무료로 CleanTechnica의 매일 뉴스 업데이트 이메일에. 또는 Google 뉴스에서 팔로우!

화창한 날 해변을 맨발로 밟아 본 사람이라면 모래가 얼마나 많은 열을 유지할 수 있는지 더 잘 이해하게 될 것입니다. 가열된 모래와 관련된 기술이 에너지 저장 요구에 대한 해답의 일부가 되면서 이러한 능력은 미래에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

배터리는 나중에 사용하기 위해 에너지를 저장하는 측면에서 대부분의 사람들이 생각하는 것이지만 다른 기술도 존재합니다. 양수식 수력 발전은 일반적인 방법 중 하나이지만, 다양한 고도에 저수지가 필요하고 지리학적으로 제한됩니다. 또 다른 접근법은 용융염이나 심지어 과열된 암석을 사용하는 열에너지 저장(TES)에 의존합니다.

TES는 기존 저장 기술에 대한 저비용 대안으로서의 가능성을 보여주며, 모래와 같은 고체 입자에 에너지를 저장하는 것은 지질학적 제한 없이 즉각적인 해답을 제공합니다.

결국 모래는 공기나 물처럼 어디에나 존재합니다.

“모래는 접근하기 쉽습니다. 환경 친화적입니다. 넓은 온도 범위에서 안정적이고 매우 안정적입니다. 비용도 저렴합니다.”라고 실험실 열 에너지 시스템 그룹의 기계 엔지니어인 Zhiwen Ma가 말했습니다.

장기 보관의 필요성

NREL에서 개발 및 프로토타입된 특허 기술은 풍력 및 태양열과 같은 재생 에너지원으로 구동되는 히터가 어떻게 모래 입자의 온도를 원하는 온도까지 높일 수 있는지를 보여줍니다. 그런 다음 모래는 저장하고 나중에 전기를 생성하거나 산업 응용 분야에서 공정 열을 위해 사용하기 위해 사일로에 쌓입니다. 실험실 규모의 프로토타입을 통해 이 기술이 검증되었으며 연구자들은 상업용 규모의 장치가 최소 95일 동안 XNUMX% 이상의 열을 유지함을 보여주는 컴퓨터 모델을 만들 수 있었습니다.

"리튬 이온 배터리는 실제로 2~4시간의 저장 시간으로 시장을 장악했습니다. 하지만 탄소 감소 목표를 달성하려면 며칠 동안 에너지를 저장할 수 있는 장기 에너지 저장 장치가 필요합니다."라고 Jeffrey는 말했습니다. NREL의 박사후 연구원인 Gifford입니다.

이미 저장된 열 에너지를 전기로 변환하는 열 교환기에 대해 Ma와 두 개의 특허를 공유하고 있는 Gifford는 열 에너지를 저장하기 위해 모래나 기타 입자를 사용하는 것이 배터리에 비해 또 다른 장점이 있다고 말했습니다. “입자 열 에너지 저장은 희토류 물질이나 복잡하고 지속 불가능한 공급망을 가진 물질에 의존하지 않습니다. 예를 들어 리튬이온 배터리에서는 코발트를 좀 더 윤리적으로 채굴해야 한다는 이야기가 많이 나옵니다.”

TES 외에도 Gifford의 전문 분야는 전산유체역학입니다. 모래가 저장 장치를 통해 흘러야 하기 때문에 이러한 지식은 중요합니다. 다른 TES 매체에는 콘크리트와 암석이 포함되어 있어 쉽게 열을 유지할 수 있지만 제자리에 단단히 유지됩니다. “미디어를 옮기면 열 전달이 훨씬 더 빠르고, 더 빠르고, 더 효과적입니다.”라고 Gifford는 말했습니다.

TES에는 비용이라는 또 다른 주요 이점도 있습니다. Ma는 압축 공기 에너지 저장(CAES), 양수 수력 발전 및 두 가지 유형의 배터리를 포함한 150가지 경쟁 기술과 비교할 때 모래가 에너지 저장을 위한 가장 저렴한 옵션이라고 계산했습니다. CAES와 양수발전은 수십 시간 동안만 에너지를 저장할 수 있습니다. CAES의 킬로와트시당 비용은 $300~$60인 반면 양수 수력 발전의 경우 약 $300입니다. 리튬 이온 배터리의 가격은 킬로와트시당 4달러이며 10~XNUMX시간 동안만 에너지를 저장할 수 있습니다. 수백 시간 동안 지속되는 모래 저장 매체의 가격은 킬로와트시당 XNUMX~XNUMX달러입니다. 저렴한 비용을 보장하기 위해 열은 피크가 아닌 저가의 전기를 사용하여 생성됩니다.

이 기술에 대한 몇 가지 특허를 보유하고 있는 Ma는 이전에 저비용 열 에너지 저장 및 고효율 전력 사이클을 사용하여 경제적인 장기 전기 저장을 위한 ENDURING으로 알려진 ARPA-E 자금 지원 프로젝트의 수석 연구원으로 근무했습니다. . 프로토타입은 이 프로젝트에서 나왔습니다. 다음 단계는 2025년 콜로라도주 볼더 외곽에 있는 NREL의 플랫아이언스 캠퍼스에서 10~100시간 동안 에너지를 저장하도록 설계된 전기 열 에너지 저장(ETES) 시스템 착공입니다. 독립형 시스템은 CAES 또는 양수 저장 수력 발전을 구축할 수 있는 위치를 제한하는 부지 제한이 없습니다.

Ma는 DOE가 자금을 지원하는 시범 프로젝트는 TES용 모래의 상업적 잠재력을 보여주기 위한 것이라고 말했습니다.

용융염은 이미 일시적으로 에너지를 저장하기 위해 사용되고 있는데 약 섭씨 220도(화씨 428도)에서 얼고 600도가 되면 분해되기 시작한다. 마가 사용하려는 모래는 미국 중서부의 땅에서 나온다. , "동결"을 방지할 필요가 없으며 발전을 위해 열을 저장하거나 산업 열을 위해 화석 연료 연소를 대체할 수 있는 1,100C(2,012F) 범위에서 훨씬 더 많은 열을 보유할 수 있습니다.

Ma는 “이것은 용융염을 넘어서는 새로운 세대의 저장을 의미합니다.”라고 말했습니다.

열을 저장할 대상 결정하기

하지만 오래된 모래라도 괜찮을까요? 다양한 고체 입자의 흐름 및 열 유지 능력을 조사한 NREL 연구원의 말에 따르면 그렇지 않습니다. 지난 가을에 발표된 논문에서 Ma와 다른 사람들은 1,200개의 고체 입자 후보에 대해 실험했습니다. 고려된 입자 중에는 파쇄에 사용되는 인공 세라믹 재료, 하소된 부싯돌 점토, 갈색 용융 알루미나 및 규사 등이 있습니다. 점토와 용융 알루미나는 목표 온도 섭씨 2,192도(화씨 XNUMX도)에서의 열적 불안정성으로 인해 거부되었습니다.

세라믹 재료는 모든 범주에서 모래보다 성능이 뛰어났지만 한계 성능 향상은 더 높은 비용을 정당화하기에는 불충분한 것으로 간주되었습니다. 모래의 가격은 톤당 30~80달러인 반면, 세라믹 재료의 가격은 약 XNUMX배 더 높았습니다. 모래는 알파 석영의 초순수 형태이며 중서부 지역에서 쉽게 구할 수 있습니다.

모래에 저장할 수 있는 에너지의 양을 늘리는 것은 모래를 더 추가하는 것만큼 간단하다고 NREL의 열에너지 과학 및 기술 연구 그룹 관리자인 Craig Turchi는 말했습니다.

“추가 스토리지 용량을 추가하는 데 드는 한계 비용입니다.”라고 그는 말했습니다. “우리는 몇 분에서 몇 달까지의 스토리지가 필요합니다. 배터리는 확장 방식 측면에서 몇 분에서 몇 시간의 공간에서 정말 잘 작동했습니다. 그리고 몇 달 동안 저장하게 되면 일반적으로 장기 저장을 제공하기 위해 수소와 같은 연료를 만드는 것을 고려하게 됩니다. 하지만 몇 시간에서 2주 사이의 기간 동안 지금 당장은 적합하지 않습니다. 그러기엔 수소가 너무 비싸요. 그러기엔 배터리가 너무 비싸요.”

과열된 모래를 다시 전기로 변환하는 데 필요한 구성 요소에는 초기 비용이 필요합니다. "그러나 일단 비용을 지불하고 나면 전력을 더 오래 사용하고 싶다면 배터리를 계속 추가하는 대안보다 모래를 더 추가하는 것이 훨씬 더 저렴합니다."라고 Turchi는 말했습니다.

웨인 힉스 지음. 에너지부 제공 NREL.

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• PlatoData.Network 수직 생성 Ai. 자신에게 권한을 부여하십시오. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoAiStream. 웹3 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 플라톤ESG. 탄소, 클린테크, 에너지, 환경, 태양광, 폐기물 관리. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoHealth. 생명 공학 및 임상 시험 인텔리전스. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://cleantechnica.com/2024/03/29/solution-to-energy-storage-may-be-beneath-your-feet/