این فناوری ذخیره انرژی برنده جایزه بهترین نوآوری اتحادیه اروپا در سال 2022 شد که 40 برابر ارزان تر از باتری لیتیوم یونی است.

ذخیره انرژی حرارتی با استفاده از سیلیکون و فروسیلیس به عنوان رسانه می تواند انرژی را با هزینه کمتر از 4 یورو در هر کیلووات ساعت ذخیره کند که 100 برابر است.

ارزان تر از باتری لیتیوم یون ثابت فعلی.پس از افزودن کانتینر و لایه عایق، هزینه کل ممکن است حدود 10 یورو در هر کیلووات ساعت باشد.

که بسیار ارزانتر از باتری لیتیومی 400 یورو در هر کیلووات ساعت است.

توسعه انرژی های تجدیدپذیر، ساخت سیستم های قدرت جدید و حمایت از ذخیره انرژی مانعی است که باید بر آن غلبه کرد.

ماهیت خارج از جعبه برق و نوسانات تولید انرژی های تجدیدپذیر مانند فتوولتائیک و انرژی باد باعث عرضه و تقاضا می شود.

برق گاهی اوقات با هم مطابقت ندارد.در حال حاضر، چنین مقرراتی را می توان با تولید برق زغال سنگ و گاز طبیعی یا نیروگاه آبی برای دستیابی به ثبات تنظیم کرد

و انعطاف پذیری قدرتاما در آینده با خروج انرژی های فسیلی و افزایش انرژی های تجدیدپذیر، ذخیره سازی ارزان و کارآمد انرژی

پیکربندی کلید است.

فناوری ذخیره سازی انرژی به طور عمده به ذخیره انرژی فیزیکی، ذخیره انرژی الکتروشیمیایی، ذخیره انرژی حرارتی و ذخیره انرژی شیمیایی تقسیم می شود.

مانند ذخیره سازی انرژی مکانیکی و ذخیره سازی پمپ شده متعلق به فناوری ذخیره سازی انرژی فیزیکی است.این روش ذخیره انرژی قیمت نسبتا پایینی دارد و

راندمان تبدیل بالا است، اما پروژه نسبتا بزرگ است، با موقعیت جغرافیایی محدود شده است، و دوره ساخت نیز بسیار طولانی است.سخت است که

تنها با ذخیره سازی پمپ شده خود را با حداکثر تقاضای اصلاح انرژی تجدیدپذیر سازگار کنید.

در حال حاضر، ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی رایج است و همچنین سریع‌ترین رشد فناوری ذخیره‌سازی انرژی جدید در جهان است.انرژی الکتروشیمیایی

ذخیره سازی عمدتا بر اساس باتری های لیتیوم یون است.تا پایان سال 2021، ظرفیت تجمعی ذخیره‌سازی انرژی جدید در جهان از 25 میلیون نفر فراتر رفته است.

کیلووات که سهم بازار باتری های لیتیوم یونی به 90 درصد رسیده است.این به دلیل توسعه گسترده وسایل نقلیه الکتریکی است که یک

سناریوی کاربرد تجاری در مقیاس بزرگ برای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی مبتنی بر باتری های لیتیوم یونی

با این حال، فناوری ذخیره انرژی باتری لیتیوم یون، به عنوان نوعی باتری خودرو، مشکل بزرگی نیست، اما مشکلات زیادی در مورد آن وجود خواهد داشت.

پشتیبانی از ذخیره انرژی بلند مدت در سطح شبکهیکی مشکل ایمنی و هزینه است.اگر باتری های لیتیوم یونی در مقیاس بزرگ روی هم چیده شوند، هزینه آن چند برابر می شود.

و ایمنی ناشی از تجمع گرما نیز یک خطر بزرگ پنهان است.مورد دیگر این است که منابع لیتیوم بسیار محدود است و وسایل نقلیه الکتریکی کافی نیستند.

و نیاز به ذخیره طولانی مدت انرژی را نمی توان برآورده کرد.

چگونه می توان این مشکلات واقع بینانه و فوری را حل کرد؟اکنون بسیاری از دانشمندان بر روی فناوری ذخیره سازی انرژی حرارتی تمرکز کرده اند.پیشرفت هایی در آن ایجاد شده است

فناوری ها و تحقیقات مربوطه

در نوامبر 2022، کمیسیون اروپا پروژه برنده جایزه "جایزه رادار نوآوری اتحادیه اروپا 2022" را اعلام کرد که در آن "AMADEUS"

پروژه باتری توسعه یافته توسط تیم موسسه فناوری مادرید در اسپانیا برنده جایزه بهترین نوآوری اتحادیه اروپا در سال 2022 شد.

"آمادئوس" یک مدل باتری انقلابی است.این پروژه که هدف آن ذخیره مقدار زیادی انرژی از انرژی های تجدیدپذیر است، توسط اروپا انتخاب شد

کمیسیون به عنوان یکی از بهترین اختراعات در سال 2022.

این نوع باتری که توسط تیم دانشمند اسپانیایی طراحی شده است، انرژی اضافی تولید شده در هنگام بالا بودن انرژی خورشیدی یا باد را به شکل انرژی حرارتی ذخیره می کند.

از این گرما برای حرارت دادن یک ماده (آلیاژ سیلیکون در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است) تا دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد استفاده می شود.این سیستم حاوی یک ظرف مخصوص با

صفحه فتوولتائیک حرارتی رو به داخل است که می تواند بخشی از انرژی ذخیره شده را در زمانی که تقاضای برق زیاد است آزاد کند.

محققان از یک قیاس برای توضیح این فرآیند استفاده کردند: "مثل قرار دادن خورشید در جعبه است."طرح آنها ممکن است ذخیره انرژی را متحول کند.پتانسیل بالایی دارد

دستیابی به این هدف و تبدیل به یک عامل کلیدی در مقابله با تغییرات آب و هوایی شده است، که باعث می شود پروژه "آمادئوس" از بیش از 300 پروژه ارسال شده متمایز شود.

و برنده جایزه بهترین نوآوری اتحادیه اروپا شد.

برگزارکننده جایزه رادار نوآوری اتحادیه اروپا توضیح داد: نکته ارزشمند این است که یک سیستم ارزان را ارائه می دهد که می تواند مقدار زیادی انرژی را برای یک

مدت زمان طولانی.دارای چگالی انرژی بالا، بازده کلی بالا و استفاده از مواد کافی و کم هزینه است.این یک سیستم مدولار است که به طور گسترده استفاده می شود و می تواند ارائه دهد

گرمای تمیز و برق در صورت تقاضا.»

بنابراین، این فناوری چگونه کار می کند؟سناریوهای کاربردی آینده و چشم انداز تجاری سازی چیست؟

به بیان ساده، این سیستم از نیروی اضافی تولید شده توسط انرژی های تجدیدپذیر متناوب (مانند انرژی خورشیدی یا انرژی باد) برای ذوب فلزات ارزان استفاده می کند.

مانند سیلیکون یا فروسیلیکون، و درجه حرارت بالاتر از 1000 ℃ است.آلیاژ سیلیکون می تواند مقدار زیادی انرژی را در فرآیند همجوشی خود ذخیره کند.

این نوع انرژی "گرمای نهان" نامیده می شود.به عنوان مثال، یک لیتر سیلیکون (حدود 2.5 کیلوگرم) بیش از 1 کیلووات ساعت (1 کیلووات ساعت) انرژی را به شکل ذخیره می کند.

گرمای نهان، که دقیقاً انرژی موجود در یک لیتر هیدروژن در فشار 500 بار است.با این حال، برخلاف هیدروژن، سیلیکون را می توان در اتمسفر ذخیره کرد

فشار، که سیستم را ارزان تر و ایمن تر می کند.

کلید سیستم این است که چگونه گرمای ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل کنیم.هنگامی که سیلیکون در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد ذوب می شود، مانند خورشید می درخشد.

بنابراین می توان از سلول های فتوولتائیک برای تبدیل گرمای تابشی به انرژی الکتریکی استفاده کرد.

ژنراتور فتوولتائیک حرارتی مانند یک دستگاه فتوولتائیک مینیاتوری است که می تواند 100 برابر بیشتر از نیروگاه های خورشیدی سنتی انرژی تولید کند.

به عبارت دیگر، اگر یک متر مربع پنل خورشیدی 200 وات تولید کند، یک متر مربع پنل فتوولتائیک حرارتی 20 کیلووات تولید می کند.و نه تنها

قدرت، بلکه بازده تبدیل بالاتر است.راندمان سلول های فتوولتائیک حرارتی بین 30 تا 40 درصد است که به دما بستگی دارد.

از منبع گرمادر مقابل، راندمان پنل های خورشیدی فتوولتائیک تجاری بین 15 تا 20 درصد است.

استفاده از ژنراتورهای فتوولتائیک حرارتی به جای موتورهای حرارتی سنتی از استفاده از قطعات متحرک، سیالات و مبدل های حرارتی پیچیده جلوگیری می کند.به این ترتیب،

کل سیستم می تواند مقرون به صرفه، فشرده و بدون صدا باشد.

طبق تحقیقات، سلول‌های فتوولتائیک حرارتی نهان می‌توانند مقدار زیادی از نیروی تجدیدپذیر باقیمانده را ذخیره کنند.

الخاندرو دیتا، محققی که این پروژه را رهبری می‌کرد، گفت: بخش بزرگی از این برق زمانی تولید می‌شود که در تولید برق بادی و بادی مازاد تولید شود.

بنابراین با قیمت بسیار پایین در بازار برق به فروش می رسد.ذخیره این برق مازاد در یک سیستم بسیار ارزان بسیار مهم است.بسیار معنادار است

الکتریسیته اضافی را به صورت گرما ذخیره کنید، زیرا یکی از ارزان ترین راه های ذخیره انرژی است.

2. 40 برابر ارزان تر از باتری لیتیوم یون است

به طور خاص، سیلیکون و فروسیلیس می توانند انرژی را با هزینه کمتر از 4 یورو در هر کیلووات ساعت ذخیره کنند که 100 برابر ارزان تر از لیتیوم یون ثابت فعلی است.

باتریپس از افزودن ظرف و لایه عایق، هزینه کل بیشتر خواهد شد.با این حال، طبق مطالعه، اگر سیستم به اندازه کافی بزرگ باشد، معمولاً بیشتر است

بیش از 10 مگاوات ساعت، احتمالاً به قیمت حدود 10 یورو در هر کیلووات ساعت خواهد رسید، زیرا هزینه عایق حرارتی بخش کوچکی از کل خواهد بود.

هزینه سیستمبا این حال، هزینه باتری لیتیومی حدود 400 یورو در هر کیلووات ساعت است.

یکی از مشکلاتی که این سیستم با آن مواجه است این است که تنها بخش کوچکی از گرمای ذخیره شده به برق تبدیل می شود.بازده تبدیل در این فرآیند چقدر است؟چگونه

استفاده از انرژی گرمایی باقی مانده مشکل اصلی است.

با این حال، محققان این تیم معتقدند که اینها مشکلی نیستند.اگر سیستم به اندازه کافی ارزان باشد، تنها 30-40٪ از انرژی باید به شکل بازیابی شود

الکتریسیته، که آنها را نسبت به سایر فناوری‌های گران‌تر مانند باتری‌های لیتیوم یون برتری می‌دهد.

علاوه بر این، 60-70 درصد باقیمانده گرمای تبدیل نشده به برق می تواند مستقیماً به ساختمان ها، کارخانه ها یا شهرها منتقل شود تا ذغال سنگ و طبیعی کاهش یابد.

مصرف گاز

گرما بیش از 50 درصد تقاضای جهانی انرژی و 40 درصد از انتشار دی اکسید کربن جهانی را تشکیل می دهد.به این ترتیب انرژی باد یا فتوولتائیک به صورت نهفته ذخیره می شود

سلول های فتوولتائیک حرارتی نه تنها می توانند در هزینه های زیادی صرفه جویی کنند، بلکه می توانند تقاضای گرمای عظیم بازار را از طریق منابع تجدید پذیر تامین کنند.

3. چالش ها و چشم اندازهای آینده

فناوری جدید ذخیره سازی حرارتی فتوولتائیک حرارتی طراحی شده توسط تیم دانشگاه فناوری مادرید که از مواد آلیاژی سیلیکون استفاده می کند.

مزایای در هزینه مواد، دمای ذخیره سازی حرارتی و زمان ذخیره انرژی.سیلیکون دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است.هزینه

هر تن شن و ماسه سیلیس فقط 30-50 دلار است که 1/10 از مواد نمک مذاب است.علاوه بر این، تفاوت دمای ذخیره سازی حرارتی شن و ماسه سیلیس

ذرات بسیار بالاتر از نمک مذاب است و حداکثر دمای عملیاتی می تواند به بیش از 1000 ℃ برسد.دمای عملیاتی بالاتر نیز

به بهبود بازده انرژی کلی سیستم تولید برق فتوترمال کمک می کند.

تیم Datus تنها کسی نیست که پتانسیل سلول های فتوولتائیک حرارتی را می بیند.آنها دو رقیب قدرتمند دارند: موسسه معتبر ماساچوست

فناوری و استارت آپ کالیفرنیایی Antola Energy.مورد دوم بر تحقیق و توسعه باتری های بزرگ مورد استفاده در صنایع سنگین متمرکز است

مصرف کننده سوخت فسیلی) و 50 میلیون دلار آمریکا برای تکمیل تحقیقات در فوریه امسال به دست آورد.صندوق پیشرفت انرژی بیل گیتس مقداری را فراهم کرد

صندوق های سرمایه گذاری.

محققان موسسه فناوری ماساچوست گفتند که مدل سلول فتوولتائیک حرارتی آنها قادر به استفاده مجدد از 40 درصد انرژی مورد استفاده برای گرمایش است.

مواد داخلی باتری نمونه اولیهآنها توضیح دادند: "این مسیری را برای حداکثر بهره وری و کاهش هزینه ذخیره انرژی حرارتی ایجاد می کند.

کربن زدایی شبکه برق را ممکن می کند.»

پروژه موسسه فناوری مادرید نتوانسته است درصد انرژی را که می تواند بازیابی کند اندازه گیری کند، اما نسبت به مدل آمریکایی برتری دارد.

در یک جنبهآلخاندرو دیتا، محققی که این پروژه را رهبری کرد، توضیح داد: «برای دستیابی به این کارایی، پروژه MIT باید دما را تا

2400 درجه.باتری ما در 1200 درجه کار می کند.در این دما راندمان کمتر از آنها خواهد بود اما مشکلات عایق حرارتی بسیار کمتری داریم.

از این گذشته، نگهداری مواد در دمای 2400 درجه بدون ایجاد اتلاف حرارت بسیار دشوار است.

البته این فناوری هنوز قبل از ورود به بازار نیاز به سرمایه گذاری زیادی دارد.نمونه اولیه آزمایشگاهی فعلی کمتر از 1 کیلووات ساعت ذخیره انرژی دارد

ظرفیت، اما برای سودآوری این فناوری به بیش از 10 مگاوات ساعت ظرفیت ذخیره انرژی نیاز دارد.بنابراین، چالش بعدی گسترش مقیاس است

فناوری و امکان سنجی آن را در مقیاس بزرگ آزمایش کنید.برای دستیابی به این هدف، محققان موسسه فناوری مادرید در حال ساخت تیم هایی هستند

تا امکان پذیر شود.