熔融硅储能技术:能量密度是熔盐储能的10倍

之前我们介绍过通过熔融状态的盐来储存能量的熔盐储能技术,当时提到了热硅储能技术能够提供更高的储能温度和更多的热量。本文我们将会来介绍一种新型储能技术——熔融硅储能技术

麻省理工学院提出的热能储存电池概述,显示熔融硅的热罐和冷罐,以及充电和放电单元的容器
麻省理工学院提出的热能储存电池概述,显示熔融硅的热罐和冷罐,以及充电和放电单元的容器

在该技术中,太阳能、风力或者其他需要储存的电能将会被用来加热硅储能介质,一直将硅加热到2400℃的超高温。此时硅将会处于融化状态(硅的熔点是1414℃)。

接下来你可能以为我们将会利用融化的硅释放的热量烧开水推动涡轮机发电。

熔融硅储能技术并不是这样的发电方式,它是通过热光伏转换器按需提供电力,也就是说,它是一种光伏发电

这其实涉及到高温硅的一个特性,当硅温度提升到1400℃以上的时候,它不但会处于熔融状态,而且还能够发出剧烈的光线,此时熔融硅的能量释放形式主要是光辐射。

熔融硅储能技术

这是因为在这种高温条件下,硅原子内部的电子能级跃迁更为活跃,释放出的光子数量增多,从而使光辐射成为主要的热能传递方式。而且硅的温度越高,其辐射光的强度和效率也越高。这种光辐射特性是高温硅用于能量存储和转换技术中的关键因素。

根据科学家的计算,每一立方米的熔融硅中大约能够存储1000度电的能量,是熔盐储能的10倍。

这么高的能量释放会使得硅比太阳还要明亮,但是它并不能采用普通的光伏电池来发电,因为温度太高了。

为了泵送熔融硅,两个约 40 m 高的巨大桶中各有一个机械泵,将液体输送到整个系统。
为了泵送熔融硅,两个约 40 m 高的巨大桶中各有一个机械泵,将液体输送到整个系统。

这就不得不说到熔融硅储能技术第二个核心技术——热光伏电池,这种电池主要通过光伏效应将红外波长的光转换为电能,每单位面积产生的电力是传统太阳能电池的100倍,其转换效率可以高达50%以上。

除了上述优点外,熔融硅储能技术还有一个很重要的优点,它的相应时间极快,以秒为单位实现千兆瓦规模的相应速度,相比之下,涡轮机则需要20分钟才能够从0负载升至满负载,这使得熔融硅储能技术特别适合电网级别的储能。

熔融硅储能技术
熔融硅储能技术

而且因为缺乏大量的机械装置和活动部件,熔融硅储能装置的维护还会非常简单,稳定性大大提升。当然,为了让熔融硅储能技术能够在高温环境中稳定运行,充满惰性气体或氮气的环境必不可少。

不过2400℃的温度已经超过了大部分金属的熔点,显然我们还需要一个特制的容器才能够装下高温熔融硅,目前科学家已经制造出全陶瓷和全石墨的碳管、阀门和管道,比如碳的熔点有3500℃,远高于硅的熔点。这使得碳成为理想的容器材料,能够承受高温硅的存储和处理。

从上面我们可以看到,熔融硅储能技术具有一系列的优点,而且它还有一个优点,就是硅是地球上仅次于氧的第二常见元素,制取非常成熟,价格也很便宜,一旦能够大规模应用的话,那么储能时间超过100小时的熔融硅储能价格,将会比目前最便宜的储能技术——抽水储能还要低一半,可见该技术的应用前景是非常广阔的。

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