Ova tehnologija skladištenja energije osvojila je nagradu EU za najbolju inovaciju 2022., 40 puta jeftinija od litijum-jonske baterije

Skladištenje toplotne energije pomoću silicijuma i ferosilicijuma kao medija može pohraniti energiju po cijeni manjoj od 4 eura po kilovat-satu, što je 100 puta

jeftiniji od trenutne fiksne litijum-jonske baterije.Nakon dodavanja kontejnera i izolacionog sloja, ukupni trošak može biti oko 10 eura po kilovat-satu,

koja je mnogo jeftinija od litijumske baterije od 400 evra po kilovat-satu.

Razvoj obnovljivih izvora energije, izgradnja novih energetskih sistema i podrška skladištenju energije su barijera koja se mora prevladati.

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

električne energije ponekad neusklađene.Trenutno se takva regulacija može prilagoditi proizvodnjom električne energije iz uglja i prirodnog gasa ili hidroelektrane kako bi se postigla stabilnost

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

konfiguracija je ključ.

Tehnologija skladištenja energije se uglavnom deli na skladištenje fizičke energije, skladištenje elektrohemijske energije, skladištenje toplotne energije i skladištenje hemijske energije.

Kao što su mehaničko skladištenje energije i pumpno skladištenje pripadaju tehnologiji skladištenja fizičke energije.Ovaj način skladištenja energije ima relativno nisku cijenu i

visoka efikasnost konverzije, ali je projekat relativno velik, ograničen geografskom lokacijom, a i period izgradnje je veoma dug.Teško je

prilagođavaju se vršnoj potražnji energije iz obnovljivih izvora energije samo pomoću pumpnog skladištenja.

Trenutno je popularno elektrohemijsko skladištenje energije, a takođe je i najbrže rastuća nova tehnologija skladištenja energije na svetu.Elektrohemijska energija

skladištenje se uglavnom zasniva na litijum-jonskim baterijama.Do kraja 2021. godine, kumulativni instalirani kapacitet novih skladišta energije u svijetu premašio je 25 miliona

kilovata, od čega je tržišni udio litijum-jonskih baterija dostigao 90%.To je zbog velikog razvoja električnih vozila, koji pruža a

scenarij velike komercijalne primjene za elektrohemijsko skladištenje energije na bazi litijum-jonskih baterija.

Međutim, tehnologija skladištenja energije litijum-jonskih baterija, kao vrsta automobilske baterije, nije veliki problem, ali će biti mnogo problema kada je u pitanju

podržava dugoročno skladištenje energije na nivou mreže.Jedan je problem sigurnosti i troškova.Ako se litijum-jonske baterije slažu u velikim količinama, trošak će se višestruko povećati,

a sigurnost uzrokovana akumulacijom topline također je velika skrivena opasnost.Drugi je da su resursi litijuma veoma ograničeni, a električna vozila nisu dovoljna,

a potreba za dugotrajnim skladištenjem energije ne može biti zadovoljena.

Kako riješiti ove realne i hitne probleme?Sada su se mnogi naučnici fokusirali na tehnologiju skladištenja toplotne energije.Napravljeni su iskori u

relevantne tehnologije i istraživanja.

Evropska komisija je u novembru 2022. objavila nagrađivani projekat „EU 2022 Innovation Radar Award“, u kojem je „AMADEUS“

Projekt baterija koji je razvio tim Madridskog tehnološkog instituta u Španiji osvojio je nagradu EU za najbolju inovaciju 2022.

“Amadeus” je revolucionarni model baterija.Ovaj projekat, koji ima za cilj skladištenje velike količine energije iz obnovljivih izvora, odabrao je Evropljanin

Komisija kao jedan od najboljih izuma u 2022.

Ova vrsta baterije koju je dizajnirao tim španskih naučnika pohranjuje višak energije koji nastaje kada je energija sunca ili vjetra visoka u obliku toplinske energije.

Ova toplota se koristi za zagrijavanje materijala (u ovom projektu se proučava legura silikona) na više od 1000 stepeni Celzijusa.Sistem sadrži poseban kontejner sa

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

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

postigao ovaj cilj i postao je ključni faktor u borbi protiv klimatskih promjena, po čemu se projekat “Amadeus” izdvaja od više od 300 prijavljenih projekata

i osvojio nagradu EU za najbolju inovaciju.

Organizator EU Innovation Radar Award je objasnio: „Vredna stvar je u tome što pruža jeftin sistem koji može skladištiti veliku količinu energije za

dugo vrijeme.Ima visoku gustinu energije, visoku ukupnu efikasnost i koristi dovoljno i jeftine materijale.To je modularni sistem, koji se široko koristi i može pružiti

čista toplina i struja na zahtjev.”

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

Pojednostavljeno rečeno, ovaj sistem koristi višak energije proizveden od povremene obnovljive energije (kao što je sunčeva energija ili energija vjetra) za topljenje jeftinih metala,

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

Ova vrsta energije naziva se "latentna toplota".Na primjer, litra silicija (oko 2,5 kg) pohranjuje više od 1 kilovat-sat (1 kilovat-sat) energije u obliku

latentne toplote, što je tačno energija sadržana u litri vodonika pri pritisku od 500 bara.Međutim, za razliku od vodonika, silicijum se može skladištiti u atmosferi

pritisak, što sistem čini jeftinijim i sigurnijim.

Ključ sistema je kako pretvoriti uskladištenu toplotu u električnu energiju.Kada se silicijum topi na temperaturi većoj od 1000 ºC, sija kao sunce.

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

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

Drugim riječima, ako jedan kvadratni metar solarnih panela proizvodi 200 vati, jedan kvadratni metar termalnih fotonaponskih panela proizvodi 20 kilovata.I ne samo

snaga, ali i efikasnost konverzije je veća.Efikasnost termalnih fotonaponskih ćelija je između 30% i 40%, što zavisi od temperature

izvora toplote.Nasuprot tome, efikasnost komercijalnih fotonaponskih solarnih panela je između 15% i 20%.

Upotreba termalnih fotonaponskih generatora umjesto tradicionalnih termičkih motora izbjegava korištenje pokretnih dijelova, fluida i složenih izmjenjivača topline.Na ovaj način,

cijeli sistem može biti ekonomičan, kompaktan i bešuman.

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

Alejandro Data, istraživač koji je vodio projekat, rekao je: „Veliki dio ove električne energije će se proizvesti kada bude viška u proizvodnji energije vjetra i vjetra,

tako da će se prodavati po vrlo niskoj cijeni na tržištu električne energije.Veoma je važno te višak električne energije uskladištiti u veoma jeftinom sistemu.Veoma je značajno da

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

2. To je 40 puta jeftinije od litijum-jonske baterije

Konkretno, silicijum i ferosilicij mogu skladištiti energiju po cijeni manjoj od 4 eura po kilovat-satu, što je 100 puta jeftinije od trenutnih fiksnih litijum-jonskih

baterija.Nakon dodavanja kontejnera i izolacijskog sloja, ukupni trošak će biti veći.Međutim, prema studiji, ako je sistem dovoljno velik, obično više

od 10 megavat sati, verovatno će dostići cenu od oko 10 evra po kilovat satu, jer će troškovi toplotne izolacije biti mali deo ukupne

trošak sistema.Međutim, cijena litijumske baterije je oko 400 eura po kilovat-satu.

Jedan od problema s kojim se ovaj sistem suočava je da se samo mali dio uskladištene toplote pretvara nazad u električnu energiju.Kolika je efikasnost konverzije u ovom procesu?Kako

korištenje preostale toplinske energije je ključni problem.

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

električne energije, što će ih učiniti superiornijim u odnosu na druge skuplje tehnologije, kao što su litijum-jonske baterije.

Osim toga, preostalih 60-70% topline koja nije pretvorena u električnu energiju može se direktno prenijeti u zgrade, fabrike ili gradove kako bi se smanjio ugljen i prirodni

potrošnja gasa.

Toplina predstavlja više od 50% globalne potražnje za energijom i 40% globalne emisije ugljičnog dioksida.Na taj način se skladišti energija vjetra ili fotonaponske energije u latentnom stanju

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

3. Izazovi i budući izgledi

Nova termalna fotonaponska tehnologija termičkog skladištenja koju je dizajnirao tim sa Tehnološkog univerziteta u Madridu, koja koristi materijale od legure silicijuma, ima

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

po toni silicijum peska je samo 30-50 dolara, što je 1/10 materijala rastaljene soli.Osim toga, temperaturna razlika termičkog skladištenja silikatnog pijeska

čestica je mnogo veća od otopljene soli, a maksimalna radna temperatura može doseći više od 1000 ℃.Viša radna temperatura takođe

pomaže u poboljšanju ukupne energetske efikasnosti fototermalnog sistema za proizvodnju električne energije.

Datusov tim nije jedini koji vidi potencijal termalnih 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 (velika

potrošača fosilnih goriva) i dobio 50 miliona američkih dolara za završetak istraživanja u februaru ove godine.Bill Gatesov Breakthrough Energy Fund je obezbijedio neke

investicioni fondovi.

Istraživači sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu rekli su da je njihov model termalne fotonaponske ćelije uspeo da ponovo iskoristi 40% energije koja se koristi za grejanje.

unutrašnji materijali prototipa baterije.Objasnili su: „Ovo stvara put za maksimalnu efikasnost i smanjenje troškova skladištenja toplotne energije,

omogućavajući dekarbonizaciju električne mreže.”

Projekat Madridskog instituta za tehnologiju nije mogao izmjeriti postotak energije koju može oporaviti, ali je superiorniji od američkog modela

u jednom aspektu.Alejandro Data, istraživač koji je vodio projekat, objasnio je: „Da bi se postigla ova efikasnost, MIT projekat mora podići temperaturu na

2400 stepeni.Naša baterija radi na 1200 stepeni.Na ovoj temperaturi efikasnost će biti manja od njihove, ali imamo mnogo manje problema sa toplotnom izolacijom.

Na kraju krajeva, veoma je teško skladištiti materijale na 2400 stepeni bez gubitka toplote.”

Naravno, ovoj tehnologiji je potrebno još dosta ulaganja prije nego što uđe na tržište.Trenutni laboratorijski prototip ima manje od 1 kWh skladišta energije

kapaciteta, ali da bi ova tehnologija bila profitabilna, potrebno joj je više od 10 MWh kapaciteta za skladištenje energije.Stoga je sljedeći izazov proširiti skalu

tehnologiju i testirati njenu izvodljivost u velikom obimu.Da bi se to postiglo, istraživači sa Madridskog instituta za tehnologiju su gradili timove

da bi to bilo moguće.