Táto technológia skladovania energie získala ocenenie EÚ za najlepšiu inováciu za rok 2022, 40-krát lacnejšia ako lítium-iónová batéria

Skladovanie tepelnej energie pomocou kremíka a ferosilicia ako média môže ukladať energiu za cenu nižšiu ako 4 eurá za kilowatthodinu, čo je 100-násobok

lacnejšie ako súčasná pevná lítium-iónová batéria.Po pridaní nádoby a izolačnej vrstvy môžu byť celkové náklady asi 10 eur za kilowatthodinu,

čo je oveľa lacnejšie ako lítiová batéria 400 eur za kilowatthodinu.

Rozvoj obnoviteľnej energie, budovanie nových energetických systémov a podpora skladovania energie sú prekážkou, ktorú treba prekonať.

Nepripravená povaha elektriny a nestálosť výroby obnoviteľnej energie, ako je fotovoltaická a veterná energia, tvoria ponuku a dopyt

elektriny niekedy nesúlad.V súčasnosti môže byť takáto regulácia upravená výrobou energie z uhlia a zemného plynu alebo vodnej energie, aby sa dosiahla stabilita

a flexibilitu moci.Ale v budúcnosti, so stiahnutím fosílnej energie a nárastom obnoviteľnej energie, lacné a efektívne skladovanie energie

kľúčom je konfigurácia.

Technológia skladovania energie sa delí hlavne na fyzické skladovanie energie, skladovanie elektrochemickej energie, skladovanie tepelnej energie a skladovanie chemickej energie.

Mechanické skladovanie energie a prečerpávanie patrí k technológiám fyzického skladovania energie.Tento spôsob skladovania energie má relatívne nízku cenu a

vysoká účinnosť konverzie, ale projekt je relatívne veľký, obmedzený geografickou polohou a doba výstavby je tiež veľmi dlhá.Je to ťažké

prispôsobiť sa špičke dopytu po energii z obnoviteľných zdrojov iba pomocou prečerpávacieho zásobníka.

V súčasnosti je populárne elektrochemické skladovanie energie a zároveň je to najrýchlejšie rastúca nová technológia skladovania energie na svete.Elektrochemická energia

skladovanie je založené hlavne na lítium-iónových batériách.Ku koncu roka 2021 kumulatívna inštalovaná kapacita nových zásobníkov energie vo svete presiahla 25 mil.

kilowattov, z čoho trhový podiel lítium-iónových batérií dosiahol 90 %.Je to spôsobené rozsiahlym vývojom elektrických vozidiel, ktorý poskytuje a

scenár rozsiahlej komerčnej aplikácie pre elektrochemické skladovanie energie na báze lítium-iónových batérií.

Technológia uchovávania energie lítium-iónových batérií, ako druh automobilovej batérie, však nie je veľkým problémom, ale bude veľa problémov, pokiaľ ide o

podpora dlhodobého skladovania energie na úrovni siete.Jedným z nich je problém bezpečnosti a nákladov.Ak sú lítium-iónové batérie naskladané vo veľkom meradle, náklady sa znásobia,

a bezpečnosť spôsobená akumuláciou tepla je tiež obrovským skrytým nebezpečenstvom.Druhým je, že zdroje lítia sú veľmi obmedzené a elektrické vozidlá nestačia,

a nie je možné uspokojiť potrebu dlhodobého skladovania energie.

Ako vyriešiť tieto realistické a naliehavé problémy?Teraz sa mnohí vedci zamerali na technológiu skladovania tepelnej energie.Došlo k prelomom

príslušné technológie a výskum.

V novembri 2022 Európska komisia oznámila ocenený projekt „EU 2022 Innovation Radar Award“, v rámci ktorého sa udeľuje „AMADEUS“

Projekt batérie vyvinutý tímom Madridského technologického inštitútu v Španielsku získal v roku 2022 cenu EÚ za najlepšiu inováciu.

„Amadeus“ je revolučný model batérie.Tento projekt, ktorého cieľom je uskladniť veľké množstvo energie z obnoviteľných zdrojov, vybral Európan

Komisia ako jeden z najlepších vynálezov v roku 2022.

Tento typ batérie navrhnutý španielskym vedeckým tímom ukladá prebytočnú energiu generovanú pri vysokej slnečnej alebo veternej energii vo forme tepelnej energie.

Toto teplo sa používa na zahriatie materiálu (v tomto projekte sa skúma zliatina kremíka) na viac ako 1000 stupňov Celzia.Systém obsahuje špeciálny kontajner s

tepelná fotovoltaická doska smerujúca dovnútra, ktorá môže uvoľniť časť uloženej energie, keď je dopyt po energii vysoký.

Výskumníci na vysvetlenie procesu použili analógiu: „Je to ako vložiť slnko do krabice.“Ich plán môže spôsobiť revolúciu v skladovaní energie.Má na to veľký potenciál

dosiahnuť tento cieľ a stal sa kľúčovým faktorom v boji proti klimatickým zmenám, vďaka čomu projekt „Amadeus“ vyniká spomedzi viac ako 300 predložených projektov

a vyhral cenu EÚ za najlepšiu inováciu.

Organizátor súťaže EÚ Innovation Radar Award vysvetlil: „Cenným bodom je, že poskytuje lacný systém, ktorý dokáže uskladniť veľké množstvo energie za

dlho.Má vysokú hustotu energie, vysokú celkovú účinnosť a používa dostatočné a lacné materiály.Je to modulárny systém, široko používaný a môže poskytnúť

čisté teplo a elektrinu na požiadanie.”

Ako teda táto technológia funguje?Aké sú budúce scenáre aplikácií a vyhliadky na komercializáciu?

Zjednodušene povedané, tento systém využíva prebytočnú energiu generovanú prerušovanou obnoviteľnou energiou (ako je slnečná energia alebo veterná energia) na roztavenie lacných kovov,

ako je kremík alebo ferosilícium a teplota je vyššia ako 1000 ℃.Zliatina kremíka môže vo svojom procese fúzie uchovávať veľké množstvo energie.

Tento typ energie sa nazýva „latentné teplo“.Napríklad liter kremíka (asi 2,5 kg) uchováva viac ako 1 kilowatthodinu (1 kilowatthodinu) energie vo forme

latentného tepla, čo je presne energia obsiahnutá v litri vodíka pri tlaku 500 barov.Na rozdiel od vodíka sa však kremík môže skladovať v atmosfére

tlak, vďaka čomu je systém lacnejší a bezpečnejší.

Kľúčom systému je spôsob premeny nahromadeného tepla na elektrickú energiu.Keď sa kremík topí pri teplote vyššej ako 1000 ºC, svieti ako slnko.

Preto je možné použiť fotovoltaické články na premenu sálavého tepla na elektrickú energiu.

Takzvaný tepelný fotovoltaický generátor je ako miniatúrne fotovoltaické zariadenie, ktoré dokáže vyrobiť 100-krát viac energie ako tradičné solárne elektrárne.

Inými slovami, ak jeden štvorcový meter solárnych panelov vyprodukuje 200 wattov, jeden štvorcový meter tepelných fotovoltaických panelov vyprodukuje 20 kilowattov.A nielen to

výkon, ale aj účinnosť premeny je vyššia.Účinnosť tepelných fotovoltických článkov sa pohybuje medzi 30 % až 40 %, čo závisí od teploty

zdroja tepla.Naproti tomu účinnosť komerčných fotovoltaických solárnych panelov sa pohybuje medzi 15 % a 20 %.

Použitie tepelných fotovoltaických generátorov namiesto tradičných tepelných motorov zabraňuje použitiu pohyblivých častí, tekutín a zložitých výmenníkov tepla.Touto cestou,

celý systém môže byť ekonomický, kompaktný a bezhlučný.

Podľa výskumu môžu latentné tepelné fotovoltaické články akumulovať veľké množstvo zvyškovej obnoviteľnej energie.

Alejandro Data, výskumník, ktorý viedol projekt, povedal: „Veľká časť tejto elektriny sa vyrobí, keď bude prebytok veternej a veternej energie.

tak sa bude predávať za veľmi nízku cenu na trhu s elektrinou.Je veľmi dôležité tieto prebytky elektriny skladovať vo veľmi lacnom systéme.Je to veľmi zmysluplné

ukladať prebytočnú elektrinu vo forme tepla, pretože je to jeden z najlacnejších spôsobov skladovania energie.“

2. Je 40-krát lacnejšia ako lítium-iónová batéria

Najmä kremík a ferosilícium môžu uchovávať energiu za cenu nižšiu ako 4 eurá za kilowatthodinu, čo je 100-krát lacnejšie ako súčasné pevné lítium-iónové

batérie.Po pridaní nádoby a izolačnej vrstvy budú celkové náklady vyššie.Podľa štúdie však platí, že ak je systém dostatočne veľký, väčšinou aj viac

ako 10 megawatthodín, dosiahne to pravdepodobne náklady okolo 10 eur za kilowatthodinu, pretože náklady na tepelnú izoláciu budú tvoriť malú časť celkových

náklady na systém.Náklady na lítiovú batériu sú však približne 400 eur za kilowatthodinu.

Jedným z problémov, ktorým tento systém čelí, je, že iba malá časť uloženého tepla sa premieňa späť na elektrinu.Aká je účinnosť konverzie v tomto procese?Ako

kľúčovým problémom je využitie zostávajúcej tepelnej energie.

Vedci tímu sa však domnievajú, že nejde o problémy.Ak je systém dostatočne lacný, len 30 – 40 % energie je potrebné získať späť vo forme

elektrickej energie, vďaka čomu budú lepšie ako iné drahšie technológie, ako sú lítium-iónové batérie.

Okrem toho zostávajúcich 60 – 70 % tepla nepremeneného na elektrickú energiu možno priamo preniesť do budov, tovární alebo miest, aby sa znížilo množstvo uhlia a prírodných zdrojov.

spotreba plynu.

Teplo predstavuje viac ako 50 % celosvetovej spotreby energie a 40 % celosvetových emisií oxidu uhličitého.Týmto spôsobom sa ukladá veterná alebo fotovoltaická energia v latentnom stave

tepelné fotovoltické články dokážu nielen ušetriť veľa nákladov, ale aj uspokojiť obrovský dopyt trhu po teple prostredníctvom obnoviteľných zdrojov.

3. Výzvy a vyhliadky do budúcnosti

Nová tepelná fotovoltaická tepelná akumulačná technológia navrhnutá tímom Madridskej technologickej univerzity, ktorá využíva materiály zo zliatiny kremíka, má

výhody v materiálových nákladoch, teplote akumulácie tepla a dobe skladovania energie.Kremík je druhým najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre.Náklady

na tonu kremičitého piesku je len 30-50 dolárov, čo je 1/10 materiálu roztavenej soli.Okrem toho teplotný rozdiel teplotného skladovania kremičitého piesku

častice je oveľa vyššia ako u roztavenej soli a maximálna prevádzková teplota môže dosiahnuť viac ako 1000 ℃.Vyššia prevádzková teplota

pomáha zlepšiť celkovú energetickú účinnosť systému fototermálnej výroby energie.

Datusov tím nie je jediný, kto vidí potenciál tepelných fotovoltických článkov.Majú dvoch mocných rivalov: prestížny Massachusetts Institute of

Technology a kalifornský start-up Antola Energy.Ten sa zameriava na výskum a vývoj veľkých batérií používaných v ťažkom priemysle (veľký

spotrebiteľ fosílnych palív) a získal 50 miliónov USD na dokončenie výskumu vo februári tohto roku.Niektoré z nich poskytol Breakthrough Energy Fund Billa Gatesa

investičných fondov.

Výskumníci z Massachusettského technologického inštitútu uviedli, že ich model tepelného fotovoltaického článku dokázal opätovne využiť 40 % energie použitej na vykurovanie.

vnútorné materiály prototypovej batérie.Vysvetlili: „To vytvára cestu pre maximálnu efektivitu a zníženie nákladov na skladovanie tepelnej energie,

čo umožní dekarbonizáciu elektrickej siete.

Projekt madridského technologického inštitútu nedokázal zmerať percento energie, ktorú dokáže získať, ale je lepší ako americký model

v jednom aspekte.Alejandro Data, výskumník, ktorý viedol projekt, vysvetlil: „Na dosiahnutie tejto účinnosti musí projekt MIT zvýšiť teplotu na

2400 stupňov.Naša batéria funguje pri 1200 stupňoch.Pri tejto teplote bude účinnosť nižšia ako ich, ale máme oveľa menšie problémy s tepelnou izoláciou.

Koniec koncov, je veľmi ťažké skladovať materiály pri 2400 stupňoch bez toho, aby došlo k tepelným stratám.“

Samozrejme, táto technológia potrebuje ešte pred vstupom na trh veľa investícií.Súčasný laboratórny prototyp má menej ako 1 kWh zásobníka energie

kapacita, ale aby bola táto technológia zisková, potrebuje viac ako 10 MWh kapacity na skladovanie energie.Preto ďalšou výzvou je rozšírenie rozsahu

technológiu a otestovať jej realizovateľnosť vo veľkom meradle.Aby sa to dosiahlo, výskumníci z Madridského technologického inštitútu budujú tímy

aby to bolo možné.