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

تخزين الطاقة الحرارية باستخدام السيليكون والفيروسيليكون كوسيط يمكن أن يخزن الطاقة بتكلفة أقل من 4 يورو لكل كيلو وات / ساعة ، أي 100 مرة

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

وهو أرخص بكثير من بطارية الليثيوم 400 يورو للكيلوواط / ساعة.

إن تطوير الطاقة المتجددة وبناء أنظمة طاقة جديدة ودعم تخزين الطاقة هي عائق يجب التغلب عليه.

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

من الكهرباء غير متطابقة في بعض الأحيان.في الوقت الحاضر ، يمكن تعديل هذا التنظيم عن طريق توليد طاقة الفحم والغاز الطبيعي أو الطاقة المائية لتحقيق الاستقرار

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

التكوين هو المفتاح.

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

مثل تخزين الطاقة الميكانيكية وتخزين الضخ ينتمي إلى تكنولوجيا تخزين الطاقة المادية.طريقة تخزين الطاقة هذه لها سعر منخفض نسبيًا و

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

التكيف مع ذروة طلب الحلاقة للطاقة المتجددة فقط عن طريق التخزين بالضخ.

في الوقت الحاضر ، يعد تخزين الطاقة الكهروكيميائية أمرًا شائعًا ، 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 السعة التراكمية المركبة لتخزين الطاقة الجديدة في العالم 25 مليونًا

كيلووات ، بلغت حصة سوق بطاريات الليثيوم أيون منها 90٪.هذا يرجع إلى التطور الواسع النطاق للسيارات الكهربائية ، والذي يوفر

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

ومع ذلك ، فإن تقنية تخزين طاقة بطارية الليثيوم أيون ، كنوع من بطاريات السيارات ، ليست مشكلة كبيرة ، ولكن ستكون هناك العديد من المشاكل عندما يتعلق الأمر

دعم تخزين الطاقة على المدى الطويل على مستوى الشبكة.واحد هو مشكلة السلامة والتكلفة.إذا كانت بطاريات الليثيوم أيون مكدسة على نطاق واسع ، فستتضاعف التكلفة ،

كما أن السلامة الناتجة عن تراكم الحرارة تشكل أيضًا خطرًا خفيًا كبيرًا.والثاني أن مصادر الليثيوم محدودة للغاية ، والسيارات الكهربائية غير كافية ،

ولا يمكن تلبية الحاجة إلى تخزين الطاقة على المدى الطويل.

كيف تحل هذه المشاكل الواقعية والملحة؟الآن ركز العديد من العلماء على تكنولوجيا تخزين الطاقة الحرارية.تم تحقيق اختراقات في

التقنيات والبحوث ذات الصلة.

في تشرين الثاني (نوفمبر) 2022 ، أعلنت المفوضية الأوروبية عن المشروع الحائز على جائزة "جائزة رادار الاتحاد الأوروبي للابتكار 2022" ، والتي من خلالها "AMADEUS"

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

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

العمولة كواحدة من أفضل الاختراعات في عام 2022.

هذا النوع من البطاريات الذي صممه فريق العلماء الإسباني يخزن الطاقة الزائدة الناتجة عندما تكون الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح عالية في شكل طاقة حرارية.

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

تواجه اللوحة الكهروضوئية الحرارية 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 تحدث خطتهم ثورة في تخزين الطاقة.لديها إمكانات كبيرة

حقق هذا الهدف وأصبح عاملاً رئيسياً في معالجة تغير المناخ ، مما يجعل مشروع "Amadeus" يبرز من بين أكثر من 300 مشروع مقدم.

وفاز بجائزة الاتحاد الأوروبي لأفضل ابتكار.

أوضح منظم جائزة EU Innovation Radar: "النقطة المهمة هي أنها توفر نظامًا رخيصًا يمكنه تخزين كمية كبيرة من الطاقة مقابل

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

تنظيف الحرارة والكهرباء عند الطلب ".

إذن ، كيف تعمل هذه التقنية؟ما هي سيناريوهات التطبيق المستقبلية وآفاق التسويق؟

ببساطة ، يستخدم هذا النظام الطاقة الزائدة الناتجة عن الطاقة المتجددة المتقطعة (مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح) لإذابة المعادن الرخيصة ،

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

هذا النوع من الطاقة يسمى "الحرارة الكامنة".على سبيل المثال ، يخزن لتر من السيليكون (حوالي 2.5 كجم) أكثر من 1 كيلو واط / ساعة (1 كيلوواط / ساعة) من الطاقة في 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 أمانًا.

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

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

يشبه ما يسمى بالمولد الحراري الكهروضوئي جهازًا ضوئيًا 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 كيلوواط.وليس فقط

الطاقة ، ولكن أيضًا كفاءة التحويل أعلى.تتراوح كفاءة الخلايا الكهروضوئية الحرارية بين 30٪ و 40٪ وهذا يعتمد على درجة الحرارة

من مصدر الحرارة.في المقابل ، تتراوح كفاءة الألواح الشمسية الكهروضوئية التجارية بين 15٪ و 20٪.

يؤدي استخدام المولدات الحرارية الكهروضوئية بدلاً من المحركات الحرارية التقليدية إلى تجنب استخدام الأجزاء المتحركة والسوائل والمبادلات الحرارية المعقدة.في هذا الطريق،

يمكن أن يكون النظام بأكمله اقتصاديًا ومضغوطًا وصامتًا.

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

قال 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 بيعها بسعر منخفض جدًا في سوق الكهرباء.من المهم جدًا تخزين فائض الكهرباء في نظام رخيص جدًا.انها ذات مغزى جدا ل

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

2. أرخص 40 مرة من بطارية ليثيوم أيون

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

بطارية.بعد إضافة الحاوية وطبقة العزل ، ستكون التكلفة الإجمالية أعلى.ومع ذلك ، وفقًا للدراسة ، إذا كان النظام كبيرًا بما يكفي ، فعادةً ما يكون أكثر

أكثر من 10 ميغاواط ساعة ، من المحتمل أن تصل تكلفتها إلى حوالي 10 يورو للكيلوواط ساعة ، لأن تكلفة العزل الحراري ستكون جزءًا صغيرًا من الإجمالي.

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

إحدى المشكلات 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 ، فإن 30-40 ٪ فقط من الطاقة تحتاج إلى استعادتها على شكل

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

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحويل 60-70٪ المتبقية من الحرارة غير المحولة إلى كهرباء مباشرة إلى المباني أو المصانع أو المدن لتقليل الفحم والطبيعي

استهلاك الغاز.

تمثل الحرارة أكثر من 50٪ من الطلب العالمي على الطاقة و 40٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية.بهذه الطريقة ، يتم تخزين طاقة الرياح أو الطاقة الكهروضوئية الكامنة

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

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

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

لكل طن من رمل السيليكا 30-50 دولارًا فقط ، أي 1/10 من مادة الملح المصهور.بالإضافة إلى ذلك ، اختلاف درجة حرارة التخزين الحراري لرمل السيليكا

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

يساعد على تحسين الكفاءة الكلية للطاقة لنظام توليد الطاقة الحرارية الضوئية.

ليس فريق Datus هو الوحيد الذي يرى إمكانات الخلايا الكهروضوئية الحرارية.لديهما منافسان أقوياء: معهد ماساتشوستس المرموق

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

مستهلك للوقود الأحفوري) ، وحصل على 50 مليون دولار أمريكي لاستكمال البحث في فبراير من هذا العام.قدم صندوق الطاقة الخارق لبيل جيتس بعضًا

صناديق الاستثمار.

قال باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن نموذج الخلايا الحرارية الكهروضوئية الخاص بهم تمكن من إعادة استخدام 40٪ من الطاقة المستخدمة للتسخين.

المواد الداخلية للبطارية النموذجية.وأوضحوا: "هذا يخلق مسارًا لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة وتقليل تكلفة تخزين الطاقة الحرارية ،

مما يجعل من الممكن إزالة الكربون من شبكة الطاقة ".

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

في جانب واحد.أوضح 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.عند درجة الحرارة هذه ، ستكون الكفاءة أقل من كفاءتهم ، لكن لدينا مشاكل عزل حراري أقل بكثير.

بعد كل شيء ، من الصعب جدًا تخزين المواد عند 2400 درجة دون التسبب في فقد الحرارة ".

بالطبع ، لا تزال هذه التكنولوجيا بحاجة إلى الكثير من الاستثمار قبل دخول السوق.يحتوي النموذج الأولي للمختبر الحالي على أقل من 1 كيلو واط ساعة من تخزين الطاقة

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

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

لجعلها ممكنة.