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锂离子电池已被提议作为存储可再生能源的可行且昂贵的方法

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麻省理工学院的工程师已经提出了一个概念设计,用于存储可再生能源的系统,如太阳能和风能,并根据需要将能量输送回电网。该系统可以设计为不仅在太阳升起或风很高时,而且在全天候为小城市供电。

新设计将太阳能或风能产生的过剩电力储存在大型白热熔融硅罐中,然后在需要时将发光金属的光转换回电能。研究人员估计,这种系统比锂离子电池更便宜,锂离子电池已被提议作为存储可再生能源的可行且昂贵的方法。他们还估计,该系统的成本约为抽水蓄能电池的一半

  • 这是迄今为止最便宜的电网规模储能。

即使我们现在想要在可再生能源上运行电网,我们也不能,因为你需要化石燃料涡轮机来弥补可再生能源无法按需派遣的事实,Asegun
Henry,Robert说道。 N.
Noyce职业发展机械工程系副教授。我们正在开发一种新技术,如果成功,将解决能源和气候变化中最重要和最关键的问题,即存储问题。

亨利和他的同事们今天在能源与环境科学杂志上发表了他们的设计。

记录临时数

新的存储系统源于一个项目,研究人员在这个项目中寻找提高可再生能源效率的方法,称为集中太阳能。与使用太阳能电池板将光直接转换为电能的传统太阳能电厂不同,聚光太阳能需要大面积的巨大镜子,将太阳光聚集到中央塔上,在那里光被转换成热量,最终变成电能。

技术很有意思的原因是,一旦你进行了聚焦光线以获取热量的过程,你可以比储存电力更便宜地储存热量,亨利指出。

集中的太阳能设备将太阳能储存在装满熔盐的大型储罐中,该储存罐被加热至约1000华氏度的高温。当需要电力时,热盐被泵送通过热交换器,热交换器将盐的热量转移到蒸汽中。然后涡轮机将该蒸汽转化为电能。

这项技术已经存在了一段时间,但人们一直认为它的成本永远不会低到足以与天然气竞争,亨利说。所以推动在更高的温度下运行,因此你可以使用更高效的热力发动机并降低成本。

但是,如果操作人员将盐加热到目前的温度以上,那么盐会腐蚀储存它的不锈钢罐。所以亨利的团队寻找的是一种盐以外的介质,可以在更高的温度下储存热量。他们最初提出了一种液态金属并最终沉积在硅上

  • 硅是地球上最丰富的金属,可以承受超过4,000华氏度的令人难以置信的高温。

去年,该团队开发出一种可以承受这种起泡热量的泵,并且可以想象地通过可再生存储系统泵送液态硅。该泵具有最高的耐热性记录

这一壮举在吉尼斯世界纪录大全中有所体现。自那次开发以来,该团队一直在设计一个可以装入这种高温泵的储能系统。

太阳在一个盒子里

现在,研究人员已经概述了他们的新型可再生能源存储系统的概念,他们称之为TEGS-MPV,用于热能网格存储

多结光伏。他们建议不要使用镜子和中央塔的集中来集中热量,而是建议将任何可再生能源(如阳光或风)产生的电能转换成热能,通过焦耳加热

  • 电流通过加热的过程元件。

该系统可以与现有的可再生能源系统(例如太阳能电池)配对,以在白天捕获多余的电力并将其存储以供以后使用。例如,考虑一下亚利桑那州的一个小镇,它从太阳能发电厂获得部分电力。

说每个人下班回家,打开空调,太阳下山,但它仍然很热,亨利说。那时,光伏发电的产量不会很大,所以你必须在当天早些时候储存一些能量,就像太阳正午时一样。多余的电能可以输送到储存室。我们在这里发明的系统。

该系统将包括一个由石墨制成并填充液态硅的大型,高度绝缘,10米宽的储罐,保持在接近3,500华氏度的冷温度。暴露于加热元件的一排管子然后将该冷罐连接到第二个热罐。当来自城镇太阳能电池的电力进入系统时,这种能量在加热元件中转化为热量。同时,液态硅被泵出冷水箱,并在通过暴露于加热元件的管束时进一步加热,并进入热水箱,此时热能现在储存在约4,300的更高温度F。

当需要电力时,比如说,在太阳落山之后,热的液体硅 –
如此热,以至于发出白光 –
被泵送通过一系列发出光线的管子。被称为多结光伏发电的专用太阳能电池然后将该光转化为电能,可以供应给城镇的电网。现在冷却的硅可以被泵送回冷水箱直到下一轮存储

  • 有效地充当大型可充电电池。

人们开始称之为我们的概念的一个深情的名字是太阳在一个盒子里,这是我的同事Shannon
Yee在乔治亚理工学院创造的,亨利说。它基本上是一个极其强烈的光源,全部都装在一个能够捕获热量的盒子里。

存储密钥

亨利表示,该系统需要厚厚且足够坚固的储罐,以使内部的熔融液体绝缘。

这些东西在内部发出白热,但你在外面触摸的应该是室温,亨利说。

他建议坦克由石墨制成。但有人担心,在如此高的温度下,硅会与石墨反应生成碳化硅,这会腐蚀油箱。

为了测试这种可能性,该团队制造了一个微型石墨罐并用液态硅填充。当液体在3600F保持约60分钟时,确实形成碳化硅,但不是腐蚀罐,而是形成薄的保护性衬里。

它坚持石墨并形成保护层,防止进一步的反应,亨利说。所以你可以用石墨制造这个罐子,它不会被硅片腐蚀。

该小组还找到了解决另一个挑战的方法:由于系统的坦克必须非常大,因此不可能用一块石墨建造它们。如果它们由多个部件制成,则必须以这样的方式密封它们以防止熔融液体泄漏。在他们的论文中,研究人员证明,他们可以通过将石墨片与碳纤维螺栓拧在一起并用石墨

  • 用作高温密封剂的柔性石墨密封它们来防止任何泄漏。

研究人员估计,单个存储系统可以使大约100,000个家庭的小城市完全由可再生能源供电。

Henry强调该系统的设计在地理上是无限的,这意味着它可以位于任何地方,无论位置如何。这与泵送水力发电相反

水力发电是目前最便宜的能量储存形式,需要能够容纳大型瀑布和水坝的位置,以便从落水中储存能量。

这在地理上是无限的,并且比抽水电站便宜,这非常令人兴奋,亨利说。从理论上讲,这是实现可再生能源为整个电网供电的关键。

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