Подведены итоги, и определен победитель в номинации 11-й Прорывной Технологии 2024 года… барабанная дробь… тепловые аккумуляторы!
Хотя ежегодный список 10 прорывных технологий выбирается редакцией, начиная с 2022 года мы даем возможность нашим читателям голосовать за одиннадцатую технологию. Признаюсь, в этом году вы выбрали по-настоящему увлекательное направление.
Хранение тепловой энергии — это удобный способ аккумулировать энергию для последующего использования. Эта технология может стать ключевым звеном между дешевыми, но нестабильными возобновляемыми источниками и промышленными предприятиями, которым требуется постоянный подвод тепла.
В текущем выпуске мы более детально рассмотрим различные типы тепловых аккумуляторов, поскольку спектр возможностей здесь весьма широк.
Шаг 1: Выбор источника энергии
Критически важный первый этап в создании теплового аккумулятора — определение источника тепла. Большинство компаний, с которыми я сталкивался, разрабатывают системы преобразования «электричество в тепло» (power-to-heat). Электричество подается на вход, а на выходе получается тепло, часто генерируемое путем пропускания тока через резистивный материал — схоже с тем, как работает тостер.
Некоторые проекты используют электричество напрямую от ветряных турбин или солнечных панелей, не подключенных к общей сети. По словам Джеффри Риссмана, старшего директора по промышленности в Energy Innovation, аналитическом центре, специализирующемся на энергетике и климате, такой подход может снизить затраты на энергию, поскольку позволяет избежать надбавок, включенных в тарифы сетевого электричества. Подробную информацию о Джеффри Риссмане можно найти здесь: Energy Innovation.
В ином случае тепловые аккумуляторы могут подключаться непосредственно к энергосети. Такие системы позволяют предприятию накапливать энергию, когда цены на электричество низкие или когда в сети много возобновляемой энергии.
Некоторые системы накопления тепла используют не электричество, а избыточное тепло. Например, Brenmiller Energy разрабатывает тепловые аккумуляторы, которые можно заряжать как теплом, так и электричеством, в зависимости от потребностей заказчика.
В зависимости от источника тепла, системы, использующие избыточное тепло, могут не достигать таких высоких температур, как их электрические аналоги. Тем не менее, они способны повысить общую эффективность предприятий, которые в противном случае просто теряли бы эту энергию. Особенно высокий потенциал такой подход имеет для высокотемпературных процессов, таких как производство цемента и стали.
Шаг 2: Выбор накопительного материала
Далее необходимо выбрать среду для хранения тепла. Эти материалы должны быть недорогими и способными достигать и выдерживать высокие температуры.
Кирпичи и углеродные блоки являются популярным выбором, поскольку они могут быть плотно спрессованы и, в зависимости от материала, выдерживать температуры свыше 1000 °C (1800 °F). Среди компаний, использующих блоки и кирпичи для хранения тепла при таких высоких температурах, можно назвать Rondo Energy, Antora Energy и Electrified Thermal Solutions.
Дробленые горные породы — еще один вариант, который является предпочтительным для Brenmiller Energy. Компания Caldera использует смесь алюминия и дробленых пород.
Расплавленные материалы предлагают больше возможностей для последующей доставки тепловой энергии, поскольку их можно перекачивать (хотя это усложняет систему). Malta разрабатывает системы теплового хранения, использующие расплавленную соль, а Fourth Power применяет системы, частично основанные на расплавленных металлах.
Шаг 3: Выбор метода доставки
Последний и, возможно, самый важный шаг — определить, как вернуть энергию из системы хранения. Как правило, системы теплового хранения могут поставлять тепло, использовать накопленное тепло для выработки электричества или работать по гибридной схеме.
Поставка тепла — самый простой вариант. Обычно воздух или другой газ продувают через горячий тепловой накопительный материал, и этот нагретый газ можно использовать для обогрева оборудования или выработки пара.
Некоторые компании работают над тем, чтобы использовать хранение тепла для поставки именно электроэнергии. Это позволит системам теплового хранения играть роль не только в промышленности, но и, потенциально, в качестве решения для хранения энергии в электросетях. Один из недостатков: такие системы обычно теряют часть эффективности — долю энергии, которую можно вернуть из хранилища. Однако они могут подойти для определенных ситуаций, например, для предприятий, которым требуется и тепло, и электричество по требованию. Antora Energy стремится использовать термофотоэлектрические материалы для преобразования тепла, хранящегося в их углеродных блоках, обратно в электричество.
Некоторые компании планируют предложить промежуточный вариант, поставляя комбинацию тепла и электричества в зависимости от потребностей предприятия. Тепловые батареи Rondo Energy могут поставлять пар высокого давления, который можно использовать как для отопления, так и для выработки некоторого количества электроэнергии с помощью когенерационных установок.
Возможности тепловых аккумуляторов, кажется, безграничны, и я постоянно вижу новые компании с новыми идеями. Следите за нашими публикациями об этой горячей технологии (прошу простить за каламбур).
Читайте продолжение «The Spark»
Сопутствующее чтение
Узнайте больше о том, почему тепловые аккумуляторы получили звание 11-й прорывной технологии, в моем материале от понедельника.
Впервые я писал о тепле как способе хранения энергии в статье в прошлом году. Тогда я резюмировал: самая горячая новая климатическая технология — это кирпичи.
Компании добились некоторого прогресса в масштабировании тепловых аккумуляторов — наша бывшая коллега Джун Ким писала о новом производственном предприятии в октябре.
Другие новости
Штат Луизиана на юго-востоке США потерял более миллиона акров побережной зоны из-за эрозии. Пилотный проект направлен на спасение некоторых домов в штате путем их поднятия, чтобы избежать худших последствий наводнений.
Это амбициозная попытка создать решение для кризиса, и эти усилия могут помочь сохранить общины. Однако некоторые эксперты опасаются, что проекты по подъему дают слишком оптимистичную картину, и считают, что необходимо сосредоточиться на переселении. Читайте подробнее в этом увлекательном очерке от Зандера Питерса.
Современные тенденции в климате
Легко забыть, но мы уже добились значительного прогресса в решении проблемы изменения климата. Десять лет назад мир шел к потеплению на 3,7 °C выше доиндустриального уровня. Сегодня этот показатель составляет 2,7 °C при текущих действиях и политике — выше, чем следовало бы, но ниже, чем могло бы быть. (Cipher News)
Вероятно, у нас будет больше аккумуляторов, чем потребуется, в течение некоторого времени. Сегодня только Китай производит достаточно аккумуляторов для удовлетворения мирового спроса, что может создать трудности для новых игроков на рынке. (Bloomberg)
2023 год стал рекордным для ветроэнергетики. В прошлом году по всему миру было введено в эксплуатацию 117 гигаватт новых мощностей — на 50% больше, чем годом ранее. (Associated Press)
→ Вот что ожидает шельфовую ветроэнергетику в ближайшем будущем. (MIT Technology Review)
Угольная генерация выросла в 2023 году благодаря вводу в строй новых станций в Китае и замедлению вывода из эксплуатации мощностей в Европе и США. (New York Times)
Люди, живущие рядом с солнечными фермами, в целом положительно относятся к своим соседям-производителям электричества. Однако среди жителей, проживающих в непосредственной близости от крупнейших проектов, наблюдается более негативная реакция. (Inside Climate News)
Электросамокаты стремительно ворвались на городские улицы восемь лет назад, но они не привели к эре безэмиссионной микромобильности, на которую многие надеялись. Совместное использование самокатов может сократить выбросы, но все зависит от поведения пользователей и практик компаний. (Grist)
Энергосеть нуждается в модернизации. Замена существующих линий электропередачи новыми материалами может удвоить пропускную способность сети во многих районах США, открывая путь для большего количества возобновляемых источников. (New York Times)
В Сан-Диего скоро спустят на воду первый полностью электрический буксир в США. Небольшие суда играют ключевую роль в сопровождении крупных кораблей в портах и прилегающих акваториях, а буксиры на ископаемом топливе являются климатическим кошмаром. (Canary Media)
