Отрасли, производящие продукцию от стали до детского питания, требуют большого количества тепла. И большая часть тепла пока ещё вырабатывается при сжигании ископаемого топлива, например, природного газа. На тяжёлую промышленность приходится около четверти мировых выбросов. А альтернативные источники энергии, которые производят меньше парниковых газов (например, ветер и солнце), не могут постоянно вырабатывать тепло, необходимое заводам.
Однако всё большее компаний работает над внедрением тепловых батарей — это системы, которые могут улавливать тепло, вырабатываемое чистым электричеством, и сохранять его для последующего использования в штабелях кирпичей. Многие из этих систем используют простые конструкции и коммерчески доступные материалы, и их можно быстро построить в любом месте, где понадобится.
Стартап Rondo Energy запустил первый коммерческий проект в марте на заводе по производству этанола в Калифорнии. По сути, это тщательно спроектированная стопка кирпичей. В системе Rondo электричество проходит через нагревательный элемент, где преобразуется в тепло. Джон О’Доннелл, гендиректор калифорнийского стартапа по хранению тепла, это тот же механизм, что и в тостере, только намного больше и горячее. Затем тепло проходит через штабель кирпичей, нагревая их до температуры, которая может превышать 1500 °C.
Изолированный стальной контейнер, в котором хранятся кирпичи, может сохранять их горячими в течение нескольких часов или даже дней. Когда приходит время использовать удерживаемое тепло, вентиляторы продувают воздух через кирпичи. Температура воздуха может достигать 1000 °C, проходя через зазоры.
Сравнительно дешёвые, долговечные батареи на основе металла могут помочь стабилизировать источники возобновляемой энергии и расширить её использование.
В пилотном проекте Rondo на заводе по производству биотоплива в Калифорнии в процессе ферментации для производства этанола используется пар. Многие другие промышленные процессы используют пар для регулирования температуры в реакторах или на других стадиях, таких как очистка.
Тепловые батареи также могут быть специально разработаны для высокотемпературных процессов, таких как производство цемента и стали, для которых требуются температуры выше 1000 °C.
Многие промышленные процессы идут круглосуточно. Тщательно контролируя теплопередачу, система Rondo может быстро заряжаться за короткие периоды, когда электроэнергия дешёвая, потому что доступны возобновляемые источники. Тепловым батареям стартапа, вероятно, потребуется около четырёх часов зарядки, чтобы они были постоянно нагреты, днём и ночью.
Соответствующий сектор экономики использует «чудовищное» количество тепла, отметила Ребекка Делл, старший директор по промышленности ClimateWorks. Промышленное тепло составляет около 20% от общего мирового спроса на энергию. Ископаемое топливо было очевидным и наиболее экономичным способом обеспечить эти масштабные промышленные процессы, но цены на энергию ветра и солнца упали более чем на 90% за последние несколько десятилетий. Ребекка Делл добавила, что это открыло возможности для большей роли электричества в промышленности.
Rondo не одинока в своём стремлении внедрить тепловые батареи в промышленность. Компания Antora Energy из Калифорнии строит системы аккумулирования тепла с использованием углерода.
Это очень просто — это буквально цельные блоки
— Джастин Бриггс, соучредитель и исполнительный директор.
Вместо использования отдельного нагревательного элемента, как «катушка для тостера» Rondo, для преобразования электричества в тепло в системе Antora используют углеродные блоки, которые будут одновременно генерировать и накапливать тепло. Это может сократить расходы и сложность, объяснил Бриггс. Но такая система должна быть тщательно закрыта, поскольку графит и другие формы углерода могут разлагаться в раскалённом воздухе.
Вместо того чтобы просто поставлять тепло промышленникам, Antora планирует возможность также поставлять электроэнергию. Подход стартапа основан на термофотовольтаике — устройствах, похожих на солнечные панели, которые улавливают энергию солнца. Вместо этого оборудование Antora улавливает тепловую энергию, исходящую от горячих блоков, превращая её в электричество.
Хотя эффективность систем аккумулирования тепла может превышать 90%, превратить тепло в электричество намного сложнее. Устройства Antora будут эффективны менее чем на 50% для выработки электроэнергии, чем многие традиционные газовые турбины.
Но Antora уже строит свою первую систему во Фресно, Калифорния. Система будет размером с транспортный контейнер и должна быть введена в эксплуатацию позднее в этом году.
