15 metrus platais akumulators var uzkrāt mēneša siltuma pieprasījumu vasarā — kā tas darbojas? Somijas dienvidu pilsētā Pornainenā darbu sākusi pasaulē lielākā smilšu baterija.
Spējīgs uzglabāt 100 MWh siltumenerģijas no saules un vēja avotiem, tas ļaus iedzīvotājiem atteikties no naftas produktiem savā centralizētās siltumapgādes tīklā, tādējādi samazinot emisijas par gandrīz 70 procentiem.
“Mūsu mērķis ir līdz 2035. gadam kļūt klimatneitrāliem, un smilšu akumulators ir nozīmīgs solis šajā virzienā,” saka Miko Pajanens, uzņēmuma Loviisan Lämpö, kas pārvalda centralizētās siltumapgādes tīklu, izpilddirektors.
Somijas uzņēmuma Polar Night Energy rūpnieciskā mēroga risinājums tagad ir tīkla galvenā ražotne. Tā rezultātā koksnes šķeldas patēriņš samazināsies par aptuveni 60 procentiem, savukārt esošais biomasas katls turpinās kalpot kā rezerves katls un atbalstīs smilšu akumulatoru maksimālās pieprasījuma periodos.
Somijā smilšu baterijas kļūst arvien lielākas
Jaunajai 1 MW smilšu baterijai ir priekštecis. 2022. gada maijā Polar Night Energy uzstādīja mazāku konstrukciju elektrostacijai Kankaanpää pilsētā.
Projekts, kas tika uzsākts tieši tad, kad Krievija pārtrauca gāzes piegādes, atriebjoties par Somijas pievienošanos NATO, bija savlaicīgs piemērs tam, kā atjaunojamo enerģiju var izmantot jaunā veidā.
Somu uzņēmuma dibinātāji Tommi Eronens un Marku Īlönens, kuri izstrādāja šo tehnoloģiju, par savu ideju pastāstīja medijiem
“Mēs runājām par to, kā — ja mums būtu brīvība pašiem veidot kopienu — kā mēs varētu atrisināt enerģijas problēmu tik ierobežotā vidē?” Marku teica par iedvesmu, kas lika radīt “Polārās nakts enerģiju” 2018. gadā.
“Tad diezgan ātri, īpaši šeit ziemeļos, rodas enerģijas uzglabāšanas problēma, ja mēģināt ražot enerģiju pēc iespējas tīrāk.”
Draugi sāka eksperimentēt ar idejām, nolaižoties smiltīs kā pieejamā veidā uzglabāt bagātīgo elektroenerģiju, kas tiek saražota, kad spīd saule vai pūš stiprs vējš.
Atrast veidu, kā uzglabāt šos mainīgos atjaunojamos energoresursus, ir galvenais, lai atbrīvotu to pilno potenciālu. Litija akumulatori labi darbojas specifiskos pielietojumos, skaidro Markku, taču, neskaitot vides problēmas un izmaksas, tie nevar uzņemt milzīgu enerģijas daudzumu.
Izrādās, ka smilšu graudi ir pārsteidzoši ietilpīgi enerģijas uzkrāšanai.
Ar 13 metru augstumu un 15 metru platumu smilšu akumulators Pornainenā ir aptuveni 10 reizes lielāks nekā Vatajankoski elektrostacijas akumulators Kankaanpē. Uzņēmums “Polar Night Energy” iepriekš arī pieslēdza pilotstaciju Tamperes pilsētas centralizētās siltumapgādes tīklam.
Kā darbojas smilšu baterijas?
“Pirmkārt, tā ir diezgan vienkārša konstrukcija,” par savu prototipu teica “Polar Night Energy”. Augsts tornis ir piepildīts ar zemas kvalitātes smiltīm un uzlādēts ar siltumu no liekās saules un vēja elektroenerģijas.
Tas darbojas ar procesu, ko sauc par rezistīvo sildīšanu, kurā siltums rodas berzes dēļ, kas rodas, kad elektriskā strāva iet caur jebkuru materiālu, kas nav supravadītājs. Pēc tam karstais gaiss cirkulē tvertnē caur siltummaini.
Smiltis var uzglabāt siltumu aptuveni 500 °C temperatūrā vairākas dienas vai pat mēnešus, nodrošinot vērtīgu lētākas enerģijas krātuvi ziemā. Kad nepieciešams, akumulators izlādē karsto gaisu, sasildot ūdeni centralizētās siltumapgādes tīklā. Piemēram, Kankaanpää no tā gūst labumu mājas, biroji un pat vietējais peldbaseins .
“Tur īsti nekas īpašs nav,” Marku saka par krātuvi. “Sarežģītā daļa notiek datorā; mums jāzina, kā enerģija jeb siltums pārvietojas krātuvē, lai mēs visu laiku zinātu, cik daudz ir pieejams un ar kādu ātrumu mēs varam izlādēt un uzlādēt.”
Kā smilšu baterija kalpo Pornainenas iedzīvotājiem?
Pilnveidojot savus uzlādes algoritmus, Polar Night Energy tagad ir veiksmīgi palielinājis uzglabāšanas tehnoloģiju Pornainenā.
“Šis projekts noritēja ļoti gludi,” saka Pornainen mērs Antti Kuusela.
Daudzas pilsētas ēkas, tostarp vispārizglītojošā skola, rātsnams un bibliotēka, ir atkarīgas no centralizētās siltumapgādes.
“Pornainens vēlas būt vadošais ilgtspējīgas enerģijas risinājumu jomā, un mēs atzinīgi vērtējam visas inovācijas, kas atbalsta šo mērķi. Viens no galvenajiem mērķiem mūsu pašvaldības stratēģijā ir oglekļa neitralitāte, un smilšu akumulatoram ir svarīga loma tā sasniegšanā.”
Kopumā paredzams, ka smilšu baterija samazinās 160 tonnas oglekļa dioksīda ekvivalenta emisiju gadā.
Akumulatora siltumenerģijas uzglabāšanas jauda ir līdzvērtīga gandrīz viena mēneša siltuma pieprasījumam vasarā un vienas nedēļas pieprasījumam ziemā Pornainenā, norāda Polar Night Energy.
Vai smiltis ir ilgtspējīgs materiāls?
“Mēs vēlējāmies atrast kaut ko tādu, ko var iegūt gandrīz visur pasaulē,” sacīja Markku. Bet vai smiltis ir tik visuresošas, kā mēs varētu domāt?
Saskaņā ar nesen veiktu holandiešu pētījumu, pieprasījums pēc šī būvmateriāla nākamo 40 gadu laikā pieaugs par 45 procentiem. Būvniecības smiltis parasti iegūst no upēm un ezeriem, un ” smilšu pirāti ” paātrina to zudumu no šīm ekosistēmām.
Taču, ciktāl tas attiecas uz somu inženieriem, nav īsti svarīgi, no kurienes nāk smiltis. Lai gan sākotnēji tika izmantotas celtniecības smiltis (lai ierobežotu transporta radītās emisijas), smilšu baterijas darbojas ar jebkuru smiltīm līdzīgu materiālu, kam ir pietiekami augsts blīvums noteiktu termodinamisko parametru robežās.
Pornainenā uzņēmums “Polar Night Energy” ir atradis ilgtspējīgu materiālu sasmalcinātā ziepakmenī, kas ir Somijas uzņēmuma siltumu saglabājošu kamīnu ražošanas blakusprodukts.
“Tulikivi ir labi pazīstams un tradicionāls uzņēmums,” saka Naskali. “Ziepakmens, ko viņi izmanto, ir ļoti somisks.”
“Mēs vienmēr izvēlamies siltumenerģijas uzkrāšanas vidi, pamatojoties uz klienta vajadzībām. Dažādu materiālu pārbaude un testēšana ir ļoti svarīga, lai mēs varētu izmantot materiālus, kas ir piemēroti īpašību, izmaksu efektivitātes un aprites ekonomikas veicināšanas ziņā ,” viņa piebilst.
Uzņēmumam “Polar Night Energy” ir lielas ambīcijas ieviest savu tehnoloģiju visā pasaulē, un pašlaik tas risina “aktīvas sarunas” gan ar Somijas, gan starptautiskajiem partneriem. Šī gada pavasarī uzņēmums paziņoja par pilotprojektu Valkeakoski, lai izpētītu uzkrātās siltumenerģijas pārveidošanu atpakaļ elektrībā.
Kā Markku teica vēl 2022. gadā, “mēs vēlamies pēc iespējas ātrāk uzbūvēt simtreiz lielākas noliktavas visā pasaulē”.
