Już działa: magazyn ciepła z piasku – 1 MW mocy i 100 MWh pojemności

• W Pornainen w Finlandii uruchomiono największy na świecie piaskowy magazyn ciepła.
• System o mocy 1 MW i pojemności 100 MWh może przechowywać ciepło przez wiele dni, stabilizując sieć.
• Instalacja działa na potrzeby sieci ciepłowniczej, zastępując wcześniejsze źródło na biomasę.

Co to jest piaskowy magazyn ciepła i jak działa?

Magazyn ciepła z piasku to nowatorski system magazynowania energii cieplnej, w którym energia elektryczna zamieniana jest na ciepło i przechowywana w piasku lub innych materiałach stałych. Schemat systemu w uproszczeniu jest bardzo prosty. Zazwyczaj energia elektryczna nagrzewa grzałki, które z kolei podgrzewają medium akumulujące ciepło, czyli piasek. W ten sposób z energii elektrycznej przechodzimy do energii cieplnej, którą możemy magazynować w piasku. To tyle z teorii. 

W przypadku jednostki w Pornainen czynnik akumulacyjny to aż 2 000 ton zmielonego steatytu (tak wiemy, w gruncie rzeczy to skruszona skała). Sam magazyn działa na potrzeby miejskiej sieci ciepłowniczej. Dlatego parametry są z półki raczej wielkoskalowej. Instalacja ma 1 MW mocy cieplnej oraz 100 MWh pojemności, a sama konstrukcja mierzy prawie 13 metrów wysokości i 15 metrów szerokości. Dzięki temu system może przechowywać energię przez wiele dni, a nawet tygodni, pomagając stabilizować sieć.

Wielkoskalowy magazyn ciepła. Źródło: Polar Night Energy.

Może się teraz pojawić pytanie; jak piasek może stabilizować sieć energetyczną? Otóż wystarczy, że w godzinach największej generacji OZE, kiedy mamy do czynienia z nadpodażą na rynku energii, piaskowy magazyn pobiera prąd z sieci. Tym samym pomaga ją odciążyć, pochłaniając nadwyżki generacyjne.  

Co więcej, technologia od Polar Night Energy daje także możliwość uczestniczenia w fińskim rynku rezerw mocy. Dzięki temu bateria może ładować się w godzinach najniższych cen energii i oddawać ciepło, gdy system najbardziej tego potrzebuje.

Od drewna do czystej energii

Instalacja w Pornainen zastąpiła starą elektrociepłownię na zrębki drzewne, pełniąc obecnie rolę głównego źródła ciepła w lokalnej sieci ciepłowniczej. Co więcej, w pierwszych miesiącach pracy instalacja nie tylko spełniła zakładane parametry, ale wręcz przekroczyła gwarantowane cele sprawnościowe.

Znaczenie dla systemu ciepłowniczego

Piaskowy magazyn ciepła to swoista elektryfikacja systemu ciepłowniczego. Tym samym jest rozwiązaniem idealnie wpisującym się w założenia transformacji tego sektora. 

Fińska minister środowiska Sari Multala podkreśliła, że magazynowanie energii to kluczowy element transformacji, w której odchodzimy od spalania paliw kopalnych i przechodzimy w stronę neutralności klimatycznej.

Poza samym aspektem neutralności klimatycznej (który już pewnie znudził naszych czytelników), warto podkreślić, że piasek nie jest surowcem krytycznym. Można go pozyskiwać lokalnie. Tym samym jego wydobycie nie jest tak dewastujące dla środowiska, jak i samych społeczności górniczych, jak np. wydobycie kobaltu czy litu. To realny przykład transformacji energetycznej, a zarazem zapewnienie stabilności dostaw energii dla mieszkańców.

Inwestycje i rozwój technologii

Sukces pierwszej dużej jednostki to dopiero początek. Polar Night Energy prowadzi rozmowy na temat kolejnych projektów dla ciepłownictwa, produkcji pary technologicznej czy gorącego powietrza dla przemysłu. Szczególnie obiecujące są zastosowania tam, gdzie potrzebne są temperatury powyżej 100°C – niedostępne dla tradycyjnych pomp ciepła czy elektrycznych kotłów.

Firma nie zwalnia też tempa rozwoju. Niedawno pozyskała 7,6 mln euro finansowania na rozbudowę zespołów sprzedażowych i badawczo-rozwojowych oraz prace nad technologią „power-to-heat-to-power”, czyli odwracaniem procesu i ponownym przekształcaniem zgromadzonego ciepła w energię elektryczną.

W planach jest także budowa pilotażowej instalacji tego typu, co może otworzyć drogę do jeszcze bardziej wszechstronnego wykorzystania piaskowych magazynów energii.

Co z Polską? 

Technologia ta jest prosta i dostępna. Jednak poza projektami Polar Night Energy ciężko znaleźć przykłady jej wdrożenia w innych krajach. Ostatnio było głośno o startupie w Indiach, który próbuje skomercjalizować piaskowe magazyny ciepła i stworzyć ich mikroskalową odłosnę dla prosumentów. Czy to ma sens? Na to pytanie starali się odpowiedzieć polscy studenci z Koła Naukowego Odnawialnych Źródeł Energii “Grzała” działającego przy AGH w Krakowie. Udało się im osiągnąć nawet 400 stopni w takim małym magazynie ciepła, zrobionego z przerobionego bufora. 

Źródło: KN Grzała na instagramie

• Czytaj także: Magazynowanie energii cieplnej jako nieodłączny element nowoczesnej energetyki

Jak donoszą studenci ciepło udało się akumulować w mieszance piasków na kilka dni. Zaś sam magazyn mógłby służyć jako źródło ciepła do ogrzewania gospodarstw domowych, bądź samych pomieszczeń gospodarczych. Ciepło z magazynu jest odbierane wężownicą. Jedyny problem to system odbiorczy, gdyż np. instalacja podłogowa wymaga niskiej temperatury czynnika. Dlatego zaś cały system wymaga dobrania odpowiedniego czynnika roboczego do transportu ciepła i dopracowania np. wymiennika ciepła. Jak widać pole do popisu jest i warto eksperymentować w tym zakresie. 

Źródła: Polar Night Energy, KN Grzała