Denne video er bragt til dig af Policygenius. At lagre solenergi billigt og effektivt
er en nøglekomponent for fremtidens vedvarende energi. Selvom lithiumbatterier er fantastiske,
kan de stadig være dyre, og afhængigt af kemien kan der være sikkerhedsproblemer. Der
er dog måder, hvorpå vi kan lagre solenergi mere direkte … og en af ​​dem er varme. For eksempel kan
koncentrerede solenergianlæg bruge denne varme til at producere elektricitet, cement, stål,
grøn brint eller andet, der har brug for høje temperaturer. Et nyligt gennembrud kan give os mulighed for
at lagre solenergi direkte i en væske i op til 18 år. Hvordan fungerer det? Og kunne dette være
en farbar vej fremad for lagring af solenergi? Lad os se, om vi kan træffe en beslutning om dette.
Solpaneler er fantastiske! Jeg har solpaneler i mit hjem, som omdanner sollys til
elektroner, der ender med at blive brugt i mit hjem eller deles ud på nettet. Imidlertid er
energilagring nøglen til vedvarende energikilder på grund af deres intermitterende. For at jeg kan levere min egen
energi om natten, skal jeg gemme min overskydende solproduktion i min Tesla Powerwall.
Fotoner omdannes til elektroner, som bliver ført ind i et kemisk batteri
og ud igen … og derefter omdannelsen fra DC til AC-elektricitet til mit hus og
nettet … der sker en masse konverteringer gennem hele denne proces, som hver især mister lidt mere
energi . Det er kun til mit hjem. Skaler det op til brugsskala, og det bliver meget mere kompliceret.
Mange af de batteriteknologier, der er tilgængelige i dag, er stadig ret dyre og store, og når det
kommer til lithium, er der også sikkerhedsproblemer. At udnytte solenergi med
solpaneler og opbevare den i traditionelle lithiumbatterier er ikke den eneste vej at gå.
Mellem nogle afprøvede og sande metoder, såvel som nyere F&U-projekter, er der interessante måder
til direkte at lagre solens fotoner som varme eller i en kemisk form, som den væske, jeg nævnte
tidligere, og som kan lagre den i op til 18 år. Før vi kommer til den, lad os starte med
nogle af de gennemprøvede og sande metoder for at se, hvordan de sammenlignes, og hvor det potentielt kan gå hen.
Den første tilgang er koncentreret solenergi (CSP). Den bruger spejle til at reflektere og
koncentrere sollys på et bestemt punkt for at producere varme ... og meget af det! Denne utrolige
mængde varme kan bruges til at drive en dampturbine eller motor til at producere elektricitet,
men de kan også lagre termisk energi for at levere strøm, når sollys når lave niveauer.
Det er dog ikke begrænset til netop det. Varmen kan bruges til afsaltning af vand,
øget olieudvinding, cementproduktion, stålproduktion og endda til at skabe grøn brint. CSP
bruges primært til elproduktion i netskala og er klassificeret i tre generelle typer.
I parabolske trugsystemer fokuserer parabolske reflektorer, der er vinklet mod solen, sollys på et
centralt modtagerrør --- normalt kaldet et absorberrør. Den parabolske, buede form
fokuserer de parallelle lysstråler på et centralt punkt, hvilket øger deres reflektionskapacitet
30 - 60 gange. Det får røret, som normalt indeholder termisk olie, til at varme op til 750°F (ca.
390ºC), og den varme kan bruges til at koge vand til at drive traditionelle dampturbiner og generatorer.
Solparabolske trugsystemer er den mest avancerede og udbredte CSP-teknologi.
Genesis parabolske trough-kraftværket, som er beliggende i Riverside County, Californien,
er et af de største CSP-anlæg i USA med en produktionskapacitet på 250MW og har været
i drift siden 2011. Dette system udnytter, ligesom mange kraftværker, Rankine-cyklussen,
hvor en væske strømmer fra en varmekilde til en køleplade og udfører mekanisk arbejde
undervejs. I tilfældet med CSP er denne væske damp, der genereres ved kedlen og strømmer
gennem en turbine, ligesom mange andre kraftværker. CSP og andre parabolske trugkraftværker
kan også bruges til at skabe hybridsystemer med termisk fyrede kraftværker, der bruger brændstoffer
som kul, naturgas og biobrændstof. Af alle CSP-teknologier har trugsystemer
dog den laveste effektivitet (ca. 15%), da væsken ikke opnår så høj temperatur som
de andre systemer. Det er rigtigt … 750°F betragtes ikke som så varmt. Jeg tror, ​​det er en tør varme.
Så er der parabolsystemer, der ligner en parabol... bortset fra at du ikke
vil se det store spil på denne. De er sammensat af parabolske diskspejle, der bruger
solsporing til at fokusere og koncentrere sollys på en strømkonverteringsenhed, der er placeret langs en
forlænget arm fra diskens centrum. Inde i strømkonverteringsenheden er termiske modtagere,
som kan være en række rør med en kølevæske. Det absorberer varmen, der reflekteres fra spejlet,
og overfører den til varmemotoren, som normalt er en Stirling-motor. Det er et interessant
emne i sig selv, og jeg har faktisk en video om Stirling-motorer, hvis du gerne vil se den,
men det er den motor, der driver en elektrisk generator til at producere strøm.
Parabolsystemer kan normalt producere mellem 10-25kW pr. skål og har en konverteringseffektivitet
på omkring 30%. Kombinationen af ​​reflektoren
med en Stirling-motor gør imidlertid ikke teknologien til en god egnethed til at lagre energi.
Og endelig er de tårnhøje giganter i CSP power tower-systemerne, som bruger flade,
solsporende spejle kendt som heliostater til at fokusere og koncentrere sollys på en
modtager på toppen af ​​et tårn … lidt indlysende med "tårn" i deres navn.
Det er der, en væske bevæger sig for at overføre varme til en kedel for at producere damp,
som derefter bruges til at generere elektricitet i en turbine. Mens nogle krafttårnsystemer bruger
vand som varmeoverførselsvæske, har andre avancerede designs brugt smeltede salte på grund af
deres overlegne varmeoverførsel og energilagringsevne. Fordi smeltet salt effektivt kan
holde på varmen, kan det opbevares i dagevis, før det bruges til at generere strøm. Selv på overskyede dage,
eller flere timer efter solnedgang, kan der genereres elektricitet i tider med stor efterspørgsel.
Det største koncentrerede solvarmeanlæg i USA er Ivanpah Solar
Electric Generating System. Projektet, som er beliggende i Mojave-ørkenen i Californien,
kan generere 392 MW med sine 173.500
heliostater. Den startede kommerciel drift i 2013, og den kører stadig.
Den norske virksomhed Yara har arbejdet på en ny ternær blanding af smeltede salte baseret på
Calcium-Kalium-Natrium-Nitrat, der reducerer risikoen for smeltet salt til frysning og størkning.
Smeltede salte er beregnet til at blive brugt ved høje temperaturer som væske - normalt fra 270ºC
til 565ºC - så hvis dets temperatur bliver lavere end det minimum, kan det fryse og størkne.
Det frosne salt kan tilstoppe rør, forårsage skader og stoppe driften af ​​kraftværket,
hvilket øger risici og vedligeholdelsesomkostninger i de nuværende teknologier til smeltet salt.
Blandingen har et lavt smeltepunkt på 131°C og en stor temperaturvariation (438°C), hvilket
øger energiudbyttet/effektiviteten, kræver mindre af den smeltede saltblanding,
og saltets sammensætning reducerer korrosion. Disse funktioner øger anlæggets
livscyklus og sænker omkostningerne på grund af den lavere mængde materiale, der er nødvendig,
den konkurrencedygtige pris på kaliumcalciumnitrat og reducerede omkostninger til vedligeholdelse af korrosion.
Men smeltet salt er ikke den eneste vej at gå med solenergilagring i CSP.
Men før jeg kommer til det, vil jeg gerne takke Policy Genius for at sponsorere denne video.
Jeg plejede altid at have livsforsikring gennem mine tidligere job, men jeg driver nu min egen virksomhed
og har ikke længere disse forsikringer. Og nogle gange er arbejdspolitikken alligevel ikke særlig god.
Det er en god idé at tage skridt til at beskytte din familie, hvis der skulle ske noget uplanlagt, for at give
dem en økonomisk stødpude. Policygenius gør det vanvittigt
nemt at finde og sammenligne forsikringsdækninger, der passer lige til dig. De sælger ikke dine personlige
oplysninger til tredjeparter, og de har hjulpet over 30 millioner mennesker med at købe forsikring siden 2014.
Det kunne ikke være nemmere at komme i gang. Gå over til https://policygenius.com/undecidedwithmatt
og svar på et par spørgsmål om dig selv. Policygenius er en forsikringsmarkedsplads
, der gør det nemt at sammenligne tilbud fra topfirmaer som AIG og Prudential. Du
kan spare 50 % eller mere på livsforsikring ved at sammenligne tilbud med dem. Valgmuligheder starter ved
kun $17 om måneden for $500.000 i dækning. Og de licenserede agenter hos Policygenious arbejder for dig,
ikke forsikringsselskaberne. De vil arbejde sammen med dig gennem hele processen for at hjælpe dig med at
forstå og træffe beslutninger med tillid. Bare klik på linket i beskrivelsen eller gå
over til https://policygenius.com/undecidedwithmatt for at få dine personlige tilbud på få minutter og
finde den rigtige politik for dig. Tak til Policygenius og til alle jer for
at støtte kanalen. Nu tilbage til de interessante alternativer til opbevaring af sol.
Heliogen, et Californien-baseret firma, er ved at udvikle en koncentreret solcelleløsning, der
lagrer energi i klipper og bruger avanceret computersyn/AI til præcist at justere en række spejle.
Positionen af ​​spejlkanterne og
reflektionsvinklerne evalueres og justeres 30 gange i sekundet.
Mens de fleste power tower-systemer normalt producerer varme overalt fra 400 til 500ºC, er
dette system i stand til at nå 1500ºC på grund af AI og maskinlæring. Varmen
ledes ned i et isoleret stålrør til en bund af sten,
som kan holde sig varm i dagevis eller endda op til en uge i en ordentligt isoleret opbevaringsenhed.
Heliogens teknologi giver højere effektivitet og reduceret vandforbrug sammenlignet med traditionelle
dampturbiner. Derudover, når det kommer ned til omkostningerne, nævnte virksomhedens grundlægger,
Bill Gross, at dens teknologi sigter mod at levere varme til $0,01/kWh.
I marts 2022 underskrev virksomheden en projektaftale med Woodside
Energy om at udvikle et koncentreret solenergiprojekt på et sted i Mojave, Californien,
med en kapacitet på 5MW. Et par måneder senere meddelte virksomheden, at
projektet var flyttet fra design til test- og implementeringsstadiet.
Innovationer i lagring af solenergi som varme er ikke begrænset til CSP.
Dette er i en meget anden skala end hvad CSP giver til energiproduktion i brugsskala,
men det er et tegn på, hvor forskningen er på vej hen for at lagre den solenergi i endnu flere
områder af vores liv. Forskere fra Chalmers Tekniske Universitet i Sverige har
udviklet en væske, der potentielt er i stand til at lagre solenergi i op til 18
år. Væsken indeholder et molekyle, der er sammensat af kulstof, brint og nitrogen.
Du har måske flashbacks til gymnasiets naturvidenskabelige klasser her, men bare bær over med mig et øjeblik.
To eller flere atomer udgør molekyler, og gennem de bindinger, der holder dem sammen,
deler atomerne elektroner. Forskellige slags molekyler har unikke tredimensionelle former.
Metan er for eksempel formet som et tetraeder. Når energi
tilføres molekylet, kan det ændre dets struktur/form,
og dets atomer kan slutte sig sammen i nye bindinger, der kan lagre varierende mængder energi.
I tilfældet med Chalmer Universitets molekyle blev det modificeret af forskerne til at absorbere mere
af sollys forskellige bølgelængder. Det kan udnytte energi fra UV og det blå og grønne
lysspektrum. Når det rammes af sollys, gennemgår molekylet en transformation til en isomer med
høj energi, som er et molekyle, der består af de samme atomer, men bundet sammen til en ny form.
For at styre lagringen og frigivelsen af ​​energi fra molekylet
skabte forskerholdet en katalysator til at fungere som et filter for væsken, som bringer molekylet tilbage
i sin oprindelige tilstand. Denne formændring hæver væskens temperatur med 63ºC.
Når den er tilbage i sin oprindelige tilstand, er den klar til at opfange mere solenergi.
Denne nye teknologi kaldes Molecular Solar Thermal (eller bare MEST) Energy Storage System.
Det er det mest interessante akronym, jeg har set i et stykke tid.
Jeg havde mulighed for at tale med Kasper Moth-Poulsen, som leder forskningen,
og han gav mig en komplet forklaring på højt niveau af kredsløbet:
”Vi har et væskesystem, der flyder gennem et panel. Det er dybest set to glasplader med
en væske imellem, og molekylerne strømmer igennem og udsættes for lys
og omdannes derefter. Så går de ind i en lille tank, og den lille tank er der,
hvor molekylerne med højenergiformen er lagret. Senere kan de flyde over en katalysator,
der sidder i en lille enhed, der så udløser varmeafgivelsen og sender den
lagrede energi ud. Endelig kan molekylerne gå tilbage i panelet og gå hen og fange energi igen.
Så det er en tæt cyklus, hvor inputtet er solenergi, og vi lagrer det som kemisk energi, og
vi frigiver det senere som varme efter behov og genvinder det oprindelige molekyle. Så på denne måde er det som
en cyklus, der kan fungere flere gange, hundredtusindvis af gange..." -Kasper Moth-Poulsen
De sendte molekylerne med energi absorberet fra svensk sollys til Kina, hvor forskere
fra Shanghai Jiao Tong University frigivet og konverteret energien til elektricitet
ved hjælp af en generator udviklet af dem. Jeg vil sige, at det lyder mest lovende. Det faktum, at svensk
solskin blev sendt til den anden side af kloden og omdannet til elektricitet, er noget skørt.
Zhihang Wang, en forsker fra Chalmers University of Technology sagde:
"...Generatoren er en ultratynd chip, der kunne integreres i elektronik såsom hovedtelefoner,
smarture og telefoner. Indtil videre har vi kun produceret små mængder elektricitet,
men den nye resultater viser, at konceptet virkelig virker. Det ser meget lovende ud..." -Zhihang Wang
Når det kommer til effektivitet, sagde Kasper:
"...De bedste systemer opererer mellem 30 og 50 % effektivitet ved den bølgelængde
, som de modtager. Men så har vi det fulde solspektrum. Det er mange bølgelængder. Så
i virkeligheden fanger vores bedste system omkring 3% af den indkommende solenergi lige nu...Det
teoretiske max er mellem 12 til 16% af den indkommende energi. Det bliver ikke så meget som en
solcelle, og det er fordi du skal betale noget for opbevaringen
i molekylerne, og det kan derfor ikke være så effektivt... -Kasper Moth-Poulsen
Han nævnte også, at molekylet har været den sværeste del at optimere.
"...Varmegenvindingen går nogenlunde. Vi udvinder den varme, vi
lagrer. Der er en del tab i lagringsprocessen, og vi vil gerne udvide
til en større del af solspektret og samtidig opretholde den høje indre tæthed
osv. Der er ligesom tre eller fire parametre, vi forsøger at optimere på samme tid,
og de peger lidt i forskellige retninger. Vanskeligheden er at
skabe systemer, der er gode i alle aspekter. .." -Kasper Moth-Poulsen
Dette er stadig igangværende forskning, og de har testet nye molekyler og forbedret dem
undervejs. Næste skridt er ifølge Kasper at skalere systemet op fra blot nogle få
watt til muligvis tusind watt. Selvom molekylet muligvis ikke opnår effektivitetsgevinster svarende til
fotovoltaik eller CSP, kan det være lagdelt i andre eksisterende ting for at gøre dem endnu bedre.
Forestil dig at lægge dette i lag med et solcelleanlæg på dit hjem.
Ikke alene ville du omdanne fotoner til elektricitet til dit hjem, men du ville også
gemme det som varme til senere brug … som at hjælpe med at producere varmt vand midt om natten.
I min chat med Kasper nævnte han nogle mulige anvendelsesmuligheder for deres system, herunder
opvarmning af dit varme vand uden at skulle bruge elektricitet eller brændende gas, opvarmning af en bils kabine og meget mere.
Når vi bevæger os fremad mod en grønnere fremtid, er det vigtigt at lagre solenergi til senere brug.
At udnytte sollys, konvertere det til elektricitet
og derefter konvertere det igen for at gemme det til batterier er ikke den eneste vej.
Mens lagring af varme i CSP-kraftværker ved hjælp af smeltede salte har eksisteret i et stykke tid, er
nyere tilgange som at lagre solenergi direkte i molekylær binding stadig på
det tidlige stadie. At skalere det op og finde de bedste applikationer til det vil stadig tage tid,
men de fordele, det kan tilbyde, som at lagre solenergi i 18 år, er meget lovende.
Så er du stadig i tvivl? Synes du, at molekylær binding lyder som en lovende retning?
Hop ind i kommentarerne og fortæl mig det, og sørg for at tjekke min opfølgende
podcast Still TBD, hvor vi vil diskutere noget af din feedback.
Hvis du kunne lide denne video, så sørg for at tjekke en af ​​disse videoer ud her. Og tak til
alle mine lånere for jeres fortsatte støtte og velkommen til det nye supporter+ medlem Robert Reichner.
Og tak til jer alle, fordi I så med. Vi ses i den næste.