la transition énergétique, laffaire de tous. | liege creative, 04.10.16

Soirée de lancement

La transition énergétique, l'affaire de tous.

LIEGE CREATIVE, une initiative de

LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

Damien Ernst Professeur Ordinaire, ULg - Institut Montefiore, Systems and Modeling Research - Smart grids

SMARTGRIDS:Algorithmsforintelligentdecision-making

Prof.DamienERNST

Latransi=onénergé=que,l’affairedetous Prof.DamienERNST

COP21:Ambi=ouscutsingreenhousegasemissions=>Necessarilyimplies(virtually)stoppingburningfossilfuels.

Greenhouse gas emissions, by source sector, EU-28, 2013 (% of total):

Averagedailyenergyconsump=onperperson:125kwhElectricalconsump=oninBelgium:80TWhEnergyconsump=oninBelgium:600TWh

69AP1000nuclearreactors

30220Enercon-126wind

3424km2ofPVpanels

HundredsofmillionsofTeslabaZerieswouldbeneededinaBelgiumpoweredbyPV.

Storage, smart management of the system and investments in cables and lines: required for integrating significant amount of renewable energy into distribution networks.

Microgrids are also a key part of the solution.

Catherine Henrist Chef de Travaux ULg - Group of Research in Energy & Environment from MATerials (GreenMAT) / UR CESAM Nathalie Job Chargée de cours ULg - Chemical Engineering / Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry Grégoire Léonard Chargé de cours ULg - Chemical Engineering / PEPs Products, Environment, Processes

LestechnologiessolairesduGroupedeRechercheenEnergieetENvironnementparlesMATériaux

CatherineHENRIST,PhD«LaTransi=onEnergé=que:l’affairedetous»

SoiréedelancementLiègeCréa=ve04Octobre2016

Allresultsinthispresenta=onarethepropertyofGREENMAT

ConversionenélectricitéPhotovoltaïque

Cellulessolairesde3ièmegénéra=on:•  DyeSensi=zedSolar

Cells• Perovskite

ConversionenhydrogènePhotohydrolysedel’eau

StockageBaFeriesLi

Pilesàcombus=bles

(nano)Matériauxpourl’énergieSOLAIRE:Ges=on,u=lisa=on,conversion,stockage

«Smartwindows»• Marché:bâ=mentsdebureaux• Réduc=onfraisclima=sa=on• Collab.AGC

Ges=onensoleillementVitragesélectrochromes

Dépollu=onaireteauPhotocatalyse

•  VitragesautoneZoyants

•  Marché:bâ=ments•  Épura=oneaux

uséesetfiltra=onairintérieur

(nano)Matériauxpourl’énergieSOLAIRE:Ges=on,u=lisa=on,conversion,stockage

23

1ère génération •  Silicium

2ième génération •  Films minces

• CIGS, CZTS, a-Si

3ième génération • Organique • Cellules solaires à colorant et • Dérivées Pérovskite

LestechnologiesPHOTOVOLTAIQUES

Evolu=ondesrendementsdesdifférentestechnologiesphotovoltaïques

LESCELLULESDE3IÈMEGÉNÉRATION:UNEALTERNATIVEINTÉRESSANTEAUSI

ComparéesauSi,ellesoffrentplusieursavantages:>coûtréduitdefabrica=on>énergiegriseréduite(Si:purifiéà2000°C!)>efficacitéenlumièrediffuse>semi-transparentesetcolorées>OKpoursupportcourbe

(importantpourlesecteurBIPV)

LIMITATIONSElectrolyteLiquide/duréedevieréduiteà Challenges: -Electrolytesolide

-Nanostructura=ondelaphotoanode-Épaisseurréduite(<5µm)

26

27

CELLULE SOLAIRE À COLORANT OU CELLULE DE GRAETZEL

COMMENTÇAMARCHE?

28

Cellulestandard:Empilementdésordonnéde

nanopar=culesdeTiO2

GREEnMat

Contrôledelanano/microstructurePourop=miserla

collectedesélectrons

STRATEGIE DE RECHERCHE AU GREENMAT

ü Surface spécifique plus élevée

ü Meilleure infiltration dans les

pores

ü Transfert électronique facilité

29

CELLULESSOLAIRESÀPEROVSKITE:TOUTSOLIDE

methylammoniumPborSnI,ClorBr

Projec=ondecoûtdefabrica=on:2à3foismoinscherquelespanneauxSiactuels

30

STRATÉGIEDENANOSTRUCTURATIONAPPLIQUÉEAUXCELLULESÀPÉROVSKITE

B.#PHO

TOAN

ODE

#PER

OVS

KITE#

A.#PHO

TOAN

ODE

#TiO

2#

<"3"µm""(colorants"organiques)"<"500"nm""

(pérovskite)"""

60"nm"""

150"nm"""

FTO#Verre"

10"µm"""

Cathode"Pt"

FTO#Verre"

Electrolyte"liquide"(I2/I3J)"

FTO"(USP)#verre"

<"500"nm"""

60"nm"""

150"nm"""

FTO"(USP)#Verre"

Cathode"métallique"semiJtransparente"

FTO#Verre"

TiO2"dense#

Cathode"métallique"semiJtransparente""

Electrolyte"solide"

FTO#Verre"

TiO2"dense#

Cathode"métallique"semiJtransparente""

électrolyte"solide"

Film"dense#perovskite"

NanoparNcules""de"TiO2"

«"colorant"»"

<"500"nm"""

60"nm"""

150"nm"""

<"500"nm"""

60"nm"""

150"nm"""

«#colorants#»#

Film"poreux#organisé""de"TiO2""

par"templaNng""

Film"poreux#organisé#"de"pérovskite"par"templaNng""

DSSC#LIQUIDE### DSSC#SOLIDE########

INNOVATION#

(A1)# (A2)#

(B1)# (B2)#

TiO2"dense"(USP)"#

Electrolyte"solide"

Cathode"métallique"semiJtransparente""

Electrolyte"solide"

TiO2"dense""(USP)"

Counter-electrode

Perovskite porous layer

TiO2 compact layer

TCO substrate

Electrolyte

0.05 µm

0.20 µm

0.50 µm > 1 µm

0.05 µm

2 mm

Programma`onFEDER2014/2020:ProjetSOLIDYEULg(C.JEROME-D.NGUYEN-R.CLOOTS),UMONS(R.LAZZARONI-P.DUBOIS),ULB(Y.GEERTS)

Counter-electrode

TiO2 porous layerPerovskite

TiO2 compact layer

TCO substrate

Electrolyte

Perovskite overlayer

0.05 µm

0.20 µm

0.20 µm

0.50 µm0.50 µm> 1 µm

0.05 µm

2 mm

31

MiseenformedepoudredeSiliciumcommematériaud’électrode(anode)

valorisa=ondusiliciumissudurecyclagedecellulesphotovoltaïqueshorsd’usage

Silicium Purete €/KgMetallurgique 98-99 2

Solaire 6N(99.9999%) ~20-25

Poudre 98%(<100nm) ~17000-39000

Brevet(Greenmat)EP151769395-1504

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Contact: UniversitédeLiegeGREENMATQuar`erAGORA(B6)Alléedu6août,134000LiègeCLOOTSRudi: rcloots@ulg.ac.beHENRISTCatherine: catherine.henrist@ulg.ac.beWebsite:hZp://www.greenmat.ulg.ac.be

THANKYOUFORYOURATTENTION

Batteries : quelles perspectives ?

Nathalie Job Université de Liège Department of Chemical Engineering – Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry (NCE) www.nce.ulg.ac.be

Stockage électrochimique de l’énergie

Stockage via batteries – Où ? Pourquoi ? Comment ?

Energie portable

Transport

Stockage stationnaire

Batteries Li-ion

Batterie Li-ion – fonctionnement

Matériau de cathode (e.g. LiCoO2)

Matériau d’anode (e.g. graphite)

Electrolyte

charge

décharge

Matériau d’intercalation du Li+

Matériau d’intercalation du Li+

charge

décharge

LiCoO2 graphite

Performances des batteries

Source: DOE 2013

De la batterie au plomb à la batterie Li-ion

Evolution de l’énergie spécifique des batteries

Evolution de la densité d’énergie volumique des batteries rechargeables

Li-ion

Ag-Zn

Ni-MH

Pb/acide Ni-Cd

Ni-Fe

Wh/

L

Ni-Cd

Li-ion

600

500

400

300

200

100 2000 2010 2020 1990

100

0

200

300

Wh/

kg

1850 1900 1950 2000

Ni-MH

2050

Nouveaux matériaux

LIMITE THEORIQUE

Production et systèmes utilisateurs

Matériau Application Composant Batterie

Matériau d’intercalation du Li+

LiCoO2 Graphite

Capacité 274 mAh/g (théorique) 372 mAh/g 140 mAh/g (en pratique)

(Dé)charge < 10%, idéalement max LiC6 Vieillissement changements cristallographiques exfoliation Prix 40-60 US$/kg (ÓÓ) 3 $/kg (ÓÓ)

Matériaux

Matériau Application Composant Batterie

Développement de nouveaux matériaux -  Moins chers -  Sans Co -  Avec une capacité plus élevée

à Si ?

Anode

Matériaux

Matériau Application Composant Batterie

Exfoliation

!!!

Matériaux : à base de Si

nanofilaments

honeycombs microtubes

nanoparticles micropillars Composites : matériau poreux + nanoparticules

Production et systèmes utilisateurs

Matériau Application Composant Batterie

Dépôt sur collecteur de courant

-  Structure de l’électrode -  Adhérence -  Conductivité électronique -  Compatibilité avec l’électrolyte

Production et systèmes utilisateurs

Matériau Application Composant Batterie

Production et systèmes utilisateurs

Matériau Application Composant Batterie

Eléments essentiels -  Séparateur -  Electrolyte -  Casing

Production et systèmes utilisateurs

Matériau Application Composant Batterie

Packs de capacité et tension souhaitées

Production et systèmes utilisateurs

Matériau Application Composant Batterie

Mise en réseau BMS

Perspectives

Systèmes concurrents ou complémentaires ? Piles à combustible ßà gas to power

Fuel = hydrogène ou méthanol à Stockage via vecteur énergétique

Système ouvert à Utilisation continue

Système fuel cell/CHP

Automobile Toyota Mirai

Stockage inter-saisonnier d’énergie Département de Chemical Engineering

Prof. Grégoire LEONARD, Chargé de cours

48

Pourquoi un stockage intersaisonnier? n  Variations sur la journée, mais aussi sur l’année! n  Supposons un réseau 100% éolien en Belgique:

Léonard et al., 2015. Electricity storage with liquid fuels in a zone powered by 100% variable renewables, IEEE 978-1-4673-6692-2.

⇒ Variations saisonnières ⇒ Besoin de stockage intersaisonnier

ΔStockage = Pgénérée - Pconsommée

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Quels vecteurs de stockage ? n  Critères principaux:

q  Haute densité énergétique q  Stabilité

NB: Consommation moyenne d’un ménage belge: 36 MJ/j 3.6 MJ = 1 kWh Avantages des liquides: -  Haute densité volumique -  Stabilité aux conditions

ambiantes !!

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Etat de l’art: Power-to-gas, power-to-fuel n  Energie + eau + CO2 + <=> fuel synthétique

CO2

H2O Aircapture

CO2

H2

CO

Electrolysis

Power-to-gas:H2,CH4

DME…

Power-to-fuel:

Methanol Diesel…

Fuelsynthesis CO2,H2O,energy

Renewableenergies

CO2

IndustrialCO2capture

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Une idée en plein boom… n  Jupiter 1000 en France

q  1 MW électrolyse, 2018

n  De nombreux projets en Allemagne q  23 installations opérantes q  10 pour CH4 q  12 pour H2 q  1 pour fuel liquide

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Une idée en plein boom… n  Carbon Recycling International

q  Power-to-methanol n  4000 T/a n  Efficacité > 70%

n  Sunfire q  Power-to-diesel

n  58 000 L/a n  Efficacité ~70%

-  Efficacité de cycle: ~50% -  Stabilité de stockage

-  Coût de capital est critique (utilisation dynamique)!

-  Applications domestiques?

Merci pour votre attention!

g.leonard@ulg.ac.be

Steve Francis Administrateur-Fondateur La Coopérative Condroz Energies Citoyennes Bertrand Cornélusse Chargé de cours ULg - Institut Montefiore Quentin Sizaire co-Fondateur ECCO NOVA

Smart Microgrids at University of Liègebertrand.cornelusse@ulg.ac.be

Lab in the pyramid of the Montefiore

institute

MISSION Faciliter la transition énergétique et le développement durable grâce au crowdfunding

HISTORIQUE Créé en Janvier 2016 par trois entrepreneurs Liégeois issus de l’énergie et de la communication

METHODOLOGIE Sélection technico-financière rigoureuse par ECCO NOVA

Investissements sous forme de prêt subordonné par les internautes

OBJECTIFS 10 projets et 1.000.000 € levés en 12 mois

Un rendement supérieur à 5%

PREMIER PROJET 100% FINANCÉ EN 7 SEMAINES 150.000 € LEVÉS AUPRÈS DE 60 INVESTISSEURS

WWW.ECCONOVA.COM

Michel Hermans Professeur HEC-ULg / Centre de Recherche en Géopolitique et en Cyberpolitique Didier Moreau Chargé de communication / Responsable presse ULg - Relations extérieures et communication : Relations avec la presse

Erika Honnay Directrice du projet RenoWatt GRE-Liège

RENOWATT

Liege CreativeLe 4 octobre 2016

Avec le soutien de:

Alfred Dethier Président de la BU Solar CMI Energy

|

CMI Energy LIEGE CREATIVE October 2016 Alfred Dethier

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|

Innovation - New concept - Development - Design

Realization - Optimization - Validation - Manufacturing

Installation - Assembly - Inspection - Monitoring

CMI Energy – BU Solar

“200 ans d’expérience dans les Chaudières/Génération de vapeur aux service des développements dans le solaire ”

63

1820 2008 2012 2015

BU Solar

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!Khi Solar One

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|65

Direct Steam Solar Receiver: CMI scope of supply project !Khi Solar One

SH South

Evapo. East

Evapo. West

Evaporators

Superheater

Incident Power [MW] 175 63

Absorbed Power [MW] 162 53,4

Efficiency [%] 92 85

Feed water temperature [°C]

222 N/A

Pressure [bar] 129 120

Temperatures [°C] 330 530

Outlet flow [Kg/s] 95 65

|66

!Khi Solar One: Some pictures during erection

|67

CSP with molten salt: Molten Salt Solar Receiver (MSSR)

- Thermal Power = 720MWth - Electrical Power = 110MWe - Storage = 17h -  Efficiency = 90.2%

-  Flux = 1250KW/m² -  Salt T° = 290-565°C -  Tube metal T° = 700°C -  Pressure = 15 bars

|68

Atacama 1: Status on site December 2015

200m

35m

|

MSSR: Scope description

6/06/14 69

18.4

m

35 m

18.4 m

218m

|

Solar Receiver Surface = Where the concentrated solar energy is collected

70

70

218m

18.4 m

SRsurface=16panelsèPolygonwith16sides

20.4 m

~20 m

218m

18.4 m

SRsurface=16panelsèPolygonwith16sides

20 m

|

CMI et les énergies renouvelables

§  Biomasse §  Chaudière à grille, turbine §  Gazéification, moteur à gaz §  Torréfaction §  Méthanisation / Digestion

§  Hydraulique §  Vis de puissance, turbine, pompe

§  Photovoltaïque §  Stockage d’énergie

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www.cmigroupe.com

Thanks

72

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