Denna energilagringsteknik vann 2022 EU:s bästa innovationspris, 40 gånger billigare än ett litiumjonbatteri

Termisk energilagring med kisel och ferrokisel som medium kan lagra energi till en kostnad av mindre än 4 euro per kilowattimme, vilket är 100 gånger

billigare än det nuvarande fasta litiumjonbatteriet.Efter att ha lagt till behållaren och isoleringsskiktet kan den totala kostnaden vara cirka 10 euro per kilowattimme,

vilket är mycket billigare än litiumbatteriet på 400 euro per kilowattimme.

Att utveckla förnybar energi, bygga nya kraftsystem och stödja energilagring är en barriär som måste övervinnas.

Elens out-of-the-box karaktär och volatiliteten i förnybar energiproduktion som solceller och vindkraft gör utbudet och efterfrågan

elektricitet ibland inte matchade.För närvarande kan sådan reglering justeras genom kol- och naturgaskraftproduktion eller vattenkraft för att uppnå stabilitet

och kraftens flexibilitet.Men i framtiden, med indragningen av fossil energi och ökningen av förnybar energi, billig och effektiv energilagring

konfiguration är nyckeln.

Energilagringsteknik är huvudsakligen uppdelad i fysisk energilagring, elektrokemisk energilagring, termisk energilagring och kemisk energilagring.

Såsom mekanisk energilagring och pumpad lagring hör till fysisk energilagringsteknik.Denna energilagringsmetod har relativt lågt pris och

hög konverteringseffektivitet, men projektet är relativt stort, begränsat av geografiskt läge, och byggtiden är också mycket lång.Det är svårt att

anpassa sig till den maximala rakningsbehovet av förnybar energikraft endast genom pumpad lagring.

För närvarande är elektrokemisk energilagring populärt, och det är också den snabbast växande nya energilagringstekniken i världen.Elektrokemisk energi

lagring är huvudsakligen baserad på litiumjonbatterier.I slutet av 2021 har den kumulativa installerade kapaciteten för ny energilagring i världen överstigit 25 miljoner

kilowatt, varav marknadsandelen för litiumjonbatterier har nått 90 %.Detta beror på den storskaliga utvecklingen av elfordon, vilket ger en

storskaligt kommersiellt tillämpningsscenario för elektrokemisk energilagring baserat på litiumjonbatterier.

Litiumjonbatteriets energilagringsteknik, som ett slags bilbatteri, är dock inget stort problem, men det kommer att finnas många problem när det gäller

stödja långsiktig energilagring på nätnivå.Det ena är problemet med säkerhet och kostnad.Om litiumjonbatterier staplas i stor skala kommer kostnaden att mångdubblas,

och säkerheten orsakad av värmeackumulering är också en enorm dold fara.Den andra är att litiumresurserna är mycket begränsade och att elfordon inte räcker,

och behovet av långsiktig energilagring kan inte tillgodoses.

Hur löser man dessa realistiska och akuta problem?Nu har många forskare fokuserat på teknik för lagring av värmeenergi.Genombrott har gjorts inom

relevant teknik och forskning.

I november 2022 tillkännagav Europeiska kommissionen det prisbelönta projektet "EU 2022 Innovation Radar Award", där "AMADEUS"

batteriprojekt utvecklat av teamet vid Madrids tekniska högskola i Spanien vann EU:s pris för bästa innovation 2022.

"Amadeus" är en revolutionerande batterimodell.Detta projekt, som syftar till att lagra en stor mängd energi från förnybar energi, valdes ut av Europa

Commission som en av de bästa uppfinningarna 2022.

Denna typ av batteri designad av det spanska forskarteamet lagrar överskottsenergi som genereras när sol- eller vindenergi är hög i form av termisk energi.

Denna värme används för att värma ett material (kisellegering studeras i detta projekt) till mer än 1000 grader Celsius.Systemet innehåller en speciell behållare med

termisk solcellsplatta vänd inåt, som kan frigöra en del av den lagrade energin när effektbehovet är högt.

Forskarna använde en analogi för att förklara processen: "Det är som att lägga solen i en låda."Deras plan kan revolutionera energilagring.Det har stor potential att

uppnå detta mål och har blivit en nyckelfaktor för att tackla klimatförändringarna, vilket gör att "Amadeus"-projektet sticker ut från mer än 300 inlämnade projekt

och vann EU:s pris för bästa innovation.

Arrangören av EU Innovation Radar Award förklarade: "Den värdefulla poängen är att det ger ett billigt system som kan lagra en stor mängd energi för en

länge sedan.Den har hög energitäthet, hög total effektivitet och använder tillräckligt med och billiga material.Det är ett modulärt system, flitigt använt och kan tillhandahålla

ren värme och el på begäran.”

Så, hur fungerar denna teknik?Vilka är framtida tillämpningsscenarier och kommersialiseringsutsikter?

Enkelt uttryckt använder detta system den överskottskraft som genereras av intermittent förnybar energi (som solenergi eller vindenergi) för att smälta billiga metaller,

såsom kisel eller ferrokisel, och temperaturen är högre än 1000 ℃.Kisellegering kan lagra en stor mängd energi i sin fusionsprocess.

Denna typ av energi kallas "latent värme".Till exempel lagrar en liter kisel (cirka 2,5 kg) mer än 1 kilowattimme (1 kilowattimme) energi i formen

av latent värme, vilket är exakt den energi som finns i en liter väte vid 500 bars tryck.Men till skillnad från väte kan kisel lagras i atmosfären

tryck, vilket gör systemet billigare och säkrare.

Nyckeln i systemet är hur man omvandlar den lagrade värmen till elektrisk energi.När kisel smälter vid en temperatur på mer än 1000 º C, lyser det som solen.

Därför kan fotovoltaiska celler användas för att omvandla strålningsvärmen till elektrisk energi.

Den så kallade termiska solcellsgeneratorn är som en fotovoltaisk miniatyrenhet, som kan generera 100 gånger mer energi än traditionella solkraftverk.

Med andra ord, om en kvadratmeter solpaneler producerar 200 watt, kommer en kvadratmeter solcellspaneler att producera 20 kilowatt.Och inte bara

kraften, men också omvandlingseffektiviteten är högre.Effektiviteten hos termiska solceller är mellan 30 % och 40 %, vilket beror på temperaturen

av värmekällan.Däremot är effektiviteten för kommersiella solcellspaneler mellan 15 % och 20 %.

Användningen av termiska fotovoltaiska generatorer istället för traditionella termiska motorer undviker användningen av rörliga delar, vätskor och komplexa värmeväxlare.På det här sättet,

hela systemet kan vara ekonomiskt, kompakt och ljudlöst.

Enligt forskningen kan latenta termiska solceller lagra en stor mängd återstående förnybar energi.

Alejandro Data, en forskare som ledde projektet, sa: "En stor del av denna el kommer att genereras när det finns överskott i vind- och vindkraftproduktion,

så det kommer att säljas till ett mycket lågt pris på elmarknaden.Det är mycket viktigt att lagra denna överskottsel i ett mycket billigt system.Det är väldigt meningsfullt att

lagra överskottselen i form av värme, eftersom det är ett av de billigaste sätten att lagra energi.”

2. Det är 40 gånger billigare än ett litiumjonbatteri

I synnerhet kan kisel och ferrokisel lagra energi till en kostnad av mindre än 4 euro per kilowattimme, vilket är 100 gånger billigare än den nuvarande fasta litiumjonen

batteri.Efter att ha lagt till behållaren och isoleringsskiktet blir den totala kostnaden högre.Men enligt studien, om systemet är tillräckligt stort, vanligtvis mer

än 10 megawattimmar, kommer det troligen att nå kostnaden på cirka 10 euro per kilowattimme, eftersom kostnaden för värmeisolering kommer att vara en liten del av den totala

kostnaden för systemet.Kostnaden för litiumbatteri är dock cirka 400 euro per kilowattimme.

Ett problem som detta system står inför är att endast en liten del av den lagrade värmen omvandlas tillbaka till el.Vad är konverteringseffektiviteten i denna process?Hur

använda den återstående värmeenergin är nyckelproblemet.

Lagets forskare menar dock att det inte är några problem.Om systemet är tillräckligt billigt behöver endast 30-40 % av energin återvinnas i form av

elektricitet, vilket kommer att göra dem överlägsna andra dyrare tekniker, såsom litiumjonbatterier.

Dessutom kan de återstående 60-70 % av värmen som inte omvandlas till el överföras direkt till byggnader, fabriker eller städer för att minska kol och natur

gasförbrukning.

Värme står för mer än 50 % av den globala energiefterfrågan och 40 % av de globala koldioxidutsläppen.På detta sätt lagrar vind- eller solcellsenergi i latent

termiska solceller kan inte bara spara mycket kostnader, utan också möta marknadens enorma värmebehov genom förnybara resurser.

3. Utmaningar och framtidsutsikter

Den nya termiska fotovoltaiska termiska lagringstekniken designad av teamet vid Madrids tekniska universitet, som använder kisellegeringsmaterial, har

fördelar i materialkostnad, termisk lagringstemperatur och energilagringstid.Kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan.Kostnaden

per ton kiseldioxidsand är bara 30-50 dollar, vilket är 1/10 av det smälta saltmaterialet.Dessutom värmelagringstemperaturskillnaden för kiseldioxidsand

partiklar är mycket högre än för smält salt, och den maximala driftstemperaturen kan nå mer än 1000 ℃.Högre driftstemperatur också

hjälper till att förbättra den övergripande energieffektiviteten för det fototermiska kraftgenereringssystemet.

Datus team är inte det enda som ser potentialen med termiska solceller.De har två mäktiga rivaler: det prestigefyllda Massachusetts Institute of

Technology och den kaliforniska startupen Antola Energy.Den senare fokuserar på forskning och utveckling av stora batterier som används inom tung industri (en stor

fossilbränslekonsument), och fick 50 miljoner USD för att slutföra forskningen i februari i år.Bill Gates Breakthrough Energy Fund gav en del

investeringsfonder.

Forskare vid Massachusetts Institute of Technology sa att deras termiska fotovoltaiska cellmodell har kunnat återanvända 40 % av den energi som används för att värma upp

de interna materialen i prototypbatteriet.De förklarade: "Detta skapar en väg för maximal effektivitet och kostnadsminskning av värmeenergilagring,

gör det möjligt att koldioxidutlösa elnätet.”

Projektet vid Madrids tekniska högskola har inte kunnat mäta procentandelen energi som det kan återvinna, men det är överlägset den amerikanska modellen

i en aspekt.Alejandro Data, forskaren som ledde projektet, förklarade: "För att uppnå denna effektivitet måste MIT-projektet höja temperaturen till

2400 grader.Vårt batteri fungerar i 1200 grader.Vid denna temperatur blir verkningsgraden lägre än deras, men vi har mycket mindre problem med värmeisolering.

Det är trots allt väldigt svårt att lagra material i 2400 grader utan att orsaka värmeförlust.”

Naturligtvis behöver denna teknik fortfarande mycket investeringar innan den kommer ut på marknaden.Den nuvarande laboratorieprototypen har mindre än 1 kWh energilagring

kapacitet, men för att göra denna teknik lönsam behöver den mer än 10 MWh energilagringskapacitet.Därför är nästa utmaning att utöka omfattningen av

tekniken och testa dess genomförbarhet i stor skala.För att uppnå detta har forskare från Madrids tekniska högskola byggt upp team

för att göra det möjligt.