Accademia canadese di ingegneria, Zhang Jiujun, scienziato capo di Leo International: la chiave per lo sviluppo dello stoccaggio dell'energia solare
Dec 08, 2017
L'8 dicembre 2017, Zhang Jiujun, Accademico della Canadian Academy of Engineering e Leoch International Chief Scientist, ha tenuto un discorso intitolato "Solar Energy Storage and Religion Electrochemical Energy Technology" al Solar plus International Forum di Shenzhen e al 12 ° Annual Meeting di Condivisione tematica della nuova tecnologia energetica. Quello che segue è il resoconto dell'incontro:
Nel 2016, l'investimento in energia solare ha raggiunto 442 miliardi
Allo stato attuale, lo sviluppo di nuove energie ha due importanti forze motrici. Primo, lo sviluppo umano e la sostenibilità devono avere energia e devono essere energia nuova e energia pulita. Secondo, gli esseri umani devono avere un ambiente pulito per lo sviluppo sostenibile. Inesauribile solare, come una nuova energia con vantaggi naturali e senza pari.
Perché sviluppare nuove energie? In realtà ci sono due forze trainanti dietro questa prima forza trainante è lo sviluppo dell'umanità e la sostenibilità deve avere energia, ed è anche nuova energia, energia pulita. In secondo luogo, affinché l'umanità raggiunga uno sviluppo sostenibile, deve esserci un ambiente pulito. Oggigiorno, l'inquinamento atmosferico in molte città è così grave che questo non funziona. Anche la nostra qualità dell'acqua è seriamente inquinata. Questo è insostenibile. Pertanto, ci sono due principali forze motrici che rendono l'umanità sulla terra sviluppare nuove energie.
Quali sono le fonti di energia? Ci sono due categorie principali di energia elencate qui. Il primo è l'energia rinnovabile, che è pulita o sostenibile, tra cui l'energia idroelettrica, solare, biomassa, eolica, geotermica e così via. La seconda categoria è Fossil Energy, che è energia non rinnovabile, con un po 'meno, tra cui gas naturale, petrolio, energia nucleare.
Se sviluppiamo nuove fonti di energia, il primo è l'energia solare, guardiamo l'energia solare è che tipo di situazione, qui è elencato in diverse regioni del mondo, diverse regioni dal 2011 al 2040 previsioni di generazione di energia solare. Possiamo vedere che entro il 2040, l'energia solare sulla terra emetterà 1 trilione di kilowatt di elettricità all'anno, che equivale a 10-12 volte la potenza erogata dalla centrale idroelettrica di Three Gorges.
Allo stato attuale, l'efficienza complessiva di conversione dell'energia solare deve ancora essere migliorata. L'attuale pannello solare che usiamo è di circa il 18% -23% di efficienza di conversione, ovviamente alcuni laboratori possono fare di più.
Nel 2016, l'investimento globale nella ricerca e sviluppo di tecnologie per le energie rinnovabili è molto ampio, tra cui l'energia solare, l'energia eolica e la bioenergia. Nel campo degli investimenti di energia solare ha raggiunto 442 miliardi di yuan, che è un numero molto grande. Il solare cinese rappresenta attualmente il 40% dell'energia solare mondiale.
Diamo un'occhiata alle attuali nuove fonti di energia per la quantità totale di energia che usiamo, qui ne elencho alcune, qui possiamo vedere che il 26% dell'attuale energia bruciata è il gas naturale, il 36% è petrolio e l'8% è nucleare energia, di cui l'energia solare rappresenta il 20% e l'energia sostenibile rappresenta solo il 9%. È una piccola parte Al momento, la nostra energia solare rappresenta solo il 2% dell'energia totale, quindi questa è una parte molto piccola.
Sappiamo che l'energia solare è una fonte di energia sostenibile. Perché lo sviluppo è così lento? Possiamo vedere che ci sono alcune grandi sfide qui. Il primo è che l'energia solare o l'energia eolica è instabile. Ad esempio, può generare elettricità quando c'è il sole, quando il sole è basso, l'intensità della luce non è la stessa. L'elettricità che invia non è molto liscia. A differenza della tradizionale generazione di energia, l'elettricità generata è la stessa. La generazione di energia solare cambia con il tempo ed è come un rumore Allo stesso modo, se non lo si liscia, si tratta di uno spreco di energia elettrica. Questo è il punto che è instabile e non abbastanza affidabile. La seconda sfida è la distribuzione di energia elettrica, anche i trasporti sono molto difficili. La terza sfida, a causa delle due precedenti domande, è che quando l'elettricità arriva alla rete, se non è liscia, non ti lascerà entrare. La quarta sfida, l'investimento di impianti di energia solare è grande, il ritorno sull'investimento è relativamente basso, il ritorno sull'investimento per molto tempo.
Per superare questi quattro punti, dobbiamo sviluppare una tecnologia di immagazzinamento dell'energia che trasforma l'energia solare e quella generata dal vento in una fonte di energia e la memorizza in uso. L'unico modo per avere un'energia elettrica liscia da perdere dentro. Pertanto, lo stoccaggio di energia deve essere sviluppato. Lo stoccaggio di energia è attualmente richiesto nel campo dell'energia solare o eolica.
Quale metodo di immagazzinamento dell'energia scegliere?
Quali sono le attuali tecnologie di immagazzinamento dell'energia? Qui elencati diversi, il primo è l'accumulo di energia elettrochimica, la batteria agli ioni di litio nel telefono è in questo modo di immagazzinare energia. Batterie al piombo, batterie al litio, che sono chiamate tecnologia elettrochimica, l'energia solare nella batteria si accumula, quando è necessario rilasciare l'elettricità, questa versione è molto liscia. Il secondo è le ruote volanti, questo non è molto da dire, e il terzo è l'aria compressa, la pressione dell'aria in un luogo sotterraneo profondo, quando usato per rilasciarlo, usando l'energia meccanica, naturalmente, questa efficienza è molto bassa. Il quarto è quando la centrale idroelettrica non ha bisogno di elettricità, ma anche di drenare, l'acqua attraverso i capelli dell'elettricità aspirata in un sotto-serbatoio interno, e quindi quando la generazione di elettricità. In questi modi, lo stoccaggio di energia elettrochimica è il modo più affidabile ed è il modo più efficace.
Guardiamo all'archiviazione elettrochimica di quali modi, ho elencato circa 10 specie, in effetti non limitato a queste 10 specie, tra cui batterie al litio, batterie piombo-acido, celle a combustibile, acqua elettrolizzata, ecc., Queste sono la memoria elettrochimica Can battery . All'interno della grande rete, la futura smart grid, la batteria diventerà un'unità centrale. Ora nello sviluppo della micro-griglia, che è elementi elettrochimici più importanti.
Questo è un libro che ho messo insieme ai miei postdoc, insegnanti, amici e colleghi negli ultimi 10 anni. Tutte queste fonti di energia elettrochimica sono incluse in questo libro. Ogni libro copre una tecnica in cui tutti si sentono Se sei interessato, puoi navigare in Internet e leggere circa 20 libri.
Discuterò in dettaglio di seguito i vantaggi di una varietà di batterie e dei suoi problemi. Il primo è attualmente all'avanguardia nello sviluppo, ma non è ancora stato commercializzato, è la batteria in alluminio liquido, che immagazzina l'energia all'interno dell'elettrolito, può espandere arbitrariamente il suo elettrolito, materiale elettrochimico attivo all'interno dell'elettrolita, non all'interno della batteria, quindi ha tali vantaggi Il suo attuale sviluppo è molto veloce, in questa area la principale direzione della ricerca è lo sviluppo di nuovi materiali, inclusi materiali elettrolitici, materiali per elettrodi, materiali a membrana, aumento della densità energetica e aumento della sua aspettativa di vita, e quindi il sistema da ottimizzare, ridurre il prezzo dei materiali, che è una batteria di alluminio liquido.
Il secondo è la batteria agli ioni di alluminio. Al momento, molte batterie agli ioni di alluminio che non possono essere utilizzate nelle automobili sono ancora almeno il 70% o il 70% utilizzato per lo stoccaggio di energia. I vantaggi delle batterie agli ioni di alluminio sono la densità di energia e la densità funzionale sono elevate, la sua aspettativa di vita per l'accumulo di energia è abbastanza buona, ma ha anche i suoi problemi, se usata all'interno dell'auto, la vita non è abbastanza lunga, l'altro è problema di sicurezza, ora stiamo usando una batteria a ioni di alluminio liquido, quindi qui è l'uso di elettrolita liquido, quando lo facciamo, soprattutto quando la scarica ad alta corrente può produrre febbre alta, se il calore non può uscire, brucerà o esplodere. In particolare, ora dobbiamo sviluppare un sistema ternario. L'attività del sistema ternario è molto alta. Se qualcosa è troppo attivo, la sua stabilità sarà scarsa. Al momento, è il più utilizzato nei veicoli di nuova energia, ovviamente, ci sono molti accumuli di energia ora in uso. La principale direzione di ricerca, ora la densità di energia della batteria di ioni di alluminio ha raggiunto un collo di bottiglia, come aumentare la sua densità di energia, come aumentare la sua vita, ma anche la necessità di ulteriore sviluppo di nuovi materiali, nonché l'ottimizzazione dell'elettrodo strato, che è batteria di ioni di alluminio.
Ecco alcuni dei lavori che abbiamo fatto con le batterie agli ioni di alluminio, che hanno sintetizzato alcuni nanomateriali come materiale catodico per batterie agli ioni di alluminio.
Il terzo è costituito da batterie al piombo, la batteria è l'attività principale di Leoch International ora, le batterie al piombo sembrano essere le più affidabili, le memorie più economiche disponibili sul mercato, su larga scala, su piccola scala e su scala ridotta sono più affidabili, Questo ci sono molti vantaggi delle batterie piombo-acido, il primo è più economico, ora sviluppiamo qualsiasi batteria non sono batterie al piombo più economiche, il secondo è la sicurezza, è più sicuro delle batterie agli ioni di alluminio, non ne hai sentito parlare batterie al piombo-acido in fiamme O l'esplosione della batteria di ioni di alluminio a terra dopo l'autunno, forse esplode, ma come le batterie piombo-acido cadono non esploderanno, quindi è sicuro. Il terzo è il generale che i materiali della batteria al piombo possono essere riciclati completamente, la perdita della batteria, posso rimettere tutti i materiali all'interno per riutilizzarli, il vantaggio è che altre batterie non possono.
Pertanto, le batterie al piombo sono il metodo di maggior successo e affidabilità attualmente disponibile nella conservazione dell'energia, specialmente nel nuovo immagazzinamento di energia. Siamo nello sviluppo di un nuovo accumulo di energia per lo sviluppo di batterie al piombo, come lo sviluppo di batterie al piombo-acido? Ci sono diversi aspetti, la sua densità di energia non è abbastanza alta, quindi il primo riguarda i componenti dell'elettrodo, l'ingrediente attivo Ottimizza, aggiungi del carbonio, ecc. Il secondo è renderlo leggero, ridurre la quantità di piombo, il piombo in un rete di carbonio. Il terzo è quello di rimuovere un elettrodo, ci sono tali tre ricerca di batterie al piombo. Batterie al piombo se può raggiungere circa 80 densità di energia, possiamo sostituire un sacco di batterie.
L'altro è un super condensatore, che è anche un metodo di immagazzinamento dell'energia, abbiamo sentito parlare di super condensatore, il suo più grande vantaggio è che il tempo di carica e scarica è particolarmente veloce, puoi finire in secondi, la densità di potenza è molto alta, ma La densità di energia è molto bassa, quindi anche il supercondensatore deve essere sviluppato. Uno è quello di usarlo per la vita povera. Il secondo è la sua alta densità industriale, che può essere utilizzata per aumentare la sua densità di energia.
Un'altra direzione è l'elettrolisi dell'acqua, l'elettricità emessa dall'energia solare, l'acqua nella decomposizione dell'idrogeno, l'idrogeno stesso è un vettore di energia, utilizziamo il gas idrogeno attraverso la cella a combustibile in elettricità, in modo che l'obiettivo di un accumulo di energia. Tuttavia, al momento, la sua efficienza energetica è relativamente bassa e la sua tecnologia è ancora relativamente matura. Pertanto, questo è anche un punto caldo per lo stoccaggio di energia.
Inoltre, lasciatemi parlare di anidride carbonica e riduzione elettrochimica, e ora abbiamo una grande quantità di anidride carbonica, può il biossido di carbonio attraverso i metodi elettrochimici, attraverso l'elettricità, in piccole molecole utili, in acido formico, metanolo, ecc. per ottenere un effetto di accumulo di energia e raggiungere un altro scopo di ridurre le emissioni di biossido di carbonio. Al momento, anche il Canada sta facendo molto lavoro in questo settore. La sfida ora è che i catalizzatori hanno una breve aspettativa di vita. Al momento, questo è anche il fulcro della nostra ricerca e della ricerca attualmente supportata dal Ministero della Scienza e della Tecnologia della Cina. Questo è un modo per avere prospettive strategiche a lungo termine.
Mercato di stoccaggio di energia, alla fine, quanto?
Qual è l'attuale dimensione del mercato dello stoccaggio di energia? Abbiamo elencato qui alcuni, uno è la batteria di alluminio liquido, quindi la batteria di ioni di alluminio, ci sono batterie al piombo e super condensatori, possiamo vedere che entro il 2025, la situazione generale del mercato, batterie di alluminio liquido raggiungeranno probabilmente 38 miliardi dollari, la batteria di ioni di alluminio può raggiungere 26 miliardi di dollari di mercato, il mercato delle batterie al piombo è ancora il più grande, fino a circa 40 miliardi di dollari nel mercato, il super condensatore è relativamente più piccolo, ma simile alla batteria di alluminio liquido.
Pertanto, utilizziamo il mercato di stoccaggio dell'energia solare è un enorme potenziale, quindi non solo per sviluppare l'energia solare, ma anche lo sviluppo di stoccaggio di energia, lo stoccaggio di energia dovrebbe essere sviluppato.
