Гэтая тэхналогія назапашвання энергіі атрымала ўзнагароду ЕС за лепшую інавацыю 2022 года, у 40 разоў таннейшая за літый-іённы акумулятар

Назапашвальнікі цеплавой энергіі з выкарыстаннем крэмнію і ферасіліцыя ў якасці асяроддзя могуць захоўваць энергію па кошце менш за 4 еўра за кілават-гадзіну, што ў 100 разоў

танней, чым цяперашняя фіксаваная літый-іённая батарэя.Пасля дадання кантэйнера і ізаляцыйнага пласта агульны кошт можа скласці каля 10 еўра за кілават-гадзіну,

што значна танней, чым літыевая батарэя 400 еўра за кілават-гадзіну.

Развіццё аднаўляльных крыніц энергіі, стварэнне новых энергасістэм і падтрымка захоўвання энергіі - гэта бар'ер, які неабходна пераадолець.

Нестандартная прырода электраэнергіі і зменлівасць вытворчасці аднаўляльных крыніц энергіі, такіх як фотаэлектрычная і ветравая, ствараюць попыт і прапанову

электраэнергіі часам не адпавядаюць.У цяперашні час для дасягнення стабільнасці такое рэгуляванне можа быць скарэкціравана выпрацоўкай электраэнергіі з вугалю і прыроднага газу або гідраэнергетыкі

і гнуткасць улады.Але ў будучыні, з адмовай ад выкапнёвай энергіі і павелічэннем аднаўляльных крыніц энергіі, таннае і эфектыўнае захоўванне энергіі

канфігурацыя з'яўляецца ключом.

Тэхналогія захоўвання энергіі ў асноўным падзяляецца на фізічнае захоўванне энергіі, электрахімічнае захоўванне энергіі, захоўванне цеплавой энергіі і хімічнае захоўванне энергіі.

Такія, як механічнае назапашванне энергіі і помпавае акумуляванне, адносяцца да тэхналогій фізічнага назапашвання энергіі.Гэты метад захоўвання энергіі мае адносна нізкую цану і

высокая эфектыўнасць пераўтварэння, але праект адносна вялікі, абмежаваны геаграфічным становішчам, і перыяд будаўніцтва таксама вельмі працяглы.Гэта цяжка

адаптавацца да пікавага зніжэння попыту на аднаўляльныя крыніцы энергіі толькі з дапамогай помпавага акумулятара.

У цяперашні час электрахімічнае назапашванне энергіі з'яўляецца папулярным, і гэта таксама самая хуткая растучая новая тэхналогія назапашвання энергіі ў свеце.Электрахімічная энергія

захоўванне ў асноўным заснавана на літый-іённых батарэях.Да канца 2021 года сукупная ўстаноўленая магутнасць новых сховішчаў энергіі ў свеце перавысіла 25 мільёнаў

кілават, з якіх доля рынку літый-іённых батарэй дасягнула 90%.Гэта звязана з маштабным развіццём электрамабіляў, якое забяспечвае а

Сцэнар буйнамаштабнага камерцыйнага прымянення для электрахімічнага захоўвання энергіі на аснове літый-іённых батарэй.

Аднак тэхналогія назапашвання энергіі літый-іённых акумулятараў, як разнавіднасць аўтамабільных акумулятараў, не з'яўляецца вялікай праблемай, але будзе шмат праблем, калі справа даходзіць да

падтрымка доўгатэрміновага захоўвання энергіі на ўзроўні сеткі.Адна з іх - праблема бяспекі і кошту.Калі літый-іённыя акумулятары складаць у вялікіх аб'ёмах, кошт павялічыцца ў разы,

і бяспека, выкліканая назапашваннем цяпла, таксама з'яўляецца вялікай схаванай небяспекай.З іншага боку, рэсурсы літыя вельмі абмежаваныя, а электрамабіляў недастаткова,

і патрэба ў доўгатэрміновым захоўванні энергіі не можа быць задаволена.

Як вырашыць гэтыя рэальныя і актуальныя праблемы?Зараз многія навукоўцы засяродзіліся на тэхналогіі захоўвання цеплавой энергіі.Прарывы ​​зроблены ў

адпаведныя тэхналогіі і даследаванні.

У лістападзе 2022 года Еўрапейская камісія абвясціла аб удастоеным узнагароды праекце «EU 2022 Innovation Radar Award», у якім «AMADEUS»

Праект батарэі, распрацаваны камандай Мадрыдскага тэхналагічнага інстытута ў Іспаніі, атрымаў прэмію ЕС за лепшую інавацыю ў 2022 годзе.

«Амадэй» - гэта рэвалюцыйная мадэль батарэі.Гэты праект, які накіраваны на захоўванне вялікай колькасці энергіі з аднаўляльных крыніц энергіі, быў абраны еўрапейцам

Камісія як адно з лепшых вынаходак 2022 года.

Гэты выгляд батарэі, распрацаваны іспанскай групай навукоўцаў, назапашвае лішак энергіі, якая выпрацоўваецца, калі сонечная або ветравая энергія высокая, у выглядзе цеплавой энергіі.

Гэта цяпло выкарыстоўваецца для нагрэву матэрыялу (сплаў крэмнію вывучаецца ў гэтым праекце) да тэмпературы больш чым 1000 градусаў Цэльсія.Сістэма змяшчае спецыяльны кантэйнер з

цеплавая фотаэлектрычная пласціна, звернутая ўнутр, якая можа вызваліць частку назапашанай энергіі, калі патрэба ў энергіі высокая.

Даследчыкі выкарысталі аналогію, каб патлумачыць гэты працэс: «Гэта ўсё роўна, што пакласці сонца ў скрынку».Іх план можа зрабіць рэвалюцыю ў назапашванні энергіі.Ён мае вялікі патэнцыял для

дасягнуць гэтай мэты і стаў ключавым фактарам у барацьбе са змяненнем клімату, што вылучае праект «Amadeus» сярод больш чым 300 прадстаўленых праектаў

і атрымаў прэмію ЕС за лепшую інавацыю.

Арганізатар прэміі EU Innovation Radar Award растлумачыў: «Каштоўным момантам з'яўляецца тое, што яна забяспечвае танную сістэму, якая можа захоўваць вялікую колькасць энергіі для

доўгі час.Ён мае высокую шчыльнасць энергіі, высокую агульную эфектыўнасць і выкарыстоўвае дастатковую колькасць недарагіх матэрыялаў.Гэта модульная сістэма, шырока выкарыстоўваецца, і можа забяспечыць

чыстае цяпло і электрычнасць па патрабаванні».

Такім чынам, як працуе гэтая тэхналогія?Якія будучыя сцэнары прымянення і перспектывы камерцыялізацыі?

Прасцей кажучы, гэтая сістэма выкарыстоўвае залішнюю энергію, якая выпрацоўваецца перарывістымі аднаўляльнымі крыніцамі энергіі (напрыклад, сонечнай энергіяй або энергіяй ветру), для плаўлення танных металаў,

такіх як крэмній або ферасіліцый, і тэмпература вышэй за 1000 ℃.Крамянёвы сплаў можа захоўваць вялікую колькасць энергіі ў працэсе плаўлення.

Гэты тып энергіі называецца «схаваная цеплыня».Напрыклад, літр крэмнію (каля 2,5 кг) захоўвае больш за 1 кілават-гадзіну (1 кілават-гадзіну) энергіі ў выглядзе

схаванай цеплыні, якая дакладна роўная энергіі, якая змяшчаецца ў літры вадароду пры ціску 500 бар.Аднак, у адрозненне ад вадароду, крэмній можа захоўвацца пры атмасферных умовах

ціску, што робіць сістэму танней і бяспечней.

Ключ сістэмы заключаецца ў тым, як пераўтварыць назапашанае цяпло ў электрычную энергію.Калі крэмній плавіцца пры тэмпературы больш за 1000 º C, ён ззяе, як сонца.

Такім чынам, фотаэлементы можна выкарыстоўваць для пераўтварэння прамяністага цяпла ў электрычную энергію.

Так званы цеплавы фотаэлектрычны генератар падобны на мініяцюрную фотаэлектрычную прыладу, якая можа выпрацоўваць у 100 разоў больш энергіі, чым традыцыйныя сонечныя электрастанцыі.

Іншымі словамі, калі адзін квадратны метр сонечных панэляў вырабляе 200 Вт, то адзін квадратны метр цеплавых фотаэлектрычных панэляў будзе вырабляць 20 кілават.І ня толькі

магутнасць, але і эфектыўнасць пераўтварэння вышэй.Эфектыўнасць цеплавых фотаэлектрычных элементаў складае ад 30% да 40%, што залежыць ад тэмпературы

крыніцы цяпла.Наадварот, эфектыўнасць камерцыйных фотаэлектрычных сонечных панэляў складае ад 15% да 20%.

Выкарыстанне цеплавых фотаэлектрычных генератараў замест традыцыйных цеплавых рухавікоў дазваляе пазбегнуць выкарыстання рухомых частак, вадкасцей і складаных цеплаабменнікаў.Такім чынам,

уся сістэма можа быць эканамічнай, кампактнай і бясшумнай.

Згодна з даследаваннем, схаваныя цеплавыя фотаэлектрычныя элементы могуць захоўваць вялікую колькасць рэшткавай аднаўляльнай энергіі.

Алехандра Дэйта, даследчык, які кіраваў праектам, сказаў: «Значная частка гэтай электраэнергіі будзе выпрацоўвацца, калі будзе лішак ветру і ветравой энергіі,

таму ён будзе прадавацца па вельмі нізкай цане на рынку электраэнергіі.Вельмі важна захоўваць гэтыя лішкі электраэнергіі ў вельмі таннай сістэме.Гэта вельмі значна

захоўваць лішак электраэнергіі ў выглядзе цяпла, таму што гэта адзін з самых танных спосабаў захоўвання энергіі».

2. Гэта ў 40 разоў танней, чым літый-іённы акумулятар

У прыватнасці, крэмній і ферасіліцый могуць захоўваць энергію па цане менш за 4 еўра за кілават-гадзіну, што ў 100 разоў танней, чым цяперашняя стацыянарная літый-іённая

акумулятар.Пасля дадання ёмістасці і ізаляцыйнага пласта агульны кошт будзе вышэй.Аднак, паводле даследавання, калі сістэма досыць вялікая, звычайна больш

чым 10 мегават-гадзін, верагодна, ён дасягне кошту каля 10 еўра за кілават-гадзіну, таму што кошт цеплаізаляцыі будзе складаць невялікую частку ад агульнай сумы

кошт сістэмы.Аднак кошт літыевай батарэі складае каля 400 еўра за кілават-гадзіну.

Адна праблема, з якой сутыкаецца гэтая сістэма, заключаецца ў тым, што толькі невялікая частка назапашанага цяпла ператвараецца назад у электрычнасць.Якая эфектыўнасць пераўтварэння ў гэтым працэсе?Як

выкарыстанне астатняй цеплавой энергіі з'яўляецца ключавой праблемай.

Аднак даследчыкі каманды лічаць, што гэта не праблемы.Калі сістэма дастаткова танная, толькі 30-40% энергіі трэба аднаўляць у выглядзе

электрычнасці, што зробіць іх лепшымі ў параўнанні з іншымі больш дарагімі тэхналогіямі, такімі як літый-іённыя батарэі.

Акрамя таго, астатнія 60-70% цяпла, не ператворанага ў электрычнасць, могуць быць непасрэдна перададзены ў будынкі, фабрыкі ці гарады для скарачэння вугалю і прыроднага

расход газу.

На цяпло прыпадае больш за 50% сусветнага попыту на энергію і 40% сусветных выкідаў вуглякіслага газу.Такім чынам, захаванне ветру або фотаэлектрычнай энергіі ў латэнтным стане

цеплавыя фотаэлектрычныя элементы могуць не толькі зэканоміць шмат выдаткаў, але і задаволіць велізарны попыт на цяпло на рынку за кошт аднаўляльных рэсурсаў.

3. Праблемы і перспектывы

Новая тэхналогія цеплавога фотаэлектрычнага назапашвання цяпла, распрацаваная камандай Мадрыдскага тэхналагічнага ўніверсітэта, якая выкарыстоўвае крэмніевыя сплаўныя матэрыялы, мае

перавагі ў кошту матэрыялу, тэмпературы захоўвання цяпла і часу захоўвання энергіі.Крэмній з'яўляецца другім па распаўсюджанасці элементам у зямной кары.Кошт

за тону кварцовага пяску складае ўсяго 30-50 даляраў, што складае 1/10 расплаўленага салянага матэрыялу.Акрамя таго, цеплавая розніца тэмператур захоўвання кварцавага пяску

часціц значна вышэй, чым у расплаўленай солі, а максімальная працоўная тэмпература можа дасягаць больш за 1000 ℃.Больш высокая рабочая тэмпература таксама

дапамагае павысіць агульную энергаэфектыўнасць фотатэрмальнай сістэмы вытворчасці энергіі.

Каманда Datus не адзіная, хто бачыць патэнцыял цеплавых фотаэлементаў.У іх два моцныя супернікі: прэстыжны Масачусецкі інстытут ім

Тэхналогіі і каліфарнійскі стартап Antola Energy.Апошняя факусуюць на даследаванні і распрацоўцы вялікіх батарэй, якія выкарыстоўваюцца ў цяжкай прамысловасці (вялікі

спажывец выкапнёвага паліва) і атрымаў 50 мільёнаў долараў ЗША для завяршэння даследаванняў у лютым гэтага года.Фонд Біла Гейтса Breakthrough Energy Fund даў некаторыя

інвестыцыйныя сродкі.

Даследчыкі з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута заявілі, што іх мадэль цеплавой фотаэлементу змагла паўторна выкарыстоўваць 40% энергіі, якая выкарыстоўваецца для ацяплення.

ўнутраныя матэрыялы прататыпа батарэі.Яны патлумачылі: «Гэта стварае шлях для максімальнай эфектыўнасці і зніжэння кошту захоўвання цеплавой энергіі,

што робіць магчымым дэкарбанізацыю электрасеткі».

Праект Мадрыдскага тэхналагічнага інстытута не змог вымераць працэнт энергіі, якую ён можа аднавіць, але ён пераўзыходзіць амерыканскую мадэль

у адным аспекце.Алехандра Дэйта, даследчык, які кіраваў праектам, растлумачыў: «Каб дасягнуць гэтай эфектыўнасці, праект MIT павінен павысіць тэмпературу да

2400 градусаў.Наш акумулятар працуе пры 1200 градусах.Пры такой тэмпературы ККД будзе ніжэй, чым у іх, але праблем з цеплаізаляцыяй у нас значна менш.

У рэшце рэшт, вельмі цяжка захоўваць матэрыялы пры тэмпературы 2400 градусаў, не выклікаючы страт цяпла».

Зразумела, гэтая тэхналогія яшчэ патрабуе вялікіх інвестыцый, перш чым выйсці на рынак.Цяперашні лабараторны прататып мае менш за 1 кВт/г энергіі

магутнасці, але каб зрабіць гэтую тэхналогію рэнтабельнай, ёй патрабуецца больш за 10 МВт·г ёмістасці для захоўвання энергіі.Такім чынам, наступная задача - пашырэнне маштабаў

тэхналогію і праверыць яе магчымасць у вялікіх маштабах.Каб дасягнуць гэтага, даследчыкі з Мадрыдскага тэхналагічнага інстытута стварылі каманды

каб зрабіць гэта магчымым.