Ta technologia magazynowania energii zdobyła nagrodę UE za najlepszą innowację w 2022 r., będąc 40 razy tańszą niż akumulator litowo-jonowy

Magazynowanie energii cieplnej wykorzystujące krzem i żelazokrzem jako nośnik może magazynować energię przy koszcie mniejszym niż 4 euro za kilowatogodzinę, czyli 100-krotnie

tańsze niż obecnie stosowane stacjonarne akumulatory litowo-jonowe.Po dodaniu pojemnika i warstwy izolacyjnej całkowity koszt może wynieść około 10 euro za kilowatogodzinę,

co jest znacznie tańsze niż bateria litowa za 400 euro za kilowatogodzinę.

Rozwój energetyki odnawialnej, budowa nowych systemów elektroenergetycznych i wspieranie magazynowania energii to bariera, którą należy pokonać.

Nieszablonowy charakter energii elektrycznej oraz zmienność wytwarzania energii odnawialnej, takiej jak fotowoltaika i energia wiatrowa, sprawiają, że podaż i popyt

energii elektrycznej czasami niedopasowane.Obecnie taką regulację można dostosować poprzez wytwarzanie energii z węgla i gazu ziemnego lub energię wodną, ​​aby osiągnąć stabilność

i elastyczność władzy.Ale w przyszłości, wraz z wycofaniem energii kopalnej i wzrostem udziału energii odnawialnej, możliwe będzie tanie i wydajne magazynowanie energii

konfiguracja jest kluczem.

Technologia magazynowania energii dzieli się głównie na fizyczne magazynowanie energii, elektrochemiczne magazynowanie energii, termiczne magazynowanie energii i chemiczne magazynowanie energii.

Takie jak mechaniczne magazynowanie energii i magazynowanie szczytowo-pompowe należą do technologii fizycznego magazynowania energii.Ta metoda magazynowania energii ma stosunkowo niską cenę i

wysoka wydajność konwersji, ale projekt jest stosunkowo duży, ograniczony położeniem geograficznym, a okres budowy jest również bardzo długi.Jest trudno aby

dostosować się do szczytowego zapotrzebowania na energię odnawialną wyłącznie poprzez magazynowanie szczytowo-pompowe.

Obecnie popularne jest elektrochemiczne magazynowanie energii, które jest jednocześnie najszybciej rozwijającą się nową technologią magazynowania energii na świecie.Energia elektrochemiczna

magazynowanie opiera się głównie na bateriach litowo-jonowych.Do końca 2021 roku skumulowana moc zainstalowana nowych magazynów energii na świecie przekroczyła 25 mln

kilowatów, z czego udział w rynku akumulatorów litowo-jonowych osiągnął 90%.Wynika to z rozwoju na szeroką skalę pojazdów elektrycznych, które zapewniają m.in

scenariusz komercyjnego zastosowania na dużą skalę elektrochemicznego magazynowania energii w oparciu o akumulatory litowo-jonowe.

Jednak technologia magazynowania energii w akumulatorach litowo-jonowych, jako rodzaj akumulatora samochodowego, nie stanowi dużego problemu, ale będzie wiele problemów, jeśli chodzi o

wspieranie długoterminowego magazynowania energii na poziomie sieci.Jednym z nich jest problem bezpieczeństwa i kosztów.Jeśli akumulatory litowo-jonowe będą układane na dużą skalę, koszt wzrośnie,

a bezpieczeństwo spowodowane akumulacją ciepła jest także ogromnym ukrytym zagrożeniem.Po drugie, zasoby litu są bardzo ograniczone, a pojazdy elektryczne nie wystarczą,

a zapotrzebowanie na długoterminowe magazynowanie energii nie może zostać zaspokojone.

Jak rozwiązać te realistyczne i pilne problemy?Obecnie wielu naukowców skupiło się na technologii magazynowania energii cieplnej.Dokonano przełomu

odpowiednich technologii i badań.

W listopadzie 2022 r. Komisja Europejska ogłosiła nagrodzony projekt „UE 2022 Innovation Radar Award”, w którym „AMADEUS”

projekt baterii opracowany przez zespół Madryckiego Instytutu Technologicznego w Hiszpanii zdobył nagrodę UE za najlepszą innowację w 2022 roku.

„Amadeus” to rewolucyjny model baterii.Projekt ten, którego celem jest magazynowanie dużej ilości energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, został wybrany przez Europejczyka

Komisji jako jeden z najlepszych wynalazków 2022 roku.

Ten rodzaj baterii zaprojektowany przez zespół hiszpańskich naukowców przechowuje nadwyżkę energii powstałej, gdy energia słoneczna lub wiatrowa jest wysoka, w postaci energii cieplnej.

Ciepło to wykorzystywane jest do podgrzewania materiału (w tym projekcie badany jest stop krzemu) do temperatury ponad 1000 stopni Celsjusza.W systemie znajduje się specjalny pojemnik z

termiczna płyta fotowoltaiczna skierowana do wewnątrz, która może uwolnić część zmagazynowanej energii, gdy zapotrzebowanie na moc jest duże.

Aby wyjaśnić ten proces, badacze posłużyli się analogią: „To jak włożenie słońca do pudełka”.Ich plan może zrewolucjonizować magazynowanie energii.Ma ogromny potencjał

osiągnąć ten cel i stał się kluczowym czynnikiem w walce ze zmianami klimatycznymi, co wyróżnia projekt „Amadeus” spośród ponad 300 zgłoszonych projektów

i zdobył nagrodę UE za najlepszą innowację.

Organizator nagrody EU Innovation Radar Award wyjaśnił: „Najcenniejsze jest to, że zapewnia ona tani system, który może przechowywać dużą ilość energii przez

długi czas.Ma wysoką gęstość energii, wysoką ogólną wydajność i wykorzystuje wystarczające i tanie materiały.Jest to system modułowy, szeroko stosowany i może zapewnić

czyste ciepło i prąd na żądanie.”

Jak więc działa ta technologia?Jakie są przyszłe scenariusze zastosowań i perspektywy komercjalizacji?

Mówiąc najprościej, system ten wykorzystuje nadwyżkę energii generowanej przez nieciągłą energię odnawialną (taką jak energia słoneczna lub energia wiatru) do topienia tanich metali,

takie jak krzem lub żelazokrzem, a temperatura jest wyższa niż 1000 ℃.Stop krzemu może przechowywać dużą ilość energii w procesie stapiania.

Ten rodzaj energii nazywany jest „ciepłem utajonym”.Na przykład litr krzemu (około 2,5 kg) przechowuje ponad 1 kilowatogodzinę (1 kilowatogodzinę) energii w postaci

ciepła utajonego, czyli dokładnie energii zawartej w litrze wodoru pod ciśnieniem 500 barów.Jednak w przeciwieństwie do wodoru, krzem można przechowywać w atmosferze

ciśnienie, co czyni system tańszym i bezpieczniejszym.

Kluczem do sukcesu systemu jest konwersja zmagazynowanego ciepła na energię elektryczną.Kiedy krzem topi się w temperaturze przekraczającej 1000°C, świeci jak słońce.

Dlatego też ogniwa fotowoltaiczne można wykorzystać do zamiany ciepła promieniowania na energię elektryczną.

Tak zwany termiczny generator fotowoltaiczny przypomina miniaturowe urządzenie fotowoltaiczne, które może wygenerować 100 razy więcej energii niż tradycyjne elektrownie słoneczne.

Innymi słowy, jeśli jeden metr kwadratowy paneli słonecznych wytwarza 200 watów, jeden metr kwadratowy termicznych paneli fotowoltaicznych będzie wytwarzał 20 kilowatów.I nie tylko

moc, ale także wydajność konwersji jest wyższa.Sprawność termicznych ogniw fotowoltaicznych waha się od 30% do 40%, w zależności od temperatury

źródła ciepła.Natomiast wydajność komercyjnych paneli fotowoltaicznych waha się od 15% do 20%.

Zastosowanie termicznych generatorów fotowoltaicznych zamiast tradycyjnych silników cieplnych pozwala uniknąć stosowania ruchomych części, płynów i skomplikowanych wymienników ciepła.W ten sposób,

cały system może być ekonomiczny, kompaktowy i cichy.

Według badań utajone termiczne ogniwa fotowoltaiczne mogą magazynować dużą ilość resztkowej energii odnawialnej.

Alejandro Data, badacz kierujący projektem, powiedział: „Duża część tej energii elektrycznej będzie wytwarzana w przypadku nadwyżki produkcji energii wiatrowej i wiatrowej,

będzie więc sprzedawany po bardzo niskiej cenie na rynku energii elektrycznej.Bardzo ważne jest magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej w bardzo tanim systemie.Ma to ogromne znaczenie

magazynować nadwyżkę energii elektrycznej w postaci ciepła, ponieważ jest to jeden z najtańszych sposobów magazynowania energii.”

2. Jest 40 razy tańszy niż akumulator litowo-jonowy

W szczególności krzem i żelazokrzem mogą magazynować energię kosztem mniejszym niż 4 euro za kilowatogodzinę, czyli 100 razy taniej niż obecne stacjonarne baterie litowo-jonowe

bateria.Po dodaniu pojemnika i warstwy izolacyjnej całkowity koszt będzie wyższy.Jednak według badania, jeśli system jest wystarczająco duży, zwykle jest ich więcej

niż 10 megawatogodzin, prawdopodobnie osiągnie koszt około 10 euro za kilowatogodzinę, ponieważ koszt izolacji termicznej będzie stanowił niewielką część całkowitej

koszt systemu.Jednak koszt baterii litowej wynosi około 400 euro za kilowatogodzinę.

Problemem, przed którym stoi ten system, jest to, że tylko niewielka część zmagazynowanego ciepła jest przekształcana z powrotem w energię elektryczną.Jaka jest wydajność konwersji w tym procesie?Jak

wykorzystanie pozostałej energii cieplnej jest kluczowym problemem.

Naukowcy z zespołu uważają jednak, że nie są to problemy.Jeśli system jest wystarczająco tani, tylko 30-40% energii trzeba odzyskać w postaci

energii elektrycznej, co sprawi, że będą one lepsze od innych, droższych technologii, takich jak akumulatory litowo-jonowe.

Ponadto pozostałe 60-70% ciepła nieprzetworzonego na energię elektryczną można bezpośrednio przekazać do budynków, fabryk lub miast, aby ograniczyć zużycie węgla i surowców naturalnych.

zużycie gazu.

Ciepło odpowiada za ponad 50% światowego zapotrzebowania na energię i 40% globalnej emisji dwutlenku węgla.W ten sposób magazynuje się energię wiatrową lub fotowoltaiczną w postaci ukrytej

termiczne ogniwa fotowoltaiczne mogą nie tylko zaoszczędzić wiele kosztów, ale także zaspokoić ogromne zapotrzebowanie rynku na ciepło dzięki zasobom odnawialnym.

3. Wyzwania i perspektywy na przyszłość

Nowa technologia fotowoltaicznego magazynowania ciepła zaprojektowana przez zespół Politechniki Madryckiej, która wykorzystuje materiały ze stopów krzemu, ma

korzyści w zakresie kosztów materiałów, temperatury przechowywania ciepła i czasu magazynowania energii.Krzem jest drugim najpowszechniej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej.Koszt

za tonę piasku kwarcowego wynosi tylko 30-50 dolarów, co stanowi 1/10 stopionego materiału solnego.Ponadto różnica temperatur przechowywania termicznego piasku krzemionkowego

cząstek jest znacznie wyższa niż w przypadku stopionej soli, a maksymalna temperatura robocza może osiągnąć ponad 1000 ℃.Wyższa temperatura pracy również

pomaga poprawić ogólną efektywność energetyczną fototermicznego systemu wytwarzania energii.

Zespół Datusa nie jest jedynym, który widzi potencjał termicznych ogniw fotowoltaicznych.Mają dwóch potężnych rywali: prestiżowy Massachusetts Institute of

Technology i kalifornijskiego start-upu Antola Energy.Ta ostatnia skupia się na badaniach i rozwoju dużych akumulatorów stosowanych w przemyśle ciężkim (duży

konsument paliw kopalnych) i pozyskał 50 milionów dolarów na ukończenie badań w lutym tego roku.Część środków zapewnił fundusz Breakthrough Energy Fund Billa Gatesa

fundusze inwestycyjne.

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology stwierdzili, że ich model termicznych ogniw fotowoltaicznych był w stanie ponownie wykorzystać 40% energii wykorzystywanej do ogrzewania

wewnętrzne materiały prototypowej baterii.Wyjaśnili: „Tworzy to drogę do maksymalnej wydajności i redukcji kosztów magazynowania energii cieplnej,

co umożliwi dekarbonizację sieci energetycznej.”

W projekcie Madryckiego Instytutu Technologii nie udało się zmierzyć procentu energii, jaki można odzyskać, ale jest on lepszy od modelu amerykańskiego

w jednym aspekcie.Alejandro Data, badacz kierujący projektem, wyjaśnił: „Aby osiągnąć taką wydajność, w ramach projektu MIT należy podnieść temperaturę do

2400 stopni.Nasz akumulator pracuje w temperaturze 1200 stopni.W tej temperaturze wydajność będzie niższa niż ich, ale mamy znacznie mniej problemów z izolacją cieplną.

W końcu bardzo trudno jest przechowywać materiały w temperaturze 2400 stopni bez powodowania strat ciepła.

Oczywiście technologia ta wymaga jeszcze wielu inwestycji, zanim wejdzie na rynek.Obecny prototyp laboratoryjny ma mniej niż 1 kWh magazynowania energii

mocy, ale żeby ta technologia była opłacalna, potrzebuje ponad 10 MWh pojemności magazynowania energii.Dlatego kolejnym wyzwaniem jest zwiększenie skali

technologię i przetestować jej wykonalność na dużą skalę.Aby to osiągnąć, naukowcy z Madryckiego Instytutu Technologii tworzą zespoły

aby było to możliwe.