Ta tehnologija za shranjevanje energije je leta 2022 prejela nagrado EU za najboljšo inovacijo, 40-krat cenejša od litij-ionske baterije

Shranjevanje toplotne energije z uporabo silicija in ferosilicija kot medija lahko shrani energijo po ceni manj kot 4 evre na kilovatno uro, kar je 100-krat

cenejši od trenutne fiksne litij-ionske baterije.Po dodajanju posode in izolacijskega sloja lahko skupni strošek znaša približno 10 evrov na kilovatno uro,

ki je precej cenejša od litijeve baterije 400 evrov na kilovatno uro.

Razvoj obnovljive energije, izgradnja novih energetskih sistemov in podpora shranjevanju energije so ovire, ki jih je treba premagati.

Narava električne energije zunaj škatle in nestanovitnost proizvodnje obnovljive energije, kot sta fotovoltaika in vetrna energija, vplivata na ponudbo in povpraševanje.

električne energije včasih neusklajena.Trenutno je takšno regulacijo mogoče prilagoditi s proizvodnjo električne energije iz premoga in zemeljskega plina ali hidroenergije, da se doseže stabilnost

in prilagodljivost moči.Toda v prihodnosti, z umikom fosilne energije in povečanjem obnovljive energije, poceni in učinkovito shranjevanje energije

konfiguracija je ključna.

Tehnologija shranjevanja energije je v glavnem razdeljena na fizično shranjevanje energije, elektrokemično shranjevanje energije, shranjevanje toplotne energije in shranjevanje kemične energije.

Kot sta mehansko shranjevanje energije in črpalno shranjevanje, spadata v tehnologijo fizičnega shranjevanja energije.Ta način shranjevanja energije ima relativno nizko ceno in

visoka učinkovitost pretvorbe, vendar je projekt razmeroma velik, omejen z geografsko lokacijo, pa tudi doba gradnje je zelo dolga.Težko je

prilagajanje najvišjemu povpraševanju po energiji iz obnovljivih virov le s črpalnim skladiščenjem.

Trenutno je elektrokemijsko shranjevanje energije priljubljeno in je tudi najhitreje rastoča nova tehnologija shranjevanja energije na svetu.Elektrokemična energija

shranjevanje v glavnem temelji na litij-ionskih baterijah.Do konca leta 2021 je kumulativna nameščena zmogljivost novih hranilnikov energije na svetu presegla 25 milijonov

kilovatov, od tega je tržni delež litij-ionskih baterij dosegel 90 %.To je posledica obsežnega razvoja električnih vozil, ki zagotavlja a

scenarij obsežne komercialne uporabe za shranjevanje elektrokemične energije na osnovi litij-ionskih baterij.

Vendar tehnologija shranjevanja energije litij-ionske baterije kot neke vrste avtomobilske baterije ni velik problem, vendar bo veliko težav, ko gre za

podpira dolgoročno shranjevanje energije na ravni omrežja.Eden je problem varnosti in stroškov.Če so litij-ionske baterije zložene v velikem obsegu, se bodo stroški pomnožili,

velika skrita nevarnost pa je tudi varnost, ki jo povzroča kopičenje toplote.Drugi je, da so viri litija zelo omejeni in da električna vozila niso dovolj,

in potrebe po dolgoročnem shranjevanju energije ni mogoče zadovoljiti.

Kako rešiti te realne in pereče probleme?Zdaj se je veliko znanstvenikov osredotočilo na tehnologijo shranjevanja toplotne energije.Opravljeni so bili preboji

ustrezne tehnologije in raziskave.

Novembra 2022 je Evropska komisija objavila nagrajeni projekt “EU 2022 Innovation Radar Award”, v katerem je “AMADEUS”

baterijski projekt, ki ga je razvila ekipa Madridskega tehnološkega inštituta v Španiji, je leta 2022 prejel nagrado EU za najboljšo inovacijo.

“Amadeus” je revolucionaren model baterije.Ta projekt, katerega cilj je shranjevanje velike količine energije iz obnovljivih virov energije, je bil izbran s strani Evropejca

Komisija za enega najboljših izumov v letu 2022.

Ta vrsta baterije, ki jo je zasnovala ekipa španskih znanstvenikov, shranjuje odvečno energijo, ki nastane, ko je sončna ali vetrna energija visoka, v obliki toplotne energije.

Ta toplota se uporablja za segrevanje materiala (v tem projektu se preučuje silicijeva zlitina) na več kot 1000 stopinj Celzija.Sistem vsebuje posebno posodo z

toplotna fotovoltaična plošča, obrnjena navznoter, ki lahko sprosti del shranjene energije, ko je povpraševanje po moči veliko.

Raziskovalci so uporabili analogijo, da bi razložili postopek: "To je, kot bi dali sonce v škatlo."Njihov načrt lahko revolucionira shranjevanje energije.Ima velik potencial za

dosegel ta cilj in postal ključni dejavnik pri spopadanju s podnebnimi spremembami, po čemer projekt »Amadeus« izstopa med več kot 300 prijavljenimi projekti.

in osvojil nagrado EU za najboljšo inovacijo.

Organizator nagrade EU Innovation Radar je pojasnil: »Dragoceno je, da zagotavlja poceni sistem, ki lahko shrani veliko količino energije za

dolgo časa.Ima visoko energijsko gostoto, visoko splošno učinkovitost in uporablja zadostno količino materialov z nizkimi stroški.Je modularen sistem, ki se pogosto uporablja in lahko zagotovi

čista toplota in elektrika na zahtevo.”

Torej, kako ta tehnologija deluje?Kakšni so prihodnji scenariji uporabe in možnosti komercializacije?

Preprosto povedano, ta sistem uporablja odvečno moč, ki jo ustvari občasna obnovljiva energija (kot je sončna energija ali energija vetra), za taljenje poceni kovin,

kot sta silicij ali ferosilicij in temperatura je višja od 1000 ℃.Silicijeva zlitina lahko v procesu fuzije shrani veliko količino energije.

Ta vrsta energije se imenuje "latentna toplota".Na primer, liter silicija (približno 2,5 kg) shrani več kot 1 kilovatno uro (1 kilovatno uro) energije v obliki

latentne toplote, kar je natanko energija, ki jo vsebuje liter vodika pri tlaku 500 barov.Za razliko od vodika pa lahko silicij hranimo pod atmosferskimi pogoji

tlaka, zaradi česar je sistem cenejši in varnejši.

Ključ sistema je, kako shranjeno toploto pretvoriti v električno energijo.Ko se silicij stopi pri temperaturi nad 1000 ºC, sveti kot sonce.

Zato se lahko fotovoltaične celice uporabljajo za pretvorbo sevalne toplote v električno energijo.

Tako imenovan termalni fotovoltaični generator je kot miniaturna fotovoltaična naprava, ki lahko proizvede 100-krat več energije kot tradicionalne sončne elektrarne.

Z drugimi besedami, če en kvadratni meter solarnih panelov proizvede 200 vatov, bo en kvadratni meter toplotnih fotovoltaičnih panelov proizvedel 20 kilovatov.In ne samo

moč, pa tudi učinkovitost pretvorbe je večja.Izkoristek toplotnih fotovoltaičnih celic je med 30 % in 40 %, kar je odvisno od temperature

vira toplote.Nasprotno pa je izkoristek komercialnih fotovoltaičnih sončnih kolektorjev med 15 % in 20 %.

Uporaba toplotnih fotovoltaičnih generatorjev namesto tradicionalnih toplotnih motorjev se izogne ​​uporabi gibljivih delov, tekočin in zapletenih toplotnih izmenjevalcev.V to smer,

celoten sistem je lahko varčen, kompakten in tih.

Glede na raziskave lahko latentne toplotne fotovoltaične celice shranijo veliko količino preostale obnovljive energije.

Alejandro Data, raziskovalec, ki je vodil projekt, je dejal: "Velik del te električne energije bo proizveden, ko bo prišlo do presežka vetra in proizvodnje vetrne energije,

tako se bo na trgu električne energije prodajala po zelo nizki ceni.Zelo pomembno je, da te presežke električne energije shranimo v zelo poceni sistem.Zelo pomembno je, da

presežek električne energije shraniti v obliki toplote, saj je to eden najcenejših načinov shranjevanja energije.«

2. Je 40-krat cenejši od litij-ionske baterije

Zlasti silicij in ferosilicij lahko hranita energijo po ceni manj kot 4 evre na kilovatno uro, kar je 100-krat ceneje od trenutne fiksne litij-ionske

baterijo.Po dodajanju posode in izolacijskega sloja bodo skupni stroški višji.Vendar pa glede na študijo, če je sistem dovolj velik, običajno več

kot 10 megavatnih ur, bo verjetno dosegel strošek okoli 10 evrov na kilovatno uro, saj bo strošek toplotne izolacije le majhen del celotnega

strošek sistema.Vendar pa je cena litijeve baterije približno 400 evrov na kilovatno uro.

Ena od težav, s katerimi se sooča ta sistem, je, da se le majhen del shranjene toplote pretvori nazaj v električno energijo.Kakšna je učinkovitost pretvorbe v tem procesu?Kako

izraba preostale toplotne energije je ključni problem.

Vendar pa raziskovalci ekipe verjamejo, da to niso težave.Če je sistem dovolj poceni, je treba le 30-40 % energije obnoviti v obliki

elektriko, zaradi česar bodo boljši od drugih dražjih tehnologij, kot so litij-ionske baterije.

Poleg tega se lahko preostalih 60–70 % toplote, ki ni pretvorjena v električno energijo, neposredno prenese v zgradbe, tovarne ali mesta, da se zmanjša premog in naravni

poraba plina.

Toplota predstavlja več kot 50 % svetovnega povpraševanja po energiji in 40 % svetovnih emisij ogljikovega dioksida.Na ta način latentno shranjevanje vetrne ali fotovoltaične energije

toplotne fotonapetostne celice lahko ne samo prihranijo veliko stroškov, ampak tudi zadovoljijo veliko povpraševanje po toploti na trgu z obnovljivimi viri.

3. Izzivi in ​​prihodnji obeti

Nova termalna fotonapetostna tehnologija za shranjevanje toplote, ki jo je zasnovala ekipa tehnološke univerze v Madridu, ki uporablja materiale iz silicijeve zlitine, je

prednosti pri stroških materiala, temperaturi shranjevanja toplote in času shranjevanja energije.Silicij je drugi najpogostejši element v zemeljski skorji.Cena

na tono kremenčevega peska je samo 30-50 dolarjev, kar je 1/10 materiala staljene soli.Poleg tega je toplotna razlika v temperaturi shranjevanja kremenčevega peska

delcev je veliko višja kot pri staljeni soli, najvišja delovna temperatura pa lahko doseže več kot 1000 ℃.Tudi višja delovna temperatura

pomaga izboljšati splošno energetsko učinkovitost fototermalnega sistema za proizvodnjo električne energije.

Datusova ekipa ni edina, ki vidi potencial toplotnih fotovoltaičnih celic.Imajo dva močna tekmeca: prestižni Massachusetts Institute of

Technology in kalifornijski start-up Antola Energy.Slednji se osredotoča na raziskave in razvoj velikih baterij, ki se uporabljajo v težki industriji (velik

porabnik fosilnih goriv) in pridobil 50 milijonov ameriških dolarjev za dokončanje raziskave februarja letos.Nekaj ​​jih je zagotovil sklad Billa Gatesa Breakthrough Energy Fund

investicijski skladi.

Raziskovalci na tehnološkem inštitutu v Massachusettsu so povedali, da je njihov model toplotne fotovoltaične celice lahko ponovno uporabil 40 % energije, porabljene za ogrevanje.

notranji materiali prototipne baterije.Pojasnili so: »To ustvarja pot za največjo učinkovitost in zmanjšanje stroškov shranjevanja toplotne energije,

kar omogoča razogljičenje električnega omrežja.«

Projekt madridskega tehnološkega inštituta ni mogel izmeriti odstotka energije, ki jo lahko obnovi, vendar je boljši od ameriškega modela

v enem vidiku.Alejandro Data, raziskovalec, ki je vodil projekt, je pojasnil: »Da bi dosegli to učinkovitost, mora projekt MIT dvigniti temperaturo na

2400 stopinj.Naša baterija deluje pri 1200 stopinjah.Pri tej temperaturi bo izkoristek nižji od njihovega, imamo pa veliko manj težav s toplotno izolacijo.

Navsezadnje je zelo težko skladiščiti materiale pri 2400 stopinjah, ne da bi pri tem povzročili izgubo toplote.«

Seveda je treba v to tehnologijo še veliko vlagati, preden vstopi na trg.Trenutni laboratorijski prototip ima manj kot 1 kWh shranjevanja energije

zmogljivosti, a da bi bila ta tehnologija donosna, potrebuje več kot 10 MWh zmogljivosti za shranjevanje energije.Zato je naslednji izziv razširiti obseg

tehnologijo in preizkusite njeno izvedljivost v velikem obsegu.Da bi to dosegli, so raziskovalci z madridskega inštituta za tehnologijo sestavljali ekipe

da bi to omogočili.