替代电池正在解决可再生能源中最大的问题

用水,沙子等制成的电池正在帮助建立可持续的未来 - 一次网格。

本文是《未来探索》的一部分,这是每周改变世界的技术指南。您可以在每个星期四早上连接到您的收件箱这样的故事在这里订阅

许多最便宜,最干净的功率来源取决于环境条件 - 如果风不吹,涡轮机将无法旋转,如果太阳没有闪闪发光,太阳能电池板将无法收获能量(通常)。

化石燃料没有这种一致性问题 - 您可以随时燃烧煤炭或天然气来生产电力 - 因此,在没有可再生能源的时候,我们依靠它们。

存储供应高时可再生能源可以加速向由清洁能源提供动力但传统的世界的过渡锂离子电池- 就像智能手机中的那些一样,并不适合此用途。

许多最便宜,最干净的电源取决于环境条件。

那是因为那些电池自我放电,这意味着它们不断失去了一些存储的能量。结果,我们只能在其中存储能量几天或几周- 我们无法在大风弹簧中捕获的电源,并在相对跌倒的情况下使用它。

锂离子并不是唯一的电池。

在全球范围内,团体正在使用其他类型的电池(有些已经建立了良好的电池,有些是全新的)来可再生能源存储。以下是一些替代电池,帮助世界脱碳并过渡到更可持续的未来 - 一次网格。

水电池

人们已经使用重力来存储能量已有100多年了泵送水力存储系统, 或者 ”水电池。”

这些系统需要两个湖泊或水库,一个湖泊的海拔高度高于另一个湖泊。

当网格具有多余的能量时,它用于将水从下部储层泵到更高的水库。当需要更多的电力时,上层储层的水再次流下,这驱动了水力发电涡轮机。

可再生能源存储
一个信息图显示了如何在南特·德·德兰斯(Nant de Drance)的“水电池”中存储过多的能量。学分:南特·德·德兰斯(Nant de Drance)

优点:水电池是最便宜的方式用kwh存储能量,我们知道它们工作 - 有超过150已经在运营了,他们在2020年占全球储能容量的95%。

这意味着我们不必担心开发新技术来将其用于可再生能源存储,并且美国拥有足够的技术可行地点,可以使其在水电池中存储的能源量增加一倍。

缺点:建造水电池很昂贵且耗时,并且在高度变化或没有天然储层的地方建造一个电池尤其昂贵。

大型水电池还面临许多大型投资的问题:延误和成本超支。世界上最大的抽水项目,澳大利亚下雪2.0,比计划的六年后六年,其成本比原定计划的三倍(不计入电网以容纳它)。

效率也是一个问题:您将能量的15-30%损失到将水再次向上移动的循环,而某些水库(例如,堤防)可能会破坏自然生态系统。

最新的:瑞士阿尔卑斯山的南特·德·德兰斯(Nant de Drance2000万千瓦时- 多达400,000台电动汽车电池 - 它是欧洲最强大的水电池之一(尽管仅是Snowy 2.0的一小部分)。

开发商挖出了超过10英里的隧道,以连接Emosson和Vieux Emosson水库用于水电电池 - 总共,建筑过程花费了14年,耗资21亿美元。

砂电池

存储过多可再生能源的另一种方法是将其作为热量将其捕获在某些材料(例如水)中火山岩或 - 最新的媒介要探索 -,在一个隔热良好的容器中。

当需要电力时,可以将来自沙电池的热量用来煮沸水,从而产生旋转涡轮机的蒸汽。热量也可以直接分布作为加热,使建筑物在冬季保持温暖,并全年提供热水。

对于某些形式的清洁能源,例如风力发电,沙子存储需要首先将电转换为热量,但是太阳的地热能可以直接捕获为热量 - 无需转换。

可再生能源存储
Polar Night Energy的沙子电池正在帮助芬兰的暖气。信用:极性夜能

优点:沙子便宜,可用,易于存储。它也可以比其他电池介质(例如水)加热到更高的温度 - 具有正确的隔热材料,它的温度可能高于980摄氏度(1,800华氏度)。

基本上可以在任何地方建造砂电池 - 甚至可以在地下建造以节省土地。

缺点:当能量从一种介质转换为另一种介质时会损失,因此,热电池对发电的效率不如直接加热。

不过,新技术可能会改变这一点 - 麻省理工学院最近公布了加热引擎这比传统涡轮更有效地将热量转换为电力。

当砂电池的存储热量直接用作热量时,它的能源有效99%。

最新的:世界上第一个商业规模的砂电池现已在芬兰运行。电池看起来像筒仓,但没有小麦,充满了100吨的沙子,可以使用过量的太阳能和风能将其加热至500 c(932 F)。

砂电池具有8 MWH的容量(大约等于160台电池电池),但与锂离子电动汽车电池不同,它可以储存几个月的热量,但损失很少。当热量时,它将其直接用作热量 - 它目前是- 根据其制造商的Polar Night Energy的说法,它是99%的能源效率。

流电池

与水和砂电池相比,流量电池是一种更复杂的可再生能源存储解决方案。

它们由两个液体组成电解质溶液。在一个坦克中,该解决方案被积极地充电,另一方面,它是负电荷的。这些溶液被泵入细胞,在那里它们被膜分离。

在该单元中,可以通过涉及电极的过程以及电子和离子的运动将溶液的化学能转化为电能,反之亦然。

可再生能源存储
该图说明了流量电池内发生的情况。信用:VRB能源

优点:与他们的锂离子堂兄相比,即使经过数千个周期,流动电池也不太可能引起火灾,几乎没有储存容量。他们的自我解雇很低,当不使用流量电池时,它不会失去任何能量。

流电池are easier to scale than lithium-ion batteries — instead of building more batteries, all you need to do is increase the size of your tanks — and because they don’t rely on geography, they can be installed in more locations than water batteries.

缺点:流量电池在可再生能源存储方面相对较新 - 截至2021年9月,全球安装容量只是110万千瓦时(〜22,000电动电池) - 因此它们不像水电池那样被证明。

流量电池的能量密度也比锂离子电池低 - 您需要大型储罐才能在其中存储大量能量 - 并且其中大多数需要钒,这是一种预计会增加的金属需求和成本

可再生能源存储
MIT流量电池中使用的半固体物质的样品。学分:麻省理工学院 / Annelisa Leinbach

最新的:2021年11月,麻省理工学院的研究人员发表了一篇论文,详细介绍了他们创建的新论文流量电池这用类似于糖蜜的较厚,黑色的物质代替了传统的液体电解质。

这种导电混合物的配方不包括钒,在测试中,它在性能和成本方面都优于传统的钒流量电池 - 具有讽刺意味的是,能源的未来可以像过去一样依赖黑色污泥。

我们很乐意听取您的意见!如果您对本文发表评论,或者您有未来的自由思考故事的提示,请给我们发送电子邮件[电子邮件保护]

有关的
EV充电网络
通用汽车有一个计划解决电动汽车的最大障碍
通用汽车公司,飞行员公司和Evgo正在建立一个新的EV充电网络,其中包括2,000个摊位,最多500个旅行中心。
为牛喂食昆虫可以使肉类和牛奶产量更可持续
大多数美国成年人还没有准备好将昆虫放在盘子上,但更愿意从饲养虫子中食用肉类。
3D打印的礁石安装在丹麦的离岸风电场周围
北海的大型Anholt海上风电场现在是3D打印的礁石的所在地,以增强生物多样性。
2022年飓风季的坏消息:循环电流即将到来
循环电流是怪物风暴的加油站,看起来很像是卡特里娜飓风一年在2005年。
电动“海上滑行者”可能很快掠过夏威夷海岸线
来自波士顿公司Regent的“ Seagliders”在海上飞行,可能到2025年巡航夏威夷。
接下来
订阅自由思考以获取更多很棒的故事