Tato technologie skladování energie vyhrála v roce 2022 cenu EU za nejlepší inovaci, je 40krát levnější než lithium-iontová baterie

Skladování tepelné energie pomocí křemíku a ferosilicia jako média může ukládat energii za cenu méně než 4 eura za kilowatthodinu, což je 100násobek

levnější než současná pevná lithium-iontová baterie.Po přidání nádoby a izolační vrstvy mohou být celkové náklady asi 10 eur za kilowatthodinu,

což je mnohem levnější než lithiová baterie 400 eur za kilowatthodinu.

Rozvoj obnovitelné energie, budování nových energetických systémů a podpora skladování energie jsou překážkou, kterou je třeba překonat.

Povaha elektřiny připravená k použití a nestálost výroby obnovitelné energie, jako je fotovoltaická a větrná energie, tvoří nabídku a poptávku

elektřiny někdy nesoulad.V současné době lze takovou regulaci upravit výrobou elektřiny z uhlí a zemního plynu nebo vodní energie pro dosažení stability

a flexibilitu moci.Ale v budoucnu, se stahováním fosilní energie a nárůstem obnovitelné energie, levné a efektivní skladování energie

konfigurace je klíčová.

Technologie skladování energie se dělí především na fyzické skladování energie, elektrochemické skladování energie, skladování tepelné energie a skladování chemické energie.

Jako mechanické akumulace energie a přečerpávání patří k technologii fyzického skladování energie.Tento způsob skladování energie má relativně nízkou cenu a

vysoká účinnost konverze, ale projekt je relativně velký, omezený geografickou polohou a doba výstavby je také velmi dlouhá.To je těžké

přizpůsobte se špičkové poptávce po energii z obnovitelných zdrojů pouze pomocí přečerpávacích zdrojů.

V současné době je populární elektrochemické skladování energie a je to také nejrychleji rostoucí nová technologie skladování energie na světě.Elektrochemická energie

skladování je založeno především na lithium-iontových bateriích.Do konce roku 2021 přesáhla kumulativní instalovaná kapacita nových zásobníků energie ve světě 25 milionů

kilowattů, z toho tržní podíl lithium-iontových baterií dosáhl 90 %.To je způsobeno rozsáhlým vývojem elektrických vozidel, který poskytuje a

scénář rozsáhlé komerční aplikace pro elektrochemické skladování energie založené na lithium-iontových bateriích.

Technologie ukládání energie lithium-iontových baterií jako druh automobilové baterie však nepředstavuje velký problém, ale bude mnoho problémů, pokud jde o

podpora dlouhodobého skladování energie na úrovni sítě.Jedním z nich je problém bezpečnosti a nákladů.Pokud jsou lithium-iontové baterie naskládány ve velkém měřítku, náklady se znásobí,

a bezpečnost způsobená akumulací tepla je také obrovským skrytým nebezpečím.Další je, že zdroje lithia jsou velmi omezené a elektrická vozidla nestačí,

a nelze uspokojit potřebu dlouhodobého skladování energie.

Jak tyto reálné a naléhavé problémy vyřešit?Nyní se mnoho vědců zaměřilo na technologii skladování tepelné energie.Byly učiněny průlomy

relevantní technologie a výzkum.

V listopadu 2022 Evropská komise oznámila oceněný projekt „EU 2022 Innovation Radar Award“, ve kterém „AMADEUS“

Projekt baterie vyvinutý týmem Madridského technologického institutu ve Španělsku získal v roce 2022 cenu EU za nejlepší inovaci.

„Amadeus“ je revoluční model baterie.Tento projekt, jehož cílem je ukládat velké množství energie z obnovitelných zdrojů, byl vybrán Evropanem

Komise jako jeden z nejlepších vynálezů roku 2022.

Tento druh baterie navržený španělským vědeckým týmem uchovává přebytečnou energii generovanou při vysoké sluneční nebo větrné energii ve formě tepelné energie.

Toto teplo se používá k ohřevu materiálu (slitina křemíku je studována v tomto projektu) na více než 1000 stupňů Celsia.Systém obsahuje speciální kontejner s

tepelná fotovoltaická deska směřující dovnitř, která může uvolnit část nashromážděné energie, když je potřeba energie vysoká.

Výzkumníci tento proces vysvětlili analogií: "Je to jako vložit slunce do krabice."Jejich plán může způsobit revoluci v ukládání energie.Má k tomu velký potenciál

dosáhnout tohoto cíle a stal se klíčovým faktorem v boji proti změně klimatu, díky čemuž se projekt „Amadeus“ odlišuje od více než 300 předložených projektů

a získal cenu EU za nejlepší inovaci.

Organizátor soutěže EU Innovation Radar Award vysvětlil: „Cenným bodem je, že poskytuje levný systém, který dokáže uložit velké množství energie za

dlouho.Má vysokou hustotu energie, vysokou celkovou účinnost a používá dostatečné a levné materiály.Je to modulární systém, široce používaný a může poskytnout

čisté teplo a elektřinu na vyžádání."

Jak tedy tato technologie funguje?Jaké jsou budoucí aplikační scénáře a vyhlídky na komercializaci?

Jednoduše řečeno, tento systém využívá přebytečnou energii generovanou přerušovanou obnovitelnou energií (jako je solární energie nebo větrná energie) k tavení levných kovů,

jako je křemík nebo ferosilicium a teplota je vyšší než 1000 ℃.Slitina křemíku může uchovat velké množství energie v procesu fúze.

Tento typ energie se nazývá „latentní teplo“.Například litr křemíku (asi 2,5 kg) uchovává více než 1 kilowatthodinu (1 kilowatthodinu) energie ve formě

latentního tepla, což je přesně energie obsažená v litru vodíku při tlaku 500 barů.Na rozdíl od vodíku však lze křemík skladovat pod atmosférou

tlak, díky čemuž je systém levnější a bezpečnější.

Klíčem systému je, jak přeměnit akumulované teplo na elektrickou energii.Když se křemík roztaví při teplotě vyšší než 1000 ºC, svítí jako slunce.

Proto lze fotovoltaické články využít k přeměně sálavého tepla na elektrickou energii.

Takzvaný tepelný fotovoltaický generátor je jako miniaturní fotovoltaické zařízení, které dokáže vyrobit 100x více energie než klasické solární elektrárny.

Jinými slovy, pokud jeden čtvereční metr solárních panelů vyrobí 200 wattů, jeden čtvereční metr tepelných fotovoltaických panelů vyrobí 20 kilowattů.A nejen to

výkon, ale také účinnost konverze je vyšší.Účinnost tepelných fotovoltaických článků se pohybuje mezi 30 % až 40 %, což závisí na teplotě

zdroje tepla.Naproti tomu účinnost komerčních fotovoltaických solárních panelů se pohybuje mezi 15 % a 20 %.

Použití tepelných fotovoltaických generátorů namísto tradičních tepelných motorů zamezuje použití pohyblivých částí, kapalin a složitých výměníků tepla.Takto,

celý systém může být ekonomický, kompaktní a bezhlučný.

Podle výzkumu mohou latentní tepelné fotovoltaické články uchovat velké množství zbytkové obnovitelné energie.

Alejandro Data, výzkumník, který projekt vedl, řekl: „Velká část této elektřiny bude vyrobena, když bude přebytek ve výrobě větrné a větrné energie.

tak se bude na trhu s elektřinou prodávat za velmi nízkou cenu.Je velmi důležité tyto přebytky elektřiny skladovat ve velmi levném systému.Je to velmi smysluplné

ukládat přebytky elektřiny ve formě tepla, protože je to jeden z nejlevnějších způsobů skladování energie.“

2. Je 40krát levnější než lithium-iontová baterie

Zejména křemík a ferosilikon mohou ukládat energii za cenu nižší než 4 eura za kilowatthodinu, což je 100krát levnější než stávající pevná lithium-iontová

baterie.Po přidání nádoby a izolační vrstvy budou celkové náklady vyšší.Pokud je však systém dostatečně velký, podle studie většinou více

než 10 megawatthodin, dosáhne pravděpodobně nákladů asi 10 eur za kilowatthodinu, protože náklady na tepelnou izolaci budou tvořit malou část celkových nákladů

náklady na systém.Cena lithiové baterie je však asi 400 eur za kilowatthodinu.

Jedním z problémů, kterým tento systém čelí, je to, že pouze malá část uloženého tepla se přemění zpět na elektřinu.Jaká je účinnost konverze v tomto procesu?Jak

využití zbývající tepelné energie je klíčovým problémem.

Vědci týmu se však domnívají, že se nejedná o problémy.Je-li systém dostatečně levný, stačí pouze 30-40 % energie získat zpět ve formě

elektřina, díky čemuž budou lepší než jiné dražší technologie, jako jsou lithium-iontové baterie.

Zbývajících 60–70 % tepla nepřeměněného na elektřinu lze navíc přímo přenést do budov, továren nebo měst, aby se snížilo množství uhlí a přírodních zdrojů.

spotřeba plynu.

Teplo tvoří více než 50 % celosvětové poptávky po energii a 40 % celosvětových emisí oxidu uhličitého.Tímto způsobem se uchovává větrná nebo fotovoltaická energie v latentním stavu

tepelné fotovoltaické články mohou nejen ušetřit spoustu nákladů, ale také uspokojit obrovskou poptávku trhu po teple prostřednictvím obnovitelných zdrojů.

3. Výzvy a vyhlídky do budoucna

Nová tepelná fotovoltaická tepelná akumulační technologie navržená týmem Madridské technologické univerzity, která využívá materiály ze slitiny křemíku, má

výhody v materiálových nákladech, teplotě akumulace tepla a době skladování energie.Křemík je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře.Náklady

na tunu křemičitého písku je pouze 30-50 dolarů, což je 1/10 materiálu roztavené soli.Navíc teplotní rozdíl teplot akumulace křemičitého písku

částic je mnohem vyšší než u roztavené soli a maximální provozní teplota může dosáhnout více než 1000 ℃.Vyšší provozní teplota

pomáhá zlepšit celkovou energetickou účinnost fototermálního systému výroby energie.

Tým Datus není jediný, kdo vidí potenciál tepelných fotovoltaických článků.Mají dva silné rivaly: prestižní Massachusetts Institute of

Technologie a kalifornský start-up Antola Energy.Ten se zaměřuje na výzkum a vývoj velkých baterií používaných v těžkém průmyslu (velký

spotřebitel fosilních paliv) a získal 50 milionů USD na dokončení výzkumu v únoru tohoto roku.Některé poskytl fond Billa Gatese Breakthrough Energy Fund

investiční fondy.

Výzkumníci z Massachusettského technologického institutu uvedli, že jejich model tepelného fotovoltaického článku byl schopen znovu využít 40 % energie použité k vytápění.

vnitřní materiály prototypové baterie.Vysvětlili: „To vytváří cestu pro maximální efektivitu a snížení nákladů na skladování tepelné energie,

což umožní dekarbonizaci energetické sítě."

Projekt Madridského technologického institutu nebyl schopen změřit procento energie, kterou dokáže získat, ale je lepší než americký model

v jednom aspektu.Alejandro Data, výzkumník, který projekt vedl, vysvětlil: „Aby bylo dosaženo této účinnosti, musí projekt MIT zvýšit teplotu na

2400 stupňů.Naše baterie funguje při 1200 stupních.Při této teplotě bude účinnost nižší než jejich, ale máme mnohem menší problémy s tepelnou izolací.

Koneckonců, je velmi obtížné skladovat materiály při 2400 stupních bez způsobení tepelných ztrát.“

Tato technologie samozřejmě potřebuje před vstupem na trh ještě hodně investic.Současný laboratorní prototyp má méně než 1 kWh akumulace energie

kapacita, ale aby tato technologie byla zisková, potřebuje více než 10 MWh kapacity pro skladování energie.Proto je další výzvou rozšířit rozsah

technologie a otestovat její proveditelnost ve velkém měřítku.Aby toho dosáhli, vytvořili výzkumníci z Madridského technologického institutu týmy

aby to bylo možné.