Teknologi penyimpanan tenaga ini memenangi Anugerah Inovasi Terbaik EU 2022, 40 kali lebih murah daripada bateri lithium-ion

Penyimpanan tenaga haba menggunakan silikon dan ferosilikon sebagai medium boleh menyimpan tenaga pada kos kurang daripada 4 euro setiap kilowatt-jam, iaitu 100 kali ganda

lebih murah daripada bateri litium-ion tetap semasa.Selepas menambah bekas dan lapisan penebat, jumlah kos mungkin kira-kira 10 euro setiap kilowatt-jam,

yang jauh lebih murah daripada bateri litium sebanyak 400 euro setiap kilowatt-jam.

Membangunkan tenaga boleh diperbaharui, membina sistem kuasa baharu dan menyokong storan tenaga adalah halangan yang mesti diatasi.

Sifat elektrik yang luar biasa dan ketidaktentuan penjanaan tenaga boleh diperbaharui seperti tenaga fotovoltaik dan angin menjadikan penawaran dan permintaan

elektrik kadangkala tidak sepadan.Pada masa ini, peraturan tersebut boleh diselaraskan dengan penjanaan kuasa arang batu dan gas asli atau kuasa hidro untuk mencapai kestabilan

dan fleksibiliti kuasa.Tetapi pada masa hadapan, dengan penarikan tenaga fosil dan peningkatan tenaga boleh diperbaharui, simpanan tenaga yang murah dan cekap

konfigurasi adalah kuncinya.

Teknologi penyimpanan tenaga terbahagi terutamanya kepada penyimpanan tenaga fizikal, penyimpanan tenaga elektrokimia, penyimpanan tenaga haba dan penyimpanan tenaga kimia.

Seperti penyimpanan tenaga mekanikal dan storan dipam tergolong dalam teknologi penyimpanan tenaga fizikal.Kaedah penyimpanan tenaga ini mempunyai harga yang agak rendah dan

kecekapan penukaran yang tinggi, tetapi projek itu agak besar, dikekang oleh lokasi geografi, dan tempoh pembinaan juga sangat panjang.Sukar untuk

menyesuaikan diri dengan permintaan puncak pencukuran kuasa tenaga boleh diperbaharui hanya dengan storan yang dipam.

Pada masa ini, storan tenaga elektrokimia adalah popular, dan ia juga merupakan teknologi storan tenaga baharu yang paling pesat berkembang di dunia.Tenaga elektrokimia

penyimpanan terutamanya berdasarkan bateri litium-ion.Menjelang akhir tahun 2021, kapasiti terkumpul terpasang storan tenaga baharu di dunia telah melebihi 25 juta

kilowatt, yang mana bahagian pasaran bateri lithium-ion telah mencapai 90%.Ini disebabkan oleh pembangunan besar-besaran kenderaan elektrik, yang menyediakan a

senario aplikasi komersial berskala besar untuk penyimpanan tenaga elektrokimia berdasarkan bateri litium-ion.

Walau bagaimanapun, teknologi penyimpanan tenaga bateri lithium-ion, sebagai sejenis bateri kereta, bukanlah masalah besar, tetapi akan terdapat banyak masalah apabila ia datang kepada

menyokong storan tenaga jangka panjang peringkat grid.Salah satunya ialah masalah keselamatan dan kos.Jika bateri litium ion disusun secara besar-besaran, kos akan berganda,

dan keselamatan yang disebabkan oleh pengumpulan haba juga merupakan bahaya tersembunyi yang besar.Yang lain ialah sumber litium sangat terhad, dan kenderaan elektrik tidak mencukupi,

dan keperluan untuk simpanan tenaga jangka panjang tidak dapat dipenuhi.

Bagaimana untuk menyelesaikan masalah yang realistik dan mendesak ini?Kini ramai saintis telah memberi tumpuan kepada teknologi penyimpanan tenaga haba.Terobosan telah dibuat dalam

teknologi dan penyelidikan yang berkaitan.

Pada November 2022, Suruhanjaya Eropah mengumumkan projek "Anugerah Radar Inovasi EU 2022" yang memenangi anugerah, di mana "AMADEUS"

projek bateri yang dibangunkan oleh pasukan Institut Teknologi Madrid di Sepanyol memenangi Anugerah Inovasi Terbaik EU pada 2022.

"Amadeus" ialah model bateri revolusioner.Projek ini, yang bertujuan untuk menyimpan sejumlah besar tenaga daripada tenaga boleh diperbaharui, telah dipilih oleh Eropah

Suruhanjaya sebagai salah satu ciptaan terbaik pada tahun 2022.

Bateri jenis ini direka oleh pasukan saintis Sepanyol menyimpan lebihan tenaga yang dijana apabila tenaga suria atau angin tinggi dalam bentuk tenaga haba.

Haba ini digunakan untuk memanaskan bahan (aloi silikon dikaji dalam projek ini) kepada lebih daripada 1000 darjah Celsius.Sistem ini mengandungi bekas khas dengan

plat fotovoltaik haba menghadap ke dalam, yang boleh membebaskan sebahagian daripada tenaga yang disimpan apabila permintaan kuasa tinggi.

Para penyelidik menggunakan analogi untuk menerangkan proses itu: "Ia seperti meletakkan matahari di dalam kotak."Rancangan mereka mungkin merevolusikan penyimpanan tenaga.Ia mempunyai potensi besar untuk

mencapai matlamat ini dan telah menjadi faktor utama dalam menangani perubahan iklim, yang menjadikan projek "Amadeus" menonjol daripada lebih daripada 300 projek yang dikemukakan

dan memenangi Anugerah Inovasi Terbaik EU.

Penganjur Anugerah Radar Inovasi EU menjelaskan: “Perkara yang berharga ialah ia menyediakan sistem murah yang boleh menyimpan sejumlah besar tenaga untuk

masa yang lama.Ia mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi, kecekapan keseluruhan yang tinggi, dan menggunakan bahan yang mencukupi dan kos rendah.Ia adalah sistem modular, digunakan secara meluas, dan boleh menyediakan

haba bersih dan elektrik atas permintaan.”

Jadi, bagaimana teknologi ini berfungsi?Apakah senario aplikasi masa depan dan prospek pengkomersilan?

Secara ringkasnya, sistem ini menggunakan lebihan kuasa yang dijana oleh tenaga boleh diperbaharui terputus-putus (seperti tenaga suria atau tenaga angin) untuk mencairkan logam murah,

seperti silikon atau ferrosilicon, dan suhu lebih tinggi daripada 1000 ℃.Aloi silikon boleh menyimpan sejumlah besar tenaga dalam proses gabungannya.

Tenaga jenis ini dipanggil "haba pendam".Sebagai contoh, satu liter silikon (kira-kira 2.5 kg) menyimpan lebih daripada 1 kilowatt-jam (1 kilowatt-jam) tenaga dalam bentuk

haba pendam, iaitu betul-betul tenaga yang terkandung dalam satu liter hidrogen pada tekanan 500 bar.Walau bagaimanapun, tidak seperti hidrogen, silikon boleh disimpan di bawah atmosfera

tekanan, yang menjadikan sistem lebih murah dan selamat.

Kunci sistem ialah cara menukar haba yang disimpan kepada tenaga elektrik.Apabila silikon cair pada suhu lebih daripada 1000 º C, ia bersinar seperti matahari.

Oleh itu, sel fotovoltaik boleh digunakan untuk menukar haba sinaran kepada tenaga elektrik.

Penjana fotovolta terma yang dipanggil adalah seperti peranti fotovoltaik kecil, yang boleh menjana tenaga 100 kali lebih banyak daripada loji janakuasa solar tradisional.

Dengan kata lain, jika satu meter persegi panel solar menghasilkan 200 watt, satu meter persegi panel fotovoltaik terma akan menghasilkan 20 kilowatt.Dan bukan sahaja

kuasa, tetapi juga kecekapan penukaran adalah lebih tinggi.Kecekapan sel fotovoltaik terma adalah antara 30% dan 40%, yang bergantung kepada suhu

daripada sumber haba.Sebaliknya, kecekapan panel solar fotovoltaik komersial adalah antara 15% dan 20%.

Penggunaan penjana fotovoltaik terma dan bukannya enjin terma tradisional mengelakkan penggunaan bahagian bergerak, cecair dan penukar haba kompleks.Dengan cara ini,

keseluruhan sistem boleh menjadi ekonomi, padat dan tanpa bunyi.

Menurut penyelidikan, sel fotovoltaik terma terpendam boleh menyimpan sejumlah besar sisa kuasa boleh diperbaharui.

Alejandro Data, seorang penyelidik yang mengetuai projek itu, berkata: “Sebahagian besar tenaga elektrik ini akan dijana apabila terdapat lebihan penjanaan kuasa angin dan angin,

jadi ia akan dijual pada harga yang sangat rendah di pasaran elektrik.Adalah sangat penting untuk menyimpan lebihan elektrik ini dalam sistem yang sangat murah.Ia sangat bermakna untuk

simpan lebihan elektrik dalam bentuk haba, kerana ia adalah salah satu cara termurah untuk menyimpan tenaga.”

2. Ia adalah 40 kali lebih murah daripada bateri lithium-ion

Khususnya, silikon dan ferrosilikon boleh menyimpan tenaga pada kos kurang daripada 4 euro setiap kilowatt-jam, iaitu 100 kali lebih murah daripada litium-ion tetap semasa

bateri.Selepas menambah bekas dan lapisan penebat, jumlah kos akan lebih tinggi.Bagaimanapun, menurut kajian, jika sistem itu cukup besar, biasanya lebih

daripada 10 megawatt jam, ia mungkin akan mencapai kos kira-kira 10 euro setiap kilowatt jam, kerana kos penebat haba akan menjadi sebahagian kecil daripada jumlah

kos sistem.Walau bagaimanapun, kos bateri litium adalah kira-kira 400 euro setiap kilowatt-jam.

Satu masalah yang dihadapi oleh sistem ini ialah hanya sebahagian kecil daripada haba yang disimpan ditukar kembali kepada elektrik.Apakah kecekapan penukaran dalam proses ini?Bagaimana untuk

menggunakan tenaga haba yang tinggal adalah masalah utama.

Walau bagaimanapun, penyelidik pasukan percaya bahawa ini bukan masalah.Jika sistem itu cukup murah, hanya 30-40% tenaga yang perlu dipulihkan dalam bentuk

elektrik, yang akan menjadikannya lebih baik daripada teknologi lain yang lebih mahal, seperti bateri litium-ion.

Di samping itu, baki 60-70% haba yang tidak ditukar kepada elektrik boleh terus dipindahkan ke bangunan, kilang atau bandar untuk mengurangkan arang batu dan semula jadi.

penggunaan gas.

Haba menyumbang lebih daripada 50% daripada permintaan tenaga global dan 40% daripada pelepasan karbon dioksida global.Dengan cara ini, menyimpan tenaga angin atau fotovoltaik dalam laten

sel fotovoltaik haba bukan sahaja dapat menjimatkan banyak kos, tetapi juga memenuhi permintaan haba yang besar di pasaran melalui sumber yang boleh diperbaharui.

3. Cabaran dan prospek masa hadapan

Teknologi penyimpanan haba fotovoltaik terma baharu yang direka oleh pasukan Universiti Teknologi Madrid, yang menggunakan bahan aloi silikon, telah

kelebihan dalam kos bahan, suhu penyimpanan haba dan masa penyimpanan tenaga.Silikon adalah unsur kedua paling banyak dalam kerak bumi.Kos

setiap tan pasir silika hanya 30-50 dolar, iaitu 1/10 daripada bahan garam cair.Di samping itu, perbezaan suhu penyimpanan haba pasir silika

zarah adalah lebih tinggi daripada garam cair, dan suhu operasi maksimum boleh mencapai lebih daripada 1000 ℃.Suhu operasi yang lebih tinggi juga

membantu meningkatkan kecekapan tenaga keseluruhan sistem penjanaan kuasa fototerma.

Pasukan Datus bukan satu-satunya yang melihat potensi sel fotovoltaik terma.Mereka mempunyai dua saingan yang kuat: Massachusetts Institute of

Teknologi dan syarikat permulaan California Antola Energy.Yang terakhir memberi tumpuan kepada penyelidikan dan pembangunan bateri besar yang digunakan dalam industri berat (a besar

pengguna bahan api fosil), dan memperoleh AS $50 juta untuk menyelesaikan penyelidikan pada Februari tahun ini.Dana Tenaga Terobosan Bill Gates menyediakan beberapa

dana pelaburan.

Penyelidik di Institut Teknologi Massachusetts berkata bahawa model sel fotovoltaik terma mereka telah dapat menggunakan semula 40% tenaga yang digunakan untuk memanaskan

bahan dalaman bateri prototaip.Mereka menjelaskan: "Ini mewujudkan laluan untuk kecekapan maksimum dan pengurangan kos penyimpanan tenaga haba,

memungkinkan untuk menyahkarbonkan grid kuasa."

Projek Institut Teknologi Madrid tidak dapat mengukur peratusan tenaga yang boleh pulih, tetapi ia lebih baik daripada model Amerika

dalam satu aspek.Alejandro Data, penyelidik yang mengetuai projek itu, menjelaskan: "Untuk mencapai kecekapan ini, projek MIT mesti menaikkan suhu kepada

2400 darjah.Bateri kami berfungsi pada 1200 darjah.Pada suhu ini, kecekapan akan lebih rendah daripada mereka, tetapi kami mempunyai masalah penebat haba yang lebih sedikit.

Lagipun, sangat sukar untuk menyimpan bahan pada 2400 darjah tanpa menyebabkan kehilangan haba.

Sudah tentu teknologi ini masih memerlukan pelaburan yang banyak sebelum memasuki pasaran.Prototaip makmal semasa mempunyai kurang daripada 1 kWj simpanan tenaga

kapasiti, tetapi untuk menjadikan teknologi ini menguntungkan, ia memerlukan lebih daripada 10 MWh kapasiti simpanan tenaga.Oleh itu, cabaran seterusnya adalah untuk mengembangkan skala

teknologi dan menguji kebolehlaksanaannya secara besar-besaran.Untuk mencapai matlamat ini, penyelidik dari Institut Teknologi Madrid telah membina pasukan

untuk menjadikannya mungkin.