Компания Siemens разрабатывает экономически эффективную технологию теплового аккумулирования , которая обещает произвести революцию в управлении избыточной энергией из возобновляемых источников. Этот новый метод, который в настоящее время исследуется на севере Германии, может стать мировым стандартом энергоэффективности. Процесс прост: избыточная энергия ветра преобразуется в тепло, которое затем аккумулируется в изолированном контейнере. В периоды высокого спроса паровая турбина преобразует это тепло в электроэнергию.
Эта модель обещает быть чрезвычайно экономичной благодаря низким затратам на установку и эксплуатацию. Компания Siemens получила финансовую поддержку от федерального правительства Германии для продолжения своего развития в Гамбурге в сотрудничестве с компанией Hamburg Energie и Гамбургским техническим университетом (TUHH).
Работа термоаккумулятора
Технология представляет собой систему, в которой избыточная энергия из возобновляемых источников, особенно энергии ветра, преобразуется в тепло и аккумулируется в камнях при высоких температурах. Эта система разработана для работы при температуре более 600 градусов Цельсия , что обеспечивает эффективное сохранение тепла. Вентилятор, подобно принципу работы термофена, направляет воздух на камни для их нагрева. Для рекуперации энергии это накопленное тепло используется для создания давления, которое приводит в действие паровую турбину, преобразующую тепловую энергию обратно в электричество.
Компания Siemens также уделяет особое внимание оптимизации эффективности зарядки и разрядки системы хранения энергии. Способ изоляции, окружающий систему, имеет решающее значение для максимальной энергоэффективности и минимизации теплопотерь. Ожидается, что в ближайшие годы эта технология значительно продвинется вперед.
В настоящее время система хранения энергии способна накапливать до 36 мегаватт-часов энергии в объеме примерно 2,000 кубических метров камня. Используя котел, она вырабатывает до 1.5 мегаватт электроэнергии и может работать до 24 часов. В будущем эта технология потенциально может достичь КПД в 50%, превзойдя текущий показатель в 25%.
Применимость технологии ФЭС
Технология FES (Force Energy Storage), разработанная компанией Siemens, будет применима к большинству типов ветротурбин , что делает ее чрезвычайно гибкой и экономически эффективной. Несмотря на большой потенциал, единственным существенным недостатком системы является необходимость больших площадей для размещения контейнеров для хранения камня.
- Эту технологию можно адаптировать к любому типу ветряных турбин, что делает ее универсальной для различных типов установок.
- Ожидается, что с повышением эффективности система сможет производить больше энергии с меньшими затратами.
Эта система теплового аккумулирования представляет собой значительный шаг вперед в переходе к возобновляемым источникам энергии. Наряду с другими инновационными технологиями, такими как колесо GeoOrbital, которое превращает велосипеды в электрические , Siemens отмечает важную веху на пути к энергетической устойчивости.
Термическое хранилище с песком
Помимо технологии аккумулирования тепла с использованием камней, в последнее время исследуются и другие системы, такие как теплоаккумулирование в песке . Этот метод значительно экономичнее и перспективнее в долгосрочной перспективе. Такие учреждения, как NREL (Национальная лаборатория возобновляемой энергии) в США, изучают возможность использования песка для сохранения тепла, вырабатываемого возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер или солнечная энергия.
Песок нагревается с помощью энергии ветра или солнца, достигая температуры до 1,000 градусов Цельсия. Затем его хранят в силосах для последующего использования при увеличении потребности в энергии. Преимущество такого типа хранения заключается в сохранении более 95% накопленной тепловой энергии в течение как минимум пяти дней, что обеспечивает эффективное и долгосрочное решение для управления энергопотреблением.
По сравнению с другими технологиями хранения энергии, такими как литий-ионные батареи или гидроаккумулирующие насосы, хранение песка оказывается намного дешевле: ориентировочная стоимость составляет от 4 до 10 долларов за киловатт-час. Это контрастирует с 150–300 долларами за кВтч для других технологий, таких как сжатый воздух или литиевые батареи, что позиционирует песок как недорогое и высокопроизводительное решение будущего.
Исследовательские проекты и экономическое хранение
Ряд европейских инициатив также направлен на разработку инновационных решений для недорогого хранения тепла. Одним из примеров является проект Reveal , в рамках которого изучается использование алюминия в качестве среды для хранения тепловой энергии в течение месяцев или даже лет. Эта система будет использовать преимущества доступности и низкой стоимости алюминия, который обладает плотностью энергии до 15 МВт·ч/м³. Эта разработка представляет собой долгосрочную и экономически эффективную альтернативу для управления избыточной электроэнергией, вырабатываемой из возобновляемых источников.
Еще одно многообещающее исследование — термохимическое хранение с использованием оксидов металлов, например, разработанное RedoxBlox. Эта система позволяет сохранять тепло при температуре до 1,500 градусов по Цельсию с использованием обильных и недорогих материалов. Для зарядки системы используется возобновляемая электроэнергия, повышающая температуру материала, который выделяет кислород и сохраняет химическую энергию. Когда эту энергию необходимо восстановить, система меняет реакцию и генерирует тепло, которое можно использовать в промышленных процессах или для производства электроэнергии.
Преимущества теплового хранения при декарбонизации
Аккумулирование тепловой энергии играет ключевую роль в декарбонизации энергетического сектора и других промышленных процессов. По мере того, как мир отказывается от ископаемого топлива и ищет более устойчивые альтернативы, аккумулирование тепловой энергии становится одним из наиболее доступных и логистически выгодных решений.
Этот тип хранения энергии применим не только для производства электроэнергии, но и может использоваться в таких отраслях, как металлургия, цементная промышленность и пищевая промышленность , которые требуют больших объемов тепла для своей работы. Эти отрасли, которые трудно декарбонизировать, найдут в тепловом хранении эффективное решение для электрификации своего производства без выбросов углекислого газа.
Такое сочетание низкой стоимости, высокой емкости хранения и долгосрочной жизнеспособности делает хранение тепла ведущим решением в глобальном энергетическом переходе.