Questa tecnologia di accumulo di energia ha vinto l'EU Best Innovation Award 2022, 40 volte più economica della batteria agli ioni di litio

Lo stoccaggio di energia termica utilizzando silicio e ferrosilicio come mezzo può immagazzinare energia a un costo inferiore a 4 euro per chilowattora, ovvero 100 volte

più economico dell'attuale batteria fissa agli ioni di litio.Dopo aver aggiunto il contenitore e lo strato isolante, il costo totale può essere di circa 10 euro per chilowattora,

che costa molto meno della batteria al litio da 400 euro al chilowattora.

Lo sviluppo di energie rinnovabili, la costruzione di nuovi sistemi energetici e il sostegno allo stoccaggio dell'energia sono una barriera che deve essere superata.

La natura fuori dagli schemi dell'elettricità e la volatilità della generazione di energia rinnovabile come il fotovoltaico e l'eolico rendono la domanda e l'offerta

di elettricità a volte non corrispondenti.Allo stato attuale, tale regolazione può essere regolata dalla produzione di energia da carbone e gas naturale o idroelettrica per raggiungere la stabilità

e la flessibilità del potere.Ma in futuro, con il ritiro dell'energia fossile e l'aumento delle energie rinnovabili, lo stoccaggio di energia economico ed efficiente

la configurazione è la chiave.

La tecnologia di accumulo di energia è principalmente suddivisa in accumulo di energia fisica, accumulo di energia elettrochimica, accumulo di energia termica e accumulo di energia chimica.

Come l'accumulo di energia meccanica e l'accumulo con pompaggio appartengono alla tecnologia di accumulo di energia fisica.Questo metodo di accumulo di energia ha un prezzo relativamente basso e

alta efficienza di conversione, ma il progetto è relativamente grande, vincolato dalla posizione geografica e anche il periodo di costruzione è molto lungo.È difficile

adattarsi alla domanda di picco di riduzione della potenza di energia rinnovabile solo mediante accumulo di pompaggio.

Al momento, l'accumulo di energia elettrochimica è popolare ed è anche la nuova tecnologia di accumulo di energia in più rapida crescita al mondo.Energia elettrochimica

lo stoccaggio si basa principalmente su batterie agli ioni di litio.Entro la fine del 2021, la capacità installata cumulativa di nuovi accumuli di energia nel mondo ha superato i 25 milioni

kilowatt, di cui la quota di mercato delle batterie agli ioni di litio ha raggiunto il 90%.Ciò è dovuto allo sviluppo su larga scala dei veicoli elettrici, che fornisce a

scenario di applicazione commerciale su larga scala per lo stoccaggio di energia elettrochimica basato su batterie agli ioni di litio.

Tuttavia, la tecnologia di accumulo dell'energia della batteria agli ioni di litio, come una sorta di batteria per automobili, non è un grosso problema, ma ci saranno molti problemi quando si tratta di

sostenere lo stoccaggio di energia a lungo termine a livello di rete.Uno è il problema della sicurezza e dei costi.Se le batterie agli ioni di litio vengono impilate su larga scala, il costo si moltiplicherà,

e anche la sicurezza causata dall'accumulo di calore è un enorme pericolo nascosto.L'altro è che le risorse di litio sono molto limitate e i veicoli elettrici non sono sufficienti,

e la necessità di stoccaggio di energia a lungo termine non può essere soddisfatta.

Come risolvere questi problemi realistici e urgenti?Ora molti scienziati si sono concentrati sulla tecnologia di accumulo di energia termica.Sono state fatte scoperte

tecnologie e ricerche pertinenti.

Nel novembre 2022, la Commissione Europea ha annunciato il progetto vincitore del “EU 2022 Innovation Radar Award”, in cui “AMADEUS”

Il progetto di batteria sviluppato dal team dell'Istituto di tecnologia di Madrid in Spagna ha vinto l'EU Best Innovation Award nel 2022.

“Amadeus” è un rivoluzionario modello a batteria.Questo progetto, che mira a immagazzinare una grande quantità di energia da fonti rinnovabili, è stato selezionato dall'European

Commissione come una delle migliori invenzioni del 2022.

Questo tipo di batteria progettata dal team di scienziati spagnoli immagazzina l'energia in eccesso generata quando l'energia solare o eolica è elevata sotto forma di energia termica.

Questo calore viene utilizzato per riscaldare un materiale (la lega di silicio è studiata in questo progetto) a più di 1000 gradi Celsius.Il sistema contiene un contenitore speciale con il

lastra termica fotovoltaica rivolta verso l'interno, in grado di rilasciare parte dell'energia accumulata quando la richiesta di potenza è elevata.

I ricercatori hanno usato un'analogia per spiegare il processo: "È come mettere il sole in una scatola".Il loro piano potrebbe rivoluzionare lo stoccaggio dell'energia.Ha un grande potenziale per

raggiungere questo obiettivo ed è diventato un fattore chiave per affrontare il cambiamento climatico, che distingue il progetto “Amadeus” da oltre 300 progetti presentati

e ha vinto l'EU Best Innovation Award.

L'organizzatore dell'EU Innovation Radar Award ha spiegato: "Il punto importante è che fornisce un sistema economico in grado di immagazzinare una grande quantità di energia per un

a lungo.Ha un'elevata densità di energia, un'elevata efficienza complessiva e utilizza materiali sufficienti ea basso costo.È un sistema modulare, ampiamente utilizzato e in grado di fornire

calore pulito ed elettricità su richiesta.”

Quindi, come funziona questa tecnologia?Quali sono gli scenari applicativi futuri e le prospettive di commercializzazione?

Per dirla semplicemente, questo sistema utilizza l'energia in eccesso generata da energia rinnovabile intermittente (come l'energia solare o l'energia eolica) per fondere metalli economici,

come silicio o ferrosilicio e la temperatura è superiore a 1000 ℃.La lega di silicio può immagazzinare una grande quantità di energia nel suo processo di fusione.

Questo tipo di energia è chiamato "calore latente".Ad esempio, un litro di silicio (circa 2,5 kg) immagazzina più di 1 chilowattora (1 chilowattora) di energia sotto forma

di calore latente, che è esattamente l'energia contenuta in un litro di idrogeno a 500 bar di pressione.Tuttavia, a differenza dell'idrogeno, il silicio può essere immagazzinato in condizioni atmosferiche

pressione, che rende il sistema più economico e sicuro.

La chiave del sistema è come convertire il calore accumulato in energia elettrica.Quando il silicio si scioglie a una temperatura superiore a 1000 º C, brilla come il sole.

Pertanto, le celle fotovoltaiche possono essere utilizzate per convertire il calore radiante in energia elettrica.

Il cosiddetto generatore fotovoltaico termico è come un dispositivo fotovoltaico in miniatura, in grado di generare 100 volte più energia rispetto alle tradizionali centrali solari.

In altre parole, se un metro quadrato di pannelli solari produce 200 watt, un metro quadrato di pannelli fotovoltaici termici produrrà 20 kilowatt.E non solo

la potenza, ma anche l'efficienza di conversione è maggiore.L'efficienza delle celle fotovoltaiche termiche è compresa tra il 30% e il 40%, che dipende dalla temperatura

della fonte di calore.Al contrario, l'efficienza dei pannelli solari fotovoltaici commerciali è compresa tra il 15% e il 20%.

L'utilizzo di generatori termici fotovoltaici al posto dei tradizionali motori termici evita l'utilizzo di parti in movimento, fluidi e complessi scambiatori di calore.In questo modo,

l'intero sistema può essere economico, compatto e silenzioso.

Secondo la ricerca, le celle fotovoltaiche termiche latenti possono immagazzinare una grande quantità di energia rinnovabile residua.

Alejandro Data, un ricercatore che ha guidato il progetto, ha dichiarato: “Gran parte di questa elettricità sarà generata quando ci sarà un surplus nella generazione di energia eolica e eolica,

quindi sarà venduto a un prezzo molto basso nel mercato elettrico.È molto importante immagazzinare l'elettricità in eccesso in un sistema molto economico.È molto significativo

immagazzinare l'elettricità in eccesso sotto forma di calore, perché è uno dei modi più economici per immagazzinare energia.

2. È 40 volte più economico della batteria agli ioni di litio

In particolare, silicio e ferrosilicio possono immagazzinare energia a un costo inferiore a 4 euro per chilowattora, che è 100 volte più economico dell'attuale fisso agli ioni di litio

batteria.Dopo aver aggiunto il contenitore e lo strato isolante, il costo totale sarà più alto.Tuttavia, secondo lo studio, se il sistema è abbastanza grande, di solito di più

di 10 megawattora, probabilmente raggiungerà il costo di circa 10 euro per chilowattora, perché il costo dell'isolamento termico sarà una piccola parte del totale

costo del sistema.Tuttavia, il costo della batteria al litio è di circa 400 euro per chilowattora.

Un problema che questo sistema deve affrontare è che solo una piccola parte del calore immagazzinato viene riconvertito in elettricità.Qual è l'efficienza di conversione in questo processo?Come

utilizzare l'energia termica residua è il problema chiave.

Tuttavia, i ricercatori del team ritengono che questi non siano problemi.Se il sistema è abbastanza economico, solo il 30-40% dell'energia deve essere recuperato sotto forma di

elettricità, che li renderà superiori ad altre tecnologie più costose, come le batterie agli ioni di litio.

Inoltre, il restante 60-70% del calore non convertito in elettricità può essere trasferito direttamente a edifici, fabbriche o città per ridurre carbone e risorse naturali

consumo di gas.

Il calore rappresenta oltre il 50% della domanda globale di energia e il 40% delle emissioni globali di anidride carbonica.In questo modo si immagazzina l'energia eolica o fotovoltaica latente

le celle fotovoltaiche termiche possono non solo far risparmiare molti costi, ma anche soddisfare l'enorme domanda di calore del mercato attraverso risorse rinnovabili.

3. Sfide e prospettive future

La nuova tecnologia di accumulo termico fotovoltaico termico progettata dal team dell'Università di Tecnologia di Madrid, che utilizza materiali in lega di silicio, ha

vantaggi in termini di costo del materiale, temperatura di accumulo termico e tempo di accumulo dell'energia.Il silicio è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre.Il costo

per tonnellata di sabbia silicea è solo 30-50 dollari, che è 1/10 del materiale salino fuso.Inoltre, la differenza di temperatura di accumulo termico della sabbia silicea

le particelle sono molto più alte di quelle del sale fuso e la temperatura massima di esercizio può raggiungere più di 1000 ℃.Anche temperature di esercizio più elevate

contribuisce a migliorare l'efficienza energetica complessiva del sistema di generazione di energia fototermica.

Il team di Datus non è l'unico a vedere il potenziale delle celle fotovoltaiche termiche.Hanno due potenti rivali: il prestigioso Massachusetts Institute of

Technology e la start-up californiana Antola Energy.Quest'ultimo si concentra sulla ricerca e lo sviluppo di batterie di grandi dimensioni utilizzate nell'industria pesante (una grande

consumatore di combustibili fossili) e ha ottenuto 50 milioni di dollari per completare la ricerca nel febbraio di quest'anno.Il Breakthrough Energy Fund di Bill Gates ne ha forniti alcuni

fondi di investimento.

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno affermato che il loro modello di celle fotovoltaiche termiche è stato in grado di riutilizzare il 40% dell'energia utilizzata per riscaldare

i materiali interni della batteria prototipo.Hanno spiegato: “Questo crea un percorso per la massima efficienza e riduzione dei costi di accumulo di energia termica,

rendendo possibile la decarbonizzazione della rete elettrica”.

Il progetto del Madrid Institute of Technology non è stato in grado di misurare la percentuale di energia che può recuperare, ma è superiore al modello americano

sotto un aspetto.Alejandro Data, il ricercatore che ha guidato il progetto, ha spiegato: “Per raggiungere questa efficienza, il progetto del MIT deve alzare la temperatura a

2400 gradi.La nostra batteria funziona a 1200 gradi.A questa temperatura l'efficienza sarà inferiore alla loro, ma abbiamo molti meno problemi di isolamento termico.

Dopotutto, è molto difficile conservare i materiali a 2400 gradi senza causare dispersioni di calore”.

Naturalmente, questa tecnologia richiede ancora molti investimenti prima di entrare nel mercato.L'attuale prototipo di laboratorio ha meno di 1 kWh di accumulo di energia

capacità, ma per rendere redditizia questa tecnologia, ha bisogno di più di 10 MWh di capacità di accumulo di energia.Pertanto, la prossima sfida è quella di espandere la scala di

la tecnologia e testarne la fattibilità su larga scala.Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori dell'Istituto di tecnologia di Madrid hanno creato dei team

per renderlo possibile.