Cercetătorii finlandezi au dezvoltat prima baterie cu nisip complet funcțională care poate stoca energie luni întregi
Din cauza deciziei Finlandei de a adera la NATO, ca urmare a declanșării războiului din Ucraina, Rusia a oprit livrările de gaz și electricitate către țara nordică. Finlanda își procura cea mai mare parte a gazului din Rusia, așa că țara a trebuit să accelereze rapid trecerea la forme regenerabile de energie. În timp ce țara poate instala noi sisteme de panouri solare și turbine eoliene, aceste surse de energie prezintă provocări uriașe, inclusiv cum să se mențină luminile aprinse în timpul iernilor lungi și întunecate, când nu există soare. Un startup numit Polar Night Energy poate avea răspunsul, iar acesta este unul surprinzător.
În timp ce bateriile sunt alegerea evidentă pentru stocarea energiei, majoritatea sistemelor de stocare a bateriilor la scară largă sunt scumpe, au o amprentă fizică mare și pot gestiona doar o cantitate limitată de putere excedentară. Cu toate acestea, o echipă de tineri ingineri finlandezi tocmai a lansat prima baterie comercială care folosește nisip, despre care cred că poate rezolva multe dintre problemele legate de stocarea în baterii. Bateria, situată în orașul Kankaanpää, este conectată la sistemul de termoficare.
Bateria este realizată dintr-un container de oțel de patru metri pe șapte metri care conține sute de tone de nisip. Nisipul este încălzit la o temperatură cuprinsă între 500 și 1.000 de grade Celsius folosind energie electrică regenerabilă. Procesul folosește încălzirea rezistivă, un flux de aer cald este generat și circulat în masa de nisip prin intermediul unui schimbător de căldură. Folosind foarte puțină energie, nisipul poate fi ținut fierbinte luni de zile. Când este nevoie de energie, bateria descarcă aerul cald, care este folosit pentru a încălzi apa care este apoi pompată pentru încălzirea caselor, birourilor și chiar a bazinului de înot local.
Markku Ylönen, co-fondatorul Polar Night Energy descrie bateria de nisip ca parte a tranziției la energie inteligentă și ecologică, spunând: „Depozitele de căldură pot ajuta în mod semnificativ la creșterea ponderii surselor regenerabile intermitente în rețeaua electrică. În același timp, putem pregăti căldura reziduală la nivelul utilizabil pentru a încălzi un oraș. Acesta este un pas logic către producerea de căldură fără ardere”.
Pe lângă proiectul la scară largă din Kankaanpää, Polar Night gestionează și un proiect pilot de testare de 3 megawați-oră în Hiedanranta, Tampere, care este conectat la o rețea locală de termoficare. Cu toate acestea, în timp ce bateria cu nisip oferă o eficiență de până la 99% atunci când este utilizată pentru a furniza direct energie termică, eficiența scade dramatic atunci când nisipul este folosit pentru a returna energie către rețeaua electrică. Următoarea provocare pentru Polar Night este să extindă tehnologia și să o folosească pentru a genera eficient atât electricitate cât și energie termică. În ciuda provocărilor, aceasta pare a fi o idee de actualitate, alte grupuri de cercetare, inclusiv Laboratorul Național de Energie Regenerabilă din SUA lucrează la propriile variante de baterii cu nisip.
Soluția inedită permite acoperirea cu până la 100% a cererii de încălzire și electricitate prin intermediul energiei solare sau eoliene. Ideea centrală este stocarea patentată de căldură, la scară largă, la temperatură înaltă. Energia electrică este transformată în căldură și stocată pentru o utilizare ulterioară. Nisipul este folosit ca mediu de stocare, ceea ce duce la o funcționare sigură și un echilibru natural în ciclul de stocare. În plus, nisipul este un material ieftin și abundent, care poate fi încălzit până la 1.000°C și chiar mai mult.
În interiorul masei de nisip este construit un sistem special de transfer de căldură care permite transportul eficient al energiei către și dinspre sistemul de stocare. Corespunzător dimensionată, izolarea termică dintre depozit și mediu asigură o perioadă lungă de stocare, de până la câteva luni, cu pierderi minime de căldură. Capacitatea depozitelor variază de la zeci la mii de metri cubi. Este posibilă amplasarea depozitului în subteran, reducându-se astfel gradul de ocupare a terenului în mediul urban, adesea foarte costisitor.
Foto: Mikko Lagerstedt
Emisiile de CO2 ale stocării de căldură sunt emisii încorporate din materialele de construcție și din faza de construcție. Întrucât aceste emisii încorporate ale depozitului de căldură PNE sunt minore, emisiile de căldură produsă derivă în principal din sursa de energie electrică. Astfel, se poate spune că energia termică preluată din depozit este la fel de curată ca și energia electrică introdusă în depozit.
A fost deja proiectat și construit primul depozit de căldură comercial pe bază de nisip pentru Vatajankoski, o companie energetică de utilități cu sediul în vestul Finlandei. Aceasta va furniza căldură pentru rețeaua sa de termoficare din orașul Kankaanpää. Depozitul are o putere de 100kW și o capacitate de 8MWh. Utilizarea la scară largă a depozitului va începe până la finalul anului 2022.
Foto: Polar Night Energy
De asemenea, un proiect pilot de testare de 3MWh este în funcțiune în districtul Hiedanranta, Tampere. Este conectat la o rețea locală de termoficare și asigură energie termică pentru câteva clădiri. Proiectul pilot permite testarea, validarea și optimizarea soluției de stocare a căldurii. În cadrul proiectului pilot, energia provine parțial dintr-un sistem de panouri solare de 100 de metri pătrați și parțial din rețeaua electrică.
Producția de energie din surse regenerabile, cum ar fi energia eoliană și solară, este foarte volatilă și se suprapune doar parțial cu consumul în timp. Pe măsură ce aceste surse volatile de electricitate se dezvoltă rapid, sunt necesare tot mai multe unități de stocare a energiei. Tehnologia PNE oferă o modalitate de a transforma surplusul de electricitate ieftin și curat în căldură, într-un mod accesibil, pentru a fi utilizat atunci când este necesar.
Surse:
https://polarnightenergy.fi
https://www.youtube.com/watch?v=Azaf9tKJNoA
https://www.euronews.com/green/2022/07/06/sand-batteries-could-be-key-breakthrough-in-storing-solar-and-wind-energy-year-round
