Тази технология за съхранение на енергия спечели наградата за най-добра иновация на ЕС за 2022 г., 40 пъти по-евтина от литиево-йонната батерия

Съхранение на топлинна енергия, използващо силиций и феросилиций като среда, може да съхранява енергия на цена от по-малко от 4 евро на киловатчас, което е 100 пъти

по-евтино от настоящата фиксирана литиево-йонна батерия.След добавяне на контейнера и изолационния слой, общата цена може да бъде около 10 евро на киловатчас,

което е много по-евтино от литиевата батерия от 400 евро за киловатчас.

Развитието на възобновяема енергия, изграждането на нови енергийни системи и поддържането на съхранението на енергия са бариера, която трябва да бъде преодоляна.

Готовата природа на електричеството и нестабилността на производството на възобновяема енергия като фотоволтаична и вятърна енергия определят търсенето и предлагането

на електричество понякога несъответствие.Понастоящем такова регулиране може да се коригира чрез производство на електроенергия от въглища и природен газ или водноелектрическа енергия, за да се постигне стабилност

и гъвкавост на властта.Но в бъдеще, с изтеглянето на изкопаемата енергия и увеличаването на възобновяемата енергия, евтиното и ефективно съхранение на енергия

конфигурацията е ключът.

Технологията за съхранение на енергия се разделя главно на физическо съхранение на енергия, електрохимично съхранение на енергия, съхранение на топлинна енергия и съхранение на химическа енергия.

Такива като механично съхранение на енергия и помпено съхранение принадлежат към технологията за физическо съхранение на енергия.Този метод за съхранение на енергия има относително ниска цена и

висока ефективност на преобразуване, но проектът е сравнително голям, ограничен от географското местоположение и периодът на строителство също е много дълъг.Трудно е да се

адаптиране към пиковото намаляване на търсенето на възобновяема енергия само чрез помпено съхранение.

В момента електрохимичното съхранение на енергия е популярно и също така е най-бързо развиващата се нова технология за съхранение на енергия в света.Електрохимична енергия

съхранението се основава главно на литиево-йонни батерии.До края на 2021 г. кумулативният инсталиран капацитет на ново съхранение на енергия в света надхвърли 25 милиона

киловати, от които пазарният дял на литиево-йонните батерии е достигнал 90%.Това се дължи на широкомащабното развитие на електрическите превозни средства, което осигурява a

сценарий за широкомащабно търговско приложение за съхранение на електрохимична енергия на базата на литиево-йонни батерии.

Въпреки това, технологията за съхранение на енергия от литиево-йонна батерия, като вид автомобилна батерия, не е голям проблем, но ще има много проблеми, когато става въпрос за

поддържане на дългосрочно съхранение на енергия на ниво мрежа.Единият е проблемът с безопасността и разходите.Ако литиево-йонните батерии са подредени в голям мащаб, цената ще се умножи,

и безопасността, причинена от натрупването на топлина, също е огромна скрита опасност.Другото е, че литиевите ресурси са много ограничени и електрическите превозни средства не са достатъчни,

и необходимостта от дългосрочно съхранение на енергия не може да бъде удовлетворена.

Как да решим тези реалистични и неотложни проблеми?Сега много учени са се фокусирали върху технологията за съхранение на топлинна енергия.Направени са пробиви

подходящи технологии и изследвания.

През ноември 2022 г. Европейската комисия обяви наградения проект на „Наградата за иновации на ЕС 2022“, в който „AMADEUS“

проект за батерии, разработен от екипа на Мадридския технологичен институт в Испания, спечели наградата на ЕС за най-добра иновация през 2022 г.

“Amadeus” е революционен модел батерии.Този проект, който има за цел да съхранява голямо количество енергия от възобновяема енергия, беше избран от Европа

Комисия като едно от най-добрите изобретения през 2022 г.

Този вид батерия, проектирана от екипа на испанските учени, съхранява излишната енергия, генерирана, когато слънчевата или вятърната енергия е висока, под формата на топлинна енергия.

Тази топлина се използва за нагряване на материал (в този проект се изучава силиконова сплав) до повече от 1000 градуса по Целзий.Системата съдържа специален контейнер с

термична фотоволтаична плоча, обърната навътре, която може да освободи част от съхранената енергия, когато търсенето на мощност е високо.

Изследователите са използвали аналогия, за да обяснят процеса: „Все едно да поставиш слънцето в кутия.“Техният план може да революционизира съхранението на енергия.Има голям потенциал за

постига тази цел и се превърна в ключов фактор за справяне с изменението на климата, което прави проекта „Амадеус“ да се откроява сред повече от 300 представени проекта

и спечели наградата на ЕС за най-добра иновация.

Организаторът на наградата EU Innovation Radar Award обясни: „Ценното е, че предоставя евтина система, която може да съхранява голямо количество енергия за

дълго време.Той има висока енергийна плътност, висока обща ефективност и използва достатъчно и евтини материали.Това е модулна система, широко използвана и може да осигури

чиста топлина и електричество при поискване.“

И така, как работи тази технология?Какви са бъдещите сценарии за приложение и перспективи за комерсиализация?

Казано по-просто, тази система използва излишната мощност, генерирана от периодична възобновяема енергия (като слънчева енергия или вятърна енергия), за да стопи евтини метали,

като силиций или феросилиций и температурата е по-висока от 1000 ℃.Силициевата сплав може да съхранява голямо количество енергия в процеса на термоядрен синтез.

Този вид енергия се нарича „латентна топлина“.Например един литър силиций (около 2,5 kg) съхранява повече от 1 киловатчас (1 киловатчас) енергия под формата

латентна топлина, която е точно енергията, съдържаща се в един литър водород при налягане от 500 бара.Въпреки това, за разлика от водорода, силицийът може да се съхранява при атмосферни условия

налягане, което прави системата по-евтина и по-безопасна.

Ключът на системата е как да преобразува съхранената топлина в електрическа енергия.Когато силицийът се разтопи при температура над 1000 ºC, той блести като слънце.

Следователно фотоволтаичните клетки могат да се използват за преобразуване на лъчистата топлина в електрическа енергия.

Така нареченият топлинен фотоволтаичен генератор е като миниатюрно фотоволтаично устройство, което може да генерира 100 пъти повече енергия от традиционните слънчеви електроцентрали.

С други думи, ако един квадратен метър слънчеви панели произвежда 200 вата, един квадратен метър термални фотоволтаични панели ще произвежда 20 киловата.И не само

мощността, но и ефективността на преобразуване е по-висока.Ефективността на термофотоволтаичните клетки е между 30% и 40%, което зависи от температурата

на източника на топлина.За разлика от това, ефективността на търговските фотоволтаични слънчеви панели е между 15% и 20%.

Използването на топлинни фотоволтаични генератори вместо традиционните топлинни двигатели избягва използването на движещи се части, течности и сложни топлообменници.По този начин,

цялата система може да бъде икономична, компактна и безшумна.

Според изследването латентните топлинни фотоволтаични клетки могат да съхраняват голямо количество остатъчна възобновяема енергия.

Алехандро Дейта, изследовател, който ръководи проекта, каза: „Голяма част от това електричество ще бъде генерирано, когато има излишък във вятъра и производството на вятърна енергия,

така че ще се продава на много ниска цена на пазара на електроенергия.Много е важно да се съхранява този излишък от електроенергия в много евтина система.Много е смислено да

съхранявайте излишната електроенергия под формата на топлина, защото това е един от най-евтините начини за съхраняване на енергия.

2. Той е 40 пъти по-евтин от литиево-йонната батерия

По-специално, силиций и феросилиций могат да съхраняват енергия на цена от по-малко от 4 евро на киловатчас, което е 100 пъти по-евтино от текущия фиксиран литиево-йонен

батерия.След добавяне на контейнера и изолационния слой, общата цена ще бъде по-висока.Въпреки това, според проучването, ако системата е достатъчно голяма, обикновено повече

над 10 мегаватчаса, вероятно ще достигне цена от около 10 евро на киловатчас, защото цената на топлоизолацията ще бъде малка част от общата

цена на системата.Въпреки това цената на литиевата батерия е около 400 евро за киловатчас.

Един проблем, пред който е изправена тази система, е, че само малка част от съхранената топлина се преобразува обратно в електричество.Каква е ефективността на преобразуване в този процес?Как да

използването на оставащата топлинна енергия е основният проблем.

Изследователите на екипа обаче смятат, че това не са проблеми.Ако системата е достатъчно евтина, само 30-40% от енергията трябва да се възстанови под формата на

електричество, което ще ги направи по-добри от други по-скъпи технологии, като литиево-йонни батерии.

В допълнение, останалите 60-70% от топлината, която не е преобразувана в електричество, може да бъде директно прехвърлена към сгради, фабрики или градове, за да се намалят въглищата и природните

консумация на газ.

Топлинната енергия представлява повече от 50% от световното търсене на енергия и 40% от глобалните емисии на въглероден диоксид.По този начин, съхраняване на вятърна или фотоволтаична енергия в латентно състояние

термалните фотоволтаични клетки могат не само да спестят много разходи, но и да отговорят на огромното търсене на топлина на пазара чрез възобновяеми ресурси.

3. Предизвикателства и бъдещи перспективи

Новата термична фотоволтаична технология за съхранение на топлина, проектирана от екипа на Мадридския технологичен университет, която използва материали от силициева сплав, има

предимства в разходите за материали, температурата на термично съхранение и времето за съхранение на енергия.Силицият е вторият най-разпространен елемент в земната кора.Разходите

на тон силициев пясък е само 30-50 долара, което е 1/10 от разтопения солен материал.Освен това разликата в температурата на термично съхранение на силициевия пясък

частици е много по-висока от тази на разтопената сол и максималната работна температура може да достигне повече от 1000 ℃.По-висока работна температура също

помага за подобряване на цялостната енергийна ефективност на фототермалната система за генериране на електроенергия.

Екипът на Datus не е единственият, който вижда потенциала на термалните фотоволтаични клетки.Те имат два мощни съперника: престижният Масачузетски институт

Технологии и калифорнийският стартъп Antola Energy.Последният се фокусира върху изследването и развитието на големи батерии, използвани в тежката промишленост (голяма

потребител на изкопаеми горива) и получи 50 милиона щатски долара за завършване на изследването през февруари тази година.Фондът Breakthrough Energy Fund на Бил Гейтс предостави някои

инвестиционни фондове.

Изследователи от Масачузетския технологичен институт казаха, че техният модел на топлинна фотоволтаична клетка е успял да използва повторно 40% от енергията, използвана за отопление

вътрешните материали на прототипа на батерията.Те обясниха: „Това създава път за максимална ефективност и намаляване на разходите за съхранение на топлинна енергия,

което прави възможно декарбонизирането на електрическата мрежа.

Проектът на Мадридския технологичен институт не успя да измери процента енергия, който може да възстанови, но превъзхожда американския модел

в един аспект.Алехандро Дейта, изследователят, който ръководи проекта, обясни: „За да се постигне тази ефективност, проектът MIT трябва да повиши температурата до

2400 градуса.Нашата батерия работи на 1200 градуса.При тази температура ефективността ще е по-ниска от тяхната, но имаме много по-малко проблеми с топлоизолацията.

В края на краищата е много трудно да се съхраняват материали при 2400 градуса, без да се причиняват загуби на топлина.

Разбира се, тази технология все още се нуждае от много инвестиции, преди да навлезе на пазара.Сегашният лабораторен прототип има по-малко от 1 kWh енергия за съхранение

капацитет, но за да направи тази технология печеливша, тя се нуждае от повече от 10 MWh капацитет за съхранение на енергия.Следователно следващото предизвикателство е да разширим мащаба на

технологията и тествайте нейната осъществимост в голям мащаб.За да постигнат това, изследователи от Мадридския технологичен институт са изградили екипи

за да стане възможно.