Công nghệ lưu trữ năng lượng này giành Giải thưởng Sáng tạo Tốt nhất EU năm 2022, rẻ hơn 40 lần so với pin lithium-ion

Lưu trữ năng lượng nhiệt sử dụng silicon và ferrosilicon làm phương tiện có thể lưu trữ năng lượng với chi phí dưới 4 euro mỗi kilowatt giờ, tức là gấp 100 lần

rẻ hơn so với pin lithium-ion cố định hiện tại.Sau khi thêm thùng chứa và lớp cách nhiệt, tổng chi phí có thể vào khoảng 10 euro mỗi kilowatt giờ,

rẻ hơn nhiều so với pin lithium 400 euro mỗi kilowatt giờ.

Phát triển năng lượng tái tạo, xây dựng hệ thống điện mới và hỗ trợ lưu trữ năng lượng là những rào cản cần phải vượt qua.

Bản chất sẵn có của điện và sự biến động của việc sản xuất năng lượng tái tạo như quang điện và năng lượng gió khiến cung và cầu

điện đôi khi không phù hợp.Hiện tại, quy định này có thể được điều chỉnh bằng hoạt động sản xuất điện bằng than và khí đốt tự nhiên hoặc thủy điện để đạt được sự ổn định.

và sự linh hoạt của quyền lực.Nhưng trong tương lai, với việc rút dần năng lượng hóa thạch và tăng cường năng lượng tái tạo, việc lưu trữ năng lượng rẻ và hiệu quả

cấu hình là chính.

Công nghệ lưu trữ năng lượng chủ yếu được chia thành lưu trữ năng lượng vật lý, lưu trữ năng lượng điện hóa, lưu trữ năng lượng nhiệt và lưu trữ năng lượng hóa học.

Chẳng hạn như lưu trữ năng lượng cơ học và lưu trữ bơm thuộc về công nghệ lưu trữ năng lượng vật lý.Phương pháp lưu trữ năng lượng này có giá thành tương đối thấp và

hiệu suất chuyển đổi cao nhưng dự án tương đối lớn, bị hạn chế bởi vị trí địa lý và thời gian xây dựng cũng rất dài.Thật khó để

thích ứng với nhu cầu cao điểm của năng lượng tái tạo chỉ bằng bơm tích năng.

Hiện nay, việc lưu trữ năng lượng điện hóa rất phổ biến và đây cũng là công nghệ lưu trữ năng lượng mới phát triển nhanh nhất trên thế giới.Năng lượng điện hóa

việc lưu trữ chủ yếu dựa vào pin lithium-ion.Đến cuối năm 2021, công suất lắp đặt tích lũy của các kho năng lượng mới trên thế giới đã vượt quá 25 triệu

kilowatt, trong đó thị phần pin lithium-ion đã đạt 90%.Điều này là do sự phát triển quy mô lớn của xe điện, mang lại cơ hội

kịch bản ứng dụng thương mại quy mô lớn để lưu trữ năng lượng điện hóa dựa trên pin lithium-ion.

Tuy nhiên, công nghệ lưu trữ năng lượng của pin lithium-ion, với tư cách là một loại pin ô tô, không phải là vấn đề lớn nhưng sẽ có nhiều vấn đề khi áp dụng.

hỗ trợ lưu trữ năng lượng lâu dài ở cấp độ lưới điện.Một là vấn đề an toàn và chi phí.Nếu pin lithium ion được xếp chồng lên nhau trên quy mô lớn, chi phí sẽ tăng lên gấp bội,

và sự an toàn do tích tụ nhiệt cũng là một mối nguy hiểm tiềm ẩn rất lớn.Thứ hai là nguồn tài nguyên lithium rất hạn chế và xe điện thì không đủ,

và nhu cầu lưu trữ năng lượng lâu dài không thể được đáp ứng.

Làm thế nào để giải quyết những vấn đề thực tế và cấp bách này?Hiện nay nhiều nhà khoa học đã tập trung vào công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt.Những đột phá đã được thực hiện trong

công nghệ và nghiên cứu có liên quan.

Vào tháng 11 năm 2022, Ủy ban Châu Âu đã công bố dự án đoạt giải thưởng “Giải thưởng Radar Đổi mới EU 2022”, trong đó “AMADEUS”

Dự án pin do nhóm Viện Công nghệ Madrid ở Tây Ban Nha phát triển đã giành Giải thưởng Sáng tạo Tốt nhất EU năm 2022.

“Amadeus” là mẫu pin mang tính cách mạng.Dự án này nhằm mục đích lưu trữ một lượng lớn năng lượng từ năng lượng tái tạo, đã được Ủy ban châu Âu lựa chọn.

Ủy ban là một trong những phát minh tốt nhất vào năm 2022.

Loại pin này do nhóm nhà khoa học Tây Ban Nha thiết kế sẽ lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra khi năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió ở mức cao dưới dạng nhiệt năng.

Lượng nhiệt này được sử dụng để làm nóng vật liệu (hợp kim silicon được nghiên cứu trong dự án này) đến hơn 1000 độ C.Hệ thống này chứa một thùng chứa đặc biệt với

tấm quang điện nhiệt hướng vào trong, có thể giải phóng một phần năng lượng dự trữ khi nhu cầu điện năng cao.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phép so sánh để giải thích quá trình này: “Nó giống như đặt mặt trời vào một chiếc hộp”.Kế hoạch của họ có thể cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng.Nó có tiềm năng lớn để

đạt được mục tiêu này và trở thành nhân tố chính trong việc giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, điều này khiến dự án “Amadeus” nổi bật so với hơn 300 dự án được đệ trình

và giành được Giải thưởng Sáng tạo Tốt nhất của EU.

Người tổ chức Giải thưởng Radar Đổi mới của EU giải thích: “Điểm đáng giá là nó cung cấp một hệ thống giá rẻ có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng cho một

thời gian dài.Nó có mật độ năng lượng cao, hiệu suất tổng thể cao và sử dụng đủ vật liệu với chi phí thấp.Nó là một hệ thống mô-đun, được sử dụng rộng rãi và có thể cung cấp

nhiệt sạch và điện theo yêu cầu.”

Vậy công nghệ này hoạt động như thế nào?Các kịch bản ứng dụng trong tương lai và triển vọng thương mại hóa là gì?

Nói một cách đơn giản, hệ thống này sử dụng năng lượng dư thừa được tạo ra bởi năng lượng tái tạo không liên tục (như năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió) để nấu chảy kim loại rẻ tiền,

chẳng hạn như silicon hoặc ferrosilicon, và nhiệt độ cao hơn 1000oC.Hợp kim silicon có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng trong quá trình nhiệt hạch của nó.

Loại năng lượng này được gọi là “nhiệt ẩn”.Ví dụ, một lít silicon (khoảng 2,5 kg) lưu trữ hơn 1 kilowatt giờ (1 kilowatt giờ) năng lượng dưới dạng

ẩn nhiệt, chính xác là năng lượng chứa trong một lít hydro ở áp suất 500 bar.Tuy nhiên, không giống như hydro, silicon có thể được lưu trữ dưới điều kiện khí quyển

áp lực, làm cho hệ thống rẻ hơn và an toàn hơn.

Chìa khóa của hệ thống là làm thế nào để chuyển đổi nhiệt được lưu trữ thành năng lượng điện.Khi silicon nóng chảy ở nhiệt độ hơn 1000 độ C, nó tỏa sáng như mặt trời.

Do đó, tế bào quang điện có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiệt bức xạ thành năng lượng điện.

Cái gọi là máy phát quang điện nhiệt giống như một thiết bị quang điện thu nhỏ, có thể tạo ra năng lượng gấp 100 lần so với các nhà máy điện mặt trời truyền thống.

Nói cách khác, nếu một mét vuông tấm pin mặt trời tạo ra 200 watt thì một mét vuông tấm quang điện nhiệt sẽ tạo ra 20 kilowatt.Và không chỉ

công suất mà hiệu suất chuyển đổi cũng cao hơn.Hiệu suất của tế bào quang điện nhiệt là từ 30% đến 40%, tùy thuộc vào nhiệt độ

của nguồn nhiệt.Ngược lại, hiệu suất của các tấm pin mặt trời quang điện thương mại là từ 15% đến 20%.

Việc sử dụng máy phát quang điện nhiệt thay cho động cơ nhiệt truyền thống sẽ tránh được việc sử dụng các bộ phận chuyển động, chất lỏng và bộ trao đổi nhiệt phức tạp.Bằng cách này,

toàn bộ hệ thống có thể tiết kiệm, nhỏ gọn và không ồn ào.

Theo nghiên cứu, các tế bào quang điện nhiệt tiềm ẩn có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng tái tạo còn sót lại.

Alejandro Data, nhà nghiên cứu đứng đầu dự án, cho biết: “Một phần lớn lượng điện này sẽ được tạo ra khi dư thừa năng lượng từ gió và năng lượng gió,

nên sẽ được bán với giá rất thấp trên thị trường điện.Điều rất quan trọng là lưu trữ lượng điện dư thừa này trong một hệ thống rất rẻ.Nó rất có ý nghĩa để

lưu trữ lượng điện dư thừa dưới dạng nhiệt, vì đó là một trong những cách rẻ nhất để lưu trữ năng lượng.”

2. Rẻ hơn 40 lần so với pin lithium-ion

Đặc biệt, silicon và ferrosilicon có thể lưu trữ năng lượng với chi phí chưa đến 4 euro/kWh, rẻ hơn 100 lần so với lithium-ion cố định hiện nay.

ắc quy.Sau khi thêm thùng chứa và lớp cách nhiệt, tổng chi phí sẽ cao hơn.Tuy nhiên, theo nghiên cứu, nếu hệ thống đủ lớn, thường sẽ có nhiều

hơn 10 megawatt giờ, nó có thể sẽ đạt chi phí khoảng 10 euro mỗi kilowatt giờ, vì chi phí cách nhiệt sẽ là một phần nhỏ trong tổng chi phí

chi phí của hệ thống.Tuy nhiên, chi phí của pin lithium là khoảng 400 euro mỗi kilowatt giờ.

Một vấn đề mà hệ thống này gặp phải là chỉ một phần nhỏ nhiệt lượng lưu trữ được chuyển đổi thành điện năng.Hiệu suất chuyển đổi trong quá trình này là bao nhiêu?Làm cách nào để

sử dụng năng lượng nhiệt còn lại là vấn đề mấu chốt.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu của nhóm tin rằng đây không phải là vấn đề.Nếu hệ thống đủ rẻ thì chỉ cần thu hồi 30-40% năng lượng dưới dạng

điện, điều này sẽ khiến chúng vượt trội hơn so với các công nghệ đắt tiền khác, chẳng hạn như pin lithium-ion.

Ngoài ra, 60-70% lượng nhiệt còn lại không chuyển hóa thành điện năng có thể truyền trực tiếp tới các tòa nhà, nhà máy hoặc thành phố để giảm lượng than và nhiên liệu tự nhiên.

Tiêu thụ khí đốt.

Nhiệt chiếm hơn 50% nhu cầu năng lượng toàn cầu và 40% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu.Bằng cách này, việc lưu trữ năng lượng gió hoặc quang điện ở trạng thái tiềm ẩn

Pin quang điện nhiệt không chỉ có thể tiết kiệm nhiều chi phí mà còn đáp ứng nhu cầu nhiệt rất lớn của thị trường thông qua các nguồn tài nguyên tái tạo.

3. Những thách thức và triển vọng trong tương lai

Công nghệ lưu trữ nhiệt quang điện mới được thiết kế bởi nhóm Đại học Công nghệ Madrid, sử dụng vật liệu hợp kim silicon, đã có

lợi thế về chi phí vật liệu, nhiệt độ lưu trữ nhiệt và thời gian lưu trữ năng lượng.Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất.Chi phí

mỗi tấn cát silic chỉ có giá 30-50 đô la, bằng 1/10 nguyên liệu muối nóng chảy.Ngoài ra, chênh lệch nhiệt độ bảo quản nhiệt của cát silic

các hạt cao hơn nhiều so với muối nóng chảy và nhiệt độ hoạt động tối đa có thể đạt tới hơn 1000oC.Nhiệt độ hoạt động cao hơn cũng

giúp cải thiện hiệu suất năng lượng tổng thể của hệ thống phát điện quang nhiệt.

Nhóm của Datus không phải là người duy nhất nhìn thấy tiềm năng của pin quang điện nhiệt.Họ có hai đối thủ mạnh: Học viện Massachusetts danh tiếng

Technology và công ty khởi nghiệp Antola Energy ở California.Sau này tập trung vào nghiên cứu và phát triển pin lớn dùng trong công nghiệp nặng (một loại pin lớn

người tiêu dùng nhiên liệu hóa thạch) và thu được 50 triệu USD để hoàn thành nghiên cứu vào tháng 2 năm nay.Quỹ Năng lượng Đột phá của Bill Gates đã cung cấp một số

quỹ đầu tư.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts cho biết, mô hình tế bào quang điện nhiệt của họ có thể tái sử dụng 40% năng lượng dùng để sưởi ấm

vật liệu bên trong của pin nguyên mẫu.Họ giải thích: “Điều này tạo ra một con đường mang lại hiệu quả tối đa và giảm chi phí lưu trữ năng lượng nhiệt,

có thể khử cacbon cho lưới điện.”

Dự án của Viện Công nghệ Madrid chưa đo được phần trăm năng lượng có thể thu hồi nhưng vượt trội so với mô hình của Mỹ

ở một khía cạnh.Alejandro Data, nhà nghiên cứu đứng đầu dự án, giải thích: “Để đạt được hiệu quả này, dự án MIT phải tăng nhiệt độ lên

2400 độ.Pin của chúng tôi hoạt động ở 1200 độ.Ở nhiệt độ này, hiệu suất sẽ thấp hơn của họ, nhưng chúng ta ít gặp vấn đề về cách nhiệt hơn nhiều.

Suy cho cùng, rất khó để bảo quản vật liệu ở nhiệt độ 2400 độ mà không gây thất thoát nhiệt ”.

Tất nhiên, công nghệ này vẫn cần đầu tư rất nhiều trước khi đưa vào thị trường.Nguyên mẫu phòng thí nghiệm hiện tại có bộ lưu trữ năng lượng dưới 1 kWh

công suất, nhưng để công nghệ này có lãi, nó cần dung lượng lưu trữ năng lượng hơn 10 MWh.Vì vậy, thách thức tiếp theo là mở rộng quy mô

công nghệ và kiểm tra tính khả thi của nó trên quy mô lớn.Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Madrid đã xây dựng các nhóm

để làm cho nó có thể.