Когда летняя жара достигает пика, мы инстинктивно включаем вентиляторы и кондиционеры на полную мощность. Эти системы, однако, создают колоссальную нагрузку на энергосети, что подтолкнуло изобретателей к разработке решений, способных не только потреблять, но и накапливать энергию.
Охлаждение помещений составляет около 20% мирового спроса на электроэнергию в зданиях, и эта доля будет расти по мере потепления климата и распространения систем кондиционирования. В часы пиковой нагрузки кондиционеры в некоторых регионах мира сегодня могут обеспечивать более половины общего спроса на электроэнергию в сети более половины общего спроса.
Новые технологии охлаждения, интегрирующие системы накопления энергии, могут помочь, заряжаясь в периоды доступности возобновляемой энергии и низкого спроса, и продолжая обеспечивать охлаждение, когда сеть испытывает наибольшее напряжение.
«Мы берем проблему и превращаем ее в решение», — говорит Ярон Бен Нун, основатель и технический директор Nostromo Energy.
Одна из систем Nostromo Energy, названная IceBrick, по сути, представляет собой гигантский лоток для льда. Она охлаждает раствор на основе воды и гликоля, который используется для замораживания отдельных капсул, наполненных водой. Один IceBrick может состоять из тысяч таких контейнеров, каждый из которых вмещает около полугаллона, или примерно два литра воды.
Изоляция поддерживает капсулы в замороженном состоянии до тех пор, пока не потребуется использовать их для охлаждения здания. Затем лед используется для снижения температуры водно-гликолевой смеси, которая, в свою очередь, охлаждает воду, циркулирующую в системе центрального холодоснабжения здания. Бен Нун отмечает, что вся система спроектирована как дополнительный модуль к уже существующему оборудованию.
Nostromo установила свою первую систему в США в 2023 году в отеле Beverly Hilton в Лос-Анджелесе. Мощность этой установки составляет 1,4 мегаватт-часа, и она также обслуживает соседний Waldorf Astoria. Установка включает 40 000 капсул, что эквивалентно примерно 150 000 фунтов льда. Как правило, она заряжается в течение 10–12 часов, начиная ночью и заканчивая около полудня. Это позволяет ей отдавать запасенную «холодовую мощность» с позднего вечера до наступления ночи, когда спрос в сети высок, а выработка солнечной энергии падает с заходом солнца.
Использование IceBrick увеличивает общее количество электроэнергии, необходимое для охлаждения, поскольку часть энергии теряется из-за неэффективности цикла. Однако, по словам Бен Нуна, главная цель — снизить потребление в пиковые часы, что может сократить расходы владельцев зданий. Компания находится в процессе привлечения около 300 миллионов долларов финансирования, в том числе от Офиса программ кредитования Министерства энергетики США, для полного обеспечения 200 таких систем в Калифорнии.
Хотя владельцы зданий могут немедленно получить выгоду от этих индивидуальных решений для хранения энергии, настоящий потенциал помощи энергосистеме раскрывается при объединении систем, подчеркивает Бен Нун.
Когда сеть находится в критическом состоянии, иногда приходится отключать подачу электроэнергии на некоторые районы, оставляя людей без самого необходимого. Технологии, способные адаптироваться к потребностям сети, могут помочь уменьшить зависимость от таких веерных отключений.
Подобный подход не нов — многие коммерческие агрегаты имеют большие резервуары с охлажденной водой или другой хладагентной жидкостью, способной мгновенно снизить температуру в здании. Однако технология Nostromo может хранить больше энергии при использовании гораздо меньшего объема материала, поскольку она использует процесс замораживания и таяния, а не просто охлаждение жидкости, объясняет Бен Нун.
Стартап Blue Frontier выделился в этой области, создав системы охлаждения, использующие осушители. Эти материалы способны поглощать влагу — как маленькие пакетики с силикагелем, которые часто прилагаются к новой обуви и сумкам. Но вместо этих шариков компания использует концентрированный солевой раствор.
Охлаждающие установки Blue Frontier пропускают поток воздуха через тонкий слой осушителя, который удаляет влагу из воздуха. Этот сухой воздух затем используется в процессе испарительного охлаждения (похоже на то, как пот охлаждает нашу кожу).
Системы осушительного охлаждения могут быть более эффективными, чем традиционные кондиционеры с парокомпрессионным циклом, представленные сегодня на рынке, — отмечает Дэниел Беттс, основатель и генеральный директор Blue Frontier. Но система также выигрывает от возможности заряжаться в определенное время и обеспечивать охлаждение в другое.
Ключевым моментом в накоплении энергии в осушительном охлаждении является регенерация: как губки, осушители могут впитывать лишь ограниченное количество воды, прежде чем их потребуется «отжать». Blue Frontier добивается этого путем испарения части воды из солевого раствора, как правило, с помощью теплового насоса, чтобы сделать его более концентрированным. Система регенерации может работать постоянно или импульсами, которые можно настроить в соответствии с периодами, когда электричество дешево или когда доступно больше возобновляемой энергии.
Преимущество этих технологий накопления энергии в том, что они не требуют от людей снижать или отключать свои системы охлаждения для снятия нагрузки с сети, говорит Беттс.
Blue Frontier тестирует несколько систем с клиентами и надеется в ближайшее время наладить производство более крупных партий. И хотя первыми системы получают коммерческие здания, Беттс заинтересован в переносе этой технологии в жилые дома и другие строения.
Одной из проблем, с которой сталкиваются компании, разрабатывающие эти новые технологии, является поиск способа эффективного хранения больших объемов энергии без чрезмерного удорожания, говорит Анкит Каланки, руководитель программы безэмиссионных зданий в Rocky Mountain Institute, некоммерческом аналитическом центре в области энергетики. Технологии охлаждения, такие как кондиционеры, уже достаточно дороги, поэтому будущие решения должны быть конкурентоспособными по цене, чтобы занять свое место на рынке. Однако, учитывая растущий мировой спрос на охлаждение, для удовлетворения этих потребностей остается значительная возможность для новых технологий, добавляет он.
Одной лишь переработки концепции кондиционирования будет недостаточно для удовлетворения массового увеличения спроса на энергию для охлаждения, которое, по прогнозам, утроится к 2050 году утроится к 2050 году. Чтобы достичь этой цели и одновременно сократить выбросы, нам по-прежнему потребуется значительно больше мощностей возобновляемой энергетики, а также колоссальные аккумуляторные установки в сети. Но добавление гибкости в системы кондиционирования может помочь снизить объем инвестиций, необходимых для перехода на безуглеродную сеть.
Системы охлаждения могут помочь нам адаптироваться к потеплению климата, но, по мнению Бен Нуна, в существующих вариантах есть проблема: «Вы охлаждаете себя, но продолжаете нагревать планету».
