Gigantische batterijen leveren hernieuwbare energie wanneer dat nodig is europahoy.new

Flow-batterijbedrijf blaast NASA-onderzoek na bijna 50 jaar nieuw leven in.

Zonne-energie is er in overvloed als de zon schijnt. Windenergie is stabiel als het waait. En een elektriciteitsnet is uiterst handig, totdat er een stroomstoring optreedt.

Maar het creëren van een constante toevoer van elektriciteit uit intermitterende energiebronnen is een uitdaging.

ESS flow-batterijen maken een constante levering van elektriciteit mogelijk uit intermitterende energiebronnen zoals wind- en zonne-energie. Ze slaan tot 12 uur energie op en ontladen deze wanneer dat nodig is. Ze kunnen worden gebouwd in zeecontainers, zoals degene die hier op de afbeelding wordt geïnstalleerd, of grotere installaties kunnen in een gebouw worden ondergebracht. Afbeelding tegoed: ESS Inc.

NASA concentreerde zich meer dan 45 jaar geleden op dit probleem, toen het bureau een nieuw type vloeibare batterij ontwierp tijdens de energieprijscrises van de jaren zeventig.

En hoewel ingenieurs de komende decennia doorgingen met het ontwikkelen van flow-batterijen, zoals ze worden genoemd, heeft de technologie de afgelopen jaren zelfs nog meer aandacht getrokken, waarbij de urgentie van de klimaatverandering een grootschalige transitie naar hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie en de wind.

ESS Inc., gevestigd in Wilsonville, Oregon, bouwde voort op het vroege werk van NASA toen het bedrijf zijn eigen stroombatterijen ontwikkelde met alleen ijzer, zout en water.

Volgens het bedrijf vereisen de systemen geen extractie of verwijdering van zware metalen en behoren ze tot de veiligste beschikbare energieopslagoplossingen. Omdat ze geen corrosieve onderdelen bevatten, leveren ze na ruim 20 jaar dagelijks gebruik als nieuwe prestaties en vereisen ze slechts eenvoudig onderhoud om langer mee te gaan. Ze kunnen indien nodig eenvoudig worden uitgebreid.

NASA’s decennialange werk op het gebied van flowbatterijen, waarvan een groot deel openbaar en gemakkelijk toegankelijk is, voorzag het ESS-team van creatieve manieren om veelvoorkomende problemen met de technologie te analyseren, aldus Craig Evans, oprichter en president van het bedrijf.

« Het gaat altijd terug naar het onderzoek », zei hij. “Als je het wiel niet opnieuw hoeft uit te vinden, kun je dingen zeker sneller doen.”

Om zijn flowbatterij te ontwikkelen, bouwde ESS voort op innovatief onderzoek en ontwikkeling dat meer dan 40 jaar geleden door de ruimtevaartorganisatie werd uitgevoerd. Afgebeeld is een demonstratie-eenheid van 200 watt van de flowbatterij die NASA in de jaren zeventig en tachtig heeft gebouwd.

Flow-batterijtechnologie

Het is waarschijnlijk eerlijk om te zeggen dat alle huidige stroombatterijen iets te danken hebben aan de grote impuls die de technologie kreeg in de jaren zeventig en tachtig, toen een team van chemische, elektrische en mechanische ingenieurs bij NASA een ijzerstroombatterij ontwikkelde.Kloof 1985, 2008) aan het Lewis Research Center (nu Glenn Research Center) in Cleveland.

Het systeem van NASA, dat prijzen van bureaus won, omvatte twee tanks met vloeibare elektrolytoplossingen, één met ijzerchloride en de andere met chroomchloride. Deze elektrolyten werden door de batterijcel gepompt en veroorzaakten een chemische reactie door een membraan dat de twee oplossingen in de batterij scheidde.

Tijdens het opladen werd elektrische energie omgezet in chemische energie en opgeslagen in de elektrolytvloeistof. Om de energie te ontladen werd het proces omgekeerd.

Toen het ESS-team in 2011 begon met de ontwikkeling van zijn eigen flowbatterij, wilden de oprichters van het bedrijf ijzer gebruiken, het meest voorkomende element op aarde, zoals NASA had gedaan. Ze ontdekten dat ze het konden combineren met een eenvoudige zoutoplossing, die goedkoper te verkrijgen en gemakkelijker te verwerken was dan het chroommengsel dat NASA had gebruikt.

Zonnecelpanelen – illustratieve foto. Beeldcredits: Jeroen van de Water via Unsplash, gratis licentie

Giant Flow-batterijen: een zegen voor bedrijven

ESS flow-batterijen zijn ontworpen voor netwerken die steeds meer worden aangedreven door intermitterende wind- en zonne-energie. De systemen van het bedrijf slaan tot 12 uur energie op en ontladen deze wanneer dat nodig is. San Diego Gas & Electric heeft ze bijvoorbeeld ingezet in een microgrid dat is ontworpen om back-upstroom te leveren aan kritieke gemeenschapsvoorzieningen, aangedreven door een zonnepaneel ter plaatse.

Andere nutsbedrijven en ontwikkelaars, waaronder Portland General Electric en Enel Green Power, zijn ook van plan ESS-systemen te installeren.

Ze werken ook in onafhankelijke bedrijven en fabrieken (bijvoorbeeld Sycamore International, een commerciële faciliteit in Pennsylvania), waar ze bijvoorbeeld helpen de energie te nivelleren die wordt opgevangen door zonnepanelen op daken. Hierdoor kunnen fabrieken de energie die door de panelen wordt gegenereerd tijdens piekuren in de zon opslaan en de hele dag gebruiken.

Deze installaties kunnen uiteindelijk ook functioneren als alternatief voor bijvoorbeeld een reservedieselgenerator die een gebouw draaiende houdt tijdens stroomuitval of veiligheidsuitschakelingen, die aan de westkust steeds vaker voorkomen tijdens het bosbouwseizoen.

Dieselgeneratoren stoten schadelijke verontreinigende stoffen uit en vormen op zichzelf een brandgevaar. Een andere technologie, lithium-ionbatterijen, die vaak in de elektronica worden gebruikt, kunnen worden opgeschaald naar installaties van net- of microgridformaat, maar brengen brandrisico’s met zich mee en zijn geen haalbare opties voor opslagduur van meer dan een paar uur, en vereisen lithium. wat een milieuprobleem is.

“De mogelijkheid om technologie zoals de onze te installeren, die van begin tot eind niet-ontvlambaar en schoon is, is een enorme hulp voor bedrijven die tijdens een storing aan de slag willen blijven”, aldus Evans.

ESS ging eind 2021 naar de beurs en kondigde in 2022 aan dat het zou uitbreiden naar Europa met zijn twee batterijproducten: Energy Warehouse, een kant-en-klaar batterijsysteem gebouwd in een zeecontainer, en Energy Center, een grootste openbare dienstfaciliteit. schaal “batterij in een gebouw.”

Het bedrijf verwacht in 2022 tussen de 40 en 50 systemen te leveren en zei dat het daarbovenop nog meer bestellingen had.

Lessen uit het verleden

Om de hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen in een vloeistofstroombatterij te vergroten, is het eenvoudigweg nodig om meer elektrolytoplossing toe te voegen, een voordeel van deze technologie. Om het vermogen te vergroten kunnen extra batterijcellen worden gestapeld waar de elektrolyt doorheen wordt gepompt.

Maar terwijl de elektrolyt door het systeem reist, verliest hij energie tussen elke batterijcel, een inefficiëntie die shuntverliezen wordt genoemd. NASA werkte aan het beperken van shuntverliezen in zijn flowbatterijsysteem en publiceerde in 1982 onderzoek over dit onderwerp. ESS maakte van dat werk gebruik om zijn eigen systeem efficiënter te maken.

« NASA’s onderzoek naar shuntverliezen heeft ons een aantal goede ideeën en goede manieren opgeleverd om dingen te modelleren », zei Evans.

Op basis van onderzoek van de website en bibliotheken van het agentschap verwees ESS ook naar NASA-richtlijnen over de omgang met waterstof (die het resultaat is van een secundaire reactie in het ESS-systeem en vervolgens weer in het systeem wordt opgenomen), evenals naar onderzoek naar het membraan dat elektrolytmengsels scheidt. .

Thomas Miller, een onderzoeksingenieur van Glenn die eind jaren zeventig als student aan het flow-batterijproject werkte, herinnerde zich dat alle hardware van het systeem op maat was gebouwd en met vallen en opstaan ​​was ontwikkeld.

Na het flow-batterijproject, dat werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, zei Miller dat een deel van de opgedane kennis werd gebruikt om NASA’s werk op het gebied van regeneratieve brandstofcellen en andere technologieën te informeren.

Flow-batterijen, die nooit bedoeld waren voor de ruimtevaart, zijn het meest geschikt voor precies het soort aardse toepassingen dat ESS nastreeft, zei Miller.

« NASA wordt gefinancierd door de belastingbetaler, dus we zullen het onderzoek doen en het vervolgens aan de industrie overdragen », zei Miller. « Dit is een goede toepassing van ons fundamenteel onderzoek. »

Fontein: POT