الأكاديمية الكندية للهندسة، ليو الدولي كبير العلماء تشانغ جيوجون: المفتاح لتطوير تخزين الطاقة الشمسية
Dec 08, 2017
في 8 ديسمبر 2017، أدلى تشانغ جيوجون، أكاديمي من الأكاديمية الكندية للهندسة و ليوتش الدولية كبير العلماء، كلمة بعنوان "تخزين الطاقة الشمسية وتكنولوجيا الطاقة الكهروكيميائية ذات الصلة" في المنتدى الشمسي زائد الدولي شنتشن والاجتماع السنوي ال 12 من تكنولوجيا الطاقة الجديدة تقاسم الموضوع. وفيما يلي سجل الاجتماع:
في عام 2016، بلغ الاستثمار في الطاقة الشمسية 442 مليار
وفي الوقت الحاضر، وتطوير الطاقة الجديدة لديها اثنين من القوى الدافعة الرئيسية. أولا، يجب أن يكون للتنمية البشرية والاستدامة الطاقة وأن تكونا طاقة جديدة وطاقة نظيفة. ثانيا، يجب أن يكون لدى البشر بيئة نظيفة للتنمية المستدامة. الشمسية لا ينضب، كطاقة جديدة مع مزايا طبيعية لا مثيل لها.
لماذا تطوير الطاقة الجديدة؟ في الواقع هناك نوعان من القوى الدافعة وراء هذه القوة الدافعة الأولى هي تنمية البشرية والاستدامة يجب أن يكون الطاقة، وأيضا الطاقة الجديدة والطاقة النظيفة. ثانيا، لكي تحقق البشرية التنمية المستدامة، يجب أن تكون هناك بيئة نظيفة. في الوقت الحاضر، تلوث الهواء في العديد من المدن شديد لدرجة أن هذا لا يعمل. كما أن نوعية مياهنا ملوثة بشكل خطير. وهذا أمر غير مستدام. لذلك، هناك نوعان من القوى الدافعة الرئيسية التي تجعل البشرية على الأرض تطوير طاقة جديدة.
ما هي مصادر الطاقة؟ هناك نوعان من فئات الطاقة الرئيسية المذكورة هنا. الأول هو الطاقة المتجددة، وهي إما نظيفة أو مستدامة، بما في ذلك الطاقة المائية، والطاقة الشمسية، والكتلة الحيوية، والرياح، والطاقة الحرارية الأرضية، وهلم جرا. أما الفئة الثانية فهي الطاقة الأحفورية، وهي طاقة غير متجددة، أقل بقليل، بما في ذلك الغاز الطبيعي، والنفط، والطاقة النووية.
إذا قمنا بتطوير مصادر الطاقة الجديدة، الأول هو الطاقة الشمسية، ونحن ننظر إلى الطاقة الشمسية هو أي نوع من الوضع، وهنا يتم سرد في مناطق مختلفة من العالم، ومناطق مختلفة من 2011 إلى 2040 توليد الطاقة الشمسية المتوقع. يمكننا أن نرى أنه بحلول عام 2040، سوف تنبعث الطاقة الشمسية على الأرض من تريليون كيلوواط من الكهرباء سنويا، أي ما يعادل 10-12 أضعاف انتاج الطاقة لمحطة الطاقة الكهرمائية الخوانق الثلاثة.
وفي الوقت الحاضر، فإن كفاءة تحويل الطاقة الشمسية الشاملة لا تزال بحاجة إلى تحسين. الألواح الشمسية الحالية التي نستخدمها حوالي 18٪ -23٪ كفاءة التحويل، وبطبيعة الحال، يمكن لبعض المختبرات تفعل أكثر من ذلك.
في عام 2016، فإن الاستثمار العالمي في مجال البحث والتطوير لتكنولوجيات الطاقة المتجددة كبير جدا، بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحيوية. في مجال الاستثمار في الطاقة الشمسية وصلت 44200000000 يوان، وهو عدد كبير جدا. وتشكل الطاقة الشمسية في الصين حاليا 40٪ من الطاقة الشمسية في العالم.
دعونا نلقي نظرة على حساب مصادر الطاقة الجديدة الحالية لمجموع الطاقة التي نستخدمها، وهنا أعدد قليل، وهنا يمكننا أن نرى أن 26٪ من الطاقة الحالية حرق الغاز الطبيعي، و 36٪ من النفط و 8٪ النووية الطاقة، والتي تمثل الطاقة الشمسية 20٪ والطاقة المستدامة فقط 9٪. هو جزء صغير. في الوقت الحاضر، حسابات الطاقة الشمسية لدينا 2٪ فقط من إجمالي الطاقة، لذلك هذا هو جزء صغير جدا.
ونحن نعلم أن الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة المستدامة. لماذا التنمية بطيئة جدا؟ يمكننا أن نرى هناك بعض التحديات الكبيرة هنا. الأول هو أن الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح غير مستقرة. على سبيل المثال، فإنه يمكن توليد الكهرباء عندما يكون هناك الشمس، عندما تكون الشمس منخفضة، شدة الضوء ليست هي نفسها. الكهرباء التي يرسلها ليست على نحو سلس جدا. وخلافا لتوليد الطاقة التقليدية، فإن الكهرباء المولدة هي نفسها. يتغير توليد الطاقة الشمسية مع مرور الوقت ويشبه الضجيج وبالمثل، إذا كنت لا تلمس ذلك، بل هو مضيعة للكهرباء. هذه هي النقطة التي هي غير مستقرة وغير موثوق بها بما فيه الكفاية. التحدي الثاني هو توزيع الكهرباء والنقل هو أيضا من الصعب جدا. التحدي الثالث، ويرجع ذلك إلى السؤالين السابقين، هو أنه عندما يذهب الكهرباء إلى الشبكة، وإذا لم يكن على نحو سلس، وقال انه لن تسمح لك أن تذهب في الداخل. التحدي الرابع، استثمار محطة الطاقة الشمسية كبير، والعائد على الاستثمار منخفض نسبيا، والعائد على الاستثمار لفترة طويلة.
من أجل التغلب على هذه النقاط الأربع، يجب علينا تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة التي تحول الطاقة الشمسية والرياح إلى مصدر للطاقة وتخزينها في الاستخدام. الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة الكهربائية على نحو سلس لتفقد في الداخل. لذلك، يجب تطوير تخزين الطاقة. وهناك حاجة حاليا لتخزين الطاقة في مجال الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.
أي طريقة تخزين الطاقة لاختيار؟
ما هي تكنولوجيا تخزين الطاقة الحالية؟ المدرجة هنا عدة، الأول هو تخزين الطاقة الكهروكيميائية، بطارية ليثيوم أيون في الهاتف هو بهذه الطريقة لتخزين الطاقة. بطاريات الرصاص الحمضية، بطاريات الليثيوم، والتي تسمى التكنولوجيا الكهروكيميائية، والطاقة الشمسية في البطارية احتياطي، عندما كنت في حاجة للافراج عن الكهرباء، وهذا الإصدار على نحو سلس جدا. والثاني هو عجلات ذبابة، وهذا ليس كثيرا أن أقول، والثالث هو الهواء المضغوط، وضغط الهواء إلى مكان عميق تحت الأرض، عندما تستخدم لاطلاق سراحها، وذلك باستخدام الطاقة الميكانيكية، وبطبيعة الحال، فإن هذه الكفاءة منخفضة جدا. والرابع هو عندما محطة الطاقة الكهرومائية لا تحتاج إلى الكهرباء، ولكن أيضا لاستنزاف، والمياه من خلال الشعر من الكهرباء مسحوبة في خزان الفرعي في الداخل، وبعد ذلك عندما توليد الكهرباء. في هذه الطرق، تخزين الطاقة الكهروكيميائية هي الطريقة الأكثر موثوقية، وهي الطريقة الأكثر فعالية.
ونحن ننظر إلى تخزين الكهروكيميائية من أي الطرق، وأنا سرد حوالي 10 نوعا، في الواقع لا تقتصر على هذه الأنواع 10، بما في ذلك بطاريات الليثيوم، بطاريات الرصاص الحمضية وخلايا الوقود والمياه بالكهرباء، وما إلى ذلك، وهذه هي التخزين الكهروكيميائية يمكن البطارية . داخل الشبكة الكبيرة، الشبكة الذكية في المستقبل، والبطارية لتصبح وحدة أساسية. الآن في تطوير الشبكة الصغيرة، والتي هي العناصر الكهروكيميائية أكثر أهمية.
هذا هو الكتاب الذي كنت قد وضعت جنبا إلى جنب مع بلدي بوستدوك والمعلمين والأصدقاء والزملاء على مدى السنوات ال 10 الماضية. يتم تضمين جميع هذه المصادر الطاقة الكهروكيميائية في هذا الكتاب. كل كتاب يغطي تقنية حيث يشعر الجميع إذا كنت مهتما، يمكنك تصفح الإنترنت وقراءة حوالي 20 كتابا.
وسوف نناقش بالتفصيل أدناه مزايا مجموعة متنوعة من البطاريات، ومشاكلها. الأول هو حاليا طليعة التنمية، ولكن لم يتم تسويقها حتى الآن، هو بطارية الألومنيوم السائل، الذي يخزن الطاقة داخل بالكهرباء، فإنه يمكن توسيع بشكل تعسفي الكهارل، المواد النشطة الكهروكيميائية داخل بالكهرباء، وليس داخل البطارية، لذلك لديها مثل هذه المزايا. تطورها الحالي سريع جدا، في هذا المجال الاتجاه البحثي الرئيسي هو تطوير مواد جديدة، بما في ذلك المواد بالكهرباء والمواد القطب والمواد الغشاء، وزيادة كثافة الطاقة وزيادة العمر المتوقع، ومن ثم النظام ليكون الأمثل، والحد من سعر المواد، وهو السائل الألومنيوم البطارية.
والثاني هو بطارية أيون الألومنيوم. في الوقت الحاضر، والكثير من بطاريات أيون الألومنيوم التي لا يمكن استخدامها في السيارات لا تزال على الأقل 70٪ أو 70٪ تستخدم لتخزين الطاقة. مزايا بطاريات أيون الألومنيوم هي كثافة الطاقة والكثافة الوظيفية مرتفعة، ومتوسط العمر المتوقع لتخزين الطاقة هو جيد جدا، ولكن لديها أيضا مشاكلها، إذا ما استخدمت داخل السيارة، انها الحياة ليست طويلة بما فيه الكفاية، والآخر هو إيتس المشكلة الأمنية، والآن نحن نستخدم بطارية أيونات الألومنيوم السائل، لذلك هنا هو استخدام المنحل بالكهرباء السائل، عندما نفعل، وخصوصا عندما التفريغ عالية الحالية قد تنتج حمى عالية، وإذا كانت الحرارة لا يمكن الخروج، فإنه سيتم حرق أو ينفجر. وعلى وجه الخصوص، علينا الآن أن نطور نظاما ثالثا. نشاط النظام الثلاثي مرتفع جدا. إذا كان أي شيء نشط جدا، استقراره سيكون ضعيفا. في الوقت الحاضر، هو الأكثر استخداما في سيارات الطاقة الجديدة، وبطبيعة الحال، هناك العديد من تخزين الطاقة الآن قيد الاستخدام. اتجاه البحث الرئيسي، والآن وصلت كثافة الطاقة من بطارية أيون الألومنيوم عنق الزجاجة، وكيفية زيادة كثافة الطاقة، وكيفية زيادة حياتها، ولكن أيضا على الحاجة إلى مزيد من تطوير مواد جديدة، فضلا عن تحسين القطب طبقة، أي الألومنيوم بطارية أيون.
وهنا بعض من العمل الذي قمنا به مع بطاريات أيون الألومنيوم، التي توليف بعض المواد النانوية والمواد الكاثود لبطاريات أيون الألومنيوم.
والثالث هو بطاريات الرصاص الحمضية، والبطارية هي الأعمال الرئيسية ليوتش الدولية الآن، ويبدو أن بطاريات الرصاص الحمضية لتكون الأكثر موثوقية، وتخزين الطاقة الأكثر تجاريا المتاحة، على نطاق واسع، على نطاق متوسط، على نطاق صغير هي أكثر موثوقية، وهذا هناك العديد من الفوائد من بطاريات الرصاص الحمضية، وأول هو أرخص، ونحن الآن تطوير أي بطارية ليست بطاريات الرصاص الحمضية أرخص، والثاني هو السلامة، بل هو أكثر أمانا من بطاريات الألومنيوم أيون، لم تكن قد سمعت من ذلك بطاريات الرصاص الحمضية على النار أو انفجار بطارية الألومنيوم أيون على الأرض بعد سقوط، ربما تنفجر، ولكن كيف بطاريات الرصاص الحمضية لن تنفجر، لذلك فمن آمن. والثالث هو عموما المواد الرصاص الحمضية بطارية يمكن إعادة تدويرها تماما، وفقدان البطارية، ويمكنني أن أضع جميع المواد إلى الداخل لإعادة استخدامها، والميزة هي أن البطاريات الأخرى لا يمكن.
لذلك، بطاريات الرصاص الحمضية هي الطريقة الأكثر نجاحا وموثوق بها المتاحة حاليا في تخزين الطاقة، وخاصة في تخزين الطاقة الجديدة. نحن في تطوير تخزين الطاقة الجديدة لتطوير بطاريات الرصاص الحمضية، وكيفية تطوير بطاريات الرصاص الحمضية؟ هناك العديد من الجوانب، وكثافة الطاقة ليست عالية بما فيه الكفاية، وبالتالي فإن الأول هو مكونات القطب، العنصر النشط الأمثل، إضافة بعض الكربون، وما إلى ذلك والثاني هو لجعله خفيف الوزن، والحد من كمية الرصاص، يؤدي إلى الكربون. والثالث هو لإزالة القطب، وهناك مثل هذه البحوث بطارية الرصاص الحمضية الثلاثة. بطاريات الرصاص الحمضية إذا كان يمكن أن تصل إلى حوالي 80 كثافة الطاقة، يمكننا استبدال الكثير من البطاريات.
والآخر هو مكثف عظمى، والذي هو أيضا طريقة تخزين الطاقة، سمعنا من مكثف السوبر، أكبر ميزة هي أن تهمة وتفريغ الوقت بسرعة خاصة، يمكنك الانتهاء في ثوان، انها كثافة الطاقة عالية جدا، ولكن كثافة الطاقة منخفضة جدا، لذلك يحتاج سوبيركاباسيتور أيضا إلى تطوير. واحد هو استخدامه لسوء الحياة. والثاني هو الكثافة الصناعية العالية، والتي يمكن استخدامها لزيادة كثافة الطاقة.
اتجاه آخر هو التحليل الكهربائي للمياه، والكهرباء المنبعثة من الطاقة الشمسية، والماء في التحلل الهيدروجين، والهيدروجين نفسه هو الناقل للطاقة، ونحن نستخدم غاز الهيدروجين من خلال خلية الوقود إلى كهرباء، بحيث يهدف تخزين الطاقة. ومع ذلك، في الوقت الحاضر، وكفاءة الطاقة لديها منخفضة نسبيا، والتكنولوجيا لا تزال ناضجة نسبيا. ولذلك، وهذا هو أيضا نقطة ساخنة لتخزين الطاقة.
وبالإضافة إلى ذلك، اسمحوا لي أن أتحدث عن ثاني أكسيد الكربون والحد من الكهروكيميائية، والآن لدينا الكثير من الصف ثاني أكسيد الكربون، ويمكن ثاني أكسيد الكربون من خلال الطرق الكهروكيميائية، من خلال الكهرباء، إلى جزيئات صغيرة مفيدة، إلى حمض الفورميك والميثانول وغيرها، لذلك لتحقيق تأثير تخزين الطاقة، وتحقيق هدف آخر للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وفي الوقت الحاضر، تقوم كندا أيضا بالكثير من العمل في هذا المجال. ويتمثل التحدي الآن في أن يكون لدى المحفزات عمر متوقع قصير. في الوقت الحاضر، وهذا هو أيضا محور أبحاثنا والبحوث التي تدعمها حاليا وزارة العلوم والتكنولوجيا في الصين. هذا هو وسيلة للحصول على آفاق استراتيجية طويلة الأجل.
سوق تخزين الطاقة في النهاية كم؟
ما هو حجم السوق الحالي لتخزين الطاقة؟ لقد سرد هنا عدد قليل، واحد هو بطارية الألومنيوم السائل، ثم بطارية أيون الألومنيوم، وهناك بطاريات الرصاص الحمضية والمكثفات الفائقة، يمكننا أن نرى أنه بحلول عام 2025، والوضع العام للسوق، بطاريات الألومنيوم السائلة وربما تصل إلى 38 مليار دولار، بطارية أيون الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 26 مليار دولار سوق الولايات المتحدة، سوق بطارية الرصاص الحمضية لا يزال أكبر، ما يصل إلى ما يقرب من 40 مليار دولار في السوق، مكثف السوبر هو أصغر نسبيا، ولكن على غرار بطارية الألومنيوم السائل.
ولذلك، فإننا نستخدم سوق تخزين الطاقة الشمسية هو إمكانات هائلة، لذلك نحن ليس فقط لتطوير الطاقة الشمسية، ولكن أيضا تطوير تخزين الطاقة، وينبغي تطوير تخزين الطاقة.
