Ova tehnologija za pohranu energije osvojila je nagradu EU za najbolju inovaciju 2022., 40 puta jeftinija od litij-ionske baterije

Skladištenje toplinske energije koje koristi silicij i ferosilicij kao medij može pohraniti energiju po cijeni manjoj od 4 eura po kilovat-satu, što je 100 puta

jeftiniji od trenutne fiksne litij-ionske baterije.Nakon dodavanja spremnika i izolacijskog sloja, ukupni trošak može biti oko 10 eura po kilovat-satu,

što je puno jeftinije od litijske baterije od 400 eura po kilovat-satu.

Razvoj obnovljivih izvora energije, izgradnja novih elektroenergetskih sustava i podrška skladištenju energije prepreka su koja se mora prevladati.

Priroda električne energije izvan okvira i volatilnost proizvodnje obnovljive energije kao što su fotonaponska energija i energija vjetra čine ponudu i potražnju

struje ponekad neusklađene.Trenutačno se takva regulacija može prilagoditi proizvodnjom električne energije iz ugljena i prirodnog plina ili hidroenergije kako bi se postigla stabilnost

i fleksibilnost moći.Ali u budućnosti, s povlačenjem fosilne energije i povećanjem obnovljive energije, jeftino i učinkovito skladištenje energije

konfiguracija je ključ.

Tehnologija skladištenja energije uglavnom se dijeli na fizičko skladištenje energije, elektrokemijsko skladištenje energije, skladištenje toplinske energije i skladištenje kemijske energije.

Kao što su mehaničko skladištenje energije i pumpano skladištenje pripadaju tehnologiji fizičkog skladištenja energije.Ova metoda skladištenja energije ima relativno nisku cijenu i

visoka učinkovitost pretvorbe, ali projekt je relativno velik, ograničen geografskim položajem, a razdoblje izgradnje također je vrlo dugo.Teško je

prilagoditi se vršnoj potražnji za energijom iz obnovljivih izvora energije samo pumpnim skladištenjem.

Trenutačno je elektrokemijsko skladištenje energije popularno, a također je najbrže rastuća nova tehnologija skladištenja energije na svijetu.Elektrokemijska energija

pohrana se uglavnom temelji na litij-ionskim baterijama.Do kraja 2021. kumulativni instalirani kapacitet novih skladišta energije u svijetu premašio je 25 milijuna

kilovata, od čega je tržišni udio litij-ionskih baterija dosegnuo 90%.To je zbog velikog razvoja električnih vozila, koji osigurava a

Scenarij komercijalne primjene velikih razmjera za pohranu elektrokemijske energije temeljen na litij-ionskim baterijama.

Međutim, tehnologija pohrane energije litij-ionske baterije, kao vrsta automobilske baterije, nije veliki problem, ali će biti mnogo problema kada je u pitanju

podržavanje dugoročnog skladištenja energije na razini mreže.Jedan je problem sigurnosti i troškova.Ako se litij-ionske baterije slože u velikoj mjeri, trošak će se višestruko povećati,

a sigurnost uzrokovana akumulacijom topline također je golema skrivena opasnost.Drugi je da su resursi litija vrlo ograničeni, a električna vozila nisu dovoljna,

a potreba za dugotrajnim skladištenjem energije ne može se zadovoljiti.

Kako riješiti te realne i hitne probleme?Sada su se mnogi znanstvenici usredotočili na tehnologiju skladištenja toplinske energije.Učinjeni su iskoraci

relevantne tehnologije i istraživanja.

U studenom 2022. Europska komisija objavila je nagrađeni projekt “EU 2022 Innovation Radar Award”, u kojem je “AMADEUS”

projekt baterija koji je razvio tim Madridskog instituta za tehnologiju u Španjolskoj osvojio je nagradu EU za najbolju inovaciju 2022.

“Amadeus” je revolucionarni model baterija.Ovaj projekt, koji ima za cilj pohraniti veliku količinu energije iz obnovljivih izvora, odabran je od strane Europljana

Provizija kao jedan od najboljih izuma u 2022.

Ova vrsta baterije koju je osmislio tim španjolskih znanstvenika pohranjuje višak energije generiran kada je energija sunca ili vjetra visoka u obliku toplinske energije.

Ta se toplina koristi za zagrijavanje materijala (u ovom projektu se proučava legura silicija) na više od 1000 stupnjeva Celzijusa.Sustav sadrži poseban spremnik s

toplinska fotonaponska ploča okrenuta prema unutra, koja može osloboditi dio pohranjene energije kada je potražnja za električnom energijom velika.

Istraživači su koristili analogiju kako bi objasnili proces: "To je kao da sunce stavljate u kutiju."Njihov plan mogao bi revolucionirati skladištenje energije.Ima veliki potencijal za

ostvario ovaj cilj i postao ključni čimbenik u borbi protiv klimatskih promjena, po čemu se projekt „Amadeus“ ističe među više od 300 prijavljenih projekata

i osvojio nagradu EU za najbolju inovaciju.

Organizator nagrade EU Innovation Radar objasnio je: „Vrijedna stvar je što pruža jeftin sustav koji može pohraniti veliku količinu energije za

Dugo vrijeme.Ima visoku gustoću energije, visoku ukupnu učinkovitost i koristi dovoljno materijala s niskom cijenom.To je modularni sustav, široko korišten i može pružiti

čista toplina i električna energija na zahtjev.”

Dakle, kako ova tehnologija funkcionira?Koji su budući scenariji primjene i izgledi za komercijalizaciju?

Pojednostavljeno rečeno, ovaj sustav koristi višak energije generiran povremenom obnovljivom energijom (kao što je solarna energija ili energija vjetra) za topljenje jeftinih metala,

kao što je silicij ili ferosilicij, a temperatura je viša od 1000 ℃.Silicijska legura može pohraniti veliku količinu energije u procesu fuzije.

Ova vrsta energije naziva se "latentna toplina".Na primjer, litra silicija (oko 2,5 kg) pohranjuje više od 1 kilovatsata (1 kilovatsat) energije u obliku

latentne topline, što je upravo energija sadržana u litri vodika pri tlaku od 500 bara.Međutim, za razliku od vodika, silicij se može skladištiti pod atmosferskim uvjetima

tlaka, što sustav čini jeftinijim i sigurnijim.

Ključ sustava je kako pohranjenu toplinu pretvoriti u električnu energiju.Kada se silicij topi na temperaturi višoj od 1000 ºC, sjaji poput sunca.

Stoga se fotonaponske ćelije mogu koristiti za pretvaranje topline zračenja u električnu energiju.

Takozvani toplinski fotonaponski generator je poput minijaturnog fotonaponskog uređaja koji može proizvesti 100 puta više energije od tradicionalnih solarnih elektrana.

Drugim riječima, ako jedan četvorni metar solarnih panela proizvodi 200 vata, jedan četvorni metar toplinskih fotonaponskih panela proizvest će 20 kilovata.I ne samo

snaga, ali i učinkovitost pretvorbe je veća.Učinkovitost toplinskih fotonaponskih ćelija je između 30% i 40%, što ovisi o temperaturi

izvora topline.Nasuprot tome, učinkovitost komercijalnih fotonaponskih solarnih panela je između 15% i 20%.

Upotrebom toplinskih fotonaponskih generatora umjesto tradicionalnih toplinskih motora izbjegava se uporaba pokretnih dijelova, tekućina i složenih izmjenjivača topline.Na ovaj način,

cijeli sustav može biti ekonomičan, kompaktan i bešuman.

Prema istraživanju, latentne toplinske fotonaponske ćelije mogu pohraniti veliku količinu preostale obnovljive energije.

Alejandro Data, istraživač koji je vodio projekt, rekao je: "Veliki dio ove električne energije bit će proizveden kada postoji višak u vjetru i proizvodnji energije iz vjetra,

pa će se na tržištu električne energije prodavati po vrlo niskoj cijeni.Vrlo je važno taj višak električne energije pohraniti u vrlo jeftin sustav.Vrlo je značajno

pohraniti višak električne energije u obliku topline, jer je to jedan od najjeftinijih načina pohrane energije.”

2. 40 puta je jeftiniji od litij-ionske baterije

Konkretno, silicij i ferosilicij mogu pohraniti energiju po cijeni manjoj od 4 eura po kilovat-satu, što je 100 puta jeftinije od trenutne fiksne litij-ionske

baterija.Nakon dodavanja spremnika i izolacijskog sloja, ukupni trošak bit će veći.Međutim, prema studiji, ako je sustav dovoljno velik, obično više

od 10 megavat sati, vjerojatno će dosegnuti trošak od oko 10 eura po kilovatsatu, jer će trošak toplinske izolacije biti mali dio ukupne cijene

trošak sustava.Međutim, cijena litijske baterije je oko 400 eura po kilovat-satu.

Jedan problem s kojim se ovaj sustav suočava je da se samo mali dio pohranjene topline pretvara natrag u električnu energiju.Koja je učinkovitost pretvorbe u ovom procesu?Kako da

korištenje preostale toplinske energije ključni je problem.

Međutim, istraživači tima vjeruju da to nisu problemi.Ako je sustav dovoljno jeftin, potrebno je povratiti samo 30-40% energije u obliku

električne energije, što će ih učiniti superiornima u odnosu na druge skuplje tehnologije, poput litij-ionskih baterija.

Osim toga, preostalih 60-70% topline koja se ne pretvara u električnu energiju može se izravno prenijeti u zgrade, tvornice ili gradove kako bi se smanjio ugljen i prirodni

potrošnja plina.

Toplina čini više od 50% globalne potražnje za energijom i 40% globalne emisije ugljičnog dioksida.Na taj način se latentno pohranjuje energija vjetra ili fotonaponska energija

toplinske fotonaponske ćelije ne samo da mogu uštedjeti mnogo troškova, već i zadovoljiti veliku potražnju za toplinom na tržištu putem obnovljivih izvora.

3. Izazovi i budući izgledi

Nova toplinska fotonaponska tehnologija pohranjivanja topline koju je osmislio tim Tehničkog sveučilišta u Madridu, a koja koristi materijale od legure silicija,

prednosti u cijeni materijala, temperaturi skladištenja topline i vremenu skladištenja energije.Silicij je drugi najzastupljeniji element u zemljinoj kori.Troškovi

po toni kremenog pijeska je samo 30-50 dolara, što je 1/10 rastaljenog soli.Osim toga, toplinska razlika temperature skladištenja silikatnog pijeska

čestica mnogo je veća od one rastaljene soli, a maksimalna radna temperatura može doseći više od 1000 ℃.Također viša radna temperatura

pomaže u poboljšanju ukupne energetske učinkovitosti fototermalnog sustava za proizvodnju energije.

Datusov tim nije jedini koji vidi potencijal toplinskih fotonaponskih ćelija.Imaju dva moćna rivala: prestižni Massachusetts Institute of

Tehnologija i kalifornijski start-up Antola Energy.Potonji se fokusira na istraživanje i razvoj velikih baterija koje se koriste u teškoj industriji (veliki

potrošač fosilnih goriva), te je dobio 50 milijuna američkih dolara za dovršetak istraživanja u veljači ove godine.Neke je osigurao Bill Gatesov Breakthrough Energy Fund

investicijski fondovi.

Istraživači s Massachusetts Institute of Technology rekli su da je njihov model toplinske fotonaponske ćelije uspio ponovno upotrijebiti 40% energije utrošene za grijanje

unutarnji materijali prototipa baterije.Objasnili su: "To stvara put za maksimalnu učinkovitost i smanjenje troškova skladištenja toplinske energije,

omogućujući dekarbonizaciju električne mreže.”

Projekt madridskog Instituta za tehnologiju nije uspio izmjeriti postotak energije koju može povratiti, ali je superiorniji od američkog modela

u jednom aspektu.Alejandro Data, istraživač koji je vodio projekt, objasnio je: "Kako bi se postigla ova učinkovitost, MIT projekt mora podići temperaturu na

2400 stupnjeva.Naša baterija radi na 1200 stupnjeva.Na ovoj temperaturi učinkovitost će biti niža od njihove, ali imamo puno manje problema s toplinskom izolacijom.

Uostalom, vrlo je teško skladištiti materijale na 2400 stupnjeva bez gubitka topline.”

Naravno, u ovu tehnologiju potrebno je još mnogo ulaganja prije ulaska na tržište.Sadašnji laboratorijski prototip ima manje od 1 kWh pohrane energije

kapaciteta, ali da bi ova tehnologija bila isplativa potrebno joj je više od 10 MWh kapaciteta za pohranu energije.Stoga je sljedeći izazov proširiti opseg

tehnologiju i testirati njezinu izvedivost u velikoj mjeri.Kako bi to postigli, istraživači s Instituta za tehnologiju u Madridu formirali su timove

kako bi to bilo moguće.