Кварцевый песок вместо… лития. Точнее, недорогие песчаные хранилища энергии вместо дорогих литий-ионных аккумуляторов. Как мы знаем, главным изъяном зеленой энергетики, использующей солнце и ветер, является ее прерывистый характер. По этой причине работа сети существенно осложняется, поскольку пики потребления далеко не всегда совпадают с работой солнечных и ветряных электростанций. Например, так происходит в утренние или в вечерние часы, когда может стихать ветер и бывает очень мало солнца. И наоборот, бывает, что в разгар дня – при хорошем ветре и солнце - электроэнергии генерируется больше, чем нужно потребителям.
Этот изъян давно уже пытаются преодолеть путем создания гигантских накопителей энергии. Казалось бы, «литиевая революция» открыла здесь небывалые возможности. Так, в США в 2020 году количество установленных аккумуляторных батарей уже достигло 1,2 ГВт. Согласно прогнозам, к 2025 году данный показатель превысит 7 ГВт.
Сторонники «зеленой» революции, конечно же, рассчитывают на то, что такой способ хранения энергии со временем станет еще более доступным. И, тем не менее, даже они вынуждены признать, что необходимо найти более дешевый материал, способный накапливать энергию в огромных количествах. Соответствующие исследования не так давно провели специалисты Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, взяв за основу обычный кварцевый песок, чья цена не превышает 50 долларов за тонну. Если тесты покажут хорошие результаты, этому материалу – ввиду его дешевизны и доступности, в перспективе даже не придется искать замену.
Принцип работы такой системы относительно прост. Вся избыточная электрическая энергия, вырабатываемая солнцем или ветром, используется для сверхвысокого прогрева кварцевого песка. Причем температура, при необходимости, может достигать 1200 градусов Цельсия. Кварцевый песок обладает высоким потенциалом удержания тепловой энергии, поэтому речь идет о достаточно длительном хранении. Когда энергия потребуется, ее будут извлекать с помощью теплообменников, используя далее для работы турбомашин и электрических генераторов. По словам специалистов, одна такая система с песчаным аккумулятором способна хранить до 26 ГВт-часов тепловой энергии.
Впрочем, по мнению специалистов, особая привлекательность этой системы в том, что ее можно задействовать для «безуглеродного» централизованного отопления домов. Интересно, что главным препятствием в деле декарбонизации системы теплоснабжения специалисты считают дешевое ископаемое топливо, например, природный газ. Скажем, при наличии природного газа проще всего в домах разместить котлы или использовать общую котельную. Задействовать для этих целей возобновляемые источники энергии обычно в голову не приходит, поскольку такой способ с точки зрения и физики, и экономики не совсем оправдан (то есть когда мы используем «чистое» электричество напрямую).
Однако в случае массового строительства песчаных аккумуляторов эта задача окажется вполне решаемой, поскольку здесь мы будем использовать избыточную энергию, накопленную за определенный период времени. И в этом случае декарбонизация системы отопления (на что надеются американские специалисты) окажется вполне оправданной.
В настоящее время мы уже можем смело говорить об успешном практическом применении такой системы. Так, летом этого года появилось сообщение о коммерческом использовании на территории Западной Финляндии первого высокотемпературного накопителя тепла на основе кварцевого песка. Речь идет об установке, разработанной компанией Polar Night Energy и подключенной местным коммунальным оператором для централизованного теплоснабжения в городе Канкаанпяя.
Данная система представляет собой контейнер высотой 7 метров, вмещающий 100 тонн песка. Причем, используется самый дешевый песок, не пригодный для строительства. Эта масса разогревается с помощью горячего воздуха, поступающего внутрь по трубам. Сам контейнер находится рядом с центром обработки данных, утилизирующим сбросное тепло таким вот образом. Но в принципе, этот же накопитель можно спокойно совмещать с работой солнечных батарей и ветряков, переводя в тепло избыточную энергию. Такой вариант разработчики запланировали на ближайшее будущее. Предварительно он был протестирован ими на пилотной установке, где в качестве источника энергии использовался массив солнечных батарей площадью 100 кв. метров.
Согласно опубликованным данным, песок способен хранить тепло при температуре 500 – 600 градусов Цельсия в течение нескольких месяцев! Поэтому вся «лишняя» электроэнергия, вырабатываемая за лето, создает запасы тепла на зиму. Это тепло, в свою очередь, используется для обогрева домов. Как утверждают разработчики, тепловая мощность установки составляет 100 КВт. В настоящее время она напрямую подключена к тепловой сети, нагревая воду для отопления. Вода циркулирует вокруг домов, офиса и городского бассейна. В принципе, такой песчаный тепловой аккумулятор можно преспокойно разместить и под землей, добившись тем самым еще большей теплоизоляции.
Разработчики с гордостью заявляют о том, что тепловая энергия, используемая в этих установках, такая же «чистая», как и электроэнергия, производящая нагрев. Это дает им основания позиционировать данные установки как энергосистему будущего. По их словам, указанная инновация является частью перехода к «умной» и экологически чистой энергии. Подобный способ аккумулирования тепла, считают они, позволит значительно увеличить долю ВИЭ в общем энергобалансе. А использование песчаных батарей в системе централизованного теплоснабжения становится «логичным» шагом к производству тепла без сжигания топлива.
Показательно, что финны опередили на этом пути американцев, создав первый коммерческий образец такой системы. Почему именно финны? Возможно, потому, что проблема отопления для этой страны всегда стояла на первом месте. И как мы знаем, для сторонников декарбонизации попытка совместить «зеленую» энергетику с задачами теплоснабжения была продиктована насущной необходимостью. Насколько такой вариант «чистого» отопления домов окажется экономически целесообразным и востребованным, время покажет. Хотя сама идея накопления тепла является весьма продуктивной в самых разных физических приложениях. Причем, для Сибири это еще актуальнее, чем для Финляндии.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии