فازت تقنية تخزين الطاقة هذه بجائزة الاتحاد الأوروبي لأفضل ابتكار لعام 2022، وهي أرخص بـ 40 مرة من بطارية الليثيوم أيون

تخزين الطاقة الحرارية باستخدام السيليكون والفيروسيليكون حيث يمكن للوسط تخزين الطاقة بتكلفة أقل من 4 يورو لكل كيلووات/ساعة، أي 100 مرة

أرخص من بطارية الليثيوم أيون الثابتة الحالية.بعد إضافة الحاوية وطبقة العزل قد تصل التكلفة الإجمالية حوالي 10 يورو لكل كيلووات/ساعة،

وهي أرخص بكثير من بطارية الليثيوم التي تبلغ 400 يورو لكل كيلووات في الساعة.

إن تطوير الطاقة المتجددة وبناء أنظمة طاقة جديدة ودعم تخزين الطاقة يشكل عائقًا يجب التغلب عليه.

إن الطبيعة غير التقليدية للكهرباء وتقلب توليد الطاقة المتجددة مثل الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح تجعل العرض والطلب

الكهرباء غير متطابقة في بعض الأحيان.في الوقت الحاضر، يمكن تعديل هذا التنظيم عن طريق توليد الطاقة بالفحم والغاز الطبيعي أو الطاقة الكهرومائية لتحقيق الاستقرار

ومرونة القوة.ولكن في المستقبل، مع انسحاب الطاقة الأحفورية وزيادة الطاقة المتجددة، سيتم تخزين الطاقة الرخيصة والفعالة

التكوين هو المفتاح.

تنقسم تكنولوجيا تخزين الطاقة بشكل أساسي إلى تخزين الطاقة الفيزيائية وتخزين الطاقة الكهروكيميائية وتخزين الطاقة الحرارية وتخزين الطاقة الكيميائية.

مثل تخزين الطاقة الميكانيكية والتخزين بالضخ تنتمي إلى تكنولوجيا تخزين الطاقة الفيزيائية.تتميز طريقة تخزين الطاقة هذه بسعر منخفض نسبيًا و

كفاءة تحويل عالية، لكن المشروع كبير نسبيًا، ومقيد بالموقع الجغرافي، كما أن فترة البناء طويلة جدًا أيضًا.من الصعب ان

التكيف مع ذروة الطلب على الحلاقة من طاقة الطاقة المتجددة فقط عن طريق التخزين بالضخ.

في الوقت الحاضر، يحظى تخزين الطاقة الكهروكيميائية بشعبية كبيرة، وهو أيضًا أسرع تقنيات تخزين الطاقة الجديدة نموًا في العالم.الطاقة الكهروكيميائية

يعتمد التخزين بشكل أساسي على بطاريات الليثيوم أيون.بحلول نهاية عام 2021، تجاوزت القدرة المركبة التراكمية لتخزين الطاقة الجديدة في العالم 25 مليونًا

كيلووات، والتي وصلت حصة سوق بطاريات الليثيوم أيون منها إلى 90%.ويرجع ذلك إلى التطور واسع النطاق للسيارات الكهربائية، والتي توفر أ

سيناريو التطبيق التجاري واسع النطاق لتخزين الطاقة الكهروكيميائية على أساس بطاريات الليثيوم أيون.

ومع ذلك، فإن تكنولوجيا تخزين طاقة بطاريات الليثيوم أيون، كنوع من بطاريات السيارات، لا تمثل مشكلة كبيرة، ولكن سيكون هناك العديد من المشكلات عندما يتعلق الأمر

دعم تخزين الطاقة على المدى الطويل على مستوى الشبكة.إحداها هي مشكلة السلامة والتكلفة.إذا تم تكديس بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع، فسوف تتضاعف التكلفة،

والسلامة الناجمة عن تراكم الحرارة تشكل أيضًا خطرًا خفيًا كبيرًا.والآخر هو أن موارد الليثيوم محدودة للغاية، والمركبات الكهربائية ليست كافية،

ولا يمكن تلبية الحاجة إلى تخزين الطاقة على المدى الطويل.

كيفية حل هذه المشاكل الواقعية والعاجلة؟الآن ركز العديد من العلماء على تكنولوجيا تخزين الطاقة الحرارية.لقد تم تحقيق اختراقات في

التقنيات والأبحاث ذات الصلة.

وفي نوفمبر 2022، أعلنت المفوضية الأوروبية عن المشروع الحائز على جائزة “EU 2022 Innovation Radar Award”، والذي شاركت فيه “AMADEUS”

فاز مشروع البطاريات الذي طوره فريق معهد مدريد للتكنولوجيا في إسبانيا بجائزة الاتحاد الأوروبي لأفضل ابتكار في عام 2022.

"أماديوس" هو نموذج بطارية ثوري.وقد تم اختيار هذا المشروع، الذي يهدف إلى تخزين كمية كبيرة من الطاقة من الطاقة المتجددة، من قبل الأوروبيين

اللجنة كأحد أفضل الاختراعات في عام 2022.

يقوم هذا النوع من البطاريات التي صممها فريق العلماء الإسباني بتخزين الطاقة الزائدة المتولدة عندما تكون الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح عالية على شكل طاقة حرارية.

تُستخدم هذه الحرارة لتسخين مادة (تمت دراسة سبائك السيليكون في هذا المشروع) إلى أكثر من 1000 درجة مئوية.يحتوي النظام على حاوية خاصة بها

لوحة كهروضوئية حرارية تواجه الداخل، والتي يمكن أن تطلق جزءًا من الطاقة المخزنة عندما يكون الطلب على الطاقة مرتفعًا.

استخدم الباحثون تشبيهًا لشرح العملية: "إنها مثل وضع الشمس في صندوق".قد تُحدث خطتهم ثورة في تخزين الطاقة.لديها إمكانات كبيرة ل

حقق هذا الهدف وأصبح عاملا أساسيا في معالجة تغير المناخ، وهو ما يجعل مشروع "أماديوس" يبرز من بين أكثر من 300 مشروع مقدم

وحصل على جائزة الاتحاد الأوروبي لأفضل ابتكار.

وأوضح منظم جائزة رادار الاتحاد الأوروبي للابتكار: "النقطة القيمة هي أنها توفر نظامًا رخيصًا يمكنه تخزين كمية كبيرة من الطاقة لمدة

منذ وقت طويل.تتميز بكثافة طاقة عالية وكفاءة إجمالية عالية وتستخدم مواد كافية ومنخفضة التكلفة.إنه نظام معياري، يستخدم على نطاق واسع، ويمكن أن يوفر

الحرارة النظيفة والكهرباء عند الطلب.

إذًا، كيف تعمل هذه التكنولوجيا؟ما هي سيناريوهات التطبيق المستقبلية وآفاق التسويق؟

وبكل بساطة، يستخدم هذا النظام الطاقة الفائضة الناتجة عن الطاقة المتجددة المتقطعة (مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح) لصهر المعادن الرخيصة،

مثل السيليكون أو الفيروسيليكون، ودرجة الحرارة أعلى من 1000 درجة مئوية.يمكن لسبائك السيليكون تخزين كمية كبيرة من الطاقة في عملية الاندماج.

ويسمى هذا النوع من الطاقة "بالحرارة الكامنة".على سبيل المثال، يخزن لتر من السيليكون (حوالي 2.5 كجم) أكثر من 1 كيلووات/ساعة (1 كيلووات/ساعة) من الطاقة على شكل

من الحرارة الكامنة، وهي بالضبط الطاقة الموجودة في لتر من الهيدروجين عند ضغط 500 بار.ومع ذلك، على عكس الهيدروجين، يمكن تخزين السيليكون تحت الغلاف الجوي

الضغط، مما يجعل النظام أرخص وأكثر أمانا.

مفتاح النظام هو كيفية تحويل الحرارة المخزنة إلى طاقة كهربائية.عندما ينصهر السيليكون عند درجة حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية، فإنه يضيء مثل الشمس.

ولذلك، يمكن استخدام الخلايا الكهروضوئية لتحويل الحرارة المشعة إلى طاقة كهربائية.

إن ما يسمى بالمولد الكهروضوئي الحراري يشبه جهازًا كهروضوئيًا مصغرًا، يمكنه توليد طاقة أكثر 100 مرة من محطات الطاقة الشمسية التقليدية.

بمعنى آخر، إذا كان المتر المربع الواحد من الألواح الشمسية ينتج 200 واط، فإن المتر المربع الواحد من الألواح الكهروضوئية الحرارية سينتج 20 كيلووات.وليس فقط

الطاقة، ولكن أيضا كفاءة التحويل أعلى.وتتراوح كفاءة الخلايا الكهروضوئية الحرارية بين 30% و40% حسب درجة الحرارة

من مصدر الحرارة.وفي المقابل تتراوح كفاءة الألواح الشمسية الكهروضوئية التجارية بين 15% و20%.

إن استخدام المولدات الكهروضوئية الحرارية بدلاً من المحركات الحرارية التقليدية يتجنب استخدام الأجزاء المتحركة والسوائل والمبادلات الحرارية المعقدة.في هذا الطريق،

يمكن أن يكون النظام بأكمله اقتصاديًا ومضغوطًا وصامتًا.

ووفقا للبحث، يمكن للخلايا الكهروضوئية الحرارية الكامنة تخزين كمية كبيرة من الطاقة المتجددة المتبقية.

وقال أليخاندرو داتا، الباحث الذي قاد المشروع: “سيتم توليد جزء كبير من هذه الكهرباء عندما يكون هناك فائض في توليد طاقة الرياح وطاقة الرياح،

لذلك سيتم بيعه بسعر منخفض جدًا في سوق الكهرباء.ومن المهم جدًا تخزين هذه الكهرباء الفائضة في نظام رخيص جدًا.ومن المفيد جدا ل

تخزين فائض الكهرباء على شكل حرارة، لأنها من أرخص الطرق لتخزين الطاقة».

2. إنها أرخص بـ 40 مرة من بطارية الليثيوم أيون

على وجه الخصوص، يمكن للسيليكون والفيروسيليكون تخزين الطاقة بتكلفة أقل من 4 يورو لكل كيلووات/ساعة، وهو أرخص 100 مرة من الليثيوم أيون الثابت الحالي.

بطارية.بعد إضافة الحاوية وطبقة العزل ستكون التكلفة الإجمالية أعلى.ومع ذلك، وفقا للدراسة، إذا كان النظام كبيرا بما فيه الكفاية، فعادة ما يكون أكبر

أكثر من 10 ميجاوات ساعة، فمن المحتمل أن تصل التكلفة إلى حوالي 10 يورو لكل كيلووات ساعة، لأن تكلفة العزل الحراري ستكون جزءًا صغيرًا من الإجمالي

تكلفة النظام.ومع ذلك، تبلغ تكلفة بطارية الليثيوم حوالي 400 يورو لكل كيلووات/ساعة.

إحدى المشاكل التي يواجهها هذا النظام هي أن جزءًا صغيرًا فقط من الحرارة المخزنة يتم تحويله مرة أخرى إلى كهرباء.ما هي كفاءة التحويل في هذه العملية؟كيف

استخدام الطاقة الحرارية المتبقية هو المشكلة الرئيسية.

ومع ذلك، يعتقد باحثو الفريق أن هذه ليست مشاكل.إذا كان النظام رخيصًا بدرجة كافية، فلا يلزم استرداد سوى 30-40% من الطاقة على شكل

الكهرباء، مما يجعلها متفوقة على التقنيات الأخرى الأكثر تكلفة، مثل بطاريات الليثيوم أيون.

بالإضافة إلى ذلك، فإن ما تبقى من 60-70% من الحرارة التي لم يتم تحويلها إلى كهرباء يمكن نقلها مباشرة إلى المباني أو المصانع أو المدن لتقليل استخدام الفحم والمصادر الطبيعية.

استهلاك الغاز.

وتمثل الحرارة أكثر من 50% من الطلب العالمي على الطاقة و40% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية.وبهذه الطريقة، يتم تخزين طاقة الرياح أو الطاقة الكهروضوئية كامنة

لا يمكن للخلايا الكهروضوئية الحرارية توفير الكثير من التكاليف فحسب، بل يمكنها أيضًا تلبية الطلب الهائل على الحرارة في السوق من خلال الموارد المتجددة.

3. التحديات وآفاق المستقبل

تتمتع تقنية التخزين الحراري الكهروضوئية الجديدة التي صممها فريق جامعة مدريد للتكنولوجيا، والتي تستخدم مواد سبائك السيليكون،

المزايا في تكلفة المواد ودرجة حرارة التخزين الحراري ووقت تخزين الطاقة.السيليكون هو ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية.التكلفة

يبلغ سعر طن رمل السيليكا 30-50 دولارًا فقط، وهو ما يمثل 1/10 من مادة الملح المنصهر.وبالإضافة إلى ذلك، الفرق في درجة حرارة التخزين الحراري لرمل السيليكا

الجسيمات أعلى بكثير من الملح المنصهر، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى إلى أكثر من 1000 درجة مئوية.ارتفاع درجة حرارة التشغيل أيضا

يساعد على تحسين كفاءة الطاقة الإجمالية لنظام توليد الطاقة الحرارية الضوئية.

فريق داتوس ليس الوحيد الذي يرى إمكانات الخلايا الكهروضوئية الحرارية.لديهم منافسان قويان: معهد ماساتشوستس المرموق

التكنولوجيا وشركة Antola Energy الناشئة في كاليفورنيا.يركز الأخير على البحث والتطوير للبطاريات الكبيرة المستخدمة في الصناعات الثقيلة (كبيرة

مستهلك الوقود الأحفوري)، وحصلت على 50 مليون دولار أمريكي لاستكمال البحث في فبراير من هذا العام.وقدم صندوق بيل جيتس للطاقة الاختراقية بعضاً من هذه الفوائد

صناديق الاستثمار.

قال باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن نموذجهم للخلية الكهروضوئية الحرارية قادر على إعادة استخدام 40% من الطاقة المستخدمة للتدفئة

المواد الداخلية للبطارية النموذجية.وأوضحوا: “هذا يخلق طريقًا لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة وخفض تكلفة تخزين الطاقة الحرارية،

مما يجعل من الممكن إزالة الكربون من شبكة الكهرباء.

مشروع معهد مدريد للتكنولوجيا لم يتمكن من قياس نسبة الطاقة التي يستطيع استعادتها لكنه يتفوق على النموذج الأمريكي

في جانب واحد.وأوضح أليخاندرو داتا، الباحث الذي قاد المشروع: “من أجل تحقيق هذه الكفاءة، يجب على مشروع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا رفع درجة الحرارة إلى

2400 درجة.بطاريتنا تعمل عند 1200 درجة.في درجة الحرارة هذه، ستكون الكفاءة أقل من كفاءتها، لكن مشاكل العزل الحراري لدينا أقل بكثير.

ففي نهاية المطاف، من الصعب جدًا تخزين المواد عند درجة حرارة 2400 درجة دون التسبب في فقدان الحرارة.

وبطبيعة الحال، لا تزال هذه التكنولوجيا بحاجة إلى الكثير من الاستثمار قبل دخولها إلى السوق.يحتوي النموذج الأولي للمختبر الحالي على أقل من 1 كيلووات في الساعة من الطاقة المخزنة

ولكن لجعل هذه التكنولوجيا مربحة، فإنها تحتاج إلى أكثر من 10 ميجاوات في الساعة من سعة تخزين الطاقة.ولذلك، فإن التحدي التالي هو توسيع نطاق

التكنولوجيا واختبار جدواها على نطاق واسع.ومن أجل تحقيق ذلك، قام باحثون من معهد مدريد للتكنولوجيا ببناء فرق

لجعل ذلك ممكنا.