Đăng ký cập nhật tin tức hàng ngày từ CleanTechnica trên email. Hoặc theo dõi chúng tôi trên Google Tin tức!

Bất cứ ai đã từng đi chân trần trên bãi biển vào một ngày nắng đều sẽ hiểu rõ hơn về lượng cát có thể giữ lại. Khả năng đó dự kiến ​​sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai, khi công nghệ sử dụng cát nóng trở thành một phần giải pháp cho nhu cầu lưu trữ năng lượng.

Pin có thể là thứ mà hầu hết mọi người nghĩ đến về mặt lưu trữ năng lượng để sử dụng sau này, nhưng các công nghệ khác vẫn tồn tại. Thủy điện tích năng là một phương pháp phổ biến, mặc dù phương pháp này đòi hỏi các hồ chứa ở các độ cao khác nhau và bị giới hạn bởi địa lý. Một cách tiếp cận khác dựa vào cái được gọi là lưu trữ năng lượng nhiệt, hay TES, sử dụng muối nóng chảy hoặc thậm chí là đá quá nhiệt.

TES hứa hẹn là một giải pháp thay thế chi phí thấp cho các công nghệ lưu trữ hiện có và việc lưu trữ năng lượng trong các hạt rắn như cát mang lại câu trả lời sẵn sàng mà không bị hạn chế về địa chất.

Rốt cuộc, cát, giống như không khí và nước, có ở khắp mọi nơi.

“Cát rất dễ tiếp cận. Nó thân thiện với môi trường. Nó ổn định, khá ổn định, trong phạm vi nhiệt độ rộng. Nó cũng có chi phí thấp”, Zhiwen Ma, kỹ sư cơ khí thuộc Nhóm Hệ thống Năng lượng Nhiệt của phòng thí nghiệm cho biết.

Sự cần thiết phải lưu trữ lâu dài

Công nghệ được cấp bằng sáng chế được phát triển và tạo nguyên mẫu tại NREL cho thấy cách các máy sưởi chạy bằng nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời có thể tăng nhiệt độ của các hạt cát lên nhiệt độ mong muốn. Sau đó, cát được đưa vào silo để lưu trữ và sử dụng sau này, để tạo ra điện hoặc xử lý nhiệt trong các ứng dụng công nghiệp. Một nguyên mẫu ở quy mô phòng thí nghiệm đã xác nhận công nghệ và cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra một mô hình máy tính cho thấy một thiết bị ở quy mô thương mại sẽ giữ được hơn 95% nhiệt trong ít nhất XNUMX ngày.

Jeffrey cho biết: “Pin lithium-ion đã thực sự chiếm lĩnh thị trường với khả năng lưu trữ từ 2 đến 4 giờ, nhưng nếu muốn đạt được mục tiêu giảm lượng khí thải carbon, chúng tôi sẽ cần các thiết bị lưu trữ năng lượng có thời lượng sử dụng lâu dài - những thứ có thể lưu trữ năng lượng trong nhiều ngày”. Gifford, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại NREL.

Gifford, người đã chia sẻ hai bằng sáng chế với Ma về bộ trao đổi nhiệt chuyển đổi năng lượng nhiệt được lưu trữ thành điện năng, cho biết việc sử dụng cát hoặc các hạt khác để lưu trữ năng lượng nhiệt có một lợi thế khác so với pin. “Việc lưu trữ năng lượng nhiệt hạt không dựa vào vật liệu đất hiếm hoặc vật liệu có chuỗi cung ứng phức tạp và không bền vững. Ví dụ, trong pin lithium-ion, có rất nhiều câu chuyện về thách thức khai thác coban một cách có đạo đức hơn.”

Ngoài TES, chuyên môn của Gifford còn về động lực học chất lỏng tính toán. Kiến thức đó rất quan trọng vì cát cần phải chảy qua thiết bị lưu trữ. Các vật liệu TES khác bao gồm bê tông và đá, có thể dễ dàng giữ nhiệt nhưng vẫn giữ nguyên vị trí. Gifford nói: “Truyền nhiệt của bạn cao hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều nếu bạn di chuyển vật liệu của mình”.

TES còn có một lợi thế quan trọng khác: chi phí. Ma đã tính toán rằng cát là lựa chọn rẻ nhất để lưu trữ năng lượng khi so sánh với bốn công nghệ đối thủ, bao gồm lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES), thủy điện được bơm và hai loại pin. CAES và thủy điện bơm chỉ có thể lưu trữ năng lượng trong hàng chục giờ. Chi phí cho mỗi kilowatt giờ đối với CAES dao động từ 150 USD đến 300 USD, trong khi đối với thủy điện bơm là khoảng 60 USD. Pin lithium-ion sẽ có giá 300 USD/kWh và chỉ có khả năng lưu trữ năng lượng từ một đến bốn giờ. Với thời lượng kéo dài hàng trăm giờ, cát làm phương tiện lưu trữ sẽ có giá từ 4 đến 10 USD một kilowatt giờ. Để đảm bảo chi phí thấp, nhiệt sẽ được tạo ra bằng cách sử dụng điện giá thấp, ngoài giờ cao điểm.

Ma, người nắm giữ một số bằng sáng chế về công nghệ, trước đây từng là nhà nghiên cứu chính của một dự án được tài trợ bởi ARPA-E có tên là ENDURING, nhằm lưu trữ điện trong thời gian dài và kinh tế bằng cách sử dụng bộ lưu trữ năng lượng nhiệt chi phí thấp và chu trình năng lượng hiệu suất cao. . Nguyên mẫu đến từ dự án này. Tiếp theo là lễ đột phá vào năm 2025 đối với hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt điện (ETES) tại Cơ sở Flatirons của NREL bên ngoài Boulder, Colorado, hệ thống này sẽ được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong khoảng từ 10 đến 100 giờ. Hệ thống độc lập này không có bất kỳ hạn chế nào về địa điểm làm hạn chế nơi có thể thiết lập CAES hoặc thủy điện tích năng.

Ma cho biết, dự án trình diễn do DOE tài trợ nhằm mục đích thể hiện tiềm năng thương mại của cát đối với TES.

Muối nóng chảy đã được sử dụng để lưu trữ năng lượng tạm thời, nhưng chúng đóng băng ở nhiệt độ khoảng 220 độ C (428 độ F) và bắt đầu phân hủy ở 600 độ C. Cát mà Ma dự định sử dụng được lấy từ lòng đất ở vùng Trung Tây Hoa Kỳ. , không cần phải tránh bị “đóng băng” và có thể giữ nhiệt nhiều hơn đáng kể, trong khoảng 1,100 C (2,012 F), có thể lưu trữ nhiệt để phát điện hoặc thay thế việc đốt nhiên liệu hóa thạch để lấy nhiệt công nghiệp.

Ma nói: “Điều này đại diện cho một thế hệ lưu trữ mới ngoài muối nóng chảy.

Quyết định những gì sẽ lưu trữ nhiệt

Nhưng liệu cát cũ có làm được không? Không phải theo các nhà nghiên cứu NREL, những người đã kiểm tra các hạt rắn khác nhau về khả năng chảy và giữ nhiệt của chúng. Trong một bài báo xuất bản vào mùa thu năm ngoái, Ma và những người khác đã thử nghiệm trên tám ứng cử viên hạt rắn. Trong số các hạt được xem xét có vật liệu gốm nhân tạo được sử dụng trong fracking, đất sét nung, alumin nung chảy màu nâu và cát silic. Đất sét và alumin nung chảy đã bị loại bỏ do mất ổn định nhiệt ở nhiệt độ mục tiêu là 1,200 độ C (2,192 độ F).

Vật liệu gốm vượt trội hơn cát ở tất cả các hạng mục, nhưng mức tăng hiệu suất cận biên được coi là không đủ để biện minh cho chi phí cao hơn. Trong khi cát có giá từ 30 đến 80 USD một tấn thì giá của vật liệu gốm sứ lại cao hơn khoảng hai lần. Cát ở dạng thạch anh alpha siêu tinh khiết và có sẵn ở vùng Trung Tây.

Craig Turchi, giám đốc Nhóm nghiên cứu công nghệ và khoa học năng lượng nhiệt tại NREL cho biết, việc mở rộng lượng năng lượng có thể lưu trữ trong cát cũng đơn giản như việc bổ sung thêm cát.

Ông nói: “Đó là một chi phí cận biên để bổ sung thêm dung lượng lưu trữ. “Chúng tôi cần dung lượng lưu trữ từ vài phút đến vài tháng. Pin hoạt động thực sự hiệu quả trong khoảng thời gian từ vài phút đến vài giờ xét về quy mô của chúng. Và khi bạn dự trữ được nhiều tháng, bạn thường tìm cách tạo ra nhiên liệu như hydro để cung cấp khả năng lưu trữ lâu dài đó. Nhưng trong khoảng thời gian từ nhiều giờ đến hai tuần, hiện tại không có sự phù hợp nào cả. Hydro quá đắt cho việc đó. Pin quá đắt cho việc đó.”

Các thành phần cần thiết để chuyển cát quá nhiệt thành điện năng đòi hỏi phải có chi phí trả trước. “Nhưng một khi bạn đã trả tiền cho điều đó,” Turchi nói, “nếu bạn chỉ muốn kéo dài thời gian sử dụng năng lượng của mình thì việc bổ sung thêm cát sẽ rẻ hơn rất nhiều so với giải pháp thay thế là tiếp tục bổ sung pin.”

của Wayne Hicks. Được phép của Bộ Năng lượng, NREL.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://cleantechnica.com/2024/03/29/solution-to-energy-storage-may-be-beneath-your-feet/