ESG News

Как пясъчна батерия може да трансформира чиста енергия

Четирима млади инженери вярват, че имат решение за едно от най-големите предизвикателства при зелената енергия

Споделяне:

Осигуряването на целогодишно захранване с възобновяема енергия по време на сменящите се сезони и променливи метеорологични условия е предизвикателно. Но електроцентралата Vatajankoski, намираща се на 270 км северозападно от Хелзинки, дава забележително прост отговор на този проблем. Изобилният и евтин пясък в региона позволи създаването на първата в света пясъчна батерия, съобщава BBC.

Тя се състои от 100 тона инертен материал, две тръби за централно отопление и вентилатор. Пясъкът се нагрява до 600 градуса по Целзий с помощта на електричество, генерирано от вятърни турбини и слънчеви панели, инсталирани от собствениците на електроцентралата.

Възобновяемата енергия захранва съпротивителен нагревател, който загрява въздуха в пясъка. Вътре в батерията този горещ въздух се върти около пясъка с вентилатор, минавайки през топлообменни тръби. Дебела изолация обгражда материала и поддържа температурата вътре в батерията 600 C.

Не искаме да губим никаква топлина; средната зимна температура е под 0 C в Канканпя“, казва Виле Кивиоя, учен в Polar Night Energy, който следи развитието на батерията.

През топлообменните тръби батерията се зарежда до около 200 kW мощност, което е достатъчно, за да осигури отопление и топла вода за около 100 домакинства, или обществен плувен басейн в Канканпя, като допълва захранването от мрежата. Батерията се зарежда през нощта, тъй като тогава цените на електроенергията са по-ниски. Компанията използва евтин пясък, който не се използва от строителите.

Няма никакво износване и разкъсване на топлообменните тръби и пясъка. Вентилаторът е единствената движеща се част и е лесен за подмяна, ако е необходимо“, казва Кивиоя.

Пясъкът е ефективна среда за задържане на топлина за дълъг период от време, съхранявайки енергия с месеци наред.

Пясъкът има много дълъг живот – той може да се нагрява и охлажда произволен брой пъти“, казва Кивиоя.

От спорта до науката

Томи Еронен, Марку Юльонен, Лииса Наскали и Виле Кивиоя се познават от деца. Споделената страст към леката атлетика ги сближава. Спринтьорът, колоездачът, състезателят на троен скок и хвърлячът на диск са членували в един и същ клуб в Тампере, Южна Финландия.

Когато навлизат в двадесетте си години, интересът им към спорта се насочва към науката. Кратката и топла зима в южната част на Финландия мотивира младежите да мислят решения за справяне с изменението на климата.

Броят на дните с ледена покривка на Нясиярви – езерото, където сме карали кънки като деца – е намалял драстично през последните няколко години. Климатичните промени се случват пред очите ни“, казва Еронен.

През 2016 г., докато прави проучване за своята инженерна магистърска степен, Еронен разглежда системи за съхранение на възобновяема енергия на водна основа. Докато чете статия за традиционните финландски камини, направени от камък и пясък, Еронен е осенен с ценна идея.

Това ме накара да се запитам: дали твърд материал, вместо вода, би бил по-подходящ за съхранение на слънчева и вятърна енергия?“, споделя Еронен.

В следствие на което с Юльонен разработват първия прототип на пясъчната батерия. След като тестват успешно своята първа батерия в градината на дядото на Еронен, те се свързват със своите приятели от детството от клуба по лека атлетика. Така стартират Polar Night Energy. През юли те инсталират първата търговска пясъчна батерия в електроцентралата Vatajankoski в Канканпя.

Съхраняване на зелена енергия

Иновацията предизвика огромно вълнение по целия свят. „Телефонът ми постоянно звъни и имам хиляди непрочетени имейли“, казва Еронен.

Съхранението на слънчева и вятърна енергия е особено критично за скандинавските страни, които имат дълги часове на тъмнина и повишена нужда от топлина през зимата, но и продължителни часове слънчева светлина през лятото. След войната в Украйна, Финландия настоява ЕС да увеличи производството на енергия от възобновяеми източници.

Единственият изход от енергийната криза е да се инвестира сериозно във възобновяемо производство на енергия без емисии“, каза министър-председателят на Финландия Сана Марин през септември.

Изобретателите на пясъчната батерия се надяват, че това е мястото, където може да се използва тяхното решение.

„Първата ми мисъл беше: „Защо не се сетих за това?“, смее се Ева Понграц, заместник-ръководител на изследователския отдел по вода, енергия и екологично инженерство в университета в Оулу в Северна Финландия. „Толкова проста, свежа и новаторска идея. Може ли това да е решението за непрекъснато снабдяване със зелена енергия? Не мисля, че ще има един отговор, но това е част от решението.“

Как точно се справя батерията по отношение на производителността в сравнение с други батерии, по-специално с нейния електрохимичен конкурент: литиево-йонните батерии?

Един голям проблем с литиево-йонните батерии, които използваме за захранване на нашите лаптопи, телефони и електрически превозни средства, е, че те непрекъснато се разреждат, дори когато не се използват.

В пясъчните батерии няма химическа реакция, така че те не преминават през подобен процес на стареене“, казва Понграц.

Литиевите батерии не са подходящи за широкомащабни приложения за съхранение, казва Юлонг Динг, директор на Бирмингамския център за съхранение на енергия в Обединеното кралство, добавяйки, че те също са присъщо запалими.

Литият има много по-голямо въздействие върху околната среда от пясъка“, казва Понграц.

За всеки тон произведен рафиниран литий се отделя еквивалент на около три до девет тона въглероден диоксид, в зависимост от това как се извлича.

Предизвикателства и решения

Екипът на Polar Night Energy е изправен пред някои големи предизвикателства: могат ли да разширят своята технология и могат ли да я използват, за да генерират значителни количества електричество в допълнение към топлината? Според експертите има ограничения.

Пясъчна батерия съхранява пет до десет пъти по-малко енергия (на единица обем) от традиционните химически батерии“, казва Дан Гладуин от катедрата по електронно и електротехника в Университета на Шефилд в Обединеното кралство.

Екипът на Polar Night Energy признава това, но твърди, че пясъчната батерия е много по-рентабилно решение. Учените са изчислили, че тяхната батерия е осем до десет пъти по-евтина от литиева батерия, която съхранява същото количество енергия. Генерирането на 8 MWh енергия с пясъчна батерия струва около 200 000 долара. Докато литиево-йонна батерия, съхраняваща 8 MWh енергия, би струвала поне 1.6 млн. долара.

Гладуин казва, че пясъчната батерия е страхотна за отопление на къщи в страни със студен климат, но предупреждава, че ефективността пада, когато се използва за връщане на енергия към електрическата мрежа.

За да я направят по-широко използваема, те ще трябва да разработят начин за преобразуване на топлината на батерията обратно в електричество със 75 – 80% ефективност“, добавя той.

Еронен казва, че с наличната в момента технология процесът на преобразуване на топлината обратно в електричество има ефективност само 30%. Но той не смята това за основен проблем.

В студена страна като Финландия ние губим 70% от топлината, която остава след преобразуването, в топлофикационните мрежи, които се нуждаят от доставка на топлина почти през цялото време“, казва той.

Следващата стъпка в мащабирането на иновацията е добавянето на турбина за преобразуване на топлината в електричество обратно в мрежата. „След няколко години ще имаме работеща система, която да прави точно това“, казва Еронен.

Договор и нови хоризонти

Polar Night Energy е в процес на подписване на договор за изграждане на втора батерия за друга топлофикационна компания във Финландия.

„Става въпрос за значително по-голяма система: 2 MW топлинна мощност и 500 MWh капацитет за съхранение. Това е 10 пъти по-голямо от това, което имаме в Канканпя“, казва Еронен.

На теория решението за съхранение на енергия може да бъде възпроизведено навсякъде по света, където има инфраструктура за централно отопление, включително Ню Йорк, Сан Франциско и Копенхаген.

И без това има много по-голям потенциал отвъд отоплението на къщи“, казва ръководителят на проекта на компанията Лииса Наскали. „Когато бъде увеличен, той ще бъде достъпен за използване във всички видове промишлени процеси, които изискват висока топлина: пекарни, перални и стоманени заводи.“

Еронен споделя, че до 2023 г. Polar Night Energy има за цел да бъде наистина глобална компания, конструираща пясъчни батерии по целия свят. Бумът на офшорната вятърна енергия – до 2025 г. – ще помогне за това, но все още има „много работа за вършене“.

Polar Night Energy се стреми да замени пясъка с други незапалими материали на места, където има недостиг на инертен материал. „Идеята е да се огледаме и да намерим подходящ материал на местно ниво: можем например да тестваме странични продукти от промишлени процеси и да видим дали можем да ги използваме“, казва Еронен.

Най-голямото предизвикателство е нежеланието на компаниите и общините да инвестират в нови технологии.

Във Финландия топлофикационните дружества имат задължения за предоставяне на топлинна енергия и трябва да платят неустойка, ако не изпълнят тези задължения. Ето защо те предпочитат да бъдат внимателни, преди да одобрят голяма инвестиция в нова технология,“ казва Наскали.

Финландската енергийна компания Vatajankoski е изключение.

Искаме да намерим начини за борба с изменението на климата. Търсихме технологии за това как да произвеждаме топлина без изгаряне на изкопаеми горива и се натъкнахме на Polar Night Energy… Това е стабилна технология“, казва Пека Паси, управляващ директор на Vatajankosi, който, подобно на Наскали, вярва, че най-големият потенциал на батерията е в промишлената употреба.

Посочвайки екстремните температури, сушата и горските пожари, които обхващат света, младите финландски инженери казват, че нямаме лукса да чакаме да преминем към нови технологии.

Върху нас, учените и инженерите, има голям натиск да се справим с изменението на климата“, казва Кивиоя. „Превръщам този натиск във вдъхновение, точно както правих, когато се състезавах в хвърлянето на диск. Когато си там на полето, подготвяйки се за следващото хвърляне, не можеш да замръзнеш под напрежение. Имам същото отношение към моята работа.”

Запишете се за нашия бюлетин

Споделяне

Свързани Новини

Коментари

Коментари

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Най-четени

ТЕНДЕНЦИИ