Denne energilagringsteknologien vant 2022 EUs beste innovasjonspris, 40 ganger billigere enn litiumionbatteri

Termisk energilagring ved bruk av silisium og ferrosilisium som medium kan lagre energi til en pris på mindre enn 4 euro per kilowattime, som er 100 ganger

billigere enn dagens faste litium-ion-batteri.Etter å ha lagt til beholderen og isolasjonslaget, kan den totale kostnaden være omtrent 10 euro per kilowatt-time,

som er mye billigere enn litiumbatteriet på 400 euro per kilowattime.

Å utvikle fornybar energi, bygge nye kraftsystemer og støtte energilagring er en barriere som må overvinnes.

Elektrisitets ut-av-boksen natur og volatiliteten til fornybar energiproduksjon som solceller og vindkraft gjør tilbud og etterspørsel

av elektrisitet noen ganger feil.Foreløpig kan slik regulering justeres med kraftproduksjon av kull og naturgass eller vannkraft for å oppnå stabilitet

og fleksibilitet i kraft.Men i fremtiden, med uttak av fossil energi og økning av fornybar energi, billig og effektiv energilagring

konfigurasjon er nøkkelen.

Energilagringsteknologi er hovedsakelig delt inn i fysisk energilagring, elektrokjemisk energilagring, termisk energilagring og kjemisk energilagring.

Slik som mekanisk energilagring og pumpet lagring tilhører fysisk energilagringsteknologi.Denne energilagringsmetoden har relativt lav pris og

høy konverteringseffektivitet, men prosjektet er relativt stort, begrenset av geografisk plassering, og byggeperioden er også svært lang.Det er vanskelig å

tilpasse seg det høyeste barberingsbehovet for fornybar energikraft kun ved pumpet lagring.

For tiden er elektrokjemisk energilagring populært, og det er også den raskest voksende nye energilagringsteknologien i verden.Elektrokjemisk energi

lagring er hovedsakelig basert på litium-ion-batterier.Ved utgangen av 2021 har den kumulative installerte kapasiteten til ny energilagring i verden oversteget 25 millioner

kilowatt, hvorav markedsandelen til litium-ion-batterier har nådd 90%.Dette skyldes den storstilte utviklingen av elektriske kjøretøy, som gir en

storskala kommersiell bruksscenario for elektrokjemisk energilagring basert på litium-ion-batterier.

Imidlertid er litium-ion batteri energilagringsteknologi, som et slags bilbatteri, ikke et stort problem, men det vil være mange problemer når det gjelder

støtte langsiktig energilagring på nettnivå.Det ene er problemet med sikkerhet og kostnader.Hvis litiumionbatterier stables i stor skala, vil kostnadene multipliseres,

og sikkerheten forårsaket av varmeakkumulering er også en stor skjult fare.Den andre er at litiumressurser er svært begrensede, og elektriske kjøretøy er ikke nok,

og behovet for langsiktig energilagring kan ikke dekkes.

Hvordan løse disse realistiske og presserende problemene?Nå har mange forskere fokusert på teknologi for lagring av termisk energi.Det er gjort gjennombrudd i

relevant teknologi og forskning.

I november 2022 kunngjorde EU-kommisjonen det prisvinnende prosjektet "EU 2022 Innovation Radar Award", der "AMADEUS"

batteriprosjekt utviklet av teamet ved Madrid Institute of Technology i Spania vant EUs beste innovasjonspris i 2022.

"Amadeus" er en revolusjonerende batterimodell.Dette prosjektet, som tar sikte på å lagre en stor mengde energi fra fornybar energi, ble valgt av europeeren

Kommisjon som en av de beste oppfinnelsene i 2022.

Denne typen batterier designet av det spanske forskerteamet lagrer overskuddsenergien som genereres når sol- eller vindenergi er høy i form av termisk energi.

Denne varmen brukes til å varme et materiale (silisiumlegering studeres i dette prosjektet) til mer enn 1000 grader Celsius.Systemet inneholder en spesiell beholder med

termisk solcelleplate vendt innover, som kan frigjøre deler av den lagrede energien når strømbehovet er høyt.

Forskerne brukte en analogi for å forklare prosessen: "Det er som å legge solen i en boks."Planen deres kan revolusjonere energilagring.Det har et stort potensial til

nå dette målet og har blitt en nøkkelfaktor i å takle klimaendringer, noe som gjør at «Amadeus»-prosjektet skiller seg ut fra mer enn 300 innsendte prosjekter

og vant EUs beste innovasjonspris.

Arrangøren av EU Innovation Radar Award forklarte: «Det verdifulle poenget er at det gir et billig system som kan lagre en stor mengde energi for en

lang tid.Den har høy energitetthet, høy total effektivitet og bruker tilstrekkelige og rimelige materialer.Det er et modulært system, mye brukt, og kan tilby

ren varme og elektrisitet på forespørsel."

Så hvordan fungerer denne teknologien?Hva er de fremtidige søknadsscenariene og kommersialiseringsutsiktene?

For å si det enkelt, bruker dette systemet overskuddskraften som genereres av periodisk fornybar energi (som solenergi eller vindenergi) til å smelte billige metaller,

for eksempel silisium eller ferrosilisium, og temperaturen er høyere enn 1000 ℃.Silisiumlegering kan lagre en stor mengde energi i fusjonsprosessen.

Denne typen energi kalles "latent varme".For eksempel lagrer en liter silisium (ca. 2,5 kg) mer enn 1 kilowatt-time (1 kilowatt-time) energi i formen

av latent varme, som er nøyaktig energien som finnes i en liter hydrogen ved 500 bar trykk.Imidlertid, i motsetning til hydrogen, kan silisium lagres under atmosfærisk

trykk, noe som gjør systemet billigere og sikrere.

Nøkkelen til systemet er hvordan man konverterer den lagrede varmen til elektrisk energi.Når silisium smelter ved en temperatur på mer enn 1000 º C, skinner det som solen.

Derfor kan fotovoltaiske celler brukes til å omdanne strålevarmen til elektrisk energi.

Den såkalte termiske fotovoltaiske generatoren er som en miniatyr fotovoltaisk enhet, som kan generere 100 ganger mer energi enn tradisjonelle solkraftverk.

Med andre ord, hvis én kvadratmeter solcellepaneler produserer 200 watt, vil én kvadratmeter med termiske solcellepaneler produsere 20 kilowatt.Og ikke bare

kraften, men også konverteringseffektiviteten er høyere.Effektiviteten til termiske fotovoltaiske celler er mellom 30 % og 40 %, som avhenger av temperaturen

av varmekilden.I motsetning til dette er effektiviteten til kommersielle solcellepaneler mellom 15 % og 20 %.

Bruken av termiske fotovoltaiske generatorer i stedet for tradisjonelle termiske motorer unngår bruk av bevegelige deler, væsker og komplekse varmevekslere.På denne måten,

hele systemet kan være økonomisk, kompakt og støyfritt.

Ifølge forskningen kan latente termiske solcelleceller lagre en stor mengde gjenværende fornybar kraft.

Alejandro Data, en forsker som ledet prosjektet, sa: "En stor del av denne elektrisiteten vil bli generert når det er overskudd i vind- og vindkraftproduksjon,

så det vil bli solgt til en svært lav pris i strømmarkedet.Det er veldig viktig å lagre denne overskuddsstrømmen i et veldig billig system.Det er veldig meningsfullt å

lagre overskuddsstrømmen i form av varme, fordi det er en av de billigste måtene å lagre energi på.»

2. Det er 40 ganger billigere enn litium-ion-batteri

Spesielt kan silisium og ferrosilisium lagre energi til en pris på mindre enn 4 euro per kilowattime, som er 100 ganger billigere enn dagens faste litiumion

batteri.Etter å ha lagt til beholderen og isolasjonslaget, vil den totale kostnaden være høyere.Men ifølge studien, hvis systemet er stort nok, vanligvis mer

enn 10 megawattimer, vil det sannsynligvis nå kostnadene på rundt 10 euro per kilowattime, fordi kostnadene for varmeisolasjon vil være en liten del av totalen

kostnaden for systemet.Prisen på litiumbatteri er imidlertid rundt 400 euro per kilowattime.

Et problem dette systemet står overfor er at bare en liten del av den lagrede varmen omdannes tilbake til elektrisitet.Hva er konverteringseffektiviteten i denne prosessen?hvordan

bruke den gjenværende varmeenergien er hovedproblemet.

Teamets forskere mener imidlertid at dette ikke er problemer.Dersom systemet er billig nok, trenger kun 30-40 % av energien å gjenvinnes i form av

elektrisitet, noe som vil gjøre dem overlegne andre dyrere teknologier, for eksempel litium-ion-batterier.

I tillegg kan de resterende 60-70 % av varmen som ikke omdannes til elektrisitet overføres direkte til bygninger, fabrikker eller byer for å redusere kull og natur

gassforbruk.

Varme står for mer enn 50 % av det globale energibehovet og 40 % av de globale karbondioksidutslippene.På denne måten lagrer vind- eller solcelleenergi i latent

termiske fotovoltaiske celler kan ikke bare spare mye kostnader, men også møte markedets enorme varmebehov gjennom fornybare ressurser.

3. Utfordringer og fremtidsutsikter

Den nye termiske fotovoltaiske termiske lagringsteknologien designet av teamet ved Madrid University of Technology, som bruker silisiumlegeringsmaterialer, har

fordeler i materialkostnader, termisk lagringstemperatur og energilagringstid.Silisium er det nest mest tallrike grunnstoffet i jordskorpen.Kostnaden

per tonn silikasand er bare 30-50 dollar, som er 1/10 av det smeltede saltmaterialet.I tillegg er den termiske lagringstemperaturforskjellen til silikasand

partikler er mye høyere enn for smeltet salt, og den maksimale driftstemperaturen kan nå mer enn 1000 ℃.Høyere driftstemperatur også

bidrar til å forbedre den generelle energieffektiviteten til det fototermiske kraftgenereringssystemet.

Datus sitt team er ikke det eneste som ser potensialet i termiske solcelleceller.De har to mektige rivaler: det prestisjetunge Massachusetts Institute of

Technology og California-oppstarten Antola Energy.Sistnevnte fokuserer på forskning og utvikling av store batterier som brukes i tung industri (en stor

fossilt brenselforbruker), og fikk 50 millioner dollar for å fullføre forskningen i februar i år.Bill Gates' Breakthrough Energy Fund ga noe

investeringsfond.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology sa at deres termiske fotovoltaiske cellemodell har vært i stand til å gjenbruke 40% av energien som brukes til å varme opp

de interne materialene til prototypebatteriet.De forklarte: "Dette skaper en vei for maksimal effektivitet og kostnadsreduksjon av termisk energilagring,

som gjør det mulig å avkarbonisere kraftnettet."

Prosjektet til Madrid Institute of Technology har ikke vært i stand til å måle prosentandelen av energi det kan gjenvinne, men det er overlegent den amerikanske modellen

i ett aspekt.Alejandro Data, forskeren som ledet prosjektet, forklarte: «For å oppnå denne effektiviteten må MIT-prosjektet heve temperaturen til

2400 grader.Batteriet vårt fungerer på 1200 grader.Ved denne temperaturen vil effektiviteten være lavere enn deres, men vi har mye mindre varmeisolasjonsproblemer.

Tross alt er det veldig vanskelig å lagre materialer ved 2400 grader uten å forårsake varmetap."

Selvfølgelig trenger denne teknologien fortsatt mye investering før den kommer ut på markedet.Den nåværende laboratorieprototypen har mindre enn 1 kWh energilagring

kapasitet, men for å gjøre denne teknologien lønnsom trenger den mer enn 10 MWh energilagringskapasitet.Derfor er neste utfordring å utvide omfanget av

teknologien og teste dens gjennomførbarhet i stor skala.For å oppnå dette har forskere fra Madrid Institute of Technology bygget team

for å gjøre det mulig.