Deze energieopslagtechnologie won de EU Best Innovation Award 2022 en is 40 keer goedkoper dan een lithium-ionbatterij

Thermische energieopslag met behulp van silicium en ferrosilicium als medium kan energie opslaan tegen een kostprijs van minder dan 4 euro per kilowattuur, wat 100 keer zoveel is

goedkoper dan de huidige vaste lithium-ionbatterij.Na het toevoegen van de container en isolatielaag kunnen de totale kosten ongeveer 10 euro per kilowattuur bedragen,

wat veel goedkoper is dan de lithiumbatterij van 400 euro per kilowattuur.

Het ontwikkelen van hernieuwbare energie, het bouwen van nieuwe energiesystemen en het ondersteunen van energieopslag zijn barrières die overwonnen moeten worden.

Het out-of-the-box-karakter van elektriciteit en de volatiliteit van de opwekking van hernieuwbare energie, zoals fotovoltaïsche energie en windenergie, zorgen ervoor dat vraag en aanbod

van elektriciteit soms niet op elkaar afgestemd.Momenteel kan een dergelijke regulering worden aangepast door middel van elektriciteitsopwekking uit steenkool en aardgas of waterkracht om stabiliteit te bereiken

en flexibiliteit van de macht.Maar in de toekomst, met de terugtrekking van fossiele energie en de toename van hernieuwbare energie, zal goedkope en efficiënte energieopslag ontstaan

configuratie is de sleutel.

Energieopslagtechnologie is hoofdzakelijk onderverdeeld in fysieke energieopslag, elektrochemische energieopslag, thermische energieopslag en chemische energieopslag.

Mechanische energieopslag en pompopslag behoren bijvoorbeeld tot de technologie voor fysieke energieopslag.Deze energieopslagmethode heeft een relatief lage prijs en

hoge conversie-efficiëntie, maar het project is relatief groot, beperkt door de geografische locatie, en de bouwperiode is ook erg lang.Het is moeilijk om

alleen aan te passen aan de piekvraag naar hernieuwbare energie door middel van pompopslag.

Momenteel is elektrochemische energieopslag populair, en het is ook de snelst groeiende nieuwe technologie voor energieopslag ter wereld.Elektrochemische energie

opslag is voornamelijk gebaseerd op lithium-ionbatterijen.Eind 2021 heeft de cumulatieve geïnstalleerde capaciteit van nieuwe energieopslag in de wereld de 25 miljoen overschreden.

kilowatt, waarvan het marktaandeel van lithium-ionbatterijen 90% heeft bereikt.Dit komt door de grootschalige ontwikkeling van elektrische voertuigen

grootschalig commercieel toepassingsscenario voor elektrochemische energieopslag op basis van lithium-ionbatterijen.

De energieopslagtechnologie van lithium-ionbatterijen, als een soort autobatterij, is echter geen groot probleem, maar er zullen veel problemen zijn als het gaat om

ondersteuning van langetermijnenergieopslag op netniveau.Eén daarvan is het probleem van de veiligheid en de kosten.Als lithium-ionbatterijen op grote schaal worden gestapeld, zullen de kosten zich vermenigvuldigen.

en de veiligheid veroorzaakt door warmteaccumulatie is ook een enorm verborgen gevaar.De andere is dat de lithiumvoorraden zeer beperkt zijn en dat elektrische voertuigen niet voldoende zijn.

en aan de behoefte aan energieopslag op lange termijn kan niet worden voldaan.

Hoe kunnen deze realistische en urgente problemen worden opgelost?Nu hebben veel wetenschappers zich geconcentreerd op technologie voor thermische energieopslag.Er zijn doorbraken in gemaakt

relevante technologieën en onderzoek.

In november 2022 kondigde de Europese Commissie het bekroonde project “EU 2022 Innovation Radar Award” aan, waarin de “AMADEUS”

Het batterijproject, ontwikkeld door het team van het Madrid Institute of Technology in Spanje, heeft in 2022 de EU Best Innovation Award gewonnen.

“Amadeus” is een revolutionair batterijmodel.Dit project, dat tot doel heeft een grote hoeveelheid energie uit hernieuwbare energie op te slaan, werd door de Europeaan geselecteerd

Commissie als een van de beste uitvindingen in 2022.

Dit soort batterij, ontworpen door het Spaanse team van wetenschappers, slaat de overtollige energie op die wordt gegenereerd wanneer de zonne- of windenergie hoog is in de vorm van thermische energie.

Deze warmte wordt gebruikt om een ​​materiaal (siliciumlegering wordt in dit project bestudeerd) te verwarmen tot meer dan 1000 graden Celsius.Het systeem bevat een speciale container met de

thermische fotovoltaïsche plaat naar binnen gericht, die een deel van de opgeslagen energie kan vrijgeven wanneer de stroomvraag hoog is.

De onderzoekers gebruikten een analogie om het proces uit te leggen: “Het is alsof je de zon in een doos stopt.”Hun plan kan een revolutie teweegbrengen in de energieopslag.Het heeft een groot potentieel

dit doel te bereiken en is een sleutelfactor geworden in de aanpak van de klimaatverandering, waardoor het “Amadeus”-project zich onderscheidt van de meer dan 300 ingediende projecten

en won de EU Best Innovation Award.

De organisator van de EU Innovation Radar Award legde uit: “Het waardevolle punt is dat het een goedkoop systeem biedt dat een grote hoeveelheid energie voor een bepaalde tijd kan opslaan.

lange tijd.Het heeft een hoge energiedichtheid, een hoog algemeen rendement en maakt gebruik van voldoende en goedkope materialen.Het is een modulair systeem, dat veel wordt gebruikt en kan bieden

schone warmte en elektriciteit op aanvraag.”

Hoe werkt deze technologie?Wat zijn de toekomstige toepassingsscenario's en commercialiseringsvooruitzichten?

Simpel gezegd gebruikt dit systeem de overtollige energie die wordt opgewekt door intermitterende hernieuwbare energie (zoals zonne-energie of windenergie) om goedkope metalen te smelten.

zoals silicium of ferrosilicium, en de temperatuur is hoger dan 1000 ℃.Siliciumlegering kan tijdens het fusieproces een grote hoeveelheid energie opslaan.

Dit type energie wordt ‘latente warmte’ genoemd.Een liter silicium (ongeveer 2,5 kg) slaat bijvoorbeeld meer dan 1 kilowattuur (1 kilowattuur) energie op in de vorm

aan latente warmte, wat precies de energie is die zit in een liter waterstof bij een druk van 500 bar.In tegenstelling tot waterstof kan silicium echter onder atmosferische omstandigheden worden opgeslagen

druk, waardoor het systeem goedkoper en veiliger wordt.

De sleutel van het systeem is hoe de opgeslagen warmte kan worden omgezet in elektrische energie.Wanneer silicium smelt bij een temperatuur van meer dan 1000ºC, straalt het als de zon.

Daarom kunnen fotovoltaïsche cellen worden gebruikt om de stralingswarmte om te zetten in elektrische energie.

De zogenaamde thermische fotovoltaïsche generator is als een miniatuur fotovoltaïsch apparaat dat 100 keer meer energie kan opwekken dan traditionele zonne-energiecentrales.

Met andere woorden: als één vierkante meter zonnepanelen 200 watt produceert, zal één vierkante meter thermische fotovoltaïsche panelen 20 kilowatt produceren.En niet alleen

het vermogen, maar ook de conversie-efficiëntie is hoger.Het rendement van thermische fotovoltaïsche cellen ligt tussen 30% en 40%, afhankelijk van de temperatuur

van de warmtebron.Daarentegen ligt het rendement van commerciële fotovoltaïsche zonnepanelen tussen 15% en 20%.

Het gebruik van thermische fotovoltaïsche generatoren in plaats van traditionele thermische motoren vermijdt het gebruik van bewegende delen, vloeistoffen en complexe warmtewisselaars.Op deze manier,

het hele systeem kan economisch, compact en geruisloos zijn.

Volgens het onderzoek kunnen latente thermische fotovoltaïsche cellen een grote hoeveelheid resterende hernieuwbare energie opslaan.

Alejandro Data, een onderzoeker die het project leidde, zei: “Een groot deel van deze elektriciteit zal worden opgewekt als er een overschot is aan wind- en windenergieopwekking.

het zal dus tegen een zeer lage prijs op de elektriciteitsmarkt worden verkocht.Het is van groot belang om deze overtollige elektriciteit op te slaan in een zeer goedkoop systeem.Het is zeer zinvol om

de overtollige elektriciteit opslaan in de vorm van warmte, omdat het een van de goedkoopste manieren is om energie op te slaan.”

2. Het is 40 keer goedkoper dan een lithium-ionbatterij

Met name silicium en ferrosilicium kunnen energie opslaan tegen een kostprijs van minder dan 4 euro per kilowattuur, wat 100 keer goedkoper is dan de huidige vaste lithium-ion-technologie.

accu.Na het toevoegen van de container en isolatielaag zullen de totale kosten hoger zijn.Volgens het onderzoek is het echter meestal meer als het systeem groot genoeg is

dan 10 megawattuur, zal dit waarschijnlijk oplopen tot ongeveer 10 euro per kilowattuur, omdat de kosten van thermische isolatie een klein deel van het totaal zullen uitmaken

kosten van het systeem.De kosten van een lithiumbatterij bedragen echter ongeveer 400 euro per kilowattuur.

Een probleem waarmee dit systeem wordt geconfronteerd, is dat slechts een klein deel van de opgeslagen warmte weer wordt omgezet in elektriciteit.Wat is de conversie-efficiëntie in dit proces?Hoe

het gebruik van de resterende warmte-energie is het belangrijkste probleem.

De onderzoekers van het team zijn echter van mening dat dit geen problemen zijn.Als het systeem goedkoop genoeg is, hoeft slechts 30-40% van de energie teruggewonnen te worden in de vorm van

elektriciteit, waardoor ze superieur zullen zijn aan andere, duurdere technologieën, zoals lithium-ionbatterijen.

Bovendien kan de resterende 60-70% van de warmte die niet in elektriciteit wordt omgezet, rechtstreeks worden overgedragen naar gebouwen, fabrieken of steden om de steenkool- en aardgasproductie te verminderen.

benzineverbruik.

Warmte is verantwoordelijk voor meer dan 50% van de mondiale energievraag en voor 40% van de mondiale CO2-uitstoot.Op deze manier wordt wind- of fotovoltaïsche energie latent opgeslagen

thermische fotovoltaïsche cellen kunnen niet alleen veel kosten besparen, maar ook voldoen aan de enorme warmtevraag van de markt via hernieuwbare bronnen.

3. Uitdagingen en toekomstperspectieven

De nieuwe thermische fotovoltaïsche thermische opslagtechnologie, ontworpen door het team van de Technische Universiteit van Madrid, die materialen van siliciumlegeringen gebruikt, heeft dat wel gedaan

voordelen op het gebied van materiaalkosten, thermische opslagtemperatuur en energieopslagtijd.Silicium is het tweede meest voorkomende element in de aardkorst.De kosten

per ton silicazand is slechts 30-50 dollar, wat 1/10 is van het gesmolten zoutmateriaal.Bovendien is er het thermische opslagtemperatuurverschil van silicazand

deeltjes zijn veel hoger dan die van gesmolten zout en de maximale bedrijfstemperatuur kan meer dan 1000 ℃ bereiken.Hogere bedrijfstemperatuur ook

helpt de algehele energie-efficiëntie van het fotothermische energieopwekkingssysteem te verbeteren.

Het team van Datus is niet de enige die het potentieel van thermische fotovoltaïsche cellen ziet.Ze hebben twee machtige rivalen: het prestigieuze Massachusetts Institute of

Technology en de Californische start-up Antola Energy.Deze laatste richt zich op het onderzoek en de ontwikkeling van grote batterijen die worden gebruikt in de zware industrie (een grote

consument van fossiele brandstoffen) en heeft in februari van dit jaar 50 miljoen dollar opgehaald om het onderzoek af te ronden.Het Breakthrough Energy Fund van Bill Gates heeft daarvoor gezorgd

beleggingsfondsen.

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology zeggen dat hun thermische fotovoltaïsche celmodel erin is geslaagd 40% van de energie die wordt gebruikt voor verwarming te hergebruiken.

de interne materialen van de prototypebatterij.Ze legden uit: “Dit creëert een pad voor maximale efficiëntie en kostenreductie van thermische energieopslag,

waardoor het mogelijk wordt om het elektriciteitsnet koolstofarm te maken.”

Het project van het Madrid Institute of Technology is er niet in geslaagd het percentage energie te meten dat het kan terugwinnen, maar het is superieur aan het Amerikaanse model

op één aspect.Alejandro Data, de onderzoeker die het project leidde, legde uit: “Om deze efficiëntie te bereiken moet het MIT-project de temperatuur verhogen tot

2400 graden.Onze batterij werkt op 1200 graden.Bij deze temperatuur zal het rendement lager zijn dan dat van hen, maar we hebben veel minder problemen met de warmte-isolatie.

Het is immers heel lastig om materialen bij 2400 graden op te slaan zonder warmteverlies te veroorzaken.”

Uiteraard vergt deze technologie nog veel investeringen voordat deze op de markt komt.Het huidige laboratoriumprototype heeft minder dan 1 kWh aan energieopslag

capaciteit, maar om deze technologie rendabel te maken is meer dan 10 MWh aan energieopslagcapaciteit nodig.Daarom is de volgende uitdaging het uitbreiden van de schaal van

de technologie en test de haalbaarheid ervan op grote schaal.Om dit te bereiken hebben onderzoekers van het Madrid Institute of Technology teams samengesteld

om het mogelijk te maken.