Ця технологія зберігання енергії отримала нагороду ЄС за найкращу інновацію 2022 року, у 40 разів дешевша за літій-іонну батарею

Акумулятори теплової енергії з використанням кремнію та феросиліцію як середовища можуть накопичувати енергію за ціною менше 4 євро за кіловат-годину, що в 100 разів

дешевше, ніж поточна фіксована літій-іонна батарея.Після додавання контейнера та шару ізоляції загальна вартість може становити близько 10 євро за кіловат-годину,

що набагато дешевше літієвої батареї 400 євро за кіловат-годину.

Розвиток відновлюваної енергетики, будівництво нових енергетичних систем і підтримка зберігання енергії є бар’єром, який необхідно подолати.

Готова природа електроенергії та мінливість виробництва відновлюваної енергії, як-от фотоелектрична та вітрова енергетика, формують попит і пропозицію

електроенергії іноді невідповідність.Наразі таке регулювання може бути скориговано за допомогою виробництва електроенергії з вугілля та природного газу або гідроенергетики для досягнення стабільності

і гнучкість влади.Але в майбутньому, з вилученням викопної енергії та збільшенням відновлюваної енергії, дешеве та ефективне зберігання енергії

конфігурація є ключем.

Технологія зберігання енергії в основному поділяється на фізичне зберігання енергії, електрохімічне зберігання енергії, зберігання теплової енергії та хімічне зберігання енергії.

Такі, як механічні накопичувачі енергії та насосні накопичувачі, належать до технологій фізичного зберігання енергії.Цей спосіб зберігання енергії має відносно низьку ціну і

висока ефективність перетворення, але проект відносно великий, обмежений географічним розташуванням, а також дуже тривалий період будівництва.Це важко

адаптуватися до пікового зниження попиту на енергію з відновлюваних джерел лише за допомогою насосної акумуляції.

Зараз електрохімічне накопичення енергії є популярним, і це також найшвидше зростаюча нова технологія зберігання енергії у світі.Електрохімічна енергія

накопичувач в основному базується на літій-іонних акумуляторах.До кінця 2021 року сукупна встановлена ​​потужність нових накопичувачів енергії у світі перевищила 25 мільйонів

кіловат, з яких частка ринку літій-іонних акумуляторів досягла 90%.Це пов'язано з широкомасштабним розвитком електромобілів, що забезпечує а

сценарій широкомасштабного комерційного застосування для електрохімічного зберігання енергії на основі літій-іонних акумуляторів.

Однак технологія накопичення енергії літій-іонного акумулятора, як свого роду автомобільного акумулятора, не є великою проблемою, але буде багато проблем, коли справа доходить до

підтримка тривалого зберігання енергії на рівні мережі.Однією з них є проблема безпеки та вартості.Якщо літій-іонні батареї зберігаються у великому масштабі, вартість зросте в рази,

і безпека, викликана накопиченням тепла, також є величезною прихованою небезпекою.Інша полягає в тому, що ресурси літію дуже обмежені, а електромобілів недостатньо,

і потреба в тривалому накопиченні енергії не може бути задоволена.

Як вирішити ці реальні та нагальні проблеми?Зараз багато вчених зосередилися на технології зберігання теплової енергії.Були зроблені прориви в

відповідні технології та дослідження.

У листопаді 2022 року Європейська Комісія оголосила проект, який отримав нагороду «EU 2022 Innovation Radar Award», у якому «AMADEUS»

Проект акумулятора, розроблений командою Мадридського технологічного інституту в Іспанії, отримав нагороду ЄС за найкращу інновацію у 2022 році.

«Амадеус» — революційна модель акумулятора.Цей проект, метою якого є накопичення великої кількості енергії з відновлюваних джерел, був обраний європейцями

Комісія як один із найкращих винаходів 2022 року.

Цей тип батареї, розроблений групою іспанських вчених, зберігає надлишкову енергію, що виробляється, коли сонячна або вітрова енергія висока, у формі теплової енергії.

Це тепло використовується для нагрівання матеріалу (кремнієвий сплав вивчається в цьому проекті) до температури понад 1000 градусів Цельсія.Система містить спеціальний контейнер з

теплова фотоелектрична пластина, звернена всередину, яка може вивільнити частину накопиченої енергії, коли потреба в електроенергії висока.

Дослідники використали аналогію, щоб пояснити цей процес: «Це як сонце в ящик».Їх план може революціонізувати зберігання енергії.Він має великий потенціал для

досягти цієї мети і став ключовим чинником у боротьбі зі зміною клімату, що робить проект «Амадеус» вирізняється з більш ніж 300 поданих проектів

і отримав нагороду ЄС за найкращу інновацію.

Організатор премії EU Innovation Radar Award пояснив: «Цінним моментом є те, що вона пропонує дешеву систему, яка може зберігати велику кількість енергії протягом

багато часу.Він має високу щільність енергії, високий загальний ККД і використовує достатню кількість недорогих матеріалів.Це модульна система, яка широко використовується і може забезпечити

чисте тепло та електроенергія на вимогу».

Отже, як працює ця технологія?Які майбутні сценарії застосування та перспективи комерціалізації?

Простіше кажучи, ця система використовує надлишкову енергію, що виробляється періодично відновлюваною енергією (наприклад, сонячною або вітровою) для плавлення дешевих металів,

такі як кремній або феросиліцій, і температура вище 1000 ℃.Кремнієвий сплав може зберігати велику кількість енергії в процесі синтезу.

Цей вид енергії називається «прихована теплота».Наприклад, літр кремнію (приблизно 2,5 кг) зберігає більше 1 кіловат-години (1 кіловат-години) енергії у формі

прихованого тепла, тобто енергії, що міститься в літрі водню при тиску 500 бар.Однак, на відміну від водню, кремній можна зберігати при атмосферних умовах

тиску, що робить систему дешевшою і безпечнішою.

Ключ системи полягає в тому, як перетворити накопичене тепло в електричну енергію.Коли кремній плавиться при температурі понад 1000 ºC, він світить, як сонце.

Таким чином, фотоелектричні елементи можна використовувати для перетворення променистого тепла в електричну енергію.

Так званий тепловий фотоелектричний генератор схожий на мініатюрний фотоелектричний пристрій, який може генерувати в 100 разів більше енергії, ніж традиційні сонячні електростанції.

Іншими словами, якщо один квадратний метр сонячних панелей виробляє 200 Вт, то один квадратний метр теплових фотоелектричних панелей вироблятиме 20 кіловат.І не тільки

потужність, але й ефективність перетворення вище.ККД теплових фотоелементів становить від 30% до 40%, що залежить від температури

джерела тепла.На відміну від цього, ефективність комерційних фотоелектричних сонячних панелей становить від 15% до 20%.

Використання теплових фотоелектричних генераторів замість традиційних теплових двигунів дозволяє уникнути використання рухомих частин, рідин і складних теплообмінників.Таким чином,

вся система може бути економічною, компактною і безшумною.

Згідно з дослідженням, фотоелектричні елементи з прихованою теплом можуть накопичувати велику кількість залишкової відновлюваної енергії.

Алехандро Дейта, дослідник, який очолював проект, сказав: «Значна частина цієї електроенергії буде вироблена, коли буде надлишок вітру та виробництва вітрової енергії,

тому він продаватиметься за дуже низькою ціною на ринку електроенергії.Дуже важливо зберігати ці надлишки електроенергії в дуже дешевій системі.Це дуже важливо

зберігати надлишок електроенергії у вигляді тепла, оскільки це один із найдешевших способів накопичення енергії».

2. Це в 40 разів дешевше, ніж літій-іонний акумулятор

Зокрема, кремній і феросиліцій можуть накопичувати енергію за ціною менше 4 євро за кіловат-годину, що в 100 разів дешевше, ніж поточний фіксований літій-іонний

акумулятор.Після додавання контейнера та шару ізоляції загальна вартість буде вищою.Однак, згідно з дослідженням, якщо система досить велика, зазвичай більше

ніж 10 мегават-годин, вона, ймовірно, досягне вартості близько 10 євро за кіловат-годину, тому що вартість теплоізоляції становитиме невелику частину загальної суми.

вартість системи.Однак вартість літієвої батареї становить близько 400 євро за кіловат-годину.

Одна з проблем, з якою стикається ця система, полягає в тому, що лише невелика частина накопиченого тепла перетворюється назад в електрику.Яка ефективність перетворення в цьому процесі?Як

Ключовою проблемою є використання теплової енергії, що залишилася.

Однак дослідники групи вважають, що це не проблеми.Якщо система досить дешева, лише 30-40% енергії потрібно рекуперувати у формі

електроенергії, що зробить їх кращими перед іншими більш дорогими технологіями, такими як літій-іонні батареї.

Крім того, решта 60-70% тепла, не перетвореного на електроенергію, може бути безпосередньо передано будівлям, заводам або містам для зменшення видобутку вугілля та природних

витрата газу.

На теплову енергію припадає понад 50% світового попиту на енергію та 40% глобальних викидів вуглекислого газу.Таким чином зберігається прихована енергія вітру або фотоелектричної енергії

теплові фотоелементи можуть не тільки заощадити багато коштів, але й задовольнити величезний попит на тепло на ринку за рахунок відновлюваних ресурсів.

3. Виклики та перспективи на майбутнє

Нова теплова фотоелектрична технологія накопичення тепла, розроблена командою Мадридського технологічного університету, яка використовує матеріали з кремнієвих сплавів,

переваги у вартості матеріалів, температурі зберігання тепла та часу зберігання енергії.Кремній є другим за поширеністю елементом у земній корі.Вартість

за тонну кремнеземного піску становить лише 30-50 доларів, що становить 1/10 розплавленого сольового матеріалу.Крім того, різниця температур термічного зберігання кремнеземного піску

частинок набагато вище, ніж у розплавленої солі, а максимальна робоча температура може досягати понад 1000 ℃.Також більш висока робоча температура

допомагає підвищити загальну енергоефективність фототермічної системи виробництва електроенергії.

Команда Датуса не єдина, хто бачить потенціал теплових фотоелектричних елементів.У них є два могутніх суперника: престижний Массачусетський інститут ім

Технології та каліфорнійський стартап Antola Energy.Остання зосереджена на дослідженні та розробці великих батарей, що використовуються у важкій промисловості (великий

споживач викопного палива) і отримав 50 мільйонів доларів США для завершення дослідження в лютому цього року.Трохи надав фонд Breakthrough Energy Fund Білла Гейтса

інвестиційні фонди.

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту заявили, що їх модель теплового фотоелектричного елемента змогла повторно використати 40% енергії, яка використовується для обігріву.

внутрішні матеріали прототипу акумулятора.Вони пояснили: «Це створює шлях для максимальної ефективності та зниження вартості зберігання теплової енергії,

що робить можливим декарбонізацію електромережі».

Проект Мадридського технологічного інституту не зміг виміряти відсоток енергії, яку він може відновити, але він перевершує американську модель

в одному аспекті.Алехандро Дейта, дослідник, який керував проектом, пояснив: «Щоб досягти такої ефективності, проект MIT повинен підвищити температуру до

2400 градусів.Наш акумулятор працює при 1200 градусах.При такій температурі ККД буде нижчим, ніж у них, але у нас набагато менше проблем з теплоізоляцією.

Зрештою, дуже важко зберігати матеріали при 2400 градусах без втрати тепла».

Звичайно, ця технологія ще потребує великих інвестицій, перш ніж вийти на ринок.Поточний лабораторний прототип має менше 1 кВт/год накопичення енергії

потужності, але щоб зробити цю технологію прибутковою, їй потрібно понад 10 МВт·год накопичувальної енергії.Тому наступним завданням є розширення масштабів

технологію та перевірити її здійсненність у великому масштабі.Щоб досягти цього, дослідники з Мадридського технологічного інституту створили команди

зробити це можливим.