Þessi orkugeymslutækni vann 2022 ESB Bestu nýsköpunarverðlaunin, 40 sinnum ódýrari en litíumjónarafhlaða

Geymsla varmaorku með kísil og kísiljárni sem miðill getur geymt orku fyrir minna en 4 evrur á hverja kílóvattstund, sem er 100 sinnum

ódýrari en núverandi fasta litíumjónarafhlaða.Eftir að ílátinu og einangrunarlaginu hefur verið bætt við getur heildarkostnaður verið um 10 evrur á hverja kílóvattstund,

sem er mun ódýrara en litíum rafhlaðan upp á 400 evrur á kílóvattstund.

Þróun endurnýjanlegrar orku, uppbygging nýrra raforkukerfa og stuðningur við orkugeymslu eru hindrun sem þarf að yfirstíga.

Það að raforka er útúr kassanum og óstöðugleiki endurnýjanlegrar orkuframleiðslu eins og ljósa- og vindorku gerir framboð og eftirspurn

af rafmagni er stundum misjafnt.Sem stendur er hægt að stilla slíka reglugerð með kola- og jarðgasorkuframleiðslu eða vatnsafli til að ná stöðugleika

og sveigjanleika valds.En í framtíðinni, með afturköllun jarðefnaorku og aukningu endurnýjanlegrar orku, ódýr og skilvirk orkugeymsla

uppsetning er lykillinn.

Orkugeymslutækni er aðallega skipt í líkamlega orkugeymslu, rafefnafræðilega orkugeymslu, varmaorkugeymslu og efnaorkugeymslu.

Svo sem eins og vélræn orkugeymsla og dæld geymsla tilheyra líkamlegri orkugeymslutækni.Þessi orkugeymsluaðferð hefur tiltölulega lágt verð og

mikil umbreytingarhagkvæmni, en verkefnið er tiltölulega stórt, takmarkað af landfræðilegri staðsetningu og byggingartíminn er einnig mjög langur.Það er erfitt að

laga sig að hámarksþörf endurnýjanlegrar orku aðeins með dælugeymslu.

Sem stendur er rafefnafræðileg orkugeymsla vinsæl og hún er einnig ört vaxandi nýja orkugeymslutækni í heiminum.Rafefnafræðileg orka

geymsla er aðallega byggð á litíumjónarafhlöðum.Í lok árs 2021 hefur uppsöfnuð uppsett afkastageta nýrrar orkugeymslu í heiminum farið yfir 25 milljónir

kílóvött, þar af er markaðshlutdeild litíumjónarafhlaðna komin í 90%.Þetta er vegna mikillar þróunar rafknúinna farartækja, sem veitir a

stórfelld viðskiptaleg notkunarsvið fyrir rafefnafræðilega orkugeymslu byggða á litíumjónarafhlöðum.

Hins vegar er lithium-ion rafhlaða orkugeymslutækni, sem eins konar bifreiðarafhlaða, ekki stórt vandamál, en það verða mörg vandamál þegar kemur að því að

styðja við langtíma orkugeymslu á netstigi.Eitt er vandamálið varðandi öryggi og kostnað.Ef litíumjónarafhlöðum er staflað í stórum stíl mun kostnaðurinn margfaldast,

og öryggið af völdum hitasöfnunar er líka mikil falin hætta.Hitt er að litíumauðlindir eru mjög takmarkaðar og rafknúin farartæki eru ekki nóg,

og ekki er hægt að mæta þörfinni fyrir langtíma orkugeymslu.

Hvernig á að leysa þessi raunhæfu og brýnu vandamál?Nú hafa margir vísindamenn einbeitt sér að varmaorkugeymslutækni.Bylting hefur orðið í

viðeigandi tækni og rannsóknir.

Í nóvember 2022 tilkynnti framkvæmdastjórn Evrópusambandsins um verðlaunað verkefni „EU 2022 Innovation Radar Award“, þar sem „AMADEUS“

rafhlöðuverkefni þróað af teymi Tækniháskólans í Madrid á Spáni vann verðlaun ESB fyrir bestu nýsköpun árið 2022.

„Amadeus“ er byltingarkennd rafhlöðulíkan.Þetta verkefni, sem miðar að því að geyma mikið magn af orku úr endurnýjanlegri orku, var valið af Evrópumönnum

Þóknun sem ein besta uppfinningin árið 2022.

Svona rafhlaða hannað af spænska vísindamannahópnum geymir umframorkuna sem myndast þegar sólar- eða vindorka er mikil í formi varmaorku.

Þessi hiti er notaður til að hita efni (kísilblendi er rannsakað í þessu verkefni) í meira en 1000 gráður á Celsíus.Kerfið inniheldur sérstaka ílát með

hitauppstreymi ljósaflsplata sem snýr inn á við, sem getur losað hluta af geymdri orku þegar aflþörfin er mikil.

Rannsakendur notuðu líkingu til að útskýra ferlið: „Þetta er eins og að setja sólina í kassa.Áætlun þeirra gæti gjörbylt orkugeymslu.Það hefur mikla möguleika til að

ná þessu markmiði og er orðið lykilatriði í að takast á við loftslagsbreytingar, sem gerir „Amadeus“ verkefnið skera sig úr yfir 300 innsendum verkefnum

og hlaut verðlaun ESB fyrir bestu nýsköpun.

Skipuleggjandi ESB Innovation Radar Award útskýrði: „Hið dýrmæta punkt er að það býður upp á ódýrt kerfi sem getur geymt mikið magn af orku fyrir a.

langur tími.Það hefur mikla orkuþéttleika, mikla heildarnýtni og notar nægjanleg og ódýr efni.Það er mátkerfi, mikið notað og getur veitt

hreinn hiti og rafmagn eftir þörfum.

Svo, hvernig virkar þessi tækni?Hverjar eru framtíðarsviðsmyndir umsókna og markaðssetningarhorfur?

Til að setja það einfaldlega, þetta kerfi notar umframafl sem myndast með hléum endurnýjanlegri orku (eins og sólarorku eða vindorku) til að bræða ódýra málma,

eins og sílikon eða kísiljárn, og hitastigið er hærra en 1000 ℃.Kísilblendi getur geymt mikið magn af orku í samrunaferli sínu.

Þessi tegund af orku er kölluð „duldur hiti“.Til dæmis geymir lítri af sílikoni (um 2,5 kg) meira en 1 kílóvattstund (1 kílóvattstund) af orku í formi

af duldum hita, sem er einmitt orkan sem er í lítra af vetni við 500 bör þrýsting.Hins vegar, ólíkt vetni, er hægt að geyma sílikon undir andrúmslofti

þrýstingur, sem gerir kerfið ódýrara og öruggara.

Lykillinn að kerfinu er hvernig á að breyta geymdum hita í raforku.Þegar kísill bráðnar við meira en 1000 ºC hita skín hann eins og sólin.

Þess vegna er hægt að nota ljósafrumur til að breyta geislunarhitanum í raforku.

Svokallaður varmaljósrafall er eins og smækkað ljósavél sem getur framleitt 100 sinnum meiri orku en hefðbundin sólarorkuver.

Með öðrum orðum, ef einn fermetri af sólarrafhlöðum framleiðir 200 vött, mun einn fermetri af varma ljósafhlöðum framleiða 20 kílóvött.Og ekki bara

krafturinn, en einnig er umbreytingarskilvirkni meiri.Skilvirkni varma ljósafrumna er á milli 30% og 40%, sem fer eftir hitastigi

af hitagjafanum.Aftur á móti er nýtni ljósa sólarrafhlöðu í atvinnuskyni á milli 15% og 20%.

Notkun hitauppstreymisrafala í stað hefðbundinna varmavéla forðast notkun hreyfanlegra hluta, vökva og flókinna varmaskipta.Á þennan hátt,

allt kerfið getur verið hagkvæmt, fyrirferðarlítið og hljóðlaust.

Samkvæmt rannsókninni geta duldar varma ljósafrumur geymt mikið magn af endurnýjanlegum orkuafgangi.

Alejandro Data, rannsakandi sem stýrði verkefninu, sagði: „Stór hluti þessarar raforku verður framleiddur þegar afgangur verður í vind- og vindorkuframleiðslu,

þannig að það verður selt á mjög lágu verði á raforkumarkaði.Það er mjög mikilvægt að geyma þessa umframrafmagn í mjög ódýru kerfi.Það er mjög þýðingarmikið að

geyma afgangsrafmagnið í formi hita, því það er ein ódýrasta leiðin til að geyma orku.“

2. Það er 40 sinnum ódýrara en litíumjónarafhlaða

Sérstaklega geta kísill og kísiljárn geymt orku sem kostar minna en 4 evrur á hverja kílóvattstund, sem er 100 sinnum ódýrara en núverandi fasta litíumjón.

rafhlaða.Eftir að ílátinu og einangrunarlaginu hefur verið bætt við verður heildarkostnaðurinn hærri.Hins vegar, samkvæmt rannsókninni, ef kerfið er nógu stórt, venjulega meira

en 10 megavattstundir mun það líklega ná kostnaði upp á um 10 evrur á hverja kílóvattstund, því kostnaður við varmaeinangrun verður lítill hluti af heildinni.

kostnaður við kerfið.Hins vegar er kostnaður við litíum rafhlöðu um 400 evrur á hverja kílóvattstund.

Eitt vandamál sem þetta kerfi stendur frammi fyrir er að aðeins lítill hluti af geymdum hita breytist aftur í rafmagn.Hver er skilvirkni viðskipta í þessu ferli?Hvernig á að

nota afgangs hitaorku er lykilvandamálið.

Vísindamenn teymisins telja þó að þetta séu ekki vandamál.Ef kerfið er nógu ódýrt þarf aðeins að endurheimta 30-40% af orkunni í formi

rafmagn, sem mun gera þau betri en önnur dýrari tækni, eins og litíumjónarafhlöður.

Að auki er hægt að flytja þau 60-70% sem eftir eru af hitanum sem ekki er breytt í rafmagn beint í byggingar, verksmiðjur eða borgir til að draga úr kolum og náttúrulegum

gasnotkun.

Hiti stendur fyrir meira en 50% af alþjóðlegri orkuþörf og 40% af losun koltvísýrings í heiminum.Á þennan hátt geymir vind- eða ljósaorku dulda

varma ljósafrumur geta ekki aðeins sparað mikinn kostnað heldur einnig mætt mikilli hitaþörf markaðarins með endurnýjanlegum auðlindum.

3. Áskoranir og framtíðarhorfur

Nýja hitauppstreymi ljósvaka varma geymslutækni sem hannað er af teymi Tækniháskólans í Madrid, sem notar kísilblendiefni, hefur

kostir í efniskostnaði, varmageymsluhita og orkugeymslutíma.Kísill er annað algengasta frumefnið í jarðskorpunni.Kostnaðurinn

á hvert tonn af kísilsandi er aðeins 30-50 dollarar, sem er 1/10 af bráðnu saltefninu.Að auki er hitauppstreymi hitastigsmunur á kísilsandi

agnir eru miklu hærri en í bráðnu salti og hámarks rekstrarhiti getur náð meira en 1000 ℃.Hærra rekstrarhitastig líka

hjálpar til við að bæta heildarorkunýtni ljósvarmaorkuframleiðslukerfisins.

Lið Datus er ekki það eina sem sér möguleika á varma ljósafrumum.Þeir eiga tvo öfluga keppinauta: hina virtu Massachusetts Institute of

Tækni og Kaliforníu sprotafyrirtækið Antola Energy.Hið síðarnefnda einbeitir sér að rannsóknum og þróun á stórum rafhlöðum sem notaðar eru í stóriðju (stór

neytandi jarðefnaeldsneytis), og fékk 50 milljónir Bandaríkjadala til að ljúka rannsókninni í febrúar á þessu ári.Byltingaorkusjóður Bill Gates veitti eitthvað

fjárfestingarsjóðum.

Vísindamenn við Massachusetts Institute of Technology sögðu að hitauppstreymi ljósafrumulíkansins þeirra hafi getað endurnýtt 40% af orkunni sem notuð er til að hita

innra efni frumgerð rafhlöðunnar.Þeir útskýrðu: „Þetta skapar leið fyrir hámarks skilvirkni og kostnaðarlækkun á varmaorkugeymslu,

sem gerir það mögulegt að kolefnislosa raforkukerfið.“

Verkefni Tækniháskólans í Madrid hefur ekki tekist að mæla hlutfall orku sem það getur endurheimt, en það er æðri bandarískri fyrirmynd

í einum þætti.Alejandro Data, rannsakandi sem stýrði verkefninu, útskýrði: „Til þess að ná þessari skilvirkni verður MIT verkefnið að hækka hitastigið í

2400 gráður.Rafhlaðan okkar virkar við 1200 gráður.Við þetta hitastig verður nýtingin minni en þeirra, en við erum með mun minni hitaeinangrunarvandamál.

Enda er mjög erfitt að geyma efni við 2400 gráður án þess að valda hitatapi.“

Auðvitað þarf þessi tækni enn mikla fjárfestingu áður en hún kemur inn á markaðinn.Núverandi frumgerð rannsóknarstofu hefur minna en 1 kWst af orkugeymslu

afkastagetu, en til að gera þessa tækni arðbæra þarf hún meira en 10 MWst af orkugeymslugetu.Því næsta áskorun er að auka umfang af

tæknina og prófa hagkvæmni hennar í stórum stíl.Til að ná þessu hafa vísindamenn frá Tækniháskólanum í Madrid verið að byggja upp teymi

að gera það mögulegt.