Научная жизнь не стоит на месте, в сфере технологий хранения энергии постоянно появляются новые идеи.
Очередную концепцию подготовили ученые Массачусетского технологического института (MIT) и назвали её «солнце в коробке» (sun in a box). Речь идёт о хранении энергии в форме расплавленного кремния в специальных ёмкостях с мощной теплоизоляцией (на рисунке).
Хранение возобновляемой электроэнергии в форме тепла — довольно распространённая технология. Наиболее часто она используется на солнечных тепловых станциях (CSP), где с помощью зеркал-концентраторов нагревается теплоноситель и вырабатывается пар, вращающий паровую турбину, а часть энергии направляется на хранение в емкости с расплавленной солью для последующей выработки электроэнергии после захода солнца.
По словам учёных MIT, CSP с хранением энергии в расплавленной соли никогда не сможет конкурировать по стоимости с газовой генерацией. Кроме того, повышать температуру нагрева соли и эффективность процесса невозможно — ёмкости из нержавеющей стали начинают корродировать.
В технологии, предложенной MIT, есть принципиальное отличие. В проекте используются две сообщающиеся емкости из графита диаметром 10 метров каждая, заполненные жидким кремнием. В одном резервуаре хранится кремний при температуре 1926°С. Эта «холодная» емкость соединена через ряд трубок и нагревательных элементов с «горячим» резервуаром, в котором жидкий кремний нагрет до 2370°С.
«Избыточная» (в периоды перепроизводства) электроэнергия солнечных и ветровых станций направляется на осмический нагрев вещества в «холодной» ёмкости и перекачку её в «горячую». В процессе кремний нагревается до чрезвычайно высокой температуры — раскаляется до бела.
Когда требуется электричество, расплавленный жидкий кремний прокачивается через множество труб, которые излучают свет. Рядом с трубами расположены высокоэффективные солнечные ячейки, называемые многопереходными фотоэлектрическими элементами (multi-junction solar cells). Эти генерирующие устройства, «снимают» световое излучение расплавленного металла и вырабатывают электричество. В ходе этого процесса кремний охлаждается и возвращается в «холодный» резервуар для повторного использования.
Как мы видим, в данном случае не применяются паровые турбины, и электроэнергия вырабатывается по принципиально иной технологии.
На начальном этапе остро стоял вопрос, из какого материала следует изготавливать резервуары для хранения. Считалось, что использование графита представляет опасность из-за того, что графит и кремний могут реагировать при этих высоких температурах.
Когда команда построила миниатюрный резервуар для испытаний, было обнаружено, что в то время как кремний реагировал с графитом с образованием карбида кремния, новый материал прилипал к внутренним стенкам резервуара, создавая защитный слой. После того, как этот тонкий слой сформировался, дальнейшая реакция не происходила, доказывая, что использование графитовых резервуаров является жизнеспособным.
Вся эта история выглядит чрезвычайно сложной и дорогой, однако авторы утверждают, что она дешевле ГАЭС и других популярных технологий хранения.