Розплавлений кремній, батарея майбутнього Les Echos
Щоб компенсувати примхи виробництва відновлюваної енергії, потрібні нові форми зберігання електроенергії. Серед досліджених шляхів: використання електрики для нагрівання матеріалу, такого як кремній, до дуже високої температури, а потім, перетворення цього тепла в ... електрику.
Німеччина, Австралія, Ізраїль, Норвегія, Польща ... Доповідачі на першій міжнародній конференції, присвяченій новій формі акумуляторів - «зберігання енергії в тепловій формі при дуже високій температурі», яка відбулася там кілька тижнів у Мадриді. походять з одинадцяти країн, що свідчить про те, що ця тема цікавить багатьох людей. 14 та 15 листопада 2019 року вони працювали над проблемами перетворення електрики в тепло, зберігаючи це тепло, а потім перетворюючи ці калорії в електрику. Але чому, блін, витрачає стільки часу на те, що схоже на гру дурня? “Ви втрачаєте близько 50% електроенергії, коли вона перетворюється на тепло, і 50% тепла, коли вона перетворюється на електрику! "Нагадує" Les Echos "один з доповідачів, Асегун Генрі, професор Массачусетського технологічного інституту (Массачусетський технологічний інститут), недалеко від Бостона. «Але ці системи, ймовірно, будуть коштувати в 10-100 разів менше, ніж літій-іонні акумулятори. "
Ємності для зберігання
Однак зберігання електроенергії за низькими цінами стало пріоритетом для використання відновлюваних джерел енергії. Сонце сідає, вітер слабшає ... Як можна згладити ці варіації виробництва? "Розподіл електроенергії допускає лише дуже низькі межі помилок", - згадує Юрген Вайс, економіст та заступник директора американської фірми The Brattle Group (поради адміністраціям та компаніям). Тому ми повинні знайти інноваційні системи накопичення енергії на кілька днів, кілька тижнів, кілька місяців ... ".
Потреби величезні: потужності накопичувачів електроенергії, розгорнуті у світі, слід помножити на тринадцять з 2019 по 2024 рік, на думку шотландської фірми Wood Mackenzie (консультація в галузі енергетики та сировини). Або протягом п'яти років ринок оцінюється в 71 млрд доларів (64 млрд євро).
Читайте також:
На даний момент більша частина цього зростання відбувається за рахунок створення "ферм", де розташовані десятки величезних літій-іонних акумуляторів. Найбільша у світі займає 1 га в Південній Австралії. "Але ці акумулятори дорогі, їх потрібно замінювати кожні п'ять або десять років, їх дуже складно переробляти, і вони можуть забезпечити електроенергією лише кілька годин", - резюмує Ендрю Макссон, керівник виробничої програми New Solutions в Epri (Electric Power Інститут досліджень), американський науково-дослідний інститут.
Тепловий двигун
Тому науковці та виробники стріляють по всіх циліндрах, щоб замінити батареї (читайте нижче). Одне з найбільш серйозно вивчених рішень - використовувати електрику, вироблену фотоелектричною електростанцією або вітрогенераторами, для нагрівання матеріалу, а потім виконати протилежну операцію: перетворити тепло в електрику. Альтернативно: зберігати при високій температурі або при дуже високій температурі, тобто більше 1000 °.
Перший трек дає можливість використовувати вже освоєні технології. "До 600 ° немає потреби, наприклад, у спеціальних сталях", - наполягає Адрієнн Літтл, технічний менеджер частини "теплообмінника" на Мальті, компанії, що базується в Кембриджі, недалеко від Бостона. Виходячи з лабораторій X Alphabet, материнської компанії Google, Мальта хоче використовувати електроенергію, щоб, з одного боку, нагрівати матеріал, а з іншого - охолоджувати рідину. Тоді різниця температур між ними дозволяє виробляти електроенергію за допомогою теплового двигуна.
Нагрівання при більш високій температурі дозволяє довше зберігати більше енергії, але передбачає розробку нових технологій. Який матеріал зберігати тепло? "Ми зробили вибір на користь вуглецю, нагрітого до більш ніж 1000 °", - пояснює Джастін Бріггс, співзасновник Antora Energy, каліфорнійського стартапу за підтримки Стенфордського університету, Caltech (Каліфорнійський технологічний інститут), Shell, департамент американської енергетики ... Використання твердої речовини спрощує весь процес. "Зараз ми тестуємо суміш бору, кремнію та заліза", - пояснює Алехандро Датс, науковий співробітник Інституту сонячної енергії (Політехнічний університет Мадрида) та керівник проекту "Амадеус".
Ризик вибуху кремнію
Наділений Європою бюджетом 3,3 млн. Євро на період 2017-2019 рр., Amadeus орієнтується на 2000 °. Він об'єднує дослідників із семи країн. «Спільно з польськими колегами ми намагаємось розробити правильну комбінацію« нагрітого матеріалу »та« контейнера », - говорить Мерете Тангстад, професор кафедри матеріалознавства та техніки Норвезького університету науки та технологій Тронхейму. Наприклад, при дуже високій температурі кремній може вибухнути ...
Останній крок: розробити найкращу технологію перетворення тепла в електрику. Австралійська фірма 1414 градусів (температура, при якій плавиться кремній) використовує тепло, накопичене в кремнії, для отримання дуже гарячого повітря, яке живить турбіну. "Потім ми можемо постачати електроенергію або тепло до електричної мережі або до виробників", - говорить Кевін Моріарті, президент 1414 градусів.
При дуже високих температурах також можна використовувати системи TPV (термофотоелектричні). "Будь-яке тіло при ненульовій температурі випромінює інфрачервоне електромагнітне випромінювання, яке фотовольтний елемент може перетворити в електричну енергію", - аналізує Родольф Вайон, директор з досліджень CNRS і спеціаліст з приладів TPV поблизу поля (менше 1 мікрона між " радіатор »та фотоелектричний перетворювач). В роботі з Alejandro Datas він придумав змішувати TPV та термоелектричні пристрої, де струм утворюється внаслідок передачі електронів від гарячого катода до холодного анода. "Теоретично може бути досягнута ефективність перетворення 30%, тоді як лише макроскопічна клітина TPV поблизу поля не перевищує 10%", - підраховує Родольф Вайон. У Сполучених Штатах, недалеко від Бостона, Асегун Генрі досліджує інший шлях: надає фотоелектричні елементи дзеркалам, які відображатимуть частину тепла і, отже, довше зберігатимуть гарячий матеріал. Як і всі його колеги, він сподівається, що зможе розробити першого пілота в найближчі два-п’ять років ...
Рішення для відновлення смертельного тепла ?
За даними Ademe (Французьке агентство з охорони навколишнього середовища та енергетики), 36% палива, яке споживає французька промисловість, втрачається у вигляді "смертельного тепла": тепла, отриманого в процесі виробництва (сталь, хімікати, цемент, скло тощо). і яка не відновлюється. Європейська комісія просить держави визначити ці установки та проаналізувати їх потенціал перетворення. Одним із шляхів може бути використання тих самих методів перетворення тепла в електрику, розроблених для зберігання енергії в тепловій формі. З мінусом: з точки зору тераватт-годин, трохи більше половини цієї фатальної енергії втрачається при температурі менше 100 °. Тому технології надвисоких температур застосовувати не можна. Двоє дослідників з Інституту Люм'єра Матьєра (Університет Клода Бернарда Ліона-I та CNRS), Лоран Жолі та Самі Мерабія вважають, що знайшли рішення: нанофлюїдні канали (діаметр порядку мільярдної частини метра), що обмежують воду, підсолену нагрівають. "Наше комп'ютерне моделювання є принциповим доказом, демонструючи ефективність у сто разів більшу, ніж прогнози, зроблені до цього часу, але ми все ще далекі від промислового розвитку", кваліфікують двох дослідників.
Інші форми батарей
Електроенергія може зберігатися у вигляді:
· Гідроелектростанції: електроенергія живить насоси, які заповнюють дамбу. Він спорожняється для виробництва електроенергії. У світі вже існує майже 80 таких «насосних станцій передачі енергії».
Крани, що піднімають гірські породи: швейцарська компанія Energy Vault пропонує підйомні механізми, що працюють з екологічно чистими матеріалами, які випускаються для виробництва електроенергії, дешевші та простіші в установці, ніж дамби
· Потяги, завантажені камінням: той самий принцип, що і крани, але з поїздами, що йдуть вгору і вниз по схилу. Рішення, запропоноване каліфорнійською компанією Ares (Advanced Rail Energy Storage)
· Повітря, що зберігається в землі: протягом двадцяти семи років газова установка в Алабамі (США) зберігала стиснене повітря в старій соляній шахті. При випуску стиснене повітря, змішане з природним газом, допомагає виробляти дешевшу електроенергію
· Водень: Німеччина у листопаді минулого року вирішила інвестувати значні кошти у водень. Це дозволить, серед іншого, зберігати надлишки електроенергії зеленого походження у вигляді водню, який потім можна використовувати в промисловості.
Розшифруй світ згідно
Щодня написання Les Echos приносить вам достовірну інформацію в режимі реального часу. Це дає вам ключі до розшифровки новин та передбачення наслідків поточної кризи для бізнесу та ринків. Як розвивається ситуація зі здоров’ям? Які нові заходи готує уряд? Чи покращується діловий клімат у Франції та за кордоном ?
Ви можете розраховувати на те, що наші 200 журналістів дадуть відповідь на ці запитання, а також на аналізі наших найкращих підписів та відомих авторів, які повідомлять ваші думки.