太阳在一个盒子里将为电网储存可再生能源

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。该系统可以设计成为小城市提供动力，不仅在太阳升起或风力很大时，而且是全天候。

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，锂离子电池已被提出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形式。

“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发送的事实，”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。

记录临时值

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，聚光太阳能需要大量的巨大镜子，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。

集中的太阳能发电厂将太阳能热量存储在装满熔盐的大型储罐中，该熔融盐被加热到大约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远远超过当前温度，则盐会腐蚀储存它的不锈钢罐。所以亨利的团队寻找一种除了盐以外的介质，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 - 这是“吉尼斯世界纪录大全”中提到的一项壮举。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 - 多结光伏发电。他们建议不要使用镜子和中央塔的区域来集中热量，而是通过焦耳加热将任何可再生能源(如阳光或风)产生的电能转换成热能 - 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，打开他们的空调，太阳正在下降，但它仍然很热，”亨利说。“那时候，光伏发电的输出量不会很大，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。“

该系统由一个巨大的，高度绝缘的，10米宽的油箱组成，由石墨制成并充满液态硅，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，液态硅从冷罐中抽出，并在通过暴露于加热元件的管束时进一步加热，并进入热罐，此时热能现在储存在约4,300的更高温度下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，可以将其提供给城镇的电网。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'太阳在盒子里'，这是我的同事Shannon Yee在佐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，它全部都装在一个可以捕获热量的盒子里。”

存储密钥

亨利说，该系统需要厚的油箱，并且足够强大，以使内部的熔融液体绝缘。

亨利说：“内部的东西发白，但你在外面触摸的应该是室温。”

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3600°F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，它们可以通过将石墨片与碳纤维螺栓一起拧紧并用石墨 - 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。这与抽水蓄电相反 - 目前是最便宜的能源储存形式，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，比泵送水力发电便宜，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。”