Для производства всего — от стальных балок до пакетов с кетчупом — требуется тепло. Сегодня колоссальные 20% мирового спроса на энергию приходится на тепло, используемое в промышленности, причем большая часть этого тепла генерируется путем сжигания ископаемого топлива. В стремлении к экологизации промышленности все больше компаний работают над обеспечением этого тепла с помощью технологии, известной как тепловые батареи.
Идея настолько захватывающая, что читатели одного из технологических изданий выбрали тепловые батареи в качестве выбора редакции для включения в список 10 прорывных технологий 2024 года. Давайте подробнее рассмотрим, что же вызывает такой ажиотаж.
Хранение энергии в виде тепла — не новая концепция. Металлурги улавливают избыточное тепло и используют его для снижения потребления топлива уже почти 200 лет. Однако изменение структуры энергосистемы и развитие технологий резко усилили интерес к этой сфере. «Это очень горячее направление», — отмечает Джеффри Риссман, старший директор по промышленности в Energy Innovation, фирме, занимающейся исследованиями и политикой в области энергетики и климата.
За последнее десятилетие цены на возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, резко упали. Однако эти источники нестабильны и зависят от суточных и сезонных циклов. Таким образом, рост дешевой возобновляемой энергии сопровождается параллельным поиском способов ее хранения для применений, требующих постоянного источника энергии.
Тепловое аккумулирование энергии может связать дешевую, но прерывистую возобновляемую электроэнергию с промышленными процессами, требующими большого количества тепла. Эти системы могут преобразовывать электричество в тепло, а затем, подобно обычным аккумуляторам, накапливать энергию и отдавать ее по мере необходимости.
Rondo Energy — одна из компаний, работающих над производством и внедрением тепловых батарей. Система хранения тепла компании основана на резистивном нагревателе, который преобразует электричество в тепло по тому же принципу, что и обогреватель или тостер — только в гораздо большем масштабе и с достижением гораздо более высокой температуры. Это тепло затем используется для нагрева тщательно спроектированных и расположенных стопок кирпичей, которые накапливают тепло для последующего использования. Воздух, продуваемый над горячими кирпичами, может затем использоваться для выработки пара или подаваться непосредственно для нагрева оборудования.
Используя распространенные материалы и проектируя оборудование, совместимое с существующими объектами, Rondo стремится показать, что ее технология может интегрироваться в сектор, где цена имеет ключевое значение. «Мы доказываем, что это экономично уже сейчас», — заявляет Джон О’Доннелл, генеральный директор компании.
Rondo с марта 2023 года эксплуатирует свой первый коммерческий пилотный проект на этаноловом заводе в Калифорнии. Компания также масштабирует производство, выпуская оборудование на заводе в Таиланде, который, как они уже объявили о планах расширить.
Недавно анонсированный проект с производителем напитков Diageo предусматривает установку тепловых батарей Rondo на винокурне в Кентукки, где производится бурбон Bulleit, а также на одном из других предприятий Diageo. В марте проект получил поддержку Министерства энергетики США, которое выделило ему 75 миллионов долларов в рамках более широкой инициативы по очистке промышленных выбросов.
Rondo далеко не единственный игрок на рынке тепловых батарей, который теперь включает компании, использующие для хранения тепла всё — от расплавленной соли и металла до измельченных пород.
Electrified Thermal Solutions строит тепловые батареи, в которых теплопроводящие кирпичи служат как нагревательным элементом, так и накопителем. Пропускание электрического тока через кирпичи генерирует тепло без необходимости использования какого-либо отдельного компонента. Antora Energy аналогично использует свои углеродные блоки как для генерации, так и для хранения тепла. Компания также стремится преобразовать это тепло обратно в электричество с помощью термофотоэлектрической технологии.
Хотя многие компании хотят устанавливать свои системы хранения на промышленных объектах, поставляя тепло, электричество или и то, и другое, некоторые нацелены на предоставление услуг по хранению энергии для коммунальных служб. Malta, выделенная из X (ранее Google X) в 2018 году, разрабатывает технологию, которая будет принимать электричество, хранить энергию в виде тепла в системе с расплавленной солью, а затем снова вырабатывать электричество для использования в сети.
Brenmiller Energy является одним из самых опытных игроков в сфере теплового аккумулирования энергии. Компания, основанная в 2011 году, производит модульные системы, использующие дробленые горные породы для хранения тепла. Ее технология уже работает на нескольких объектах, включая заводы по производству напитков и больницы.
Чтобы реально повлиять на промышленные выбросы, компаниям, строящим системы теплового аккумулирования энергии, необходимо быстро наращивать масштабы. Им также придется убедить клиентов перейти на новый метод выработки тепла, что может быть непростой задачей в консервативных отраслях, отмечает Дорон Бренмиллер, директор по развитию бизнеса компании. Поскольку промышленный спрос на тепло, как ожидается, продолжит расти в этом десятилетии, существует острая необходимость в поиске более чистых решений. Тепловые батареи могут стать ключевой стратегией для поддержания работы заводов по мере того, как усилия по сокращению выбросов набирают обороты.
Примечание: В ранней версии статьи было неверно указано местоположение фабрики Rondo Energy. Она расположена в Таиланде.
