风能和太阳能等可再生能源解决方案曾经价格昂贵且难以实施，但现在通常是电网发电的最便宜的选择。然而，这些来源的非连续供应仍然存在一些问题，电网存储成为全天候供电的关键技术。
在寻求经济高效的网格存储的过程中，一个新玩家带着大胆的主张进入了这个领域：一种热电池技术，不仅比锂离子电池便宜十倍以上，而且与传统热电池相比，效率也非常出色。电池设计。 Fourth Power 凭借其“盒子里的太阳能”储能技术掀起了波澜，并旨在通过雄心勃勃的 1 MWh 原型来证明其能力。
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简单的加热元件将电转化为热能，将其放入液态锡中，然后加热大型石墨块。图片来源：第四次幂， Vimeo 截图
Fourth Power 技术背后的原理看似简单：当有多余的可再生能源时，用它来加热物体。因此，电能被转换并以热量的形式存储，其想法是在需要时（例如在夜间或无风时）将其转换回电能。这个概念并不是全新的。其他公司已经探索过用从砖到熔盐的各种材料来做到这一点。 Fourth Power 的方法是将大块石墨加热到极高的温度 – 高达 2,500 °C (4,530 °F)。当然，你越热，你可以储存的能量就越多。该公司的概念有趣之处在于它计划如何回收热能并将其转化为电能。
当然，在如此高的温度下运行任何类型的存储系统都需要一些严格的工程设计。 Fourth Power 系统的核心在于一项独特的创新，即它使用液态锡作为工作流体来传递热量。它需要开发能够在超过 1,000 °C (1,800 °F) 的温度下运行的液态锡泵。大多数使用金属部件制造的泵在这种极端条件下只会看到其部件熔化并失效。相反，该泵采用陶瓷设计。它由 Fourth Power 创始人 Asegun Henry 博士开发，可以承受数千摄氏度的温度。事实上，这很重要，因为系统中的液态锡最热时的温度为 2,400 C，而在系统最冷的部分则冷却至 1,900 C。
事实上，该泵实际上保持着这一壮举的吉尼斯世界纪录，并且这一成就具有重要的技术意义。该泵对于在系统中移动过热液态锡、有效地将热量从加热元件传递到石墨块并返回至关重要。它是整个系统的关键，因为热能系统通常在尽可能高的温度下运行时效率最高。因此，通过能够在如此高的温度下泵送液态锡，与在较低温度下使用更典型的工作流体相比，可以更有效地将能量传入和传出石墨块。
装有液态锡的细石墨管变热时会发光。然后，插入管道中间的特殊热光伏 (TPV) 电池捕获该光，将光转化为电能。插入和移除 TPV 电池可以改变其功率输出，从而使系统能够快速响应需求高峰或低谷。图片来源：第四次幂，Vimeo 截图
这是新内容
能量回收过程本身与大多数传统的储热概念完全不同。当电网需要能量时，液体锡被泵送到热石墨块周围，将其加热至 2,400 摄氏度。然后锡流过细石墨管，石墨管在通过时会发出白热的光芒。然后发出的光通过热光伏 (TPV) 电池转化为电能。它们本质上类似于太阳能电池，但它们经过微调，可以在特定应用中利用石墨输出的波长最有效地发电。通过开发，这些电池在将热能转化为电能方面已达到与蒸汽涡轮机竞争的效率水平。这些电池的设计目的是收集热石墨管输出的最高能量波长的光，同时反射回其余的光，以便液态锡保持尽可能高的温度。这部分概念实际上赋予了该公司“第四权力”的名称。这是因为根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，黑体的辐射能输出与材料绝对温度的四次方成正比。
热电池旨在能够快速响应电网，在几秒钟内提高交付量以满足需求高峰。由于基于流动锡，它的速度不会像电池解决方案那么快，但仍然比启动大型涡轮发电更快。目前该公司的能源效率目标为 41%，往返能源效率约为 50%。值得注意的是，这个数字比抽水蓄能等传统解决方案以及Hornsdale Power Reserve等锂电池阵列低得多，后者通常约为 80%。
热光伏电池吸收细石墨管发出的光能，当液态锡流过石墨管时，石墨管会发出白热光。这是一种将热量转化为电能的不寻常方式，但其效率与良好的蒸汽轮机相当。图片来源：麻省理工学院
然而，它被系统的低成本材料所抵消，Fourth Power 表示，这种材料比同类锂电池存储解决方案便宜十倍左右。这很大程度上取决于所涉及的材料，与制造高密度锂离子电池所需的优质材料相比，石墨和锡丰富且便宜。每千瓦时存储和返回能源的成本预计低于 25 美元，而该公司对锂电池设置的报价为 330 美元。这种价格优势可能使该技术成为储能市场的潜在颠覆力量。
它并不是所有网格存储问题的完美解决方案。该公司宣称其可以用于短期和长期存储，而且它可以实现这一点。然而，较长时间的储热会带来损失，因为系统往往会随着时间的推移失去热量并冷却，而无需额外的能量输入。它在机械上也可能更加复杂，而且目前很大程度上尚未得到证实。然而，如果这个概念在原型规模上有效，那就应该证明它是否仍然是一个有用的工具。
目前的计划包括开发一个在波士顿附近建造的 1 兆瓦时原型设施，该设施应于 2026 年建成并运行。这只是一个试点级别的安装，因为今天的电网电池存储解决方案能够存储数百兆瓦的电量。数小时的电量，并在短时间内将其耗尽。如果被证明是可行的，全面的商业安装可能会在未来几年内成为现实，但我们不会指望在十年结束之前完成一个大型锡基电网存储工厂的建设。
原文： https://hackaday.com/2024/01/08/liquid-tin-could-be-the-key-to-cheap-plentiful-grid-storage/