Ta technologia magazynowania energii zdobyła nagrodę EU Best Innovation Award 2022, 40 razy tańsza niż akumulator litowo-jonowy

Magazynowanie energii cieplnej przy użyciu krzemu i żelazokrzemu jako nośnika może magazynować energię za mniej niż 4 euro za kilowatogodzinę, czyli 100 razy

tańszy niż obecny stały akumulator litowo-jonowy.Po dodaniu kontenera i warstwy izolacyjnej całkowity koszt może wynieść około 10 euro za kilowatogodzinę,

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

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

Niestandardowy charakter energii elektrycznej i zmienność wytwarzania energii odnawialnej, takiej jak energia fotowoltaiczna i wiatrowa, sprawiają, że podaż i popyt

energii elektrycznej czasami niedopasowane.Obecnie regulacja taka może być regulowana przez wytwarzanie energii z węgla i gazu ziemnego lub energii wodnej w celu osiągnięcia stabilności

i elastyczność władzy.Ale w przyszłości, wraz z wycofaniem energii kopalnej i wzrostem energii odnawialnej, taniego i wydajnego magazynowania energii

konfiguracja to podstawa.

Technologia magazynowania energii dzieli się głównie na magazynowanie energii fizycznej, magazynowanie energii elektrochemicznej, magazynowanie energii cieplnej i magazynowanie energii chemicznej.

Takie magazyny energii mechanicznej i magazyny szczytowo-pompowe należą do technologii fizycznego magazynowania energii.Ta metoda magazynowania energii ma stosunkowo niską cenę i

wysoka efektywność 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 ze źródeł odnawialnych wyłącznie za pomocą magazynów szczytowo-pompowych.

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

przechowywanie 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 szeroko zakrojonego rozwoju pojazdów elektrycznych, który zapewnia m.in

scenariusz wielkoskalowego komercyjnego zastosowania elektrochemicznego magazynowania energii w oparciu o akumulatory litowo-jonowe.

Jednak technologia magazynowania energii akumulatorów 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 są układane w stosy na dużą skalę, koszt się zwielokrotni,

a bezpieczeństwo spowodowane akumulacją ciepła jest również ogromnym ukrytym zagrożeniem.Po drugie, zasoby litu są bardzo ograniczone, a pojazdy elektryczne to za mało,

a potrzeba długoterminowego magazynowania energii nie może zostać zaspokojona.

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

odpowiednich technologii i badań.

W listopadzie 2022 r. Komisja Europejska ogłosiła nagrodzony projekt „EU 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 r.

„Amadeus” to rewolucyjny model baterii.Ten projekt, który ma na celu magazynowanie dużej ilości energii z OZE, został wybrany przez Europejczyków

Komisja jako jeden z najlepszych wynalazków 2022 roku.

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

Ciepło to jest wykorzystywane do podgrzania materiału (w tym projekcie badany jest stop krzemu) do temperatury ponad 1000 stopni Celsjusza.System zawiera specjalny pojemnik z

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

Naukowcy wykorzystali analogię, aby wyjaśnić ten proces: „To jak włożenie słońca do pudełka”.Ich plan może zrewolucjonizować magazynowanie energii.Ma duży potencjał do

osiągnąć ten cel i stał się kluczowym czynnikiem przeciwdziałania zmianom klimatycznym, co wyróżnia projekt „Amadeus” spośród ponad 300 zgłoszonych projektów

i zdobył nagrodę UE za najlepszą innowację.

Organizator nagrody EU Innovation Radar Award wyjaśnił: „Cennym punktem jest to, że zapewnia 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 elektryczność na żądanie.”

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

Mówiąc prościej, system ten wykorzystuje nadwyżkę mocy generowanej przez przerywaną energię odnawialną (taką jak energia słoneczna lub wiatrowa) do topienia tanich metali,

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

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 tyle energii, ile zawiera litr wodoru pod ciśnieniem 500 barów.Jednak w przeciwieństwie do wodoru krzem można przechowywać w warunkach atmosferycznych

ciśnienie, co czyni system tańszym i bezpieczniejszym.

Istotą systemu jest sposób zamiany zmagazynowanego ciepła na energię elektryczną.Kiedy krzem topi się w temperaturze powyżej 1000ºC, świeci jak słońce.

Dlatego ogniwa fotowoltaiczne mogą być wykorzystywane do przekształcania promieniowania cieplnego w energię elektryczną.

Tak zwany termiczny generator fotowoltaiczny jest jak miniaturowe urządzenie fotowoltaiczne, które może wytworzyć 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 wytworzy 20 kilowatów.I nie tylko

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

źródła ciepła.Natomiast wydajność komercyjnych fotowoltaicznych paneli słonecznych wynosi 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 bezgłośny.

Według badań utajone termiczne ogniwa fotowoltaiczne mogą przechowywać dużą ilość szczątkowej energii odnawialnej.

Alejandro Data, badacz, który kierował projektem, powiedział: „Duża część tej energii elektrycznej będzie generowana, gdy pojawi się nadwyżka w generowaniu energii wiatrowej i wiatrowej,

więc będzie sprzedawany po bardzo niskiej cenie na rynku energii elektrycznej.Bardzo ważne jest, aby te nadwyżki energii elektrycznej magazynować w bardzo tanim systemie.Jest to bardzo sensowne

magazynować nadwyżki 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 za mniej niż 4 euro za kilowatogodzinę, co jest 100 razy tańsze niż obecny stacjonarny akumulator litowo-jonowy

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

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

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

Jednym z problemów, przed którymi stoi ten system, jest to, że tylko niewielka część zmagazynowanego ciepła jest ponownie przetwarzana na 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 musi zostać odzyskane 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 przenieść do budynków, fabryk lub miast, aby ograniczyć węgiel i naturalne

zużycie gazu.

Ciepło odpowiada za ponad 50% światowego zapotrzebowania na energię i 40% światowych emisji dwutlenku węgla.W ten sposób magazynuje się energię wiatru lub fotowoltaiki w stanie utajonym

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 termiczna fotowoltaiczna technologia magazynowania ciepła, zaprojektowana przez zespół z Politechniki w Madrycie, która wykorzystuje materiały ze stopu krzemu, ma

korzyści w kosztach materiałów, temperaturze przechowywania termicznego i czasie magazynowania energii.Krzem jest drugim najczęściej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej.Koszt

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

cząstki są znacznie wyższe niż stopionej soli, a maksymalna temperatura robocza może osiągnąć ponad 1000 ℃.Wyższa temperatura pracy również

pomaga poprawić ogólną efektywność energetyczną fototermicznego systemu wytwarzania energii.

Zespół Datus nie jest jedynym, który dostrzega potencjał termicznych ogniw fotowoltaicznych.Mają dwóch potężnych rywali: prestiżowy Instytut Massachusetts im

Technology i kalifornijski start-up Antola Energy.Ta ostatnia koncentruje się na badaniach i rozwoju dużych baterii stosowanych w przemyśle ciężkim (ang

konsument paliw kopalnych) i uzyskał 50 mln USD na ukończenie badań w lutym tego roku.Przełomowy fundusz energetyczny Billa Gatesa dostarczył trochę

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: „Stwarza to ścieżkę do maksymalnej wydajności i redukcji kosztów magazynowania energii cieplnej,

umożliwiając dekarbonizację sieci elektroenergetycznej”.

Projekt Madryckiego Instytutu Technologicznego nie był w stanie zmierzyć procentu energii, którą może odzyskać, ale przewyższa model amerykański

w jednym aspekcie.Alejandro Data, naukowiec kierujący projektem, wyjaśnił: „Aby osiągnąć taką wydajność, projekt MIT musi podnieść temperaturę do

2400 stopni.Nasza bateria działa w temperaturze 1200 stopni.W tej temperaturze wydajność będzie niższa od ich, ale mamy znacznie mniej problemów z izolacją cieplną.

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

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

pojemności, ale aby ta technologia była opłacalna, potrzebuje ponad 10 MWh pojemności magazynowania energii.Dlatego kolejnym wyzwaniem jest rozszerzenie skali

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

aby było to możliwe.