Aquesta tecnologia d'emmagatzematge d'energia va guanyar el premi a la millor innovació de la UE 2022, 40 vegades més barata que la bateria d'ions de liti

L'emmagatzematge d'energia tèrmica utilitzant silici i ferrosilici com a mitjà pot emmagatzemar energia a un cost inferior a 4 euros per quilowatt-hora, que és 100 vegades.

més barata que la bateria fixa d'ió de liti actual.Després d'afegir el contenidor i la capa d'aïllament, el cost total pot ser d'uns 10 euros per quilowatt-hora,

que és molt més barata que la bateria de liti de 400 euros el quilowatt-hora.

Desenvolupar energies renovables, construir nous sistemes elèctrics i donar suport a l'emmagatzematge d'energia són una barrera que cal superar.

La naturalesa nova de l'electricitat i la volatilitat de la generació d'energies renovables com l'energia fotovoltaica i eòlica fan que l'oferta i la demanda

de l'electricitat de vegades no coincideix.Actualment, aquesta regulació es pot ajustar mitjançant la generació d'energia de carbó i gas natural o energia hidràulica per aconseguir l'estabilitat

i flexibilitat de potència.Però en el futur, amb la retirada de l'energia fòssil i l'augment de les energies renovables, l'emmagatzematge d'energia barat i eficient

la configuració és la clau.

La tecnologia d'emmagatzematge d'energia es divideix principalment en emmagatzematge d'energia física, emmagatzematge d'energia electroquímica, emmagatzematge d'energia tèrmica i emmagatzematge d'energia química.

Com ara l'emmagatzematge d'energia mecànica i l'emmagatzematge per bombeig pertanyen a la tecnologia d'emmagatzematge d'energia física.Aquest mètode d'emmagatzematge d'energia té un preu relativament baix i

alta eficiència de conversió, però el projecte és relativament gran, limitat per la ubicació geogràfica i el període de construcció també és molt llarg.És difícil

adaptar-se a la demanda màxima d'afaitar d'energia renovable només mitjançant l'emmagatzematge per bombeig.

Actualment, l'emmagatzematge d'energia electroquímica és popular i també és la nova tecnologia d'emmagatzematge d'energia que creix més ràpidament al món.Energia electroquímica

L'emmagatzematge es basa principalment en bateries d'ions de liti.A finals de 2021, la capacitat instal·lada acumulada de nou emmagatzematge d'energia al món ha superat els 25 milions.

quilowatts, dels quals la quota de mercat de les bateries d'ions de liti ha arribat al 90%.Això es deu al desenvolupament a gran escala dels vehicles elèctrics, que proporciona a

escenari d'aplicació comercial a gran escala per a l'emmagatzematge d'energia electroquímica basat en bateries d'ions de liti.

Tanmateix, la tecnologia d'emmagatzematge d'energia de la bateria d'ions de liti, com una mena de bateria d'automòbil, no és un gran problema, però hi haurà molts problemes quan es tracta de

donar suport a l'emmagatzematge d'energia a llarg termini a nivell de xarxa.Un és el problema de la seguretat i el cost.Si les bateries de ions de liti s'apilen a gran escala, el cost es multiplicarà,

i la seguretat causada per l'acumulació de calor també és un gran perill ocult.L'altre és que els recursos de liti són molt limitats, i els vehicles elèctrics no són suficients,

i la necessitat d'emmagatzemar energia a llarg termini no es pot satisfer.

Com resoldre aquests problemes realistes i urgents?Ara molts científics s'han centrat en la tecnologia d'emmagatzematge d'energia tèrmica.S'han fet avenços

tecnologies i investigacions rellevants.

El novembre de 2022, la Comissió Europea va anunciar el projecte guardonat del "EU 2022 Innovation Radar Award", en què el "AMADEUS"

El projecte de bateria desenvolupat per l'equip de l'Institut Tecnològic de Madrid a Espanya va guanyar el Premi a la Millor Innovació de la UE l'any 2022.

"Amadeus" és un model de bateria revolucionari.Aquest projecte, que pretén emmagatzemar una gran quantitat d'energia procedent d'energies renovables, va ser seleccionat per l'europeu

Comissió com un dels millors invents del 2022.

Aquest tipus de bateries dissenyades per l'equip científic espanyol emmagatzema l'excés d'energia generada quan l'energia solar o eòlica és alta en forma d'energia tèrmica.

Aquesta calor s'utilitza per escalfar un material (en aquest projecte s'estudia l'aliatge de silici) a més de 1000 graus centígrads.El sistema conté un contenidor especial amb el

Placa fotovoltaica tèrmica cap a dins, que pot alliberar part de l'energia emmagatzemada quan la demanda d'energia és alta.

Els investigadors van utilitzar una analogia per explicar el procés: "És com posar el sol en una caixa".El seu pla pot revolucionar l'emmagatzematge d'energia.Té un gran potencial

aconseguir aquest objectiu i s'ha convertit en un factor clau per fer front al canvi climàtic, fet que fa que el projecte “Amadeus” destaqui entre els més de 300 projectes presentats

i va guanyar el premi a la millor innovació de la UE.

L'organitzador de l'EU Innovation Radar Award va explicar: "El punt valuós és que proporciona un sistema barat que pot emmagatzemar una gran quantitat d'energia per a un

llarg temps.Té una alta densitat d'energia, una alta eficiència global i utilitza materials suficients i de baix cost.Es tracta d'un sistema modular, molt utilitzat i que pot proporcionar

calor i electricitat netes sota demanda”.

Aleshores, com funciona aquesta tecnologia?Quins són els futurs escenaris d'aplicació i perspectives de comercialització?

En poques paraules, aquest sistema utilitza l'excés d'energia generada per les energies renovables intermitents (com l'energia solar o eòlica) per fondre metalls barats,

com ara silici o ferrosilici, i la temperatura és superior a 1000 ℃.L'aliatge de silici pot emmagatzemar una gran quantitat d'energia en el seu procés de fusió.

Aquest tipus d'energia s'anomena "calor latent".Per exemple, un litre de silici (uns 2,5 kg) emmagatzema més d'1 quilowatt-hora (1 quilowatt-hora) d'energia en forma

de calor latent, que és exactament l'energia continguda en un litre d'hidrogen a 500 bar de pressió.Tanmateix, a diferència de l'hidrogen, el silici es pot emmagatzemar sota l'atmosfera

pressió, que fa que el sistema sigui més barat i segur.

La clau del sistema és com convertir la calor emmagatzemada en energia elèctrica.Quan el silici es fon a una temperatura de més de 1000 º C, brilla com el sol.

Per tant, les cèl·lules fotovoltaiques es poden utilitzar per convertir la calor radiant en energia elèctrica.

L'anomenat generador fotovoltaic tèrmic és com un dispositiu fotovoltaic en miniatura, que pot generar 100 vegades més energia que les centrals solars tradicionals.

En altres paraules, si un metre quadrat de plaques solars produeix 200 watts, un metre quadrat de plaques fotovoltaiques tèrmiques produirà 20 quilowatts.I no només

la potència, però també l'eficiència de conversió és més alta.L'eficiència de les cèl·lules fotovoltaiques tèrmiques està entre el 30% i el 40%, que depèn de la temperatura.

de la font de calor.En canvi, l'eficiència de les plaques solars fotovoltaiques comercials se situa entre el 15% i el 20%.

L'ús de generadors fotovoltaics tèrmics en comptes dels motors tèrmics tradicionals evita l'ús de peces mòbils, fluids i intercanviadors de calor complexos.Per aquest camí,

tot el sistema pot ser econòmic, compacte i silenciós.

Segons la investigació, les cèl·lules fotovoltaiques tèrmiques latents poden emmagatzemar una gran quantitat d'energia renovable residual.

Alejandro Data, investigador que va dirigir el projecte, va dir: “Una gran part d'aquesta electricitat es generarà quan hi hagi excedents en la generació d'energia eòlica i eòlica.

així que es vendrà a un preu molt baix al mercat elèctric.És molt important emmagatzemar aquests excedents d'electricitat en un sistema molt econòmic.És molt significatiu

emmagatzemar l'electricitat sobrant en forma de calor, perquè és una de les maneres més barates d'emmagatzemar energia".

2. És 40 vegades més barata que la bateria de ions de liti

En concret, el silici i el ferrosilici poden emmagatzemar energia a un cost inferior a 4 euros per quilowatt-hora, que és 100 vegades més barat que l'actual fix d'ions de liti.

bateria.Després d'afegir el contenidor i la capa d'aïllament, el cost total serà més elevat.No obstant això, segons l'estudi, si el sistema és prou gran, normalment més

superior a 10 megawatts hora, probablement arribarà al cost d'uns 10 euros per quilowatt hora, perquè el cost de l'aïllament tèrmic serà una petita part del total

cost del sistema.No obstant això, el cost de la bateria de liti és d'uns 400 euros per quilowatt-hora.

Un problema al qual s'enfronta aquest sistema és que només una petita part de la calor emmagatzemada es torna a convertir en electricitat.Quina és l'eficiència de conversió en aquest procés?Com

utilitzar l'energia tèrmica restant és el problema clau.

Tanmateix, els investigadors de l'equip creuen que no són problemes.Si el sistema és prou barat, només cal recuperar el 30-40% de l'energia en forma de

electricitat, que els farà superiors a altres tecnologies més cares, com les bateries d'ions de liti.

A més, el 60-70% restant de la calor no convertida en electricitat es pot transferir directament a edificis, fàbriques o ciutats per reduir el carbó i el carbó natural.

consum de gas.

La calor representa més del 50% de la demanda mundial d'energia i el 40% de les emissions mundials de diòxid de carboni.D'aquesta manera, emmagatzema l'energia eòlica o fotovoltaica en estat latent

Les cèl·lules fotovoltaiques tèrmiques no només poden estalviar molts costos, sinó que també poden satisfer l'enorme demanda de calor del mercat mitjançant recursos renovables.

3. Reptes i perspectives de futur

La nova tecnologia d'emmagatzematge tèrmic fotovoltaic tèrmic dissenyada per l'equip de la Universitat Politècnica de Madrid, que utilitza materials d'aliatge de silici, ha

avantatges en el cost del material, la temperatura d'emmagatzematge tèrmic i el temps d'emmagatzematge d'energia.El silici és el segon element més abundant a l'escorça terrestre.El cost

per tona de sorra de sílice només és de 30-50 dòlars, que és 1/10 del material de sal fosa.A més, la diferència de temperatura d'emmagatzematge tèrmic de la sorra de sílice

partícules és molt superior a la de la sal fosa i la temperatura màxima de funcionament pot arribar a més de 1000 ℃.També una temperatura de funcionament més alta

ajuda a millorar l'eficiència energètica global del sistema de generació d'energia fototèrmica.

L'equip de Datus no és l'únic que veu el potencial de les cèl·lules fotovoltaiques tèrmiques.Tenen dos poderosos rivals: el prestigiós Massachusetts Institute of

Technology i la start-up californiana Antola Energy.Aquest últim se centra en la investigació i desenvolupament de grans bateries utilitzades en la indústria pesant (una gran

consumidor de combustibles fòssils) i va obtenir 50 milions de dòlars per completar la investigació el febrer d'aquest any.El Breakthrough Energy Fund de Bill Gates en va proporcionar alguns

fons d'inversió.

Investigadors de l'Institut Tecnològic de Massachusetts van dir que el seu model de cèl·lules fotovoltaiques tèrmiques ha estat capaç de reutilitzar el 40% de l'energia utilitzada per escalfar

els materials interns de la bateria prototip.Van explicar: "Això crea un camí per a la màxima eficiència i reducció de costos de l'emmagatzematge d'energia tèrmica,

fent possible descarbonitzar la xarxa elèctrica".

El projecte de l'Institut Tecnològic de Madrid no ha pogut mesurar el percentatge d'energia que pot recuperar, però és superior al model americà

en un aspecte.Alejandro Data, l'investigador que va liderar el projecte, va explicar: “Per aconseguir aquesta eficiència, el projecte del MIT ha d'elevar la temperatura a

2400 graus.La nostra bateria funciona a 1200 graus.A aquesta temperatura, l'eficiència serà inferior a la seva, però tenim molts menys problemes d'aïllament tèrmic.

Al cap i a la fi, és molt difícil emmagatzemar materials a 2400 graus sense causar pèrdues de calor".

Per descomptat, aquesta tecnologia encara necessita molta inversió abans d'entrar al mercat.El prototip actual de laboratori té menys d'1 kWh d'emmagatzematge d'energia

de capacitat, però per fer rendible aquesta tecnologia, necessita més de 10 MWh de capacitat d'emmagatzematge d'energia.Per tant, el següent repte és ampliar l'escala de

la tecnologia i provar-ne la viabilitat a gran escala.Per aconseguir-ho, investigadors de l'Institut Tecnològic de Madrid han anat construint equips

per fer-ho possible.