«Песочные батареи» могут решить основную проблему экологически чистой энергии
- Мэтт Макграт
- Корреспондент по вопросам окружающей среды
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Подпись к фото,Так «песочный аккумулятор» выглядит снаружи
В Финляндии начал работу первый в мире песочный аккумулятор, позволяющий месяцами сохранять энергию солнца, ветра и других возобновляемых источников.
Разработчики технологии надеются, что их изобретение позволит решить основную проблему, стоящую на пути бурного развития зеленой энергетики — ее сезонный характер.
Принцип работы аккумулятора прост: дешевая энергия солнца и ветра используется для нагрева бассейна, заполненного дешевым грязным песком.
Разогревать песок можно до температуры около 500°C, а его высокая теплоемкость позволяет сохранять львиную долю энергии, которую позже можно использовать для обогрева жилых домов зимой, когда спрос на тепло сильно возрастает — а вместе с ним растут и цены.
Большая часть газа Финляндия закупает у Москвы, так что полномасштабное вторжение российских войск на территорию Украины сделало проблему перехода энергетики «на зеленые рельсы» особенно актуальной.
- Европа решила не откладывать переход на электромобили. Несмотря на кризис и войну
- Когда Европа введет эмбарго на нефть и газ из России?
- Глобальное потепление: локдаун дал планете передышку, но не пошел на пользу
Из всех стран, входящих в ЕС, именно у Финляндии с Россией самая протяженная граница — а после объявления Хельсинки о желании вступить в НАТО Москва полностью прекратила поставки «недружественному» западному соседу газа и электроэнергии.
Зима в Финляндии долгая и морозная, так что отсутствие определенности по поводу того, чем придется освещать и обогревать дома с приходом холодов, беспокоит не только политиков, но и рядовых граждан страны.
Решить эту актуальную проблему, возможно, поможет новая технология, запущенная во вторник на базе небольшой электростанции в западной части страны.
Выглядит новинка не очень впечатляюще, фактически представляя собой гигантский бункер унылого серого оттенка, заполненный 100 тоннами строительного песка. Однако потенциал этого хранилища огромен.
Не исключено, что именно этот широко распространенный и весьма доступный строительный материал обладает свойствами, необходимыми для создания дешевого и эффективного аккумулятора, который позволит накапливать и хранить экологически чистую энергию.
Глобальный климатический кризис, а в последнее время еще и резкий рост цен на ископаемое топливо привели к всплеску инвестиций в сфере возобновляемых источников энергии.
Найти подходящие для этого участки, обустроить там новые солнечные или ветряные фермы и запитать от них электросети — задача относительно простая. Куда сложнее решить другую проблему — неизбежную зависимость объемов производства от времени года и времени суток.
Что делать, когда солнце не светит, а ветер не дует? Как обеспечить непрерывность поступления энергии?
Кроме того, резкое увеличение числа зеленых электростанций потребует увеличить производство энергии и другими способами, чтобы при необходимости балансировать сеть.
Наиболее очевидное решение проблемы — строительство вместительных аккумуляторов, позволяющих накапливать произведенную энергию, а потом отдавать ее обратно, балансируя сеть по мере сезонного падения производства.
Автор фото, Tony Jolliffe
Подпись к фото,Таким песком заполнен огромный резервуар батареи
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
На сегодняшний день большинство аккумуляторов изготавливаются из лития.
Они относительно дороги, занимают много места и не очень хорошо переносят чрезмерную зарядку.
Однако группа молодых инженеров только что завершила в финском городе в городе Канкаанпяа установку первого в мире песочного аккумулятора, который предлагает решить эту проблему недорогим и безопасным способом.
«Каждый раз, когда резко подскакивает производство доступной зеленой электроэнергии, возникает необходимость быстро перенаправить ее излишки в какое-то временное хранилище», — объясняет Маркку Юленен, один из разработчиков технологии и соучредитель компании Polar Night Energy.
Первый песочный аккумулятор установлен на электростанции Ватаянкоски, откуда в расположенные неподалеку населенные пункты поступает централизованное отопление.
Дешевая электроэнергия прогревает песок до температуры 500°C за счет так называемого резистивного нагрева (ровно по тому же принципу устроена работа электрических каминов).
От песка нагревается воздух, который циркулирует внутри камеры аккумулятора при помощи теплообменника.
Песок отлично подходит для энергосбережения, поскольку этот материал обладает высокой теплоемкостью — то есть он очень медленно нагревается, но столь же медленно остывает, по словам разработчиков, хранилище может поддерживать температуру песка на уровне около 500 градусов в течение нескольких месяцев.
Когда цены на электричество начинают сезонный рост, горячий воздух из аккумулятора используют для нагрева воды, поступающей в систему центрального отопления. Уже оттуда тепло подается в квартиры, офисы и даже подогревает местный бассейн.
Подпись к фото,Разработчики песочной технологии — Маркку Илонен и Томми Эронен
Прототип песчаной батареи был разработан на бывшем целлюлозном заводе в Тампере, городской совет которого целенаправленно предоставил для этого площадку и выделил необходимое финансирование.
«Если в самый холодный зимний период электростанции смогут работать всего по нескольку часов в день, отопление будет стоить очень и очень дорого», — объясняет Элина Сеппянен, курирующая в городской управе вопросы энергетики и климата.
«А вот если мы получим возможность хранить эту энергию и при необходимости быстро перенаправлять ее обратно в сеть, экономия от такого хранилища может огромной».
Автор фото, Tony Jolliffe
Подпись к фото,Воду в местном бассейне тоже подогревают за счет центрального отопления
Главный вопрос, ответ на который еще только предстоит получить — насколько масштабируема экспериментальная технология. Насколько рентабельным окажется песочный аккумулятор? Будет его энергии хватать на то, чтобы обеспечить бесперебойное снабжение сотен домов теплом и электроэнергией?
Песок прекрасно хранит тепло, а вот его обратное превращение в электрическую энергию, необходимую для подачи в сеть — процесс куда менее эффективный и более затратный.
Тем не менее в долгосрочной перспективе технология может оказаться очень выгодной крупным промышленным предприятиям, основные энергозатраты которых сейчас покрываются в основном за счет сжигания ископаемого топлива.
В том же направлении — использование песка в качестве теплонакопителя для нужд зеленой энергетики — работают еще несколько исследовательских группы по всему миру, включая и коллектив американской Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.
Однако функционирующую коммерческую систему первыми удалось создать финнам — и пока что, по словам одного из инвесторов проекта, «все работает как полагается».
«Способ и правда простой, но нам понравилась идея попробовать что-то новое — стать первыми в мире, кому удалось создать что-то подобное, — признается управляющий директор электростанции Пекка Пасси. — В какой-то степени это, наверное, безумный проект, но я верю, что окончится он успешно».
Чтобы продолжать получать новости Би-би-си, подпишитесь на наши каналы:
- Telegram
- VK
- OK
Загрузите наше приложение:
- iOS
- Android
Как работает песчаная батарея, созданная в Финляндии? | Наука | Общество
Дмитрий Писаренко
Примерное время чтения: 2 минуты
3973
Еженедельник «Аргументы и Факты» № 28. Премьерный спектакль 13/07/2022Категория: Открытия Вопрос-ответ из газеты: Еженедельник «Аргументы и Факты» № 28 13/07/2022
Финские инженеры разработали первый в мире аккумулятор на песке. Он позволит накапливать и хранить энергию до наступления зимы, а потом использовать её для подогрева воды в системе отопления жилых домов.
Как действует эта технология и могут ли европейцы с её помощью решить проблему зависимости от российских энергоносителей?
Европейские страны давно осваивают «зелёную» энергетику. Её недостатки хорошо известны — это, например, зависимость от погоды (не каждый день дует сильный ветер и ярко светит солнце) и сезонность.
Для стабильной работы и снабжения потребителей энергией нужны её огромные хранилища, которые могут принимать разнообразный вид. В городе Канкаанпяя на западе Финляндии построили первую в мире песчаную батарею.
Она выглядит как высокий 7-метровый бункер, внутри которого находится около 100 тонн низкосортного песка. Он хорошо подходит для энергосбережения благодаря высокой теплоёмкости: песок, как и камень, медленно нагревается и так же медленно остывает. Тепло поступает от источников возобновляемой энергии — ветряков и солнечных батарей. Песок нагревается до 500-600°C и удерживает эту температуру несколько месяцев. Когда станет холодно и цены на энергию вырастут, накопленное тепло планируют использовать для нагрева воды, чтобы перекачивать её в батареи жилых домов и офисных зданий.
Финны уверены, что технологию имеет смысл масштабировать и использовать в коммерческих целях. Такие хранилища можно размещать и под землёй — например, в заброшенных шахтах.
«Эта технология разработана не для того, чтобы решить проблему зависимости от российских энергоносителей.
Такая связь есть, но она очень слабая, — объяснил aif.ru главный научный сотрудник Института энергетических исследований РАН, доктор технических наук Александр Кейко. — Речь идёт об энергосбережении: песчаный теплоаккумулятор может сгладить сезонную неравномерность потребления тепла. В результате его работы будет сэкономлено топливо, которое иначе сожгли бы зимой. Важно, что технология поможет сэкономить на отоплении только в том случае, если исходное тепло будет получено не от сжигания топлива и не от электроэнергии.
Кстати, это не такое уж новое решение. В Германии для аккумулирования тепла использовали скальную породу — она даже лучше подходит. А в Дании пытались сохранять тепло в ёмкости с водой. Но для сезонного аккумулирования этот метод не заработал — слишком низкий перепад температур. Вода сохраняется с температурой 95°С, а потребителю нужно выдать 55°С.
Тем не менее в странах Европы воду используют для суточного аккумулирования в жилых домах. Так экономится не энергия, а деньги — за счёт двуставочного тарифа (дневной/ночной) на электроэнергию».
энергосбережениенаучные разработкипесчаная батарея
Следующий материал
Новости СМИ2
«Песчаная батарея» может хранить избыточную возобновляемую энергию в течение нескольких месяцев
- Первая в мире песчаная батарея действует как вместительный резервуар для избыточной энергии ветра и солнца.
- Энергия хранится в виде тепла, которое затем может быть передано для коммерческого использования.
- В настоящее время батарея помогает отапливать небольшой городок на западе Финляндии.
Общественный бассейн в финском городе Канкаанпяа подогревается песком, точнее, песочной батареей .
Энергетическая компания Vatajankoski заключила партнерское соглашение с Polar Night Energy, компанией, занимающейся сезонным хранением тепла, для хранения избыточной энергии местных ветряных и солнечных электростанций в виде тепла внутри первой в мире коммерческой песчаной батареи.
Оттуда песчаная батарея может передавать это тепло в города для использования в домах, промышленности и общественных бассейнах.
«Его основная цель — работать в качестве мощного и вместительного резервуара для избыточной энергии ветра и солнца», — говорится в заявлении соучредителя и технического директора Polar Nigh Energy Маркку Юленена. «Энергия хранится в виде тепла, которое можно использовать для обогрева домов или для обеспечения горячего пара и высокотемпературного технологического тепла для отраслей, которые часто зависят от ископаемого топлива».
Хотя Илонен признает, что концепция нагревания песка для хранения энергии не совсем нова, он говорит, что их способ коммерциализации в крупномасштабном применении нов. Первая установка в западной Финляндии представляет собой изолированный бункер, состоящий из стального корпуса высотой 23 фута, заполненного 110 тоннами песка и трубами для теплопередачи. Электричество из сети или местного производства — в обоих случаях из нестабильных источников — позволяет Polar Night Energy заряжать песок, когда более дешевое чистое электричество доступно, как правило, в середине ночи.
Электрическая энергия передается в аккумулирующее тепло по воздушной трубе с замкнутым контуром.
Обязательно к прочтению ⏳
- На Земле заканчивается песок, что касается точки кипения воды, и это может хранить в несколько раз больше энергии, чем резервуар для воды. Блок Kankaanpää может достигать 600 градусов по Цельсию; По словам Илонена, максимальная температура теплоаккумулятора на основе песка ограничивается не свойствами песка, а термостойкостью материалов, используемых при строительстве и управлении аккумулированием.
Песок не накапливает электричество, а накапливает энергию в виде тепла. Для извлечения тепла из хранилища холодный воздух дует по трубам, нагреваясь при прохождении через устройство. Затем его можно использовать для различных задач, включая преобразование воды в технологический пар или нагрев воды в теплообменнике воздух-вода. Тепло также может быть преобразовано обратно в электроэнергию, хотя и с потерями электроэнергии, если приложение включает в себя турбинную технологию.
Вилле Кивиоха, ведущий научный сотрудник Polar Night Energy, рассказывает BBC , что финская батарея хранит 8 мегаватт-часов тепловой энергии, когда она заполнена, и разряжает по трубам около 200 киловатт энергии, что достаточно для 100 домов и общественного бассейна. «Трубы [теплообмена] и песок не изнашиваются, — говорит он. «Вентилятор — единственная движущаяся часть, и при необходимости его легко заменить».
- Эти бактерии-зомби, производящие электроэнергию, могут питать ваши носимые устройства в будущем0004
- Поскольку токамаки становятся все более горячими, ученые должны контролировать непослушную плазму внутри но Polar Night Energy заявляет, что их батарея в десять раз дешевле, чем литиевая батарея, хранящая такое же количество энергии. Томи Эронен, генеральный директор, рассказал BBC , что песочная батарея Kankaanpää стоит около 200 000 долларов, а литий-ионная батарея, хранящая такое же количество энергии, будет стоить не менее 1,6 миллиона долларов.
Компания заявляет, что проекты песчаных батарей можно масштабировать до 1000 мегаватт-часов.
В то время как Юлёнен говорит, что песок может оставаться горячим в течение нескольких месяцев, существующий процесс Kankaanpää нагревает песок двухнедельными циклами. «Наилучший диапазон использования накопителя тепла достигается при его зарядке и разрядке от 20 до 200 раз в год, — говорит он, — в зависимости от применения».
И по мере того, как компания использует песок, он уплотняется и требует меньше места.
«Мы совершенно ошеломлены положительным — и массовым — вниманием, которое мы получаем, — говорит Илонен. «Мы сделаем все возможное, чтобы наши инновации были доступны как можно большему количеству мест».
Тим Ньюкомб
Тим Ньюкомб — журналист, работающий на северо-западе Тихого океана. Он освещает стадионы, кроссовки, экипировку, инфраструктуру и многое другое для различных изданий, включая Popular Mechanics.
Среди его любимых интервью были встречи с Роджером Федерером в Швейцарии, Коби Брайантом в Лос-Анджелесе и Тинкер Хэтфилд в Портленде.Как песчаная батарея может помочь решить проблемы хранения энергии
Идея песчаной батареи
Согласно Polar Night Energy, финской компании, стоящей за этой идеей, песчаная батарея представляет собой «высокотемпературный накопитель тепловой энергии». Он использует песок или подобные песку материалы в качестве среды хранения для хранения энергии в виде тепла. Целью этих батарей является создание мощного и вместительного резервуара для избыточной энергии ветра и солнца. Сохраняя эту избыточную энергию в виде тепла, ее можно использовать для обогрева домов, для производства горячего пара и для питания отраслей промышленности, зависящих от ископаемого топлива, высокотемпературным технологическим теплом.
С этим изобретением два основателя Томми Эронен и Маркку Юленен надеются поддержать переход к возобновляемым источникам энергии.
В настоящее время прерывистый характер источников энергии является сложной задачей для энергетических сетей. Хранение дорогое и несовершенное. С помощью песчаной батареи производство возобновляемых источников энергии может быть расширено, гарантируя, что всегда будет достаточно чистой энергии.Первая в мире коммерческая песчаная батарея находится в городе Канкаанпяя на западе Финляндии. Он подключается к сети централизованного теплоснабжения и обогревает жилые и коммерческие здания, а также муниципальный бассейн. Новостной выпуск BBC от июля 2022 года познакомил широкую аудиторию с термином «песчаная батарея». Песчаных батарей для индивидуальных домов пока нет.
Принцип работы песочной батареи
Теплоаккумулятор песочной батареи состоит из изолированного бункера, выполненного из стального корпуса. Внутри силоса есть песок и теплообменные трубы. Дополнительное оборудование за пределами хранилища включало элементы автоматики, клапаны, вентилятор и теплообменник или парогенератор.
Электричество из сети или местного производства, поступающее от изменчивых источников, таких как ветер или солнце, нагревает песок. Эта плата происходит всякий раз, когда доступна чистая и дешевая электроэнергия. Затем электрическая энергия поступает в аккумулирующее тепло по воздуховоду с замкнутым контуром. Нагревательные элементы электрического сопротивления нагревают воздух, циркулирующий в трубопроводе теплопередачи.Максимальная температура песка в Канкаанпяя достигает около 600 градусов по Цельсию. В зависимости от различных потребностей также можно работать с более высокой температурой. Теоретически максимальная температура ограничивается не свойствами песка как аккумулирующей среды, а теплостойкостью материалов, используемых в строительстве и управлении.
Для отвода тепла от теплоаккумулятора по трубам продувается холодный воздух. Он нагревается при прохождении через хранилище. Полученный горячий воздух служит для преобразования воды в технологический пар или для нагрева воды для централизованного теплоснабжения в теплообменнике типа «воздух-вода».
Схематический вид ветровой солнечной батареи. Предоставлено: Polar Night Energy
Польза песка
Существует много твердых материалов, которые могут удерживать температуры намного выше точки кипения воды. Песок может хранить в несколько раз больше энергии, чем резервуар для воды аналогичного размера, благодаря большому диапазону температур. По этой причине песок играет ключевую роль в этой финской инновации. Кроме того, песок экономит место и позволяет универсально использовать его в промышленных целях.
Размер зерен песка не имеет особого значения для процесса производства песчаных батарей, поскольку аккумулирование тепла не зависит от размера зерен. Поэтому Polar Night Energy отдает предпочтение высокоплотному и дешевому песку, который поступает не из дефицитных источников: «Нашим теплоаккумулятором может быть чужая грязь. Мы предпочитаем использовать материалы, которые не подходят для строительной отрасли».
Еще одним преимуществом песка является то, что он может оставаться горячим в течение нескольких месяцев.
В теплоаккумуляторе в Канкаанпяа он заряжается 2-недельными циклами. По данным компании, накопитель тепла имеет наилучший диапазон, когда он заряжается и разряжается от 20 до 200 раз в год.Остатки песка из теплоаккумулятора электростанции Ватаянкоски. Предоставлено: Polar Night Energy
Важный шаг к возобновляемым источникам энергии
Хотя идея нагревания песка для хранения энергии не нова, модель, предложенная Polar Night Energy, позволяет широкомасштабное применение накопления тепла. Это делает возможной коммерциализацию песчаных батарей. Клиенты включают в себя ряд различных предприятий и отраслей, таких как энергетические предприятия, операторы жилых и коммерческих зданий, компании по производству продуктов питания и напитков, химия и фармацевтика, производство металлов и другие отрасли.
Даже холодной финской зимой работает песочная батарея. Этот утеплитель окружает песок, поддерживая температуру внутри на уровне 600 градусов по Цельсию.
В настоящее время прерывистый характер источников энергии является сложной задачей для энергетических сетей. Хранение дорогое и несовершенное. С помощью песчаной батареи производство возобновляемых источников энергии может быть расширено, гарантируя, что всегда будет достаточно чистой энергии.
В теплоаккумуляторе в Канкаанпяа он заряжается 2-недельными циклами. По данным компании, накопитель тепла имеет наилучший диапазон, когда он заряжается и разряжается от 20 до 200 раз в год.