Akademi Teknik Kanada, Kepala Ilmu Pengetahuan Leo International Zhang Jiujun: kunci pengembangan penyimpanan energi matahari
Dec 08, 2017
Pada tanggal 8 Desember 2017, Zhang Jiujun, Akademisi dari Canadian Academy of Engineering dan Leoch International Chief Scientist, membuat pidato berjudul "Penyimpanan Energi Matahari dan Teknologi Energi Elektrokimia Terkait" di Solar plus International Forum Shenzhen dan Pertemuan Tahunan ke 12 Berbagi Teknologi Energi Baru. Berikut ini adalah catatan pertemuan:
Pada 2016, investasi energi surya mencapai 442 miliar
Saat ini, pengembangan energi baru memiliki dua kekuatan pendorong utama. Pertama, pembangunan manusia dan keberlanjutan harus memiliki energi dan harus energi baru dan energi bersih. Kedua, manusia harus memiliki lingkungan yang bersih untuk pembangunan berkelanjutan. Solar tak habis-habisnya, sebagai energi baru dengan keunggulan alami dan tak tertandingi.
Mengapa mengembangkan energi baru? Sebenarnya ada dua kekuatan pendorong di balik kekuatan pendorong pertama ini yaitu perkembangan umat manusia dan keberlanjutan harus memiliki energi, dan juga energi baru, energi bersih. Kedua, bagi umat manusia untuk mencapai pembangunan berkelanjutan, harus ada lingkungan yang bersih. Saat ini, polusi udara di banyak kota sangat parah sehingga tidak berhasil. Kualitas air kita juga tercemar serius. Ini tidak berkelanjutan. Karena itu, ada dua kekuatan pendorong utama yang membuat umat manusia di bumi mengembangkan energi baru.
Apa sumber energi? Ada dua kategori utama energi yang tercantum di sini. Yang pertama adalah Energi Terbarukan, yang bersifat bersih atau berkelanjutan, termasuk hidro, surya, biomassa, angin, panas bumi, dan sebagainya. Kategori kedua adalah Fossil Energy, yang merupakan energi yang tidak terbarukan, sedikit berkurang, termasuk gas alam, minyak, energi nuklir.
Jika kita mengembangkan sumber energi baru, yang pertama adalah energi matahari, kita melihat energi matahari adalah situasi seperti apa, di sini tercantum di berbagai wilayah di dunia, wilayah yang berbeda dari perkiraan pembangkit tenaga surya tahun 2011 sampai 2040. Kita dapat melihat bahwa pada tahun 2040, tenaga surya di bumi akan memancarkan 1 triliun kilowatt listrik per tahun, yang setara dengan 10-12 kali output daya pembangkit listrik tenaga air Three Gorges.
Saat ini, efisiensi konversi energi matahari secara keseluruhan masih perlu ditingkatkan. Panel surya saat ini yang kita gunakan adalah sekitar 18% -23% efisiensi konversi, tentu saja, beberapa laboratorium dapat melakukan lebih banyak.
Pada 2016, investasi global dalam litbang teknologi energi terbarukan sangat besar, termasuk energi surya, energi angin dan bioenergi. Di bidang investasi energi matahari mencapai 442 miliar yuan, yang merupakan jumlah yang sangat besar. Solar China saat ini menyumbang 40% energi surya dunia.
Mari kita lihat sumber energi baru yang ada untuk menghitung jumlah energi yang kita gunakan, berikut ini saya cantumkan beberapa, disini kita dapat melihat bahwa 26% energi pembakaran saat ini adalah gas alam, 36% adalah minyak dan 8% adalah nuklir. energi, dimana energi surya menyumbang 20% dan energi berkelanjutan hanya menyumbang 9%. Adalah bagian kecil. Saat ini, energi matahari menyumbang hanya 2% dari total energi, jadi ini adalah bagian yang sangat kecil.
Kita tahu bahwa energi matahari adalah sumber energi yang berkelanjutan. Mengapa perkembangannya begitu lambat? Kita bisa melihat ada beberapa tantangan besar di sini. Yang pertama adalah energi matahari atau energi angin tidak stabil. Misalnya, bisa menghasilkan listrik saat ada matahari, Bila matahari rendah, intensitas cahayanya tidak sama. Listrik yang dikirimnya tidak terlalu mulus. Berbeda dengan generasi energi tradisional, listrik yang dihasilkan sama. Pembangkitan tenaga surya berubah seiring waktu dan seperti suara yang serupa, jika tidak mulus, itu adalah pemborosan listrik. Ini adalah titik yang tidak stabil dan tidak cukup andal. Tantangan kedua adalah distribusi listrik, transportasi juga sangat sulit. Tantangan ketiga, karena dua pertanyaan sebelumnya, adalah ketika listrik masuk ke grid, jika tidak mulus, ia tidak akan membiarkan Anda masuk ke dalam. Tantangan keempat, investasi pembangkit tenaga surya besar, return on investment relatif rendah, return on investment untuk waktu yang lama.
Untuk mengatasi keempat poin ini, kita harus mengembangkan teknologi penyimpanan energi yang mengubah energi matahari dan angin menjadi sumber energi dan menyimpannya dalam penggunaan. Satu-satunya cara untuk memiliki energi listrik yang mulus untuk hilang di dalam. Oleh karena itu, penyimpanan energi harus dikembangkan. Penyimpanan energi saat ini dibutuhkan di bidang energi matahari atau tenaga angin.
Metode penyimpanan energi mana yang bisa dipilih?
Apa teknologi penyimpanan energi saat ini? Tercantum di sini beberapa, yang pertama adalah penyimpanan energi elektrokimia, baterai lithium-ion di telepon inilah cara menyimpan energi. Baterai timbal-asam, baterai lithium, yang disebut teknologi elektrokimia, tenaga surya masuk ke cadangan baterai, saat Anda perlu melepaskan listrik, pelepasan ini sangat mulus. Yang kedua adalah roda terbang, ini tidak banyak yang bisa dikatakan, dan yang ketiga adalah udara tekan, tekanan udara ke tempat bawah tanah yang dalam, saat digunakan untuk melepaskannya, dengan menggunakan energi mekanik, tentu saja, efisiensi ini sangat rendah. Yang keempat adalah ketika stasiun tenaga air tidak membutuhkan listrik, tapi juga untuk mengalirkan, air melalui rambut listrik ditarik ke dalam sub-reservoir di dalamnya, dan kemudian saat pembangkit listrik. Dengan cara ini, penyimpanan energi elektrokimia adalah cara yang paling andal, dan merupakan cara yang paling efektif.
Kami melihat penyimpanan elektrokimia dengan cara apa, saya mencantumkan sekitar 10 spesies, sebenarnya tidak terbatas pada 10 spesies ini, termasuk baterai lithium, baterai timbal-asam, sel bahan bakar, air elektrolisis, dan lain-lain, ini adalah penyimpanan elektrokimia Dapatkah baterai . Di dalam grid besar, grid pintar masa depan, baterai menjadi unit inti. Kini dalam pengembangan mikro grid, elemen elektrokimia yang lebih penting.
Ini adalah buku yang telah saya susun dengan postdocs, guru, teman, dan kolega saya selama 10 tahun terakhir. Semua sumber energi elektrokimia ini termasuk dalam buku ini. Setiap buku mencakup teknik di mana semua orang merasa Jika Anda tertarik, Anda bisa berselancar di Internet dan membaca sekitar 20 buku.
Saya akan membahas secara rinci di bawah keunggulan berbagai baterai, dan masalahnya. Yang pertama saat ini adalah garis depan pembangunan, namun belum dikomersialisasikan, adalah baterai aluminium cair, yang menyimpan energi di dalam elektrolit, secara semena-mena dapat memperluas elektrolitnya, bahan aktif elektrokimia di dalam elektrolit, tidak di dalam baterai, jadi memiliki kelebihan. Perkembangan saat ini sangat cepat, di daerah ini arahan penelitian utama adalah pengembangan bahan baru, termasuk bahan elektrolit, bahan elektroda, bahan membran, meningkatkan densitas energinya dan meningkatkan harapan hidupnya, dan kemudian sistem yang akan dioptimalkan, Kurangi harga bahan, yaitu baterai alumunium cair.
Yang kedua adalah baterai ion aluminium. Saat ini, banyak baterai ion aluminium yang tidak bisa digunakan di mobil masih minimal 70% atau 70% digunakan untuk penyimpanan energi. Kelebihan dari baterai ion aluminium adalah kerapatan energi dan kerapatan fungsional yang tinggi, harapan hidupnya untuk penyimpanan energi cukup baik, namun juga memiliki masalah, jika digunakan di dalam mobil, kehidupannya tidak cukup lama, yang lain adalah miliknya. Masalah keamanannya, sekarang kita pakai baterai ion cair alumunium, jadi berikut ini penggunaan elektrolit cair, kalau kita lakukan, apalagi bila debit arus tinggi bisa menghasilkan demam tinggi, jika panasnya tidak bisa keluar, itu akan terbakar atau meledak. Secara khusus, kita sekarang harus mengembangkan sistem terner. Aktivitas sistem terner sangat tinggi. Jika ada yang terlalu aktif, stabilitasnya akan buruk. Saat ini, yang paling banyak digunakan pada kendaraan energi baru, tentu saja ada banyak penyimpanan energi yang sekarang sedang digunakan. Arah penelitian utama, sekarang kepadatan energi baterai ion aluminium telah mencapai kemacetan, bagaimana meningkatkan kepadatan energinya, bagaimana cara meningkatkan hidupnya, tapi juga kebutuhan untuk pengembangan bahan baru lebih lanjut, serta optimalisasi elektroda. lapisan, yang merupakan baterai alumunium Ion.
Inilah beberapa pekerjaan yang kami lakukan dengan baterai ion aluminium, yang mensintesis beberapa Nanomaterials sebagai bahan katoda untuk baterai ion aluminium.
Yang ketiga adalah baterai timbal-asam, baterai adalah bisnis utama Leoch International sekarang, baterai timbal-asam tampak paling dapat diandalkan, penyimpanan energi yang paling komersial, skala besar, skala menengah, skala kecil lebih dapat diandalkan, Ini Ada beberapa keunggulan baterai timbal-asam, yang pertama lebih murah, kini kita mengembangkan baterai yang bukan baterai timbal-asam lebih murah, yang kedua adalah keselamatan, ini lebih aman daripada baterai alumunium, Anda belum pernah mendengarnya. Baterai timbal-asam menyala atau ledakan baterai aluminium-ion ke tanah setelah jatuh, mungkin meledak, tapi bagaimana baterai timbal-asam jatuh tidak akan meledak, jadi aman. Yang ketiga adalah keseluruhan bahan baterai timbal-asam bisa didaur ulang seluruhnya, kehilangan baterai, saya bisa memasukkan semua bahan kembali ke dalam untuk digunakan kembali, kelebihannya adalah baterai lain tidak bisa.
Oleh karena itu, baterai timbal-asam adalah cara yang paling berhasil dan andal saat ini tersedia dalam penyimpanan energi, terutama pada penyimpanan energi baru. Kami sedang dalam pengembangan penyimpanan energi baru untuk mengembangkan baterai timbal-asam, bagaimana pengembangan baterai timbal-asam? Ada beberapa aspek, kerapatan energinya tidak cukup tinggi, jadi yang pertama adalah komponen elektroda, bahan aktif Optimize, tambahkan beberapa karbon, dan lain-lain. Yang kedua adalah membuatnya ringan, kurangi jumlah timah, timbal menjadi jaringan karbon Yang ketiga adalah membuang elektroda, ada tiga penelitian asam timbal-asam. Baterai timbal-asam jika bisa mencapai sekitar 80 kepadatan energi, kita bisa mengganti banyak baterai.
Yang lain adalah kapasitor super, yang juga merupakan metode penyimpanan energi, kita telah mendengar tentang kapasitor super, keuntungan terbesarnya adalah waktu pengisian dan pengosongan sangat cepat, Anda bisa menyelesaikannya dalam hitungan detik, kerapatan dayanya sangat tinggi, tapi Kepadatan energi sangat rendah, sehingga supercapacitor juga perlu dikembangkan. Salah satunya adalah menggunakannya untuk kehidupan yang buruk. Yang kedua adalah kepadatan industri yang tinggi, yang dapat digunakan untuk meningkatkan kepadatan energinya.
Arah lain adalah elektrolisis air, listrik yang dipancarkan oleh energi matahari, air menjadi dekomposisi hidrogen, hidrogen itu sendiri adalah pembawa energi, kita menggunakan gas hidrogen melalui sel bahan bakar menjadi listrik, sehingga tujuan penyimpanan energi. Namun, saat ini, efisiensi energinya relatif rendah, dan teknologinya masih tergolong matang. Karena itu, ini juga hot spot untuk penyimpanan energi.
Selain itu, saya ingin berbicara tentang pengurangan karbon dioksida dan elektrokimia, dan sekarang kita memiliki banyak baris karbon dioksida, dapatkah karbon dioksida melalui metode elektrokimia, melalui listrik, menjadi molekul kecil yang berguna, menjadi asam format, metanol, dll. untuk mencapai efek penyimpanan energi, dan mencapai tujuan lain untuk mengurangi emisi karbon dioksida. Saat ini, Kanada juga melakukan banyak pekerjaan di bidang ini. Tantangannya sekarang adalah bahwa katalis memiliki harapan hidup yang pendek. Saat ini, ini juga menjadi fokus penelitian kami dan penelitian yang saat ini didukung oleh Kementerian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi China. Ini adalah cara untuk memiliki prospek strategis jangka panjang.
Pasar penyimpanan energi pada akhirnya berapa?
Berapakah ukuran penyimpanan energi saat ini? Kami telah mencantumkan di sini beberapa, satu adalah baterai aluminium cair, maka baterai ion aluminium, ada baterai timbal-asam dan kapasitor super, kita dapat melihat bahwa pada tahun 2025, situasi pasar secara keseluruhan, baterai aluminium cair mungkin akan mencapai 38 Miliar. dolar, baterai ion aluminium bisa mencapai pasar 26 miliar dollar AS, pasar baterai timbal-asam masih terbesar, hingga hampir 40 miliar dolar AS di pasaran, kapasitor super relatif lebih kecil, tapi mirip dengan baterai aluminium cair.
Karena itu, kita menggunakan pasar penyimpanan energi surya yang sangat potensial, jadi kita tidak hanya untuk mengembangkan energi matahari, tapi juga pengembangan penyimpanan energi, penyimpanan energi harus dikembangkan.
