See energiasalvestustehnoloogia võitis 2022. aasta ELi parima innovatsiooni auhinna, mis on 40 korda odavam kui liitium-ioonaku

Räni ja ferrosiliitsiumi kasutav soojusenergia salvestamine võib salvestada energiat hinnaga alla 4 euro kilovatt-tunni kohta, mis on 100 korda suurem.

odavam kui praegune fikseeritud liitiumioonaku.Pärast konteineri ja isolatsioonikihi lisamist võib kogukulu olla umbes 10 eurot kilovatt-tunni kohta,

mis on palju odavam kui liitiumaku 400 eurot kilovatt-tunni kohta.

Taastuvenergia arendamine, uute elektrisüsteemide ehitamine ja energia salvestamise toetamine on takistus, mis tuleb ületada.

Elektrienergia kasutusvalmis olemus ja taastuvenergia tootmise (nt fotogalvaaniline ja tuuleenergia) muutlikkus muudavad pakkumise ja nõudluse

elektrienergia vahel ei sobi.Praegu saab sellist reguleerimist stabiilsuse saavutamiseks reguleerida söe ja maagaasi elektritootmise või hüdroenergia abil

ja võimu paindlikkus.Tulevikus aga koos fossiilenergia äravõtmise ja taastuvenergia suurenemisega odav ja tõhus energia salvestamine

konfiguratsioon on võti.

Energia salvestamise tehnoloogia jaguneb peamiselt füüsiliseks energia salvestamiseks, elektrokeemiliseks energia salvestamiseks, soojusenergia salvestamiseks ja keemiliseks energia salvestamiseks.

Näiteks mehaaniline energiasalvestus ja pumpsalvesti kuuluvad füüsilise energia salvestamise tehnoloogia alla.Sellel energiasalvestusmeetodil on suhteliselt madal hind ja

kõrge konversioonitõhusus, kuid projekt on suhteliselt suur, piiratud geograafilisest asukohast ja ka ehitusperiood on väga pikk.Seda on raske

kohaneda taastuvenergia suurima raseerimisnõudlusega ainult pumbaenergia abil.

Praegu on elektrokeemiline energia salvestamine populaarne ja see on ka kõige kiiremini kasvav uus energiasalvestustehnoloogia maailmas.Elektrokeemiline energia

ladustamine põhineb peamiselt liitiumioonakudel.2021. aasta lõpuks on uute energiasalvestite kumulatiivne installeeritud võimsus maailmas ületanud 25 miljonit

kilovatti, millest liitium-ioonakude turuosa on küündinud 90%-ni.Selle põhjuseks on elektrisõidukite laiaulatuslik arendamine, mis annab a

liitium-ioonakudel põhineva elektrokeemilise energia salvestamise suuremahulise kaubandusliku rakenduse stsenaarium.

Liitium-ioonaku energiasalvestustehnoloogia kui omamoodi autoaku ei ole aga suur probleem, kuid sellega seoses on palju probleeme.

võrgutasandi pikaajalise energia salvestamise toetamine.Üks on ohutuse ja kulude probleem.Kui liitiumioonakusid laotakse suures mahus, suureneb nende maksumus mitmekordselt,

ja soojuse akumuleerumisest tingitud ohutus on samuti suur varjatud oht.Teine on see, et liitiumivarud on väga piiratud ja elektrisõidukitest ei piisa,

ja energia pikaajalise salvestamise vajadust ei ole võimalik rahuldada.

Kuidas neid realistlikke ja kiireloomulisi probleeme lahendada?Nüüd on paljud teadlased keskendunud soojusenergia salvestamise tehnoloogiale.aastal on tehtud läbimurdeid

asjakohased tehnoloogiad ja teadusuuringud.

2022. aasta novembris kuulutas Euroopa Komisjon välja auhinnatud projekti “EU 2022 Innovation Radar Award”, mille raames osales “AMADEUS”

Hispaania Madridi Tehnoloogiainstituudi meeskonna poolt välja töötatud akuprojekt võitis 2022. aastal ELi parima innovatsiooni auhinna.

“Amadeus” on revolutsiooniline akumudel.Selle projekti, mille eesmärk on salvestada taastuvenergiast suur hulk energiat, valis välja eurooplane

Komisjon kui üks 2022. aasta parimaid leiutisi.

Selline Hispaania teadlaste meeskonna poolt välja töötatud aku salvestab soojusenergia kujul päikese- või tuuleenergia ülejäägi.

Seda soojust kasutatakse materjali kuumutamiseks (selles projektis uuritakse ränisulamit) rohkem kui 1000 kraadini Celsiuse järgi.Süsteem sisaldab spetsiaalset konteinerit

sissepoole suunatud fotogalvaaniline termiline plaat, mis võib suure energiavajaduse korral vabastada osa salvestatud energiast.

Teadlased kasutasid protsessi selgitamiseks analoogiat: "See on nagu päikese kasti panemine."Nende plaan võib muuta energia salvestamise revolutsiooniliseks.Sellel on suur potentsiaal

seda eesmärki saavutada ja sellest on saanud kliimamuutuste vastu võitlemise võtmetegur, mistõttu Amadeuse projekt paistab silma enam kui 300 esitatud projekti hulgast.

ja võitis ELi parima innovatsiooni auhinna.

ELi innovatsiooniradari auhinna korraldaja selgitas: „Väärtuslik on see, et see pakub odavat süsteemi, mis suudab salvestada suure hulga energiat

kaua aega.Sellel on kõrge energiatihedus, kõrge üldine tõhusus ning see kasutab piisavalt ja odavaid materjale.See on modulaarne süsteem, mida kasutatakse laialdaselt ja mida saab pakkuda

puhas soojus ja elekter nõudmisel.”

Niisiis, kuidas see tehnoloogia töötab?Millised on tulevased rakendusstsenaariumid ja turustamisväljavaated?

Lihtsamalt öeldes kasutab see süsteem vahelduva taastuvenergia (nt päikese- või tuuleenergia) toodetud üleliigset energiat odavate metallide sulatamiseks,

nagu räni või ferrosilikoon ja temperatuur on kõrgem kui 1000 ℃.Ränisulam võib oma termotuumasünteesiprotsessis salvestada suurel hulgal energiat.

Seda tüüpi energiat nimetatakse "latentseks soojuseks".Näiteks liiter räni (umbes 2,5 kg) salvestab kujul rohkem kui 1 kilovatt-tund (1 kilovatt-tund) energiat.

varjatud soojusest, mis on täpselt energia, mis sisaldub liitris vesinikus rõhul 500 baari.Kuid erinevalt vesinikust saab räni säilitada atmosfääri all

survet, mis muudab süsteemi odavamaks ja turvalisemaks.

Süsteemi võti seisneb selles, kuidas salvestatud soojust elektrienergiaks muuta.Kui räni sulab temperatuuril üle 1000 ºC, särab see nagu päike.

Seetõttu saab kiirgussoojuse muundamiseks elektrienergiaks kasutada fotogalvaanilisi elemente.

Niinimetatud fotogalvaaniline soojusgeneraator on nagu miniatuurne fotogalvaaniline seade, mis suudab toota 100 korda rohkem energiat kui traditsioonilised päikeseelektrijaamad.

Teisisõnu, kui üks ruutmeeter päikesepaneele toodab 200 vatti, siis üks ruutmeeter soojuslikke fotogalvaanilisi paneele 20 kilovatti.Ja mitte ainult

võimsus, aga ka muundamise efektiivsus on suurem.Termiliste fotogalvaaniliste elementide efektiivsus on vahemikus 30% kuni 40%, mis sõltub temperatuurist

soojusallikast.Seevastu kaubanduslike fotogalvaaniliste päikesepaneelide efektiivsus on vahemikus 15–20%.

Termiliste fotogalvaaniliste generaatorite kasutamine traditsiooniliste soojusmootorite asemel väldib liikuvate osade, vedelike ja keerukate soojusvahetite kasutamist.Sellel viisil,

kogu süsteem võib olla ökonoomne, kompaktne ja müravaba.

Uuringute kohaselt suudavad varjatud termilised fotogalvaanilised elemendid salvestada suurel hulgal taastuvenergia jääkenergiat.

Projekti juhtinud teadlane Alejandro Data ütles: "Suur osa sellest elektrist toodetakse siis, kui tuule ja tuuleenergia tootmises tekib ülejääk,

nii et see müüakse elektriturul väga madala hinnaga.Väga oluline on see üleliigne elektrienergia salvestada väga odavasse süsteemi.See on väga tähendusrikas

salvestada üleliigne elektrienergia soojusena, sest see on üks odavamaid energia salvestamise viise.

2. See on 40 korda odavam kui liitiumioonaku

Eelkõige suudavad räni ja ferrosilicon salvestada energiat hinnaga alla 4 euro kilovatt-tunni kohta, mis on 100 korda odavam kui praegune fikseeritud liitiumioon

aku.Pärast konteineri ja isolatsioonikihi lisamist on kogukulu suurem.Samas uuringu järgi, kui süsteem on piisavalt suur, siis tavaliselt rohkem

kui 10 megavatt tundi, ulatub see tõenäoliselt umbes 10 euroni kilovatt-tunni kohta, sest soojusisolatsiooni kulu moodustab kogusummast väikese osa

süsteemi maksumus.Liitiumaku maksumus on aga umbes 400 eurot kilovatt-tunni kohta.

Üks probleem, millega see süsteem silmitsi seisab, on see, et ainult väike osa salvestatud soojusest muundatakse tagasi elektriks.Milline on selle protsessi muundamise efektiivsus?Kuidas

Ülejäänud soojusenergia kasutamine on põhiprobleem.

Töörühma teadlased usuvad aga, et tegemist ei ole probleemidega.Kui süsteem on piisavalt odav, tuleb energiast tagasi saada vaid 30-40%.

elektrienergia, mis muudab need teistest kallimatest tehnoloogiatest, näiteks liitiumioonakudest, paremaks.

Lisaks saab ülejäänud 60–70% elektriks muundamata soojusest otse üle kanda hoonetesse, tehastesse või linnadesse, et vähendada kivisöe ja looduslike

gaasi tarbimine.

Soojus moodustab enam kui 50% ülemaailmsest energianõudlusest ja 40% ülemaailmsest süsinikdioksiidi heitkogusest.Sel viisil tuule- või fotogalvaanilise energia salvestamine latentsesse

Termilised fotogalvaanilised elemendid ei saa mitte ainult säästa palju kulusid, vaid ka rahuldada taastuvate ressursside abil turu tohutut soojusnõudlust.

3. Väljakutsed ja tulevikuväljavaated

Madridi Tehnikaülikooli meeskonna poolt välja töötatud uus termiline fotogalvaaniline soojussalvestustehnoloogia, mis kasutab ränisulamist materjale, on

eelised materjali maksumuses, termilise salvestamise temperatuuris ja energia salvestamise ajas.Räni on maapõues kõige levinumalt teine ​​element.Kulu

tonni räniliiva kohta on vaid 30-50 dollarit, mis on 1/10 sulasoola materjalist.Lisaks silikaatliiva termilise säilitamise temperatuuride erinevus

osakesed on palju kõrgem kui sulasool ja maksimaalne töötemperatuur võib ulatuda üle 1000 ℃.Samuti kõrgem töötemperatuur

aitab parandada fototermilise elektritootmissüsteemi üldist energiatõhusust.

Datuse meeskond ei ole ainus, kes näeb termiliste fotogalvaaniliste elementide potentsiaali.Neil on kaks võimsat rivaali: mainekas Massachusettsi Instituut

Tehnoloogia ja California idufirma Antola Energy.Viimane keskendub rasketööstuses kasutatavate suurte akude uurimisele ja arendamisele (suur

fossiilkütuste tarbija) ja sai 50 miljonit USA dollarit uuringu lõpuleviimiseks käesoleva aasta veebruaris.Bill Gatesi Breakthrough Energy Fund andis mõned

investeerimisfondid.

Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadlased ütlesid, et nende termilise fotogalvaanilise elemendi mudel on suutnud taaskasutada 40% kütmiseks kasutatud energiast.

prototüübi aku sisemised materjalid.Nad selgitasid: "See loob võimaluse soojusenergia salvestamise maksimaalseks efektiivsuseks ja kulude vähendamiseks,

mis teeb võimalikuks elektrivõrgu dekarboniseerimise.

Madridi Tehnoloogiainstituudi projekt ei ole suutnud mõõta taastuvenergia protsenti, kuid see on parem kui Ameerika mudel

ühes aspektis.Projekti juhtinud teadlane Alejandro Data selgitas: "Selle efektiivsuse saavutamiseks peab MIT-i projekt tõstma temperatuuri

2400 kraadi.Meie aku töötab 1200 kraadi juures.Sellel temperatuuril on efektiivsus madalam kui neil, kuid meil on palju vähem soojusisolatsiooni probleeme.

2400 kraadi juures on ju väga raske materjale hoida ilma soojuskadu tekitamata.»

Loomulikult vajab see tehnoloogia enne turule tulekut veel palju investeeringuid.Praegusel labori prototüübil on energiasalvesti vähem kui 1 kWh

võimsust, kuid selle tehnoloogia kasumlikuks muutmiseks vajab see rohkem kui 10 MWh energiasalvestusvõimsust.Seetõttu on järgmiseks väljakutseks skaala laiendamine

tehnoloogiat ja testida selle teostatavust suures mahus.Selle saavutamiseks on Madridi Tehnoloogiainstituudi teadlased loonud meeskondi

et see oleks võimalik.