsica, mira a combinare l’energia solare con elettrolizzatori, sistemi di
stoccaggio di idrogeno e celle a combustibile. Hanno collaborato al progetto, il CEA (French Nuclear and
Alternative Energies Commission), l’azienda energetica AREVA e l’Università di Corsica. L’impianto di
560 kW di potenza fotovoltaica è stato collegato alla rete elettrica Corsa dal dicembre 2011. Il sistema
fornisce energia elettrica durante il giorno ma, grazie agli elettrolizzatori ed al sistema di stoccaggio di
idrogeno, l’elettricità in eccesso può essere immagazzinata e restituita quando necessario utilizzando celle a
combustibile18.
18
www.fuelcelltoday.com
51
Figura2-4:Centrale ibrida solare-idrogeno Corsica
Altri progetti
La tabella sottostante riporta una descrizione riassuntiva dei progetti di ricerca, accettati e avviati, per il
settore dell’idrogeno e delle celle a combustibile nell’ambito del VII Programma quadro (FP7).
Acronimo
Titolo
Data Inizio/Fine
15-12-2009 to 14MATCON Materials and interfaces for energy conversion and storages
12-2013
HYCOMP
Enhanced Design Requirements and Testing Procedures for
01-01-2011 to 31Composite Cylinders intended for the Safe Storage of Hydrogen
12-2013
Integrated hydrogen power packs for portable and other autonomous 03-09-2012 to 02HYPER
applications
09-2015
01-10-2012 to 30EDEN
High energy density Mg-Based metal hydrides storage system
09-2015
Assessment of the potential, the actors and relevant business cases
HYUNDER
18-06-2012 to 17for large scale and seasonal storage of renewable electricity by
14-2014
hydrogen underground storage in Europe
Graphene Ribbon-based Nanomaterials for Electrochemical Energy 07-06-2012 to 06GRAPHENE
Conversion and Storage
06-2014
Controlled Synthesis of Two-Dimensional Nanomaterials for
01-09-2012 to 312DMATER
Energy Storage and Conversion
08-2017
Tabella 2.1- Progetti R&S del FP7 per l’idrogeno e celle a combustibile
52
2.2. Stoccaggio Elettrochimico
Gli accumulatori elettrochimici, noti anche come batterie, costituiscono la tecnologia più convenzionale per
l’accumulo di energia elettrica. Essi immagazzinano l’energia elettrica in forma elettrochimica, e sono
caratterizzati da reazioni di conversione totalmente reversibili. Il loro funzionamento sia in fase di carica che
in fase di scarica è riconducibile a reazioni elettrochimiche di ossidoriduzione19. A seconda della coppia di
elettrodi, del tipo di elettrolita e delle caratteristiche costruttive, si hanno diverse tipologie di accumuli,
ciascuna delle quali presenta caratteristiche differenti. Le criticità maggiori di questa tecnologia sono
rappresentate dal costo d’investimento e dalle problematiche d’affidabilità e sicurezza.
Nella tabella seguente viene presentato un confronto tra le principali coppie elettrochimiche in relazione alle
loro più importanti caratteristiche.
Tabella 2.2 - Confronto tra le diverse coppie elettrochimiche
19
www.electricitystorage.org
53
Batterie Piombo-Acido (Lead-Acid)
Sono le batterie maggiormente disponibili da un punto di vista commerciale e tecnicamente consolidate sia
per applicazioni di trazione sia stazionarie e/o portatili. Diverse batterie al Piombo acido sono state studiate
appositamente per applicazioni di mobilità; in particolare diversi materiali sono stati studiati e progettati al
fine di incrementare la superficie degli elettrodi, come l’utilizzo di fibre di vetro rinforzate con griglie di
piombo e strati di metallo sottili. Sono inoltre stati studiati diversi metodi atti a garantire un’efficace carica
veloce in tempi inferiori all’ora.
Nonostante tali batterie siano limitate in termini di densità di energia, esse risultano ancora la soluzione più
facilmente implementabile sia in termini di disponibilità e costo sia in termini di stabilità di sistema in caso
di connessione di svariate celle in configurazione serie/parallelo senza bisogno di particolari sistemi di
monitoraggio e gestione (BMS – Battery Management System)20.
Vantaggi:
costo ridotto.
principio semplice.
la tensione è direttamente proporzionale allo stato di carica.
“rigenerazione” tramite acqua distillata.
Possibilità di ricarica parziale (biberonaggio) con batterie al Pbricombinato.
Svantaggi:
densità energetica ridotta (30 Wh/Kg).
peso elevato.
scariche totali possono significare la morte della batteria (necessita sempre min. 20-30% di carica).
sensibilità ad escursioni termiche.
carica rapida esclusa.
contiene piombo (smaltimento problematico)21.
Figura 2-5: 1MW/1.5MWh Lead-Acid System at Metlakalta, Alaska
Batterie Piombo-Acido avanzate (Advanced Lead-Acid Batteries)
Sono batterie che migliorano la tecnologia delle classiche batterie piombo-acido, grazie all'innovazione dei
materiali che ha portato un miglioramento del ciclo di vitae della durata. Sono ancora alle prime fasi di
realizzazione e il loro uso è destinato all’integrazione eolica e fotovoltaica, alla regolazione di frequenza e
alla trazione. Presentano ancora pochi vantaggi nei riguardi delle batteri al piombo acido tradizionali.
20
ENEA Studio di sistemi avanzati di accumulo di energia quali supercondensatori e sistemi di
(batterie + supercondensatori) E. Tironi, L. Piegari, V. Musolino. S. Grillo.
21
www.energoclub.org
54
accumulo misti
Figura 2-6: 1.5MW/1MWh Advanced Lead Acid by Xtreme Power
Batterie Nichel-Cadmio (Ni-Cd)
Le batterie Nichel Cadmio offrono maggiore densità di potenza ed energia, minore manutenzione, esteso
range di temperatura operativa, lunghi cicli di vita, e rapida ricarica se comparate alle tradizionali piomboacido. Tali migliori prestazioni dovrebbero ripagare in linea di principio il loro maggior costo di
investimento. Sono in corso un’evoluzione di tali batterie dove l’utilizzo di nuovi elettrodi come plastiche
legate ed elettrodi spugnosi promettono di ridurre i costi e incrementarne le prestazioni.
Figura 2-7: Batteria Ni/Cd di Fairbanks, Alaska
Vantaggi:
costo/prestazioni a livello competitivo.
non sensibile a scariche totali.
resiste fino a 1000 cicli di carica.
tensione costante per tempi prolungati; in seguito però drastica caduta.
Svantaggi:
effetto memoria (cicli di ricarica incompleti influenzano - negativamente - l’efficienza della batteria).
scarica totale prima di ogni ricarica.
molto sensibile a temperature basse ( da evitare -temperature inferiori a -5°C).
tende a scaricarsi anche se non utilizzata.
contiene cadmio (smaltimento problematico)22.
55
Batterie Nichel-idruri (Ni-MH)
L’evoluzione, a pari costi di produzione, verso le batterie Nichel- metalli idrati ha permesso di eliminare
l’uso del Cadmio (quindi dei problemi ambientali ad esso connesso) e di incrementare le prestazioni in
termini di densità di energia (circa il doppio rispetto le tradizionali Nichel–Cadmio). Di contro, tali batterie
presentano maggiori cadute di tensione ai terminali ad elevate correnti e la necessità di un circuito BMS più
sofisticato al fine di prevenire la sovraccarica e sovra riscaldamento delle celle.
Vantaggi:
poco soggetta a effetto memoria (possibilità di biberonaggio e quindi di accumulo di energia prodotta ad
es. in fase di decelerazione e frenata)
alta densità energetica (energia per unità di massa)
resiste fino a 1000 cicli di carica
ecologicamente accettabile
poco sensibile a scariche totali
tensione costante per tempi prolungati; in seguito però drastica caduta.
Svantaggi:
costo relativamente elevato
tende a scaricarsi anche se non utilizzata
molto sensibile a temperature basse
necessita un caricatore particolare22.
Esempi applicativi delle batterie Nichel- metalli idrati in trazione sono i veicoli ibridi Toyota Prius e Honda
Insight.
Figura 2-8: Honda Insight e Toyota Prius dotati di batterie Nichel-idruri
Batterie sodio/zolfo (Na-S)
Il punto di forza di questa tecnologia è l’energia specifica molto più elevata di quella degli accumulatori con
elettrolita acquoso (circa quattro volte quella di un accumulatore al piombo). Per tale motivo essa ha visto, a
partire dagli anni ’70, una notevole attività di ricerca e sviluppo principalmente per applicazioni su veicoli
elettrici. Lo sviluppo della cella sodio/zolfo è stato iniziato dalla ABB e ripreso successivamente dalla
giapponese NGK, che ha apportato diverse modifiche per ridurre il grado di pericolosità, arrivando alla
commercializzazione della batteria a partire dal 2002. NGK produce celle sodio/zolfo utilizzate
esclusivamente in moduli ad alta potenza per applicazioni nella distribuzione di energia elettrica
(powerquality, load-levelling, peak-shaving) e sono già presenti diverse installazioni di grossa dimensione
negli Stati Uniti e in Giappone.
Dal punto di vista costruttivo, questa batteria presenta caratteristiche molto diverse rispetto a quelle dei
tradizionali accumulatori, infatti i due elettrodi sono allo stato fuso e sono divisi dal separatore ceramico
(beta allumina), che permette il passaggio ionico e svolge le funzioni dell’elettrolita. La risposta dinamica
della cella sodio/zolfo è molto veloce e rende la batteria particolarmente adatta ad applicazioni di Power
Quality.
Uno degli aspetti più interessanti della cella sodio/zolfo è il rendimento amperometrico praticamente
unitario, grazie alla mancanza di reazioni parassite. Altri punti di vantaggio della cella sodio/zolfo sono
56
l’assenza di auto scarica, grazie al fatto che l’elettrolita solido è un perfetto isolante elettronico, e il fatto che
la capacità della cella è indipendente dal regime di scarica e dalla temperatura22.
Figura 2-9: NYPA 1.2-MW/7.2-MWh Sodium-Sulfur Battery Facility
Figura 2-10: AEP Distribution Substation with Sodium-Sulfur Unit
Sodio/cloruro di Nichel (Z.E.B.R.A.) (Ni-NaCl)
La batteria ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activity) è, dal punto di vista delle prestazioni,
sostanzialmente simile alla sodio/zolfo ma è intrinsecamente più sicura. Per tale motivo la batteria
sodio/zolfo è attualmente progettata e impiegata in applicazioni stazionarie, generalmente di grossa taglia
(peak-shaving, load-levelling), in cui non ci sono rischi di crash di tipo meccanico, mentre la batteria
ZEBRA è attualmente impiegata principalmente nella trazione elettrica stradale e la si sta testando per
applicazioni stazionarie.
Nella batteria ZEBRA i due elettrodi si trovano allo stato fuso e sono divisi da un separatore di materiale
ceramico, la β-allumina, che consente il passaggio ionico.
L’elettrodo positivo è costituito da cloruro di nichel, e si trova immerso in un elettrolita liquido costituito da
una soluzione di tetracloroalluminato di sodio (rispetto al quale naturalmente risulta insolubile) mentre,
l’elettrodo negativo è costituito da sodio.
La batteria ZEBRA ha prestazioni molto simili a quelle della batteria sodio/zolfo. I moduli disponibili in
commercio, che sono comprensivi quindi di sistema di riscaldamento, coibentazione e BMI (Battery
Management Interface), hanno un’energia specifica di 100-130 Wh/kg (corrispondente ad una densità di
22
ENEA Analisi e definizione di strategie di gestione e controllo di sistemi di accumulo elettrico per applicazioni in reti
di distribuzione attive automatizzate Report 1 – Analisi dello stato dell’arte
57
energia di 160–190 Wh/l) ed una potenza specifica di 160–190 W/kg (circa 260-290 W/l). Il rendimento
energetico della batteria è molto elevato, con valori attorno all’80–93% a seconda del ciclo di lavoro23.
Vantaggi:
particolarmente efficiente
buone prestazioni (oltre 1000 cicli di carica/scarica e ottimo rapporto peso/potenza)
materiali non tossici.
Svantaggi:
richiede una temperatura d’esercizio di circa 260°C
si scarica totalmente nel giro di 5-8 giorni (consumo energetico per mantenere la temperatura)22.
Figura 2-11: Sezione di un pacco di celle NaNiCl e batterie tipo Z5-556-ML3C
Figura 2-12: Batteria ZEBRA FIAMM SoNick
Batterie al Litio
Sono forse le batterie più promettenti sia dal punto di vista scientifico che commerciale. Il mercato è in
espansione, infatti negli ultimi anni ha avuto uno sviluppo molto rapido spinto in parte dalla possibilità di
impiego per l’alimentazione dei veicoli elettrici e che ora trova le prime applicazioni anche nello stazionario.
Le batterie al litio possono essere suddivise in tre categorie. Le più diffuse e tecnicamente mature sono le
batterie agli ioni di litio con elettrolita liquido (comunemente dette litio-ioni). In commercio sono disponibili
comunemente batterie litio-ioni di piccola taglia (da frazioni di Ah fino alla decina di Ah) che sono diventate
lo standard indiscusso per l’alimentazione di piccoli elettrodomestici portatili (telefoni cellulari, cordless,
laptop, ecc.), mentre le celle di taglia maggiori sono prodotte in modo limitato e per applicazioni specifiche.
Accanto a queste si stanno oggi diffondendo anche le celle litio-ioni-polimeri, che hanno un elettrolita solido
di tipo polimerico e presentano minori rischi in termini di
58
sicurezza. La terza tipologia sono le celle litio metallo-polimeri, in cui il litio è in forma metallica, allo stato
liquido, che però hanno uno sviluppo limitato perché presentano maggiori problemi di sicurezza e al
momento non sono commercialmente disponibili23.
Vantaggi:
alta densità energetica (energia per unità di massa: 150 Wh/kg ).
peso ridotto.
Durata di vita molto lunga.
tempi di ricarica totale brevi (circa 3h).
non sensibile ad escursioni termiche.
materiali non tossici.
possibilità di ricariche parziali (biberonaggio).
Svantaggi:
costo elevato ( 400-600 € kW).
necessita un caricatore particolare.
possibili danni alla batteria in seguito a scariche totali22.
Figura 2-13: Pacchi di batterie al litio con elettrolita liquido e polimerico
La ricerca nel settore delle celle al litio è molto attiva, in particolare negli ultimi anni, e si propone il
miglioramento o lo sviluppo di nuovi materiali elettrodici ed elettrolitici, il miglioramento delle prestazioni,
della vita attesa e dell’affidabilità. Tra i vari obiettivi vi è anche l’aumento delle capacità delle celle: al
momento infatti il grosso della produzione delle batterie al litio è assorbito dal mercato dell’elettronica di
consumo e le celle prodotte sono di taglia limitata (al massimo pochi Ah), ma la prospettiva di sviluppo e di
impiego delle celle per la propulsione dei veicoli elettrici e nel sistema elettrico ha portato alcuni produttori a
sviluppare celle di taglia medio grande (ordine della decina di Ah).
Un esempio di applicazione di batterie litio-ione nello stazionario è uno Static Var Compensator sviluppato
da ABB in collaborazione con SAFT batteries. Il sistema ha una potenza massima di 600 kW e svolge
funzioni di controllo attivo della tensione e della potenza di rete e mitiga le variazioni rapide del carico e
della generazione. Il sistema è equipaggiato con 8 moduli in serie di celle litio ioni, ciascuno da 646V/41Ah.
Figura 2-14: StaticVar Compensator con batterie al Litioioni
59
Un esempio di applicazione delle batterie litio-ioni in accoppiamento a fonti rinnovabili è fornito dal sistema
sviluppato da Mitsubishi Heavy Industries e da Kyushu Electric Power Co, in collaborazione con il New
Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Negli Stati Uniti, l’AES corporation ha realizzato un sistema prototipale comprendente una batteria
realizzata con moduli di celle litio-ioni con anodo al titanato di litio della Altairnano, dimensionata per
soddisfare un carico da 1 MW per 15 minuti (250 kWh), integrata con un convertitore elettronico e un
sistema di controllo, il tutto installato in un container per facilitarne il trasporto. Il sistema è stato progettato
per essere utilizzato per la regolazione della frequenza e per compensare le fluttuazioni della potenza in
presenza di generatori eolici. Due sistemi, per una capacità complessiva di 500 kWh, sono stati installati e
sottoposti a sperimentazione in una sottostazione di proprietà della Indianapolis Power&Light (IPL).
Figura 2-15: 1MW/250KWh batteria Li-Ion trasportabile della Altairnano
Batterie Zinco-Bromo (Zn-Br)
La batteria zinco/bromo è una tecnologia avanzata sviluppata per lavorare, tipicamente, ai regimi di scarica
compresi fra 2 e 10 ore, in applicazioni di grossa taglia come il load-levelling.
Questa tecnologia unisce la flessibilità caratteristica degli accumulatori a flusso di elettrolita e l’elevata
densità di energia e il costo relativamente contenuto delle tecnologie a base di zinco. Lo sviluppo di tale
tecnologia è alle prime fasi di commercializzazione con sistemi prototipali di taglia da alcune decine ad
alcune centinaia di chilowattora. Uno schema semplificato della batteria Zinco-Bromo a quattro celle è
riportato nella figura sottostante23.
Figura 2-16: Schema batteria ZnBr
23
CESI EICERCA Stato dell’arte e confronto tecnico economico delle tecnologie di accumulo elettrico. Sviluppo di un
sistema con supercapacitori per applicazioni di Power Quality: sperimentazione delle funzioni in ambiente di
simulazione.
60
Il sistema di accumulo zinco/bromo non è ancora arrivato alla maturità tecnologica e commerciale. Al
momento viene prodotto e installato da pochi produttori, tra cui la ZBB, che produce il modulo F25000 e la
Premium Power, che produce anch’essa un modulo standard denominato Zinc-Flow 45, da 30 kW – 45
kWh.
Figura 2-17: Modulo standard premium power Zinc-flow 45
Batterie ai sali di vanadio
Le batterie ai sali di vanadio detta anche VRB, l’acronimo di “Vanadium Redox Battery”, sono state
utilizzate inizialmente come sistemi di emergenza e successivamente per applicazioni di accumulo
stazionario (sistemi di accumulo accoppiato a generatori a fonte rinnovabile per le zone remote), come
sistema per il livellamento del carico giornaliero in rete e per i veicoli elettrici.
Figura 2-18: Schema batteria ai Sali di Vanadio
Vantaggi:
numero indefinito di cicli di carica/scarica della batteria.
efficienza elevata (maggiore dell'85% della efficienza totale).
carica facile e veloce della batteria mediante semplice sostituzione dell'elettrolita.
vita praticamente illimitata (maggiore di 20 anni).
manutenzione praticamente inesistente.
facilità di monitoraggio dello stato di carica delle celle.
costo per kWh in diminuzione all'aumentare della capacità di stoccaggio.
miglioramento, sotto il profilo costi/kWh, dei costi di manutenzione, di durata nei confronti della
tradizionale batteria al piombo.
61
Sono tra le batterie più promettenti in fase di Ricerca e Sviluppo avanzata, soprattutto per i sistemi di grande
capacità, non hanno svantaggi evidenti rispetto ad altri sistemi chimici di accumulo22.
I componenti fondamentali di una batteria VRB sono lo stack, costituito da un determinato numero di celle
elementari elettricamente collegate in serie, i due serbatoi contenenti il catolita (V5+/V4+) e l’anolita
(V3+/V2+), le pompe e il circuito idraulico necessari per la circolazione dell’elettrolita. Generalmente la
batteria è integrata in un sistema che comprende anche un convertitore elettronico DC/AC, un sistema di
controllo e un sistema di raffreddamento.
Figura 2-19: Stack e serbatoio della batteria VRB SUMITOMO da 45 KW-90 KWh installata al CESI RICERCA
62
Di seguito sono riportati i progetti di Ricerca e Sviluppo del FP7 per quanto riguarda le batterie
elettrochimiche.
Acronimo
Titolo
Data
Inizio/Fine
NANOTUBE
ENERGY
Carbon nanotube structures as innovative electrode materials
for more efficient energy storage devices
01-04-2010 to
31-03-2014
SMARTBATT
Smart and Safe Integration of Batteries in Electric Vehicles
POWERWEAVE
LISSEN
Development of Textiles for Electrical Energy Generation and
Storage
High density energy storage materials (coordinator Queen
Mary and Westfield college, university of London)
High density energy storage materials (coordinator Xi’an
Jiaotong University)
New nanosized metal oxy-FLUOrides: tailored SYNthesis and
Energy Storage
Energy Storage with lowered cost and improved Safety and
Reliability for electrical vehicles
Advanced, High Performance, Polymer Lithium Batteries for
Electrochemical Storage
Lithium Sulfur Superbattery Exploitating Nanotechnology
HIPERBAT
Hunting for high performance energy storage in batteries
LABOHR
Lithium-Air Batteries with split Oxygen Harvesting and Redox
processes
STable high-capacity lithium-Air Batteries with Long cycle
life for Electric cars
High energy lithium-ion storage solutions
01-01-2011 to
31-12-2012
01-06-2012 to
30-11- 2015
28-11-2011 to
27-11- 2013
15-11-2013 to
14-11- 2014
01-09-2012 to
31-08-2016
01-05-2011 to
04-03-2014
01-06-2011 to
31-05- 2014
01-09-2012 to
31-08-2015
01-01-2013 to
31-12-2017
01-04-2011 to
31-03-2014
01-09-2012 to
31-08-2015
01-11-2009 to
31-10-2012
01-10-2012 to
30-09-2016
Non disponibile
HIDSOM
HIDSOM
FLUOSYNES
ESTRELIA
APPLES
STABLE
HELIOS
EUROLIS
LISF
NECOBAUT
POWAIR
Advanced European lithium sulphur cells for automotive
applications
Mechanics of Energy Storage Materials: Swelling and
Fracturing in Lithium ion Batteries electrodes during
Charging/Discharging Cycles.
New Concept of Metal-Air Battery for Automotive Application 01-10-2012 to
based on Advanced Nanomaterials
30-09-2015
Zinc-Air flow batteries for electrical power distribution
22-11-2010 to
networks.
21-11-2014
Tabella 2.3- Progetti R&S del FP7 per gli accumulatori elettrochimici
63
2.3. Stoccaggio meccanico
Pompaggio Idroelettrico (PHS-Pumped Hydroelectric Storage)
Si tratta di impianti elettrici a bacino, dotati di turbine “reversibili” (permettono il flusso bidirezionale
dell’acqua, quindi non solo in caduta ma anche in risalita) che, in casi di eccesso di produzione elettrica e nei
periodo di basso carico (prezzo), permettono al fluido di risalire al bacino di monte (pompaggio) per poi
essere riutilizzato per la produzione successiva. Nonostante questa tecnologia sia caratterizzata da un costo
relativamente basso (5-100 $/KWH) rispetto alle altre tecnologie, la fattibilità risulta essere subordinata alla
possibilità di realizzare bacini artificiali o di sfruttare bacini naturali.
Figura 2-20: Schema pompaggio Idroelettrico
Figura 2-21: distribuzione internazionale dell’accumulo idroelettrico
64
Aria compressa (CAES-Compressed Air Energy Storage)
Il principio di funzionamento prevede la compressione dell’aria ed il successivo stoccaggio all’interno di un
serbatoio (naturale o artificiale); l’aria compressa viene poi riscaldata ed espansa all’interno di una turbina a
gas collegata a un generatore.
La compressione e successivo stoccaggio dell’aria avvengono durante le ore di basso carico(prezzo),
viceversa quando è necessario produrre energia elettrica per coprire i picchi di domanda l’aria accumulata
viene fatta espandere in una camera di combustione dove agisce come comburente del carburante (gas
naturale), per poi espandersi all’interno di una turbina che aziona un generatore.
Sono sistemi caratterizzati da un costo relativamente basso rispetto alle altre tecnologia (2-120 $/KWH) ed in
particolare rispetto alle batterie.
Presentano criticità ridotte rispetto ai pompaggi idroelettrici: l’eventuale impossibilità di sfruttare serbatoi
naturale può essere sopperita mediante la realizzazione di serbatoi artificiali, a costi ridotti rispetto al
pompaggio idroelettrico.
Figura 2-22: Schema di un impianto ad Aria Compressa
Figura 2-23: Impianto CAES in Mcintosh Alabama
Volano (flywheel)
L’accumulo di energia elettrica avviene tramite la traduzione della stessa in energia cinetica rotazionale.
Consiste in un rotore a sospensione magnetica, connesso ad un motore elettrico, posto all’interno di una
camera a vuoto che ne riduce l’attrito. L’ energia viene caricata e scaricata tramite il motore elettrico che
aumenta la velocità di rotazione fornendo energia elettrica e inversamente “estrae” energia elettrica
rallentandone la rotazione. Si tratta di sistemi ancora in fase di sperimentazione.
65
Vantaggi (rispetto alle batterie chimiche tradizionali):
Minor peso a parità di energia accumulata.
Maggiore efficienza (bassissime perdite termiche).
Assenza di componenti chimici pericolosi.
Maggiore durata (non risente dei cicli di carica/scarica).
Nessun danno in caso di intensa scarica.
Ricaricabile rapidamente.
Dimensioni adattabili alle applicazioni.
Non necessita rigenerazione22.
Figura 2-24: Volano da 6 kWh della Beacon Power
2.4. Stoccaggio termico
Serbatoi a Sali Fusi
Per applicazioni in centrali termoelettriche, soprattutto ad energia solare, il sistema più adottato è costituito
da serbatoi di sali fusi, che hanno la proprietà di essere dei pessimi conduttori di calore e quindi lo
trattengono fino al momento del suo prelievo per le necessità richieste dal sistema.
Si tratta di centrali che utilizzano migliaia di eliostati (specchi) per concentrare la luce solare su una apposita
caldaia situata in cima ad una torre. Nella caldaia circola un fluido costituito da sali fusi, che vengono così
scaldati fino a temperature di oltre 500 °C. Il calore viene immagazzinato in appositi sistemi di stoccaggio e
può quindi essere utilizzato a richiesta per produrre il vapore necessario alla generazione elettrica. Il sistema
di stoccaggio a sali fusi mantiene la temperatura per giorni con pochissime perdite di calore, consentendo di
produrre elettricità anche di notte e nei giorni di pioggia.
Figura 2-25: Schema di una centrale termosolare che utilizza
serbatoi a Sali fusi
66
La Torresol Energy ha inaugurato nel maggio 2011 la centrale Gemasolar (precedentemente nota come
Solar Tres) a Fuentes de Andalucía, in Spagna.
Questo impianto genera una potenza di 19,9 MW grazie a 2.650 eliostati disposti su una superficie di
185 ettari. Rispetto agli impianti precedenti questo dispone di un serbatoio per lo stoccaggio dei sali fusi (ad
una temperatura di circa 500 °C) più grande che permette alla centrale di rimanere operativa fino a 15 ore
senza irraggiamento solare24.
Figura 2-26: Centrale Gemasolar genera una potenza di 19,9 MW
I progetti di Ricerca e Sviluppo del FP7 relativi allo stoccaggio termico sono riportati di seguito.
Acronimo
Titolo
Data Inizio/Fine
OPTS
Optimization of a Thermal energy Storage system with integrated
Steam Generator
Efficient system to enable storage of high temperature solar heat
energy
01-12-2011 to 3011-014
01-10-2011 to
31-01-2014
Development of Thermal Storage Application for HVAC solutions
based on Phase Change Materials
Effective integration of seasonal thermal energy storage systems in
existing buildings
Sugar Alcohol based Materials for Seasonal Storage Applications
01-11-2010 to 3110-2012
01-01-2012 to
31-12-2015
01-04-2012 to
31-03-2015
01-04-2012 to
31-03-2016
01-11-2011 to 3110-2015
SOLCHEMSTO
RE
HESTOR
EINSTEIN
SAM.SSA
COMTES
RESTRUCTURE
TCSPOWER
Combined development of compact thermal energy storage
technologies
Redox Materials-based Structured Reactors/Heat Exchangers for
Thermo-Chemical Heat Storage Systems in Concentrated Solar
Power Plants
Thermochemical Energy Storage for Concentrated Solar Power
Plants
Tabella 2.4: Progetti R&S del FP7 per l’accumulo termico
24
www.torresolenergy.com
67
01-11- 2011 to
30-04-2015
2.5. Stoccaggio Elettrostatico-magnetico
L’accumulo elettrostatico si ottiene nei supercondensatori (o ultracapacitori, o ultracondensatori) all’interno
dei quali l’energia si accumula in forma elettrostatica raggiungendo valori di centinaia di Farad. L’accumulo
elettromagnetico ha luogo invece nei Super Conducting Magnetic Energy Storage system (SMES) all’interno
dei quali l’energia questa volta è accumulata in forma elettromagnetica. Si tratta di sistemi di accumulo
attualmente vantaggiosi su grandi impianti per via dei loro costi elevati, dovuti anche alla necessità di
realizzare grandi impianti frigoriferi atti a mantenere la parte attiva a temperatura superconduttività.
Supercapacitori
I supercondensatori accumulano l'energia elettrica in due
condensatori in serie a doppio strato elettrico EDL
(Elettrochemical Double Layer).Il supercapacitore più semplice è
formato da due elettrodi polarizzabili, un separatore e un
elettrolita; il campo elettrico è immagazzinato nelle interfacce tra
l'elettrolita e gli elettrodi. Le cariche elettriche si dispongono
sull’interfaccia elettrodo/elettrolita del SC in modo fisico e non si
hanno processi chimici di ossido-riduzione.
Figura 2-27: Schema generale della struttura interna di un supercapacitore
I supercapacitori sono interessanti per la loro elevata densità di potenza e per la loro grande durata, inoltre
l'immagazzinamento di energia è più semplice e più reversibile rispetto alle batterie convenzionali. Il
rovescio della medaglia del processo fisico sta nel fatto che la quantità di carica accumulabile in un SC è
limitata e dipende dalla superficie di interfaccia elettrodo/elettrolita.
I supercondensatori possono essere di diversa tipologia, differenti per tipo di elettrodo o di elettrolita.
Quelli maggiormente studiati e commercializzati utilizzano elettroliti in soluzione acquosa o organica ed
elettrodi a base di carbone di alta area superficiale. Per aumentare l'area superficiale degli elettrodi si stanno
sviluppando materiali contenenti nanotubi di carbonio. Altre ricerche mirano ad ottenere elettrodi composti
da film di carbonio nanostrutturato. La presenza di molti vuoti e canali tra i grani di questo film, suggerisce
una elevata porosità e una bassa densità del materiale e misure di riflettività ai raggi X hanno confermato
questa ipotesi. Rispetto alla tecnologia basata sui nanotubi, che richiede una sequenza complessa di passi, la
deposizione da fasci supersonici di cluster appare una tecnica più semplice e versatile. L'elevata porosità dei
film di carbonio nanostrutturato così depositati, fa sì che la grande superficie attiva disponibile (1400 m2/g)
permette di raggiungere i valori seguenti:
capacità specifica 75 F/g
massima densità di energia 76 Wh/Kg
massima densità di potenza 506 KW/Kg25. [11]
I condensatori a doppio strato, rispetto alle batterie elettrochimiche, non sono soggetti ad usura: sopportano
più di 500 000 cicli di carica/scarica con una durata di vita minima di 10 anni, senza che la capacità si
modifichi in funzione del tempo.
25
webcesid1.fisica.unimi.it
68
Figura 2-28: Struttura interna di un condensatore elettrochimico
Pur essendo già commercialmente disponibili i supercapacitori non sono ancora tecnologicamente maturi e
sono oggetto di studio da parte di vari gruppi di ricerca. Si possono prevedere buoni margini di
miglioramento sia tecnologico, ad esempio mediante l’utilizzo di materiali innovativi per gli elettrodi (ad
esempio materiali nano strutturati) e per gli elettroliti, sia economico.
SMES - Superconducting Magnetic Energy Storage
I sistemi ad accumulazione magnetica dell’energia elettrica basati sull’utilizzo di materiali superconduttori
(noti come Super conducting Magnetic Energy Storage systems o SMES) immagazzinano l’energia elettrica
in un elettromagnete, ovvero in bobine avvolte su un nucleo magnetico che sono costituite da filo conduttore
realizzato con Niobio e Titanio. L’elettromagnete è tenuto a temperatura criogenica all’interno di un
contenitore isolato termicamente al fine di mantenere uno stato di superconduzione.
Vantaggi
Possibilità di immagazzinare energia in un campo magnetico sotto forma di corrente elettrica.
Rapido accesso all’energia con impercettibili tempi di risposta (20 ms).
Possibilità di erogare istantaneamente più di 3MW di potenza per ogni singolo sistema accumulatore.
Elevata sicurezza: autospegnimento in caso di problemi imprevisti
Rispetto dell’ambiente: sistemi criogenici ambientalmente sicuri, assenza di prodotti chimici pericolosi.
Assenza di usura e manutenzione: non ci sono parti mobili associate all’accumulatore di energia
Vita utile: funzionalità e durata non sono influenzate dal numero di cicli né dalla profondità di scarica26.
Ansaldo Ricerche e CESI hanno effettuato con successo il 22 ottobre
2004 presso il laboratorio Elettra della società Sincrotrone Trieste, il
collaudo del primo accumulatore dielettricità SMES italiano di taglia
industriale con una potenza di 1,2 MW.
Figura 2-29: Magnete completo con flange e
tiranti collegato al coperchio del serbatoio elio
26
www.amsc.com American Superconductor
69
I progetti di Ricerca e Sviluppo del FP7 relativi allo stoccaggio elettrostatico/magnetico sono riportati di
seguito.
Acronimo
Titolo
IONACES
Understanding ion transport in nanoporous carbons; application
to energy storage and sustainable development
New generation, High Energy and power density
SuperCapacitor based energy storage system
development of high energy/high power density supercapacitors
for automotive applications
Graphene-based Electrodes for Application in Supercapacitors
HESCAP
AUTOSUPERCAP
ELECTROGRAPH
2DNANOCAPS
2DMATER
GRAPHENE
STORAGE
Next Generation of 2D-Nanomaterials: Enabling Supercapacitor
Development
Controlled Synthesis of Two-Dimensional Nanomaterials for
Energy Storage and Conversion
Graphene Ribbon-based Nanomaterials for Electrochemical
Energy Conversion and Storage
Composite structural power storage for hybrid vehicles
Tabella 2.5: Progetti R&S del FP7 per l’accumulo elettrostatico/magnetico
70
Data
Inizio/Fine
2012-04-01 to
2017-03-31
2010-04-01 to
2013-09-30
2011-01-01 to
2013-12-31
2011-06-01 to
2014-05-31
2011-10-01 to
2016-09-30
2012-09-01 to
2017-08-31
2012-06-07 to
2014-06-06
2010-01-01
to 2012-12-31
2.6. I principali attori della ricerca e della filiera Energy
Storage
Enel e altri 12 tra i maggiori operatori energetici e centri di ricerca europei hanno costituito a Bruxelles la
EASE (Associazione Europea per lo Stoccaggio dell’Energia), con l’obiettivo di promuovere in Europa
l’immagazzinamento dell’energia. EASE intende rispondere all’esigenza di dar vita in Europa ad un unico
centro di competenze e di esperienze in materia di stoccaggio dell’energia, con l’obiettivo di facilitare lo
sviluppo industriale di tecnologie innovative attraverso la condivisione e la diffusione delle conoscenze e
delle informazioni sullo stoccaggio dell’energia27.
All’associazione si sono aggregati molti altri membri ed alcune organizzazioni internazionali che sono
elencate nelle figure seguenti.
Figura 2-30: Membri (sinistra) e Organizzazioni partner (destra) della EASE
27
www.enel.it
71
2.7. Confronto tra le diverse tecnologie
Le caratteristiche principali di un sistema di accumulo riguardano essenzialmente le proprietà proprie di
accumulo e quelle operative e sono: densità di energia e di potenza, efficienza energetica in carica e scarica,
autoscarica, tempi di carica e scarica, comportamento in diverse condizioni di stato di carica, vita utile (in
anni e cicli), tempi di realizzazione, affidabilità, materiali utilizzati, costo e sicurezza nell’uso, nella
realizzazione e nell’eventuale smaltimento28. A seconda dell’applicazione e del metodo di accumulo si ha
bisogno di determinate caratteristiche del sistema di accumulo. Queste caratteristiche diventano criteri di
valutazione in fase di progettazione e scelta del sistema di accumulo, che prevalentemente mirano a favorire
gli aspetti economici ed anche ambientali del sistema individuato. Attualmente, nelle reti elettriche, si
utilizzano diverse tipologie di accumulo: pompaggio d’acqua in bacini di accumulo di elevate dimensioni,
aria compressa in serbatoi naturali (CAES), magneti superconduttori (SMES), volani (flywheels),
accumulatori elettrochimici (vari tipi di batterie: sodio-zolfo = NaS; NaNiCl2 = ZEBRA; ZrBr; PiomboAcido), accumulo di energia termica, supercondensatori.
La Figura 2-31e Figura 2-32
riassumono alcune caratteristiche peculiari dei principali
sistemi
di
accumulo
attualmente utilizzati o studiati
che
sono
maggiormente
dettagliate nella Tabella 2-33,
invece nella Tabella 2-34 è
riportata una panoramica
futura delle nuove tecnologie
destinate al campo dello
stoccaggio energetico.
Figura 2-31: mappatura di alcune
delle più importanti tecnologie
in funzione della durata e della
capacità di stoccaggio.
Figura 2-32: confronto tra le
tecnologie in funzione del costo per
ciclo
28
ENEA Unità Tecnica “Tecnologie Avanzate per l’Energia e l’Industria”
72
Tabella 2-33: confronto tra le
diverse tecnologie per lo
stoccaggio dell’energia elettrica
73
Tabella 2-34: Panorama futuro delle nuove tecnologie per lo stoccaggio energetico
74
3. Le strategie e programmi di finanziamento
dedicati allo stoccaggio dell’energia
Le strategie ed i programmi di finanziamento dedicati allo stoccaggio dell’energia, come per le normative,
non hanno una sezione specifica, ma trovano spazio nei programmi e nelle strategie attinenti al clima e
all’energia, in particolar modo a quella rinnovabile.
Nel 2008, l’Unione Europea ha varato il “Pacchetto Clima-Energia” (cosiddetto “Pacchetto 20-20-20”),
con i seguenti obiettivi energetici e climatici al 2020:
impegno unilaterale dell’UE a ridurre di almeno il 20% entro il 2020 le emissioni di gas serra
rispetto i livelli del 1990. Gli interventi necessari per raggiungere gli obiettivi al 2020 continueranno
a dare risultati oltre questa data, contribuendo a ridurre le emissioni del 40% circa entro il 2050.
obiettivo vincolante per l’UE di contributo del 20% di energia da fonti rinnovabili sui consumi finali
lordi entro il 2020, compreso un obiettivo del 10% per i biocarburanti.
riduzione del 20% nel consumo di energia primaria rispetto ai livelli previsti al 2020, da ottenere
tramite misure di efficienza energetica. Tale obiettivo, solo enunciato nel pacchetto, è stato in
seguito declinato, seppur in maniera non vincolante, nella direttiva efficienza energetica approvata in
via definitiva nel giugno 2012.
Inoltre, L’Unione Europea ha già iniziato a discutere gli scenari e gli obiettivi per orizzonti temporali di
lungo e lunghissimo termine, il cosiddetto Energy Roadmap 2050. Si prevede infatti una riduzione delle
emissioni di gas serra del‟80-95% entro il 2050 rispetto ai livelli del 1990, con un abbattimento per il
settore elettrico di oltre il 95%. In particolare, i principali cambiamenti strutturali identificati includono:
aumento della spesa per investimenti e una contemporanea riduzione di quella per il combustibile.
incremento dell’importanza dell’energia elettrica, che dovrà quasi raddoppiare la quota sui consumi
finali (fino al 36-39%) e contribuire alla decarbonizzazione dei settori dei trasporti e del
riscaldamento.
ruolo cruciale affidato all’efficienza energetica, che potrà raggiungere riduzioni fino al 40% dei
consumi rispetto al 2005.
incremento sostanziale delle fonti rinnovabili, che potranno rappresentare il 55% dei consumi finali
di energia (e dal 60 al 90% dei consumi elettrici).
incremento delle interazioni tra sistemi centralizzati e distribuiti.
Il SET Plan, “Strategic Energy Technology Plan”,a livello europeo costituisce la risposta strategica alle
grandi sfide del clima e dell’energia e si propone:
Nel medio termine (2020) una maggiore diffusione delle tecnologie già oggi disponibili: sviluppo
dell’eolico, del fotovoltaico e del solare termodinamico; sviluppo di reti intelligenti per favorire la
generazione di energia distribuita e l’utilizzo di fonti rinnovabili; sviluppo dei biocarburanti; la
diffusione di elettrodomestici e apparecchi più efficienti per l’industria e i trasporti.
Nel lungo termine, (2050), uno sforzo di ricerca e innovazione tecnologica del sistema industriale in
articolare verso: la seconda generazione di rinnovabili; lo stoccaggio dell’energia; lo sviluppo di
nuovi materiali e tecnologie per l’efficienza energetica; la cattura e lo stoccaggio della CO2; i veicoli
alimentati a celle a combustibile e a idrogeno; i progetti dimostrativi per reattori nucleari di quarta
generazione; la realizzazione del reattore a fusione nucleare “ITER”.
75
4. Attori dei territori Rhône Alpes e Piemonte
4.1. Rhône-Alpes
Alstom Hydro è un protagonista storico a Grenoble ed è al primo posto nel mondo nel mercato delle turbine
idrauliche per l’equipaggiamento delle dighe idroelettriche. Il gruppo è anche leader del mercato delle
stazioni di trasferimento dell’energia mediante pompaggio (turbine; quota di mercato superiore al 30% fonte Alstom), che consentono di stoccare le energie intermittenti.
Per consolidare la sua leadership, Alstom ha appena rafforzato il suo centro mondiale per la tecnologia
dell’idroelettricità a Grenoble, stabilendovi la sede della filiale "idro" e l’insieme delle sue attività di R&D.
Alstom hydro impiega più di 700 persone nella regione di Grenoble.
Il gruppo ha anche annunciato la creazione di una cattedra industriale dedicata alle macchine idrauliche,
presso l'Istituto politecnico Grenoble (INP di Grenoble). Si tratta del primo mattone per la creazione di un
polo di eccellenza nella ricerca sulle macchine idrauliche.
http://www.alstom.com/
McPhy integra il progetto GRHYD.
McPhy Energy mette a disposizione del progetto GRHYD le sue competenze in materia di soluzioni per lo
stoccaggio dell’idrogeno. Questo programma di iniezione di idrogeno (prodotto a partire da energie
rinnovabili) nella rete del gas naturale di un ecoquartiere, è supportato da GDF-Suez ed è realizzato
nell‘ambito del programma di Investimenti a garanzia del futuro. Esso mira a proporre une soluzione
flessibile, che unisce la gestione dell'energia elettrica e del gas, attraverso il vettore idrogeno. Il ruolo di
McPhy sarà quello di esercitare il controllo e stabilizzare le fluttuazioni troppo elevate di produzione di
idrogeno a partire dalle energie rinnovabili, favorendo così l'equilibrio fra offerta e domanda.
http://www.mcphy.com/fr/
Con sede a Grenoble, Prollion, progetta, sviluppa e produce accumulatori e sistemi di batterie a partire dalle
tecnologie a ioni di litio più innovative. I campi di applicazione sono vasti: essi includono lo stazionario, i
veicoli elettrici, la medicina, il militare e la difesa, l’aeronautica e l’aerospazio, le applicazioni marine e
sottomarine e altre applicazioni esigenti…
Prollion ha realizzato molti programmi di ricerca in collaborazione con i principali protagonisti nell’ambito
delle batterie a ioni di litio, come il CEA Liten.
Fra questi programmi, il Fondo Unico Interministeriale supporta Prollion per i progetti PROCYiON2
(sviluppo dei processi di produzione e di riciclaggio di nuovi componenti per pacchi batterie a ioni di litio) e
ElexC (sviluppo di nuovi pacchi batterie per le mini pale elettriche), con il marchio dei poli di competitività
più importanti come Tenerrdis.
http://www.prollion.com/fr
Freemens è una start-up proveniente dai laboratori del Grenoble-inp. Possiede competenze sul il
bilanciamento attivo e la gestione delle batterie. Questi dispositivi migliorano la capacità degli gruppi di
batterie e ne allungano la durata di vita.
http://freemens.fr/
Recupyl è specializzata nel recupero innovativo delle batterie. RECUPYL ha sviluppato una tecnologia
idrometallurgica innovativa di scarso impatto ambientale, che permette di valorizzare i metalli contenuti
nelle batterie e pile.
http://www.recupyl.fr/
76
ACCUWATT progetta, sviluppa e produce soluzioni per la gestione dell’energia per applicazioni di
sicurezza, imbarcate o mobile, basate su tutti tipi di batterie
I prodotti ACCUWATT sono caratterizzati da una grande affidabilità e sicurezza, rendendo disponibile
l’energia in qualsiasi condizioni di utilizzo.
http://www.accuwatt.fr/
La piattaforma tecnologica STEEVE (Stoccaggio di energia elettrochimica per i veicoli elettrici) del CEALiten consente la produzione di piccole serie di batterie, dalla sintesi dei materiali fino al montaggio
della batteria sul veicolo. Essa unisce diversi enti di ricerca (CEA, CNRS, EDF, Ineris) ed ha avviato
partnership industriali con Renault, Michelin, La Poste, Siemens et Alstom.
Una piattaforma Batterie/Sistemi di linea per accelerare l’industrializzazione
Le CEA-Liten si è dotato di una linea pilota per l’assemblaggio di pacchi batterie con una capacità di
produzione pari a un pacco batteria al giorno, ovvero l’equivalente di 350 kWh al mese. Operativa
dall’autunno 2011, questa linea pilota ha come obiettivo l'integrazione delle celle in un pacco batteria,
contente un BMS (Battery Management System), assicurando così la tracciabilità e garantendo tempi di
produzione competitivi.
Tale linea pilota è complementare alla piattaforma STEEVE destinata alla produzione di accumulatori.
Grenoble INP/ENSE3 : Grenoble INP, una delle scuole di ingegneria francesi più prestigiose; l’istituto
riunisce 5.400 studenti e forma ogni anno più di 1.200 ingegneri. L’ENSE3 (una delle 6 scuola del gruppo)
forma in 3 anni gli studenti in ingegneria sull’energia, l’acqua, e l’ambiente, in particolare nei settori legati
alle nuove modalità di produzione, di conversione e di stoccaggio, e sulla gestione delle reti elettriche.
L’ENSE3 propone anche un master internazionale di scienze dell’ingegneria elettrica applicata alle smart
grid e all’edilizia.
L’Istituto nazionale per l’energia solare è un centro di ricerca destinato all’energia solare (fotovoltaica e
termica) e alla sua integrazione nel settore dell’edilizia. I progetti riguardano in particolare i processi di
purificazione e di cristallizzazione del silicio, la progettazione di celle innovative a base di silicio, di strati
sottili e di materiali organici. Il centro è anche mobilitato per la gestione delle reti e delle tecnologie di
stoccaggio fisso o mobile a forma di batteria.
La piattaforma sperimentale STORE consente di caratterizzare le prestazioni e l'invecchiamento delle
diverse tecnologie di stoccaggio dell'elettricità, principalmente quelle tecnologiche. Si tratta della più
grande installazione europea per lo studio dello stoccaggio delle energie rinnovabili e la generazione
elettrica distribuita.
77
4.2. Piemonte
Università/Centri di ricerca
Politecnico di Torino
Da oltre 150 anni, il Politecnico di Torino è una delle istituzioni pubbliche più
prestigiose a livello italiano ed internazionale nella formazione, ricerca,
trasferimento tecnologico e servizi in tutti i settori dell'Architettura
e dell'Ingegneria.
In particolare, i dipartimenti principali legati al tema Energy Storage sono le seguenti:
• Il Dipartimento Energia (DENERG) è la struttura di riferimento dell'Ateneo nelle aree culturali che
affrontano i temi dell'energia e dello sviluppo sostenibile con l'obiettivo di migliorare le tecnologie
energetiche esistenti, di promuoverne di nuove e di contribuire all'uso razionale e consapevole delle
risorse energetiche.
• Il Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni (DET) è la struttura di riferimento dell'Ateneo
nell'area culturale dell'ICT, per gli aspetti relativi alle telecomunicazioni, ai sistemi ed apparati
elettronici, ai circuiti, ai dispositivi e alle tecnologie, nonché alle tecniche di caratterizzazione e
misura e ai settori collegati come la bioingegneria.
• Il Dipartimento di Ingegneria dell'Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI) è la
struttura di riferimento dell'Ateneo nelle aree culturali che studiano le tecnologie che mirano alla
salvaguardia, alla protezione e alla gestione dell'ambiente e del territorio, all'utilizzo sostenibile
delle risorse e allo sviluppo ottimizzato ed eco-compatibile delle infrastrutture e dei sistemi di
trasporto.
• Il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale (DIMEAS) è la struttura di riferimento
dell'Ateneo nell'area culturale che riguarda un ampio spettro di settori legati alle manifatture tipiche
di una società industriale avanzata, con attività che spaziano dai domini più classici a quelli di
frontiera nelle aree della meccanica e dell'aeronautica. Il DIMEAS promuove, coordina e gestisce la
ricerca fondamentale e quella applicata, la formazione, il trasferimento tecnologico e i servizi al
territorio con riferimento agli ambiti autoveicolistico, aeronautico, ferroviario, tessile,
agroalimentare e di impianti specifici per i processi industriali, fino ai campi della ricerca di
frontiera connessi all'esplorazione dello spazio, all'ingegneria dei sistemi, ai nuovi materiali, alle
micro e nanotecnologie, ai veicoli e ai velivoli a basso impatto ambientale, all'ingegneria
biomedica.
• Il Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT) è la struttura di riferimento dell'Ateneo
nelle aree culturali che studiano i fondamenti della materia e dell'energia, la loro trasformazione e le
relative applicazioni ingegneristiche. Il DISAT promuove, coordina e gestisce la ricerca
fondamentale e quella applicata, la formazione, il trasferimento tecnologico e i servizi al territorio
con riferimento agli ambiti della fisica della materia, delle nanotecnologie, delle interazioni
fondamentali, della fisica applicata, della chimica, della scienza e tecnologia dei materiali, della
metallurgia, della failure analysis di componenti strutturali, dei materiali e processi per la
bioingegneria, dell'ingegneria fisica, chimica, alimentare e dei processi sostenibili.
www.polito.it
78
Poli d’innovazione legati al settore Energy Storage
Polo di Innovazione Edilizia Sostenibile e Idrogeno (POLIGHT)
POLIGHT è il Polo di Innovazione gestito da Environment Park per stimolare
iniziative di ricerca, sviluppo e innovazione nei settori di Bioedilizia e Idrogeno.
Per l’area dell’edilizia sostenibile, il Polo ha istituito 4 Traiettorie Progettuali:
• Impiantistica per l’edilizia eco efficiente
• Materiali, componenti e serramenti eco-efficienti
• Sistemi costruttivi Eco-efficienti
• Ecoefficienza del processo edilizio
Anche per l’area dedicata all’idrogeno sono state istituite 4 Traiettorie Progettuali:
• H2 MOB: Mobilità, trasporti e distribuzione
• H2 STORE: Produzione e stoccaggio
• H2 GEN: Core technologies
• H2 MARK: Early markets
www.polight.piemonte.it
Polo di Innovazione Energie rinnovabili e mini hydro (ENERMHY)
Il dominio tecnologico di ENERMHY è definito "energie rinnovabili
e minihydro" e si declina in tre Traiettorie Tecnologiche:
• l'integrazione impiantistica (INTIMP),
• l'utilizzo delle biomasse marginali (sottoprodotti delle attività agroindustriali) a scopo energetico
(BIOMA) e
• il minihydro (MHY).
www.enermhypiemonte.it
Polo Regionale di Innovazione per le Energie Rinnovabili
e i Biocombustibili (POLIBRE)
Nell’ambito del dominio tecnologico di POLIBRE si distinguono 2 traiettorie progettuali, ambiti di ricerca,
comunque circoscritti, su cui si articolano le diverse attività del Polo e dei suoi soggetti aggregati:
• BIOMASS, dedicata allo studio di Biomasse Agroenergetiche
• PHOTOVOLT, dedicata allo studio del Fotovoltaico Avanzato
L’obiettivo principale di POLIBRE è quello di favorire la crescita delle imprese associate attraverso
l’innovazione di prodotto e di processo in questi due campi.
www.polibre.it
79
Alcune aziende
Tecnodelta
Tecnodelta S.r.l. non ha una produzione standard, generalmente progetta e
costruisce impianti ed apparecchiature su richiesta del cliente, fornendo
sistemi di regolazione, distribuzione, controllo e analisi dei fluidi con particolare attenzione ai gas per
processi industriali, per analisi e ricerca e per usi speciali.
Attività dell’azienda legate alla filiera dell’idrogeno:
- Progettazione e realizzazione di impianti per stoccaggio, utilizzo e distribuzione dell’idrogeno
- Collaborazione ad attività di R&S, prototipazione, brevettazione
- Progetto finalizzato alla progettazione e alla realizzazione di un prototipo di bombola ad idruri metallici
www.tecnodeltaimpianti.com
Hysytech
Hysytech è una società di Ingegneria Chimica che offre ai suoi clienti nazionali e
internazionali, soluzioni innovative risultato di una costante attività di ricerca e Sviluppo (R&S). Soluzioni
integrali che considerano il processo, la generazione e il recupero della energia. Soluzioni a misura che
garantiscono l’uso adeguato dell'energia, comportando una riduzioni dei costi e una diminuzione
dell’impatto ambientale. Oggi siamo una società pioniera nel campo dell'ingegneria di processo e, in
particolare, sulla progettazione e costruzione di impianti "chiavi in mano" per il trattamento chimico di
combustibili, generazione di energia e trattamento ambientale.
www.hysytech.com
Azimut Benetti
L'Azimut-Benetti è composta di due divisioni Benetti e Azimut.
La divisione Azimut si occupa della realizzazione di imbarcazioni da diporto prevalentemente in
vetroresina di dimensioni non superiori ai 35 metri che opera negli stabilimenti di Torino, Viareggio e
Savona; la divisione Benetti si concentra sulla produzione di imbarcazioni di dimensioni superiori ai 30
metri in acciaio e alluminio ma anche vetroresina utilizzando gli stabilimenti di Viareggio, Livorno e Fano.
Azimut-Benetti lavora su progetti di ricerca legati a unità di generazione elettrica ausiliaria (APU) basata su
power system PEM dotata di un sistema di generazione elettrolitica per la produzione di idrogeno durante le
fasi di crociera.
http://www.azimutbenetti.it/
Bitron
BITRON S.p.a fa parte del gruppo Bitron, società multinazionale di proprietà
italiana che opera nel settore meccatronico per apparecchiature domestiche, automobilistiche e di
condizionamento climatico. L’esperienza più che cinquantennale di BITRON spazia negli svariati campi
della meccanica e dell’elettronica ad essa applicata. L’Azienda è da sempre orientata all’innovazione e
all’eccellenza dei propri processi, vocazione che l’ha portata a ricevere numerosi e prestigiosi
riconoscimenti, come il premio Toyota per il project management e la logistica ed il premio Yamaha per lo
sviluppo.
www.bitron.net
80
Enerconv
L’azienda, nata dall’iniziativa di professionisti del settore con un’esperienza più che ventennale nella
progettazione e nella produzione di elettronica di segnale e di potenza, concentra importanti competenze nel
settore della conversione di energia.
I settori in cui si è principalmente impegnati sono:
• Convertitori DC-DC e Inverter ad alta efficienza per fonti rinnovabili (Fuel Cell, solare, eolico)
• Progetto e realizzazioni di sistemi di controllo digitali
• Realizzazione di software di controllo e comunicazione
• Ingegnerizzazione e avviamento della produzione
• Realizzazione di sistemi di collaudo automatici (ATE)
Per garantire lo stato dell’arte nella progettazione elettronica, l’aziende investe nella continua ricerca di
tecnologie innovative; in particolare la progettazione delle apparecchiature si avvale dell’utilizzo di
tecnologie avanzate quali software di simulazione per l’analisi e la sintesi dei sistemi elettronici, schede di
controllo basate su DSP, sistemi di design e validazione per FPGA e CPLD, materiali magnetici a basso
profilo, montaggio superficiale su substrati dissipativi IMS, sistemi di dissipazione termica evoluti.
Settore e livello dell’azienda rispetto la filiera dell’idrogeno: Fornitore di componenti non specifici per la
tecnologia nei settori produzione, applicazioni stazionarie e mobili.
www.enerconv.it
Archimede Energia
Archimede Energia, è nata nel 2002 ed ha sviluppato soluzioni
e applicazioni nell’ambito della Mobilità Sostenibile (sviluppo e produzione di accumulatori ai Polimeri di
Litio ÆnerBox® per la trazione e per i servizi per veicoli a due, tre e quattro ruote; powertrain per veicoli a
due, tre e quattro ruote), del Risparmio Energetico in Edilizia mediante soluzioni per l'accumulo di energia
abbinato a sistemi fotovoltaici ed eolici e della Nautica (sviluppo e produzione di accumulatori ai Polimeri
di Litio per la trazione e per i servizi per imbarcazioni).
www.archimede-energia.com
Fluido Sistem
Sin dal 1979, FLUIDO SISTEM è presente sul mercato dell'automazione
industriale: progetta, produce e commercializza articoli standard, normalizzati ISO, CNOMO, speciali per
l'automazione e l'aria compressa. Si distingue per la grande esperienza nel settore, che permette di garantire
al cliente un prodotto finale di altissima qualità:
• Cilindri pneumatici
• Cilindri idraulici
• Cilindri speciali
• Valvole ed elettrovalvole
• Raccordi innesto rapido
• Regolatori di flusso
• Raccordi speciali
• Gruppi trattamento aria
• Tubi flessibili
• Tubi e cappucci antiscintilla
• Progettazione e realizzazione di quadri pneumatici
• Soluzioni specifiche negli impianti di lastratura e saldatura
L’azienda è impegnata in progetti di ricerca e ha sviluppato un booster, compressore idraulico per
l’idrogeno.
www.fluidosistem.it
81
Centro Ricerche FIAT
Il Centro Ricerche Fiat S.C.p.A. (CRF), fondato nel 1976 come polo di riferimento
per innovazione e R&D del Gruppo Fiat. Gli obiettivi del CRF sono utilizzare
l’innovazione come leva strategica, valorizzazione dei risultati attraverso promozione, sviluppo e
trasferimento di contenuti innovativi in grado di dare distintività e competitività al prodotto. Accanto alla
sede principale di Orbassano (TO), CRF ha 3 sedi decentrate ed opera in Friuli sull’illuminazione e lo
stampaggio plastica. Con un organico di oltre 850 ricercatori altamente qualificati, CRF sostiene la crescita
tecnologica del Gruppo Fiat, dei suoi Partner e del territorio in settori quali il veicolo e i suoi componenti, la
mobilità ecologica e sicura, la telematica, i nuovi materiali e le relative tecnologie, la meccatronica, l’ottica,
l’energia, oltre che alle attività su motopropulsori in collaborazione con FPT –Fiat Powertrain
Technologies.
Il centro di ricerca rispetto alla filiera dell’idrogeno
• Soluzioni sviluppate a livello di FC System & Powertrain
• per vetture: dalla Seicento Elettra H2 (FC range extender) alla Seicento Hydrogen (FC full
performance) utilizzando PEMFC stack di Nuvera
• per bus ad uso prevalentemente urbano: IVECO Cityclass FC Ibrido per Torino e Madrid
utilizzando PEMFC Systems di UTC
• Attualmente ha completato lo sviluppo di un FC System di nuova generazione (con PEMFC stack
di Nuvera) applicandolo alla nuova Panda Hydrogen (FC full power)
• Partecipa a progetti pubblici di R&D europei (Fuero, Fueva, Optimerecell, FCTestnet, Direct,
HyTran, HySYS, Autobrane, Roads2Hycom, HarmonHy…) e nazionali (FC1, FC2, FC3…).
www.crf.it
Energrid SpA
Vendita di energia elettrica, gas e global service energetico.
Attraverso il Gruppo Gavio, sinergia tra il mercato elettrico e
quello delle costruzioni.
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Commodity energetiche (vendita energia elettrica e gas)
Efficienza energetica (monitoraggio consumi, fornitura e manutenzione
di reti e impianti, global service di illuminazione pubblica, teleriscaldamento)
Generazione distribuita (cogenerazione, fotovoltaico, biomasse, mini hydro)
www.energrid.it
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