Deze technologie voor energieopslag won de EU Best Innovation Award 2022, 40 keer goedkoper dan lithium-ionbatterijen

Opslag van thermische energie met behulp van silicium en ferrosilicium, aangezien het medium energie kan opslaan tegen een kostprijs van minder dan 4 euro per kilowattuur, wat 100 keer

goedkoper dan de huidige vaste lithium-ion accu.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 vormen een barrière die moet worden overwonnen.

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

elektriciteit komt soms niet overeen.Op dit moment kan een dergelijke regulering worden aangepast door middel van kolen- en aardgasopwekking of waterkracht om stabiliteit te bereiken

en flexibiliteit van de macht.Maar in de toekomst, met het wegvallen van fossiele energie en de toename van hernieuwbare energie, goedkope en efficiënte energieopslag

configuratie is de sleutel.

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

Zoals mechanische energieopslag en pompaccumulatie behoren tot fysieke energieopslagtechnologie.Deze methode voor energieopslag heeft een relatief lage prijs en

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

zich alleen aanpassen aan de piekvraag naar hernieuwbare energie door middel van pompaccumulatie.

Op dit moment is elektrochemische energieopslag populair en het is ook de snelst groeiende nieuwe energieopslagtechnologie ter wereld.Elektrochemische energie

opslag is voornamelijk gebaseerd op lithium-ionbatterijen.Tegen het einde van 2021 is de cumulatief geïnstalleerde capaciteit van nieuwe energieopslag in de wereld meer dan 25 miljoen

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

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

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

ondersteuning van energieopslag op lange termijn op netniveau.Een daarvan is het probleem van veiligheid en kosten.Als lithium-ionbatterijen op grote schaal worden gestapeld, zullen de kosten vermenigvuldigen,

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

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

Hoe deze realistische en urgente problemen op te lossen?Nu hebben veel wetenschappers zich gericht op technologie voor thermische energieopslag.Er zijn doorbraken in gemaakt

relevante technologieën en onderzoek.

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

batterijproject ontwikkeld door het team van het Madrid Institute of Technology in Spanje won de EU Best Innovation Award in 2022.

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

Commissie als een van de beste uitvindingen in 2022.

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

Deze warmte wordt gebruikt om een ​​materiaal (siliciumlegering wordt bestudeerd in dit project) te verhitten 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 energieopslag.Het heeft een groot potentieel om

dit doel te bereiken en is een sleutelfactor geworden in het aanpakken van klimaatverandering, waardoor het "Amadeus"-project zich onderscheidt van 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 kan opslaan voor een

lange tijd.Het heeft een hoge energiedichtheid, een hoge algehele efficiëntie en maakt gebruik van voldoende en goedkope materialen.Het is een modulair systeem, veel gebruikt en kan voorzien

schone warmte en elektriciteit op aanvraag.”

Dus, hoe werkt deze technologie?Wat zijn de toekomstige toepassingsscenario's en vooruitzichten op commercialisering?

Simpel gezegd, dit systeem gebruikt 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 ℃.Siliciumlegeringen kunnen 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

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

druk, wat het systeem goedkoper en veiliger maakt.

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 1000 ºC, schijnt 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 een vierkante meter zonnepanelen 200 watt produceert, levert een vierkante meter thermische fotovoltaïsche panelen 20 kilowatt op.En niet alleen

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

van de warmtebron.Het rendement van commerciële fotovoltaïsche zonnepanelen ligt daarentegen tussen de 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 zuinig, 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 wanneer er een overschot is aan wind- en windenergieopwekking,

dus het zal 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 heel zinvol voor

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

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

Met name silicium en ferrosilicium kunnen energie opslaan voor minder dan 4 euro per kilowattuur, wat 100 keer goedkoper is dan het huidige vaste lithium-ion

accu.Na het toevoegen van de container en isolatielaag zullen de totale kosten hoger zijn.Echter, volgens de studie, als het systeem groot genoeg is, meestal meer

dan 10 megawattuur, zal het waarschijnlijk de kosten van ongeveer 10 euro per kilowattuur bereiken, omdat de kosten van thermische isolatie een klein deel van het totale

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

gebruik maken 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 te worden teruggewonnen in de vorm van

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

Bovendien kan de resterende 60-70% van de warmte die niet in elektriciteit wordt omgezet, direct worden overgedragen aan gebouwen, fabrieken of steden om kolen- en natuurlijke energie te verminderen.

benzineverbruik.

Warmte is goed voor meer dan 50% van de wereldwijde vraag naar energie en 40% van de wereldwijde uitstoot van koolstofdioxide.Op deze manier wordt wind- of fotovoltaïsche energie latent opgeslagen

thermische fotovoltaïsche cellen kunnen niet alleen veel kosten besparen, maar ook voorzien in de enorme warmtevraag van de markt door middel van 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 siliciumlegering gebruikt, heeft

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

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

deeltjes is veel hoger dan die van gesmolten zout en de maximale bedrijfstemperatuur kan oplopen tot meer dan 1000 ℃.Hogere bedrijfstemperatuur ook

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

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

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

consument van fossiele brandstoffen), en ontving in februari van dit jaar US $ 50 miljoen om het onderzoek af te ronden.Het Breakthrough Energy Fund van Bill Gates leverde wat op

beleggingsfondsen.

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology zeiden dat hun thermische fotovoltaïsche celmodel 40% van de energie die wordt gebruikt om te verwarmen, kan 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 heeft het percentage energie dat het kan terugwinnen niet kunnen meten, maar het is superieur aan het Amerikaanse model

in één opzicht.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 de efficiëntie lager zijn dan die van hen, maar we hebben veel minder warmte-isolatieproblemen.

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

Natuurlijk moet er nog veel geïnvesteerd worden in deze technologie 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 er meer dan 10 MWh aan energieopslagcapaciteit nodig.De volgende uitdaging is dan ook het vergroten 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.