Нашла коса на камень: есть ли перспективы у накопителей из камня?
Кому не доводилось хоть раз спускаться к морю по раскаленным булыжникам или сушишь на них одежду в походе? Оказывается, человечество с древних времен использовало камни как накопитель солнечной энергии. И кажется, сейчас готово всерьез начать «каменный век» энергетики — накопители из камня для хранения энергии солнца и ветра все чаще появляются рядом с «зелеными» источниками.
Не секрет, что древние люди были с камнями на «ты». Камни использовали как первое орудие труда, оружие и строительный материал. Ими обкладывали домашние очаги, из них делали камины и даже использовали булыжники как аккумуляторы: приготовление пищи на горячих камнях — тому доказательство.
До недавнего времени мало кто задумывался, что камни таят в себе прекрасные возможности накапливать энергию солнца. Только вдумайтесь, что этот бесценный ресурс столько времени пропадает зря. Но недавно наука и инженерная мысль снова развернулись к этому природному материалу. Ученые нашли невероятный потенциал, который традиционным аккумуляторам и не снился.
Каменный «аккумулятор» уже вовсю работает в Германии. Компания Siemens Gamesa — ее профиль сводится в основном к установке ветряков — в 2019 году ввела в эксплуатацию термальный накопитель из камня для хранения ветровой электроэнергии. Пилотную установку ETES (electric thermal energy storage) поселили в Гамбурге на месте старой электростанции, выведенной из строя. Установка преобразует электрическую энергию от местного «ветряка» в раскаленный воздух, используя резистивный нагреватель и воздуходувку, чтобы нагреть камень вулканической породы весом около 1000 тонн до 750°C. В моменты высокого спроса на электричество накопленное тепло превращается обратно в электричество с помощью паровой турбины. Инженеры уверяют, что аккумулированное в камне тепло может храниться неделю и даже дольше. По данным компании, установка способна сохранять до 130 МВт*ч мощности.
Правда, не все булыжникам дана эта суперспособность. Самый большой потенциал хранения энергии исследователи обнаружили в некоторых образцах мыльного камня и гранита из Танзании. В ходе исследований команда ученых нашла в мыльном камне магнезит. Это вещество, как оказалось, и придает ему столь высокую плотность и теплоемкость. При нагревании до более 1800 градусов по Фаренгейту и образцы мыльного камня, и усагаранский гранит не имели видимых повреждений — в отличие от обычного гранита. Кроме того, мыльный камень более эффективно выделял накопленное тепло, чем гранит, и был более прочен. Как это работает? При высвобождении накопленное ранее тепло может запустить генератор, который и будет производить чистое электричество.
В Дании пошли по другому пути и размельчили камень в крошку. «Бусины» из базальта, нагретые до 600 °C, поместили в большие изолированные стальные резервуары с компрессорно-турбинной системой. Она перекачивает тепловую энергию из одной или нескольких накопительных емкостей, заполненных холодными камнями, в другие резервуары, но уже с горячими камнями, когда имеется избыток энергии ветра или солнца. Другими словами, камни в холодных ваннах становятся очень холодными, в то время как в горячих ваннах они раскаляются. Так тепло, по словам создателей системы GridScale, может храниться в камнях целую неделю.
Как видно, подобных проектов пока не так много, но интерес к каменной энергетике растет. Ученые считают, что именно связка «камень-солнце» станет той самой прорывной технологией, которая перевернет современную энергетику. И сделает ВИЭ более доступными: ведь пока одной из главных проблем зеленых источников по-прежнему остается нестабильность по причине отсутствия надежных и недорогих технологий хранения энергии.