Lit jest w ograniczonej ilości, podczas gdy zapotrzebowanie na niego nadal rośnie. Odnawialne źródła energii wymagają jednak odpowiednich rozwiązań w zakresie magazynowania uzyskanych zasobów. W obliczu tych wyzwań, Finlandia wydaje się mieć efektywne rozwiązanie!
W fińskim Pornainen energia jest przechowywana w ogromnym zbiorniku wypełnionym kruszonym kamieniem, a następnie wykorzystywana jako ciepło dla mieszkańców. Po roku działania, instalacja osiągnęła zakładaną redukcję emisji i pokazuje, jak długoterminowe magazyny ciepła mogą być korzystniejsze niż lit.
„Kamienną baterię” zbudowano przez firmę Polar Night Energy dla operatora Loviisan Lämpö. Instalacja została uruchomiona w Pornainen w czerwcu poprzedniego roku. Już po roku producent poinformował, że system działa bez zarzutu, osiągając efektywność przekraczającą 85 procent, nigdy nie przerywając dostaw ciepła. Taka bateria stała się głównym źródłem dla lokalnej sieci ciepłowniczej, zasilając m.in. szkołę, urząd gminy, bibliotekę i prywatne domy. Choć nie nadaje się do ładowania smartfona, dostarczanie ciepła do mieszkań bez użycia pieców czy kotłów gazowych jest ogromną zaletą. Odczuwalną, komfortową i potwierdzoną przez liczby.
Dwa tysiące ton steatytu
Jak wygląda taka bateria? To stalowy silos o wysokości 13 metrów i szerokości 15 metrów, wypełniony około 2000 ton rozdrobnionego steatytu, znanego również jako mydlany kamień. Materiał ten składa się głównie z talku i wyróżnia się doskonałymi właściwościami magazynowania ciepła. Surowiec ten pozyskuje się z odpadów powstających podczas produkcji akumulacyjnych kominków fińskiej firmy Tulikivi, co eliminuje potrzebę pozyskiwania specjalnego materiału.
Ale jak podgrzać ten kamień? W tym celu wykorzystuje się grzałki oporowe, które ogrzewają powietrze krążące w zamkniętym obiegu za pomocą energii elektrycznej. Gorące powietrze przekazuje energię kamieniom, a podczas rozładowania proces działa w przeciwnym kierunku. Wymiennik ciepła ogrzewa wodę w miejskiej sieci ciepłowniczej. Instalacja jest stosunkowo prosta w swoim działaniu.
Bateria może pomieścić nawet 100 MWh energii cieplnej i oddawać ją z mocą do 1 MW. To odpowiada miesięcznemu zapotrzebowaniu Pornainen latem, a w zimie wystarcza na tydzień. Duża masa oraz zastosowana izolacja znacząco ograniczają niepożądane straty energii, co pozwala na długoterminowe magazynowanie energii, nawet przez dni czy tygodnie. Tradycyjne baterie litowo-jonowe projektowane są zwykle na kilka godzin pracy, natomiast fińska instalacja dostarcza głównie ciepło. Specjalizacja tego rozwiązania eliminuje kosztowną konwersję ciepła na energię elektryczną, a każda konwersja wymaga dodatkowych nakładów.
Bateria jest w stanie nawet… zarabiać
Model działania baterii wykorzystuje zmienność cen energii. Loviisan Lämpö zazwyczaj ładuje instalację, gdy nadmiar energii z wiatru i słońca obniża ceny na rynku, a ciepło pobierane jest później zgodnie z zapotrzebowaniem sieci. Całość jest optymalizowana przez oprogramowanie, które uwzględnia ceny oraz udział w rynku rezerw operatora Fingrid. Według danych, w pierwszym roku energię do ładowania kupowano średnio o 70-80% taniej w stosunku do przeciętnych cen. W niektórych miesiącach różnica przekraczała 90%.
Osiągnięto również znaczące korzyści środowiskowe: emisje gazów cieplarnianych z sieci spadły o około 70% w porównaniu do wcześniejszych rozwiązań. Zużycie drewna zmniejszyło się o około 60%, a olej nie jest już potrzebny podczas normalnej pracy bez awarii. Starszy kocioł na biomasę pełni teraz rolę rezerwy, uruchamianego przy ekstremalnym zapotrzebowaniu. Operator nie wyeliminował więc emisyjnych metod, lecz zmienił kolejność ich wykorzystania. Spalanie pozostawiono jako zabezpieczenie.
To nie jest uniwersalna bateria
Ponowne przekształcanie energii elektrycznej z przechowanego ciepła jest skomplikowane i mniej efektywne, jednak producent nadal rozwija takie systemy. Bateria w Pornainen nie zasili więc „elektryka” ani nie zastąpi akumulatorów stabilizujących sieć w krótkich okresach czasu… ale i tak robi wrażenie. Potrzebuje także sporo miejsca i konkretnego profilu odbiorcy. Najlepiej sprawdza się w sieciach ciepłowniczych oraz w procesach przemysłowych; budowanie i utrzymywanie jej dla pojedynczych domów nie jest opłacalne.
Czytaj również: Naukowcy odkryli nową metodę łatwej regeneracji baterii litowo-jonowych.
Finlandia z powodzeniem wdrożyła ten innowacyjny model. Ale czy jest możliwy wszędzie? Ostateczne efekty zależą od cen energii, lokalnego miksu energetycznego, zapotrzebowania na ciepło i obecnej infrastruktury. Mamy tutaj jednak istotny dowód na sukces, ponieważ system działał nieprzerwanie, wykorzystując tani prąd w dogodnych porach i ograniczając emisję paliw toksycznych. Nie użyto również surowców krytycznych, które z jednej strony są wyczerpywane, a z drugiej potrzebne w innych dziedzinach. Specjalizacja ma więc zarówno swoje wady, jak i zalety: choć nie dostarczymy z niej energii elektrycznej, to dostarczamy ciepło do mieszkań bez problemu!