Tämä energian varastointitekniikka voitti vuoden 2022 EU:n parhaan innovaatiopalkinnon, 40 kertaa halvempi kuin litiumioniakku

Piitä ja ferrosiitä väliaineena käyttävä lämpöenergian varastointi voi varastoida energiaa alle 4 eurolla kilowattitunnilta, mikä on 100 kertaa

halvempaa kuin nykyinen kiinteä litiumioniakku.Säiliön ja eristekerroksen lisäämisen jälkeen kokonaiskustannus voi olla noin 10 euroa kilowattitunnilta,

joka on paljon halvempi kuin litiumakku 400 euroa kilowattitunnilta.

Uusiutuvan energian kehittäminen, uusien voimajärjestelmien rakentaminen ja energian varastoinnin tukeminen ovat este, joka on ylitettävä.

Sähkön käyttövalmis luonne ja uusiutuvan energiantuotannon, kuten aurinko- ja tuulivoiman, volatiliteetti tekevät tarjonnasta ja kysynnästä

sähkö on joskus epätasaista.Tällä hetkellä tällaista sääntelyä voidaan säätää hiilen ja maakaasun sähköntuotannon tai vesivoiman avulla vakauden saavuttamiseksi

ja vallan joustavuus.Mutta tulevaisuudessa fossiilisen energian poistamisen ja uusiutuvan energian lisääntymisen myötä halpa ja tehokas energian varastointi

konfigurointi on avain.

Energian varastointitekniikka jaetaan pääasiassa fyysiseen energian varastointiin, sähkökemialliseen energian varastointiin, lämpöenergian varastointiin ja kemialliseen energian varastointiin.

Kuten mekaaninen energian varastointi ja pumppuvarasto kuuluvat fyysiseen energian varastointitekniikkaan.Tällä energian varastointimenetelmällä on suhteellisen alhainen hinta ja

korkea muunnostehokkuus, mutta hanke on suhteellisen suuri, maantieteellisen sijainnin rajoittama, ja rakennusaika on myös erittäin pitkä.On vaikeaa

sopeutua uusiutuvan energian huipputarpeeseen vain pumppuvarastolla.

Tällä hetkellä sähkökemiallinen energian varastointi on suosittua, ja se on myös nopeimmin kasvava uusi energian varastointitekniikka maailmassa.Sähkökemiallinen energia

varastointi perustuu pääasiassa litiumioniakkuihin.Vuoden 2021 loppuun mennessä uuden energian varastoinnin kumulatiivinen asennettu kapasiteetti maailmassa on ylittänyt 25 miljoonaa

kilowattia, josta litiumioniakkujen markkinaosuus on saavuttanut 90 %.Tämä johtuu sähköajoneuvojen laajamittaisesta kehityksestä, joka tarjoaa a

laajamittainen kaupallinen sovellus skenaario sähkökemialliseen energian varastointiin, joka perustuu litiumioniakkuihin.

Litiumioniakkujen energian varastointitekniikka eräänlaisena auton akuna ei kuitenkaan ole suuri ongelma, mutta ongelmia tulee paljon, kun kyse on

verkkotason pitkän aikavälin energian varastoinnin tukeminen.Yksi on turvallisuus- ja kustannusongelma.Jos litiumioniakkuja pinotaan suuressa mittakaavassa, kustannukset moninkertaistuvat,

ja lämmön kertymisen aiheuttama turvallisuus on myös valtava piilotettu vaara.Toinen on se, että litiumresurssit ovat hyvin rajalliset ja sähköautot eivät riitä,

ja pitkäaikaisen energian varastoinnin tarvetta ei voida täyttää.

Kuinka ratkaista nämä realistiset ja kiireelliset ongelmat?Nyt monet tutkijat ovat keskittyneet lämpöenergian varastointitekniikkaan.Läpimurtoja on tehty

teknologiaa ja tutkimusta.

Marraskuussa 2022 Euroopan komissio julkisti palkitun EU 2022 Innovation Radar Award -hankkeen, jossa "AMADEUS"

Espanjan Madridin teknologiainstituutin tiimin kehittämä akkuprojekti voitti EU:n parhaan innovaatiopalkinnon vuonna 2022.

"Amadeus" on vallankumouksellinen akkumalli.Tämän hankkeen, jonka tavoitteena on varastoida suuri määrä energiaa uusiutuvasta energiasta, valitsi eurooppalainen

Komissio on yksi vuoden 2022 parhaista keksinnöistä.

Tällainen espanjalaisen tutkijaryhmän suunnittelema akku varastoi ylimääräisen energian, joka syntyy, kun aurinko- tai tuulienergia on korkea, lämpöenergian muodossa.

Tällä lämmöllä lämmitetään materiaali (tässä projektissa tutkitaan piiseosta) yli 1000 celsiusasteeseen.Järjestelmä sisältää erityisen säiliön, jossa on

sisäänpäin päin oleva aurinkosähkölevy, joka voi vapauttaa osan varastoidusta energiasta, kun tehontarve on suuri.

Tutkijat käyttivät analogiaa selittääkseen prosessia: "Se on kuin laittaisi aurinko laatikkoon."Heidän suunnitelmansa voi mullistaa energian varastoinnin.Sillä on suuri potentiaali

saavuttaa tämä tavoite ja siitä on tullut avaintekijä ilmastonmuutoksen torjunnassa, minkä ansiosta Amadeus-projekti erottuu yli 300 lähetetyn hankkeen joukosta.

ja voitti EU:n parhaan innovaatiopalkinnon.

EU Innovation Radar Award -palkinnon järjestäjä selitti: "Arvokasta on, että se tarjoaa halvan järjestelmän, joka voi varastoida suuren määrän energiaa

pitkä aika.Siinä on korkea energiatiheys, korkea kokonaishyötysuhde ja siinä käytetään riittävästi ja edullisia materiaaleja.Se on modulaarinen järjestelmä, jota käytetään laajalti ja voi tarjota

puhdasta lämpöä ja sähköä tarpeen mukaan."

Joten miten tämä tekniikka toimii?Mitkä ovat tulevaisuuden sovellusskenaariot ja kaupallistamisnäkymät?

Yksinkertaisesti sanottuna tämä järjestelmä käyttää ajoittain uusiutuvan energian (kuten aurinko- tai tuulienergian) tuottamaa ylimääräistä tehoa halpojen metallien sulattamiseen,

kuten pii tai ferrosilikon, ja lämpötila on yli 1000 ℃.Piiseos voi varastoida suuren määrän energiaa fuusioprosessissaan.

Tällaista energiaa kutsutaan piileväksi lämmöksi.Esimerkiksi litra piitä (noin 2,5 kg) varastoi yli 1 kilowattitunnin (1 kilowattitunnin) energiaa muodossa

piilevää lämpöä, joka on täsmälleen se energia, joka sisältyy litraan vetyä 500 baarin paineessa.Toisin kuin vety, piitä voidaan kuitenkin varastoida ilmakehän alla

paine, mikä tekee järjestelmästä halvemman ja turvallisemman.

Järjestelmän avain on, kuinka varastoitu lämpö muunnetaan sähköenergiaksi.Kun pii sulaa yli 1000 ºC:n lämpötilassa, se paistaa kuin aurinko.

Siksi aurinkokennoja voidaan käyttää muuntamaan säteilylämpö sähköenergiaksi.

Niin sanottu aurinkosähkögeneraattori on kuin pieni aurinkosähkölaite, joka voi tuottaa 100 kertaa enemmän energiaa kuin perinteiset aurinkovoimalat.

Toisin sanoen, jos yksi neliömetri aurinkopaneeleja tuottaa 200 wattia, yksi neliömetri aurinkosähköpaneeleja tuottaa 20 kilowattia.Eikä vain

teho, mutta myös muunnoshyötysuhde on suurempi.Aurinkosähkökennojen hyötysuhde on 30-40 %, mikä riippuu lämpötilasta

lämmönlähteestä.Sitä vastoin kaupallisten aurinkosähköpaneelien hyötysuhde on 15–20 prosenttia.

Aurinkosähkögeneraattoreiden käyttö perinteisten lämpömoottoreiden sijaan välttää liikkuvien osien, nesteiden ja monimutkaisten lämmönvaihtimien käytön.Tällä tavalla,

koko järjestelmä voi olla taloudellinen, kompakti ja äänetön.

Tutkimuksen mukaan piilevät aurinkosähkökennot voivat varastoida suuren määrän uusiutuvaa jäännösvoimaa.

Projektia johtanut tutkija Alejandro Data sanoi: "Suuri osa tästä sähköstä tuotetaan, kun tuuli- ja tuulivoimatuotannossa on ylijäämää,

joten se myydään sähkömarkkinoilla erittäin alhaisella hinnalla.On erittäin tärkeää varastoida tämä ylijäämäsähkö erittäin halvaan järjestelmään.Se on erittäin merkityksellistä

Varastoi ylijäämäsähkö lämmön muodossa, koska se on yksi halvimmista tavoista varastoida energiaa.”

2. Se on 40 kertaa halvempi kuin litiumioniakku

Erityisesti pii ja ferrosilikoni voivat varastoida energiaa alle 4 euron kilowattitunnilta, mikä on 100 kertaa halvempaa kuin nykyinen kiinteä litiumioni.

akku.Säiliön ja eristekerroksen lisäämisen jälkeen kokonaiskustannukset ovat korkeammat.Kuitenkin tutkimuksen mukaan, jos järjestelmä on tarpeeksi suuri, yleensä enemmän

yli 10 megawattituntia, se todennäköisesti saavuttaa noin 10 euron kilowattitunnin kustannukset, koska lämmöneristyskustannukset ovat pieni osa kokonaissummasta.

järjestelmän hinta.Litiumakun hinta on kuitenkin noin 400 euroa kilowattitunnilta.

Yksi tämän järjestelmän kohtaama ongelma on, että vain pieni osa varastoidusta lämmöstä muunnetaan takaisin sähköksi.Mikä on muunnostehokkuus tässä prosessissa?Miten

jäljellä olevan lämpöenergian käyttäminen on keskeinen ongelma.

Ryhmän tutkijat uskovat kuitenkin, että nämä eivät ole ongelmia.Jos järjestelmä on tarpeeksi halpa, vain 30-40 % energiasta tarvitsee ottaa talteen

sähköä, mikä tekee niistä parempia kuin muut kalliimmat tekniikat, kuten litiumioniakut.

Lisäksi loput 60-70 % sähköksi muuntamattomasta lämmöstä voidaan siirtää suoraan rakennuksiin, tehtaisiin tai kaupunkeihin hiilen ja luonnon vähentämiseksi.

kaasun kulutus.

Lämmön osuus maailmanlaajuisesta energiantarpeesta on yli 50 % ja hiilidioksidipäästöistä 40 %.Tällä tavalla tuuli- tai aurinkosähköenergian varastointi piilevänä

Aurinkosähkökenno ei voi vain säästää paljon kustannuksia, vaan myös vastata markkinoiden valtavaan lämmöntarpeeseen uusiutuvien luonnonvarojen avulla.

3. Haasteet ja tulevaisuuden näkymät

Madridin teknillisen yliopiston tiimin suunnittelemassa uudessa piiseosmateriaaleja käyttävässä aurinkosähköisessä lämpövarastointitekniikassa on

etuja materiaalikustannuksissa, lämpövarastointilämpötilassa ja energian varastointiajassa.Pii on maankuoren toiseksi yleisin alkuaine.Kustannukset

per tonni piidioksidihiekkaa on vain 30-50 dollaria, mikä on 1/10 sulasta suolamateriaalista.Lisäksi piihiekan lämpövarastoinnin lämpötilaero

hiukkas on paljon korkeampi kuin sulan suolan, ja suurin käyttölämpötila voi nousta yli 1000 ℃.Myös korkeampi käyttölämpötila

auttaa parantamaan fototermisen sähköntuotantojärjestelmän yleistä energiatehokkuutta.

Datuksen tiimi ei ole ainoa, joka näkee aurinkokennojen potentiaalin.Heillä on kaksi voimakasta kilpailijaa: arvostettu Massachusetts Institute of

Technology ja kalifornialainen start-up Antola Energy.Jälkimmäinen keskittyy raskaassa teollisuudessa käytettävien suurten akkujen tutkimukseen ja kehittämiseen (iso

fossiilisten polttoaineiden kuluttaja) ja sai 50 miljoonaa dollaria tutkimuksen loppuun saattamiseksi tämän vuoden helmikuussa.Bill Gatesin Breakthrough Energy Fund tarjosi joitain

sijoitusrahastot.

Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat sanoivat, että heidän aurinkokennomallinsa on kyennyt käyttämään uudelleen 40 % lämmitykseen käytetystä energiasta.

prototyyppiakun sisäiset materiaalit.He selittivät: "Tämä luo polun lämpöenergian varastoinnin maksimaaliseen tehokkuuteen ja kustannusten alentamiseen,

mikä mahdollistaa sähköverkon hiilidioksidipäästöjen vähentämisen."

Madridin teknologiainstituutin projekti ei ole pystynyt mittaamaan energian prosenttiosuutta, jonka se voi ottaa talteen, mutta se on parempi kuin amerikkalainen malli

yhdestä näkökulmasta.Projektia johtanut tutkija Alejandro Data selitti: "Tämän tehokkuuden saavuttamiseksi MIT-projektin on nostettava lämpötilaa

2400 astetta.Akkumme toimii 1200 asteessa.Tässä lämpötilassa hyötysuhde on pienempi kuin heidän, mutta meillä on paljon vähemmän lämmöneristysongelmia.

Loppujen lopuksi on erittäin vaikeaa varastoida materiaaleja 2400 asteessa ilman lämpöhäviöitä."

Tietenkin tämä tekniikka vaatii vielä paljon investointeja ennen kuin se tulee markkinoille.Nykyisen laboratorion prototyypin energiavarasto on alle 1 kWh

kapasiteettia, mutta tehdäkseen tästä tekniikasta kannattavaa se tarvitsee yli 10 MWh energian varastointikapasiteettia.Siksi seuraava haaste on laajentaa mittakaavaa

teknologiaa ja testaa sen toteutettavuutta suuressa mittakaavassa.Tämän saavuttamiseksi Madridin teknologiainstituutin tutkijat ovat rakentaneet ryhmiä

jotta se olisi mahdollista.