"Sun in a box" stockerait de l'énergie renouvelable pour le réseau: Conception d'un système qui fournit de l'énergie solaire- ou l'énergie éolienne à la demande devrait être moins chère que les autres principales options

Les ingénieurs du MIT ont mis au point un concept pour un système de stockage d'énergie renouvelable, comme l'énergie solaire et éolienne, et réinjecter cette énergie dans un réseau électrique à la demande. Le système peut être conçu pour alimenter une petite ville, pas seulement lorsque le soleil est levé ou que le vent est fort, mais autour de l'horloge.

Les nouveaux magasins de conception chaleur générée par l'excès de l'électricité à partir de l'énergie solaire ou le vent dans de grands réservoirs de silicium fondu chauffé à blanc, et puis convertit la lumière du métal brillant retour en électricité quand il est nécessaire. Les chercheurs estiment qu'un tel système serait beaucoup plus abordable que les batteries lithium-ion, qui ont été proposées comme une solution viable, si cher, Procédé pour stocker de l'énergie renouvelable. Ils estiment également que le système coûterait environ la moitié autant que le stockage par pompage hydroélectrique - la moins chère de stockage d'énergie grille échelle à ce jour.

les chercheurs du MIT proposent un concept pour un système de stockage renouvelable, photo ici, ce serait stocker l'énergie solaire et l'énergie éolienne sous la forme de silicium liquide chauffé à blanc, stockés dans des réservoirs très isolés. Image: Duncan MacGruer

« Même si nous voulions exécuter la grille sur les énergies renouvelables en ce moment nous ne pouvions pas, parce que vous auriez besoin de turbines à combustible fossile pour compenser le fait que l'approvisionnement renouvelable ne peut pas être distribué à la demande," dit Asegun Henry, le Robert N.. Noyce Professeur associé en développement de carrière au Département de génie mécanique. « Nous développons une nouvelle technologie qui, en cas de succès, résoudrait ce problème le plus important et le plus critique en matière d'énergie et de changement climatique, à savoir, le problème de stockage.

Henry et ses collègues ont publié leur conception aujourd'hui dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement.

Temps d'enregistrement

Le nouveau système de stockage découle d'un projet dans lequel les chercheurs ont cherché des moyens d'augmenter l'efficacité d'une forme d'énergie renouvelable connue sous le nom d'énergie solaire concentrée.. Contrairement aux centrales solaires conventionnelles qui utilisent des panneaux solaires pour convertir la lumière directement en électricité, l'énergie solaire concentrée nécessite de vastes champs d'immenses miroirs qui concentrent la lumière du soleil sur une tour centrale, où la lumière est convertie en chaleur qui est finalement transformée en électricité.

"La raison pour laquelle la technologie est intéressante est, une fois que vous faites ce processus de focalisation de la lumière pour obtenir de la chaleur, vous pouvez stocker la chaleur beaucoup moins cher que vous ne pouvez stocker l'électricité,» note Henri.

Les centrales solaires à concentration stockent la chaleur solaire dans de grands réservoirs remplis de sel fondu, qui est chauffé à des températures élevées d'environ 1,000 degrés Fahrenheit. Quand l'électricité est nécessaire, le sel chaud est pompé à travers un échangeur de chaleur, qui transforme la chaleur du sel en vapeur. Une turbine transforme ensuite cette vapeur en électricité.

"Cette technologie existe depuis un certain temps, mais l'idée a été que son coût ne sera jamais assez bas pour concurrencer le gaz naturel," dit Henri. "Il y a donc eu une poussée pour opérer à des températures beaucoup plus élevées, afin que vous puissiez utiliser un moteur thermique plus efficace et réduire les coûts. »

toutefois, si les opérateurs devaient chauffer le sel bien au-delà des températures actuelles, le sel corroderait les cuves en inox dans lesquelles il est stocké. L'équipe d'Henry a donc cherché un milieu autre que le sel qui pourrait stocker la chaleur à des températures beaucoup plus élevées.. Ils ont d'abord proposé un métal liquide et ont finalement opté pour le silicium, le métal le plus abondant sur Terre., qui peut résister à des températures incroyablement élevées de plus de 4,000 degrés Fahrenheit.

L'année dernière, l'équipe a développé une pompe capable de résister à une chaleur aussi torride, et pourrait éventuellement pomper du silicium liquide à travers un système de stockage renouvelable. La pompe a la plus haute tolérance à la chaleur jamais enregistrée - un exploit qui est noté dans "The Guiness Book of World Records". Depuis ce développement, l'équipe a conçu un système de stockage d'énergie qui pourrait intégrer une telle pompe à haute température.

"Soleil dans une boîte"

À présent, les chercheurs ont présenté leur concept pour un nouveau système de stockage d'énergie renouvelable, qu'ils appellent TEGS-MPV, pour le Stockage d'Energie Thermique - Photovoltaïque Multi-Jonctions. Au lieu d'utiliser des champs de miroirs et une tour centrale pour concentrer la chaleur, ils proposent de convertir l'électricité produite par n'importe quelle source renouvelable, comme la lumière du soleil ou le vent, en énergie thermique, par chauffage joule - un processus par lequel un courant électrique traverse un élément chauffant.

Le système pourrait être couplé avec des systèmes d'énergie renouvelable existants, comme les cellules solaires, pour capter l'électricité excédentaire pendant la journée et la stocker pour une utilisation ultérieure. Considérer, par exemple, une petite ville de l'Arizona qui tire une partie de son électricité d'une centrale solaire.

"Dis que tout le monde rentre du travail, allumer leurs climatiseurs, et le soleil se couche, mais il fait encore chaud," dit Henri. "À ce moment, le photovoltaïque n'aura pas beaucoup de rendement, vous devez donc avoir stocké une partie de l'énergie du début de la journée, comme quand le soleil était à midi. Cet excédent d'électricité pourrait être acheminé vers le système de stockage que nous avons inventé ici.

Le système consisterait en un grand, fortement isolé, 10-réservoir d'un mètre de large en graphite et rempli de silicium liquide, conservé à une température "froide" de près 3,500 degrés Fahrenheit. Une banque de tubes, exposé à des éléments chauffants, relie ensuite ce réservoir froid à un second, réservoir "chaud". Quand l'électricité des cellules solaires de la ville entre dans le système, cette énergie est convertie en chaleur dans les éléments chauffants. pendant ce temps, le silicium liquide est pompé hors du réservoir froid et se réchauffe davantage lorsqu'il passe à travers le banc de tubes exposés aux éléments chauffants, et dans le réservoir chaud, où l'énergie thermique est maintenant stockée à une température beaucoup plus élevée d'environ 4,300 F.

Quand l'électricité est nécessaire, dire, après le coucher du soleil, le silicium liquide chaud - si chaud qu'il est blanc brillant - est pompé à travers un ensemble de tubes qui émettent cette lumière. Cellules solaires spécialisées, connu sous le nom de photovoltaïque multijonction, puis transforme cette lumière en électricité, qui peuvent être alimentés sur le réseau de la ville. Le silicium maintenant refroidi peut être pompé dans le réservoir froid jusqu'au prochain cycle de stockage - agissant efficacement comme une grande batterie rechargeable.

"L'un des noms affectueux que les gens ont commencé à appeler notre concept, est 'le soleil dans une boîte,’ qui a été inventé par ma collègue Shannon Yee de Georgia Tech," dit Henri. "C'est essentiellement une source de lumière extrêmement intense qui est contenue dans une boîte qui retient la chaleur."

Une clé de stockage

Henry dit que le système nécessiterait des réservoirs suffisamment épais et solides pour isoler le liquide en fusion à l'intérieur..

"Le truc est blanc chaud à l'intérieur, mais ce que vous touchez à l'extérieur doit être à température ambiante," dit Henri.

Il a proposé que les réservoirs soient en graphite. Mais on craint que le silicium, à des températures aussi élevées, réagirait avec le graphite pour produire du carbure de silicium, qui pourrait corroder le réservoir.

Pour tester cette possibilité, l'équipe a fabriqué un réservoir miniature en graphite et l'a rempli de silicium liquide. Lorsque le liquide a été maintenu à 3,600 F pour environ 60 minutes, du carbure de silicium s'est formé, mais au lieu de corroder le réservoir, il a créé une mince, doublure de protection.

"Il colle au graphite et forme une couche protectrice, empêcher une réaction ultérieure," dit Henri. "Vous pouvez donc construire ce réservoir en graphite et il ne sera pas corrodé par le silicium."

Le groupe a également trouvé un moyen de contourner un autre défi: Comme les réservoirs du système devraient être très grands, il serait impossible de les construire à partir d'un seul morceau de graphite. S'ils étaient plutôt fabriqués à partir de plusieurs pièces, ceux-ci devraient être scellés de manière à empêcher le liquide fondu de s'échapper. Dans leur journal, les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient empêcher toute fuite en vissant des morceaux de graphite avec des boulons en fibre de carbone et en les scellant avec du grafoil - du graphite flexible qui agit comme un scellant à haute température.

Les chercheurs estiment qu'un seul système de stockage pourrait permettre à une petite ville d'environ 100,000 les maisons seront entièrement alimentées par des énergies renouvelables.

"L'innovation dans le stockage de l'énergie connaît un moment en ce moment," dit Addison Stark, directeur associé pour l'innovation énergétique au Bipartisan Policy Center, et directeur du personnel de l'American Energy Innovation Council. "Les technologues de l'énergie reconnaissent l'impératif d'avoir des, des options de stockage à haut rendement disponible pour équilibrer les technologies de production nondispatchable sur la grille. En tant que tel, il y a beaucoup de grandes idées qui viennent à l'avant en ce moment. Dans ce cas, le développement d'un bloc de puissance à état solide couplé à des températures de stockage incroyablement élevé repousse les limites de ce qui est possible « .

Henry souligne que la conception du système est géographiquement illimité, ce qui signifie qu'il peut être placé n'importe où, quel que soit le paysage d'un emplacement. Cela contraste avec l'hydroélectricité pompée - actuellement la forme la moins chère de stockage d'énergie, qui nécessite des emplacements pouvant accueillir de grandes chutes d'eau et des barrages, pour stocker l'énergie des chutes d'eau.

"C'est géographiquement illimité, et est moins cher que l'hydroélectricité pompée, ce qui est très excitant," dit Henri. "En théorie, c'est la clé de voûte pour permettre aux énergies renouvelables d'alimenter l'ensemble du réseau.

La source: http://news.mit.edu, par Jennifer Chu