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將液態矽高溫白熱光轉換成電,「盒中太陽」成新興電網級儲能技術
2018-12-12   |  作者:daisychuang  |  51瀏覽人次

雖然鋰離子電池是人們相當熟悉的儲能系統,但由於鋰含量有限,若是要把他們用於電網級儲能設備,這可能就不是最佳選擇,對此美國麻省理工最近提出新方案「盒中太陽(sun in a box)」,有望以高溫液態矽提供低成本、24 小時不間斷的電力儲存技術。

太陽能與風能為備受歡迎綠能技術,但此類技術為間歇性能源,在無風或是烏雲密布時,風力發電與太陽能廠都無法運作,因此有效儲存多餘電力為解決缺電與電力供過於求之道,其中鋰離子電池雖然為儲能技術領頭羊,但鋰電池的價位還是比較高,無法大規模的裝置並搭配電網。

而麻省理工研發出的設備名為電網級熱能儲存-多接面太陽光電(TEGS-MPV,註),其概念是將再生能源多餘熱量傳送到裝有白熱熔融矽(white-hot molten silicon)的容器,之後再把熔融矽發出來的光轉換成電。

這個概念有點像是熔鹽電池或是聚光式太陽熱發電,只不過團隊將傳統使用的熔鹽汰換成熔融矽,這是因為熔鹽加熱到 538℃ 之後,其會產生強烈的腐蝕性,因此團隊決定採用科技與製造領域的好朋友「矽」,該材料除了可以把加熱溫度提高到 2,200°C,還有望進一步提升設備能量密度。

為了不讓熱量擴散或是腐蝕設備,TEGS-MPV 系統由兩個寬約 10 公尺的石墨儲熱容器組成,其中一個容器主要儲存 1,900°C、溫度相對較低的液態矽,另一個儲存溫度則高達 2400 ℃。當設備開始加熱時,液態矽會流過由外部能源加熱的線路,之後再抵達並儲存於另一個石墨容器。

該系統釋放能量的方式也不是傳統的沸水蒸氣與渦輪機,而是把熔融矽發出的光轉換成電。矽在高溫下會產生明亮的白色光,麻省理工科學家則善加利用這些白熱光,運用多接面太陽能板來產生電力,之後再將電力傳送到中央電網,而降溫後的液態矽則能進入下一輪加熱輪迴,變成一顆超大型儲熱電池。

目前麻省理工為了測試熔融矽是否會腐蝕石墨容器,打造出一款迷你 TEGS-MPV 原型設備,實驗測試也相當符合科學家的期待,結果指出當熔融矽加熱到 1,980°C 並持續一個小時後,石墨壁會與熔融矽相互反應形成碳化矽,研究員表示,碳化矽並不會破壞容器內壁,反而能成為一層薄薄的保護膜。

團隊預估 TEGS-MPV 系統可為 10 萬戶家庭供電,且該設計幾乎可以建設在任何地方,理想狀況下也能儲存太陽能與風能等再生能源電力,再加上設備成本也相當低廉、大約是抽水蓄電站的二分之一,有望成為新一代低成本又長壽的電網級儲能技術。目前研究已發表在《Energy and Environmental Science》。

註:Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics,TEGS-MPV,筆者翻譯為電網級熱能儲存-多接面太陽光電

(首圖來源:麻省理工。文/DaisyChuang)

 
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