Šī enerģijas uzglabāšanas tehnoloģija ieguva 2022. gada ES labākās inovācijas balvu, kas ir 40 reizes lētāka nekā litija jonu akumulators

Siltumenerģijas uzglabāšana, izmantojot silīciju un ferosilīciju kā vidi, var uzglabāt enerģiju, kuras izmaksas ir mazākas par 4 eiro par kilovatstundu, kas ir 100 reizes.

lētāk nekā pašreizējais fiksētais litija jonu akumulators.Pēc konteinera un izolācijas slāņa pievienošanas kopējās izmaksas var būt aptuveni 10 eiro par kilovatstundu,

kas ir daudz lētāks nekā litija akumulators 400 eiro par kilovatstundu.

Atjaunojamās enerģijas attīstīšana, jaunu energosistēmu izveide un enerģijas uzglabāšanas atbalstīšana ir šķērslis, kas ir jāpārvar.

Elektroenerģijas nepastāvība un atjaunojamās enerģijas ražošanas, piemēram, fotoelementu un vēja enerģijas, nepastāvība rada piedāvājumu un pieprasījumu.

elektrība dažkārt nesakrīt.Pašlaik šādu regulējumu var pielāgot ar ogļu un dabasgāzes elektroenerģijas ražošanu vai hidroenerģiju, lai panāktu stabilitāti

un varas elastība.Bet nākotnē līdz ar fosilās enerģijas izņemšanu un atjaunojamo energoresursu pieaugumu, lēta un efektīva enerģijas uzkrāšana

konfigurācija ir atslēga.

Enerģijas uzglabāšanas tehnoloģija galvenokārt ir sadalīta fizikālā enerģijas uzglabāšanā, elektroķīmiskā enerģijas uzglabāšanā, siltumenerģijas uzglabāšanā un ķīmiskās enerģijas uzglabāšanā.

Piemēram, mehāniskā enerģijas uzglabāšana un sūkņu uzglabāšana pieder fiziskai enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijai.Šai enerģijas uzkrāšanas metodei ir salīdzinoši zema cena un

augsta konversijas efektivitāte, taču projekts ir salīdzinoši liels, to ierobežo ģeogrāfiskā atrašanās vieta, un arī būvniecības periods ir ļoti garš.Ir grūti

pielāgoties maksimālajam skūšanās pieprasījumam pēc atjaunojamās enerģijas, tikai izmantojot sūkņu akumulatoru.

Šobrīd elektroķīmiskā enerģijas uzglabāšana ir populāra, un tā ir arī pasaulē visstraujāk augošā jaunā enerģijas uzglabāšanas tehnoloģija.Elektroķīmiskā enerģija

uzglabāšanas pamatā galvenokārt ir litija jonu akumulatori.Līdz 2021. gada beigām jaunās enerģijas uzglabāšanas kumulatīvā uzstādītā jauda pasaulē ir pārsniegusi 25 milj.

kilovatu, no kuriem litija jonu akumulatoru tirgus daļa sasniegusi 90%.Tas ir saistīts ar liela mēroga elektrisko transportlīdzekļu attīstību, kas nodrošina a

liela mēroga komerciāla pielietojuma scenārijs elektroķīmiskās enerģijas uzglabāšanai, pamatojoties uz litija jonu baterijām.

Tomēr litija jonu akumulatora enerģijas uzglabāšanas tehnoloģija kā sava veida automašīnu akumulators nav liela problēma, taču būs daudz problēmu, kad runa ir par

atbalstot tīkla līmeņa ilgtermiņa enerģijas uzglabāšanu.Viena no tām ir drošības un izmaksu problēma.Ja litija jonu akumulatori tiek sakrauti lielā mērogā, izmaksas palielināsies,

un siltuma uzkrāšanās radītā drošība arī ir milzīga slēpta bīstamība.Otrs ir tas, ka litija resursi ir ļoti ierobežoti un ar elektriskajiem transportlīdzekļiem nepietiek,

un vajadzību pēc ilgtermiņa enerģijas uzglabāšanas nevar apmierināt.

Kā atrisināt šīs reālistiskās un neatliekamās problēmas?Tagad daudzi zinātnieki ir pievērsušies siltumenerģijas uzglabāšanas tehnoloģijai.gadā ir veikti izrāvieni

tehnoloģijas un pētniecība.

2022. gada novembrī Eiropas Komisija paziņoja par godalgoto projektu “ES 2022 Inovācijas radara balva”, kurā “AMADEUS”

akumulatoru projekts, ko izstrādājusi Madrides Tehnoloģiju institūta komanda Spānijā, 2022. gadā ieguva ES labākās inovācijas balvu.

“Amadeus” ir revolucionārs akumulatora modelis.Šo projektu, kura mērķis ir uzkrāt lielu daudzumu enerģijas no atjaunojamās enerģijas, izvēlējās eiropietis

Komisija kā viens no labākajiem izgudrojumiem 2022. gadā.

Šāda veida akumulators, ko izstrādājusi Spānijas zinātnieku komanda, uzglabā lieko enerģiju, kas rodas, kad saules vai vēja enerģija ir augsta siltumenerģijas veidā.

Šo siltumu izmanto, lai uzsildītu materiālu (šajā projektā tiek pētīts silīcija sakausējums) līdz vairāk nekā 1000 grādiem pēc Celsija.Sistēmā ir īpašs konteiners ar

termiskā fotoelektriskā plāksne, kas vērsta uz iekšu, kas var atbrīvot daļu no uzkrātās enerģijas, ja ir liels enerģijas pieprasījums.

Pētnieki izmantoja analoģiju, lai izskaidrotu procesu: "Tas ir kā saules ievietošana kastē."Viņu plāns var mainīt enerģijas uzglabāšanu.Tam ir liels potenciāls

sasniegtu šo mērķi un ir kļuvis par galveno faktoru cīņā pret klimata pārmaiņām, ar ko Amadeus projekts izceļas no vairāk nekā 300 iesniegtajiem projektiem.

un ieguva ES labākās inovācijas balvu.

ES Inovācijas radara balvas organizators paskaidroja: “Vērtīgais ir tas, ka tā nodrošina lētu sistēmu, kas var uzglabāt lielu enerģijas daudzumu

ilgu laiku.Tam ir augsts enerģijas blīvums, augsta vispārējā efektivitāte, un tajā tiek izmantoti pietiekami daudz un lēti materiāli.Tā ir modulāra sistēma, ko plaši izmanto un var nodrošināt

tīru siltumu un elektrību pēc pieprasījuma.”

Tātad, kā šī tehnoloģija darbojas?Kādi ir turpmākie pielietojuma scenāriji un komercializācijas perspektīvas?

Vienkārši sakot, šī sistēma izmanto pārmērīgu jaudu, ko rada periodiski atjaunojamie energoresursi (piemēram, saules enerģija vai vēja enerģija), lai kausētu lētus metālus,

piemēram, silīcijs vai ferosilīcijs, un temperatūra ir augstāka par 1000 ℃.Silīcija sakausējums kodolsintēzes procesā var uzglabāt lielu enerģijas daudzumu.

Šo enerģijas veidu sauc par "slēpto siltumu".Piemēram, litrs silīcija (apmēram 2,5 kg) uzglabā vairāk nekā 1 kilovatstundu (1 kilovatstundu) enerģijas formā.

latentā siltuma, kas ir tieši tāda enerģija, kas atrodas litrā ūdeņraža pie 500 bāru spiediena.Tomēr atšķirībā no ūdeņraža silīciju var uzglabāt atmosfēras atmosfērā

spiedienu, kas padara sistēmu lētāku un drošāku.

Sistēmas atslēga ir, kā uzkrāto siltumu pārvērst elektroenerģijā.Kad silīcijs kūst temperatūrā, kas pārsniedz 1000 ºC, tas spīd kā saule.

Tāpēc fotoelementus var izmantot, lai pārvērstu izstarojošo siltumu elektroenerģijā.

Tā sauktais termiskais fotoelektriskais ģenerators ir kā miniatūra fotoelektriskā ierīce, kas spēj saražot 100 reizes vairāk enerģijas nekā tradicionālās saules elektrostacijas.

Citiem vārdiem sakot, ja viens kvadrātmetrs saules paneļu saražo 200 vatus, viens kvadrātmetrs termisko fotoelektrisko paneļu ražos 20 kilovatus.Un ne tikai

jauda, ​​bet arī konversijas efektivitāte ir augstāka.Termisko fotoelektrisko elementu efektivitāte ir no 30% līdz 40%, kas ir atkarīga no temperatūras

no siltuma avota.Turpretim komerciālo fotoelektrisko saules paneļu efektivitāte ir no 15% līdz 20%.

Izmantojot termiskos fotoelektriskos ģeneratorus tradicionālo siltuma dzinēju vietā, tiek novērsta kustīgu daļu, šķidrumu un sarežģītu siltummaiņu izmantošana.Pa šo ceļu,

visa sistēma var būt ekonomiska, kompakta un bez trokšņa.

Saskaņā ar pētījumu, latentās termiskās fotoelektriskās šūnas var uzglabāt lielu daudzumu atlikušās atjaunojamās enerģijas.

Alehandro Data, pētnieks, kurš vadīja projektu, sacīja: “Liela daļa šīs elektroenerģijas tiks saražota, kad vēja un vēja enerģijas ražošanā būs pārpalikums.

tātad tas elektroenerģijas tirgū tiks pārdots par ļoti zemu cenu.Ir ļoti svarīgi šo elektroenerģijas pārpalikumu uzglabāt ļoti lētā sistēmā.Tas ir ļoti nozīmīgi

elektrības pārpalikumu uzkrāt siltuma veidā, jo tas ir viens no lētākajiem enerģijas uzkrāšanas veidiem.”

2. Tas ir 40 reizes lētāks nekā litija jonu akumulators

Jo īpaši silīcijs un ferosilīcijs var uzglabāt enerģiju, kura cena ir mazāka par 4 eiro par kilovatstundu, kas ir 100 reizes lētāk nekā pašreizējais fiksētais litija jons.

akumulators.Pēc konteinera un izolācijas slāņa pievienošanas kopējās izmaksas būs lielākas.Tomēr saskaņā ar pētījumu, ja sistēma ir pietiekami liela, parasti vairāk

nekā 10 megavatstundas, tas, iespējams, sasniegs izmaksas aptuveni 10 eiro par kilovatstundu, jo siltumizolācijas izmaksas būs neliela daļa no kopējās

sistēmas izmaksas.Taču litija akumulatora izmaksas ir aptuveni 400 eiro par kilovatstundu.

Viena problēma, ar kuru saskaras šī sistēma, ir tāda, ka tikai neliela daļa no uzkrātā siltuma tiek pārvērsta atpakaļ elektrībā.Kāda ir konversijas efektivitāte šajā procesā?Kā

atlikušās siltumenerģijas izmantošana ir galvenā problēma.

Tomēr komandas pētnieki uzskata, ka tās nav problēmas.Ja sistēma ir pietiekami lēta, tikai 30-40% enerģijas ir jāatgūst

elektrību, kas padarīs tās pārākas par citām dārgākām tehnoloģijām, piemēram, litija jonu akumulatoriem.

Turklāt atlikušos 60–70% no siltuma, kas nav pārvērsts elektrībā, var tieši nodot ēkām, rūpnīcām vai pilsētām, lai samazinātu ogļu un dabisko

gāzes patēriņš.

Siltums veido vairāk nekā 50% no pasaules enerģijas pieprasījuma un 40% no pasaules oglekļa dioksīda emisijām.Tādā veidā uzglabājot vēja vai fotoelementu enerģiju latentā stāvoklī

termofotoelementi var ne tikai ietaupīt daudz izmaksu, bet arī apmierināt milzīgo tirgus pieprasījumu pēc siltuma, izmantojot atjaunojamos resursus.

3. Izaicinājumi un nākotnes perspektīvas

Madrides Tehnoloģiju universitātes komanda, kas izmanto silīcija sakausējuma materiālus, ir izstrādājusi jauno termisko fotoelektrisko siltuma uzglabāšanas tehnoloģiju.

priekšrocības materiālu izmaksās, termiskās uzglabāšanas temperatūrā un enerģijas uzglabāšanas laikā.Silīcijs ir otrais visbiežāk sastopamais elements zemes garozā.Cena

par tonnu silīcija smilšu ir tikai 30-50 dolāri, kas ir 1/10 daļa no izkausētā sāls materiāla.Turklāt silīcija smilšu termiskās uzglabāšanas temperatūras starpība

daļiņas ir daudz augstākas nekā izkausētā sāls, un maksimālā darba temperatūra var sasniegt vairāk nekā 1000 ℃.Arī augstāka darba temperatūra

palīdz uzlabot fototermālās enerģijas ražošanas sistēmas kopējo energoefektivitāti.

Datus komanda nav vienīgā, kas saskata termisko fotoelementu potenciālu.Viņiem ir divi spēcīgi konkurenti: prestižais Masačūsetsas institūts

Tehnoloģija un Kalifornijas jaunuzņēmums Antola Energy.Pēdējais koncentrējas uz lielu akumulatoru izpēti un izstrādi, ko izmanto smagajā rūpniecībā (lielā

fosilā kurināmā patērētājs) un ieguva 50 miljonus ASV dolāru, lai pabeigtu pētījumu šī gada februārī.Bila Geitsa Breakthrough Energy Fund nodrošināja dažus

ieguldījumu fondi.

Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta pētnieki teica, ka viņu termisko fotoelementu modelis ir spējis atkārtoti izmantot 40% no apkurei izmantotās enerģijas.

prototipa akumulatora iekšējie materiāli.Viņi paskaidroja: "Tas rada ceļu siltumenerģijas uzglabāšanas maksimālai efektivitātei un izmaksu samazināšanai,

ļaujot dekarbonizēt elektrotīklu.

Madrides Tehnoloģiju institūta projekts nav spējis izmērīt procentuālo enerģijas daudzumu, ko tas var atgūt, taču tas ir pārāks par amerikāņu modeli

vienā aspektā.Alejandro Data, pētnieks, kurš vadīja projektu, paskaidroja: "Lai sasniegtu šo efektivitāti, MIT projektam ir jāpaaugstina temperatūra līdz

2400 grādi.Mūsu akumulators darbojas 1200 grādos.Šajā temperatūrā efektivitāte būs zemāka nekā viņiem, bet mums ir daudz mazāk siltumizolācijas problēmu.

Galu galā ir ļoti grūti uzglabāt materiālus 2400 grādu temperatūrā, neradot siltuma zudumus.

Protams, pirms ienākšanas tirgū šai tehnoloģijai joprojām ir nepieciešami lieli ieguldījumi.Pašreizējam laboratorijas prototipam ir mazāk nekā 1 kWh enerģijas uzkrāšanas

jaudas, taču, lai šī tehnoloģija būtu rentabla, tai nepieciešamas vairāk nekā 10 MWh enerģijas uzglabāšanas jaudas.Tāpēc nākamais izaicinājums ir paplašināt mērogu

tehnoloģiju un pārbaudīt tās iespējamību plašā mērogā.Lai to panāktu, Madrides Tehnoloģiju institūta pētnieki ir veidojuši komandas

lai tas būtu iespējams.