Denne energilagringsteknologi vandt 2022 EU Best Innovation Award, 40 gange billigere end lithium-ion batteri

Termisk energilagring med silicium og ferrosilicium som medium kan lagre energi til en pris på mindre end 4 euro pr. kilowatt-time, hvilket er 100 gange

billigere end det nuværende faste lithium-ion-batteri.Efter tilføjelse af beholderen og isoleringslaget kan de samlede omkostninger være omkring 10 euro pr. kilowatt-time,

hvilket er meget billigere end lithiumbatteriet på 400 euro per kilowatt-time.

Udvikling af vedvarende energi, bygning af nye elsystemer og støtte til energilagring er en barriere, der skal overvindes.

Elektricitets "out-of-the-box" karakter og volatiliteten i vedvarende energiproduktion såsom solceller og vindkraft gør udbud og efterspørgsel

af elektricitet nogle gange uoverensstemmende.På nuværende tidspunkt kan en sådan regulering justeres ved hjælp af kul- og naturgaskraftproduktion eller vandkraft for at opnå stabilitet

og magtens fleksibilitet.Men i fremtiden, med tilbagetrækningen af ​​fossil energi og stigningen i vedvarende energi, billig og effektiv energilagring

konfiguration er nøglen.

Energilagringsteknologi er hovedsageligt opdelt i fysisk energilagring, elektrokemisk energilagring, termisk energilagring og kemisk energilagring.

Såsom mekanisk energilagring og pumpet lagring hører til fysisk energilagringsteknologi.Denne energilagringsmetode har relativt lav pris og

høj konverteringseffektivitet, men projektet er relativt stort, begrænset af geografisk placering, og byggeperioden er også meget lang.Det er svært at

kun tilpasse sig efterspørgslen efter spidsbelastning af vedvarende energi ved pumpet lagring.

På nuværende tidspunkt er elektrokemisk energilagring populær, og det er også den hurtigst voksende nye energilagringsteknologi i verden.Elektrokemisk energi

opbevaring er hovedsageligt baseret på lithium-ion-batterier.Ved udgangen af ​​2021 har den kumulative installerede kapacitet af ny energilagring i verden oversteget 25 mio.

kilowatt, hvoraf markedsandelen for lithium-ion-batterier har nået 90%.Dette skyldes den store udvikling af elbiler, som giver en

kommercielt anvendelsesscenarie i stor skala til elektrokemisk energilagring baseret på lithium-ion-batterier.

Lithium-ion batteri energilagringsteknologi, som en slags bilbatteri, er dog ikke et stort problem, men der vil være mange problemer, når det kommer til

understøtter langsigtet energilagring på netniveau.Det ene er problemet med sikkerhed og omkostninger.Hvis lithium-ion-batterier stables i stor skala, vil omkostningerne mangedoble sig,

og sikkerheden forårsaget af varmeakkumulering er også en stor skjult fare.Den anden er, at lithiumressourcer er meget begrænsede, og elektriske køretøjer er ikke nok,

og behovet for langsigtet energilagring kan ikke opfyldes.

Hvordan løser man disse realistiske og presserende problemer?Nu har mange forskere fokuseret på teknologi til lagring af termisk energi.Der er sket gennembrud i

relevante teknologier og forskning.

I november 2022 annoncerede Europa-Kommissionen det prisvindende projekt "EU 2022 Innovation Radar Award", hvor "AMADEUS"

batteriprojekt udviklet af teamet fra Madrid Institute of Technology i Spanien vandt EU's bedste innovationspris i 2022.

"Amadeus" er en revolutionerende batterimodel.Dette projekt, som har til formål at lagre en stor mængde energi fra vedvarende energi, blev udvalgt af europæeren

Kommissionen som en af ​​de bedste opfindelser i 2022.

Denne slags batteri designet af det spanske forskerhold gemmer den overskydende energi, der genereres, når sol- eller vindenergi er høj i form af termisk energi.

Denne varme bruges til at opvarme et materiale (siliciumlegering er undersøgt i dette projekt) til mere end 1000 grader Celsius.Systemet indeholder en speciel beholder med

termisk solcelleplade, der vender indad, som kan frigive en del af den lagrede energi, når strømbehovet er højt.

Forskerne brugte en analogi til at forklare processen: "Det er som at putte solen i en kasse."Deres plan kan revolutionere energilagring.Det har et stort potentiale til

nå dette mål og er blevet en nøglefaktor i at tackle klimaforandringerne, hvilket gør, at "Amadeus"-projektet skiller sig ud fra mere end 300 indsendte projekter

og vandt EU's bedste innovationspris.

Arrangøren af ​​EU Innovation Radar Award forklarede: "Det værdifulde punkt er, at det giver et billigt system, der kan lagre en stor mængde energi til en

lang tid.Den har høj energitæthed, høj samlet effektivitet og bruger tilstrækkelige og billige materialer.Det er et modulært system, meget udbredt og kan levere

ren varme og el efter behov."

Så hvordan fungerer denne teknologi?Hvad er de fremtidige ansøgningsscenarier og kommercialiseringsmuligheder?

For at sige det enkelt, bruger dette system den overskydende strøm, der genereres af intermitterende vedvarende energi (såsom solenergi eller vindenergi) til at smelte billige metaller,

såsom silicium eller ferrosilicium, og temperaturen er højere end 1000 ℃.Siliciumlegering kan lagre en stor mængde energi i sin fusionsproces.

Denne type energi kaldes "latent varme".For eksempel lagrer en liter silicium (ca. 2,5 kg) mere end 1 kilowatt-time (1 kilowatt-time) energi i formen

af latent varme, hvilket er præcis den energi, der er indeholdt i en liter brint ved 500 bar tryk.Men i modsætning til brint kan silicium opbevares under atmosfærisk

tryk, hvilket gør systemet billigere og mere sikkert.

Nøglen til systemet er, hvordan den lagrede varme omdannes til elektrisk energi.Når silicium smelter ved en temperatur på mere end 1000 º C, skinner det som solen.

Derfor kan fotovoltaiske celler bruges til at omdanne strålevarmen til elektrisk energi.

Den såkaldte termiske fotovoltaiske generator er som en miniature fotovoltaisk enhed, som kan generere 100 gange mere energi end traditionelle solcelleanlæg.

Med andre ord, hvis en kvadratmeter solpaneler producerer 200 watt, vil en kvadratmeter termiske solcellepaneler producere 20 kilowatt.Og ikke kun

kraften, men også konverteringseffektiviteten er højere.Effektiviteten af ​​termiske fotovoltaiske celler er mellem 30% og 40%, hvilket afhænger af temperaturen

af varmekilden.I modsætning hertil er effektiviteten af ​​kommercielle fotovoltaiske solpaneler mellem 15 % og 20 %.

Brugen af ​​termiske fotovoltaiske generatorer i stedet for traditionelle termiske motorer undgår brugen af ​​bevægelige dele, væsker og komplekse varmevekslere.På denne måde

hele systemet kan være økonomisk, kompakt og lydløst.

Ifølge forskningen kan latente termiske fotovoltaiske celler lagre en stor mængde resterende vedvarende energi.

Alejandro Data, en forsker, der ledede projektet, sagde: "En stor del af denne elektricitet vil blive genereret, når der er overskud i vind- og vindkraftproduktion,

så det bliver solgt til en meget lav pris på elmarkedet.Det er meget vigtigt at opbevare disse overskydende elektricitet i et meget billigt system.Det er meget meningsfuldt at

lagre overskudsstrømmen i form af varme, fordi det er en af ​​de billigste måder at lagre energi på.”

2. Det er 40 gange billigere end lithium-ion batteri

Især silicium og ferrosilicium kan lagre energi til en pris på mindre end 4 euro per kilowatt-time, hvilket er 100 gange billigere end den nuværende faste lithium-ion

batteri.Efter tilføjelse af beholderen og isoleringslaget vil de samlede omkostninger være højere.Men ifølge undersøgelsen, hvis systemet er stort nok, normalt mere

end 10 megawatt timer, vil det formentlig nå op på omkring 10 euro pr. kilowatt time, fordi omkostningerne til varmeisolering vil være en lille del af den samlede

omkostningerne ved systemet.Prisen på lithiumbatteri er dog omkring 400 euro per kilowatt-time.

Et problem, som dette system står over for, er, at kun en lille del af den lagrede varme omdannes tilbage til elektricitet.Hvad er konverteringseffektiviteten i denne proces?Hvordan

bruge den resterende varmeenergi er nøgleproblemet.

Holdets forskere mener dog, at det ikke er problemer.Hvis systemet er billigt nok, skal kun 30-40 % af energien genvindes i form af

elektricitet, hvilket vil gøre dem overlegne i forhold til andre dyrere teknologier, såsom lithium-ion-batterier.

Derudover kan de resterende 60-70 % af varmen, der ikke omdannes til elektricitet, overføres direkte til bygninger, fabrikker eller byer for at reducere kul og natur

gasforbrug.

Varme står for mere end 50 % af den globale energiefterspørgsel og 40 % af den globale kuldioxidemission.På denne måde lagrer vind- eller solcelleenergi latent

termiske fotovoltaiske celler kan ikke kun spare en masse omkostninger, men også imødekomme markedets enorme varmebehov gennem vedvarende ressourcer.

3. Udfordringer og fremtidsudsigter

Den nye termiske fotovoltaiske termiske lagringsteknologi designet af teamet fra Madrid University of Technology, som bruger siliciumlegeringsmaterialer, har

fordele i materialeomkostninger, termisk opbevaringstemperatur og energilagringstid.Silicium er det næstmest udbredte grundstof i jordskorpen.Prisen

pr. ton silicasand er kun 30-50 dollars, hvilket er 1/10 af det smeltede saltmateriale.Hertil kommer den termiske opbevaringstemperaturforskel af silicasand

partikler er meget højere end for smeltet salt, og den maksimale driftstemperatur kan nå mere end 1000 ℃.Højere driftstemperatur også

hjælper med at forbedre den overordnede energieffektivitet af det fototermiske elproduktionssystem.

Datus' team er ikke det eneste, der ser potentialet i termiske solceller.De har to magtfulde rivaler: det prestigefyldte Massachusetts Institute of

Technology og den californiske start-up Antola Energy.Sidstnævnte fokuserer på forskning og udvikling af store batterier, der anvendes i tung industri (en stor

forbruger af fossilt brændstof), og opnåede 50 millioner USD for at afslutte forskningen i februar i år.Bill Gates' Breakthrough Energy Fund gav nogle

investeringsfonde.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology sagde, at deres termiske fotovoltaiske cellemodel har været i stand til at genbruge 40% af den energi, der blev brugt til at opvarme

de interne materialer i prototypebatteriet.De forklarede: "Dette skaber en vej til maksimal effektivitet og omkostningsreduktion af termisk energilagring,

gør det muligt at dekarbonisere elnettet."

Projektet fra Madrid Institute of Technology har ikke været i stand til at måle den procentdel af energi, det kan genvinde, men det er overlegent i forhold til den amerikanske model

i ét aspekt.Alejandro Data, forskeren, der ledede projektet, forklarede: "For at opnå denne effektivitet skal MIT-projektet hæve temperaturen til

2400 grader.Vores batteri fungerer ved 1200 grader.Ved denne temperatur vil effektiviteten være lavere end deres, men vi har meget færre varmeisoleringsproblemer.

Det er trods alt meget svært at opbevare materialer ved 2400 grader uden at forårsage varmetab.”

Selvfølgelig kræver denne teknologi stadig mange investeringer, før den kommer ind på markedet.Den nuværende laboratorieprototype har mindre end 1 kWh energilagring

kapacitet, men for at gøre denne teknologi rentabel, har den brug for mere end 10 MWh energilagringskapacitet.Derfor er næste udfordring at udvide omfanget af

teknologien og teste dens gennemførlighed i stor skala.For at opnå dette har forskere fra Madrid Institute of Technology bygget hold

at gøre det muligt.