Pierwszy na świecie magazyn energii na wosk powstał w norweskim mieście Trondheim. Energia z paneli słonecznych magazynowana jest w postaci ciepła w tak zwanym “bioakumulatorze” za pomocą trzech ton wosku. Kiedy technologia zostanie skomercjalizowana?

Pierwszy na świecie woskowy magazyn ciepła

Pierwszy na świecie woskowy magazyn ciepła powstał w zeroemisyjnym budynku w norweskim mieście Trondheim. Za laboratorium, w którym skonstruowano to innowacyjne rozwiązanie, odpowiedzialny jest Norweski Uniwersytet Nauki i Technologii i firma Sintef. 

Energia produkowana przez panele fotowoltaiczne gromadzona jest w trzech tonach materiału zmiennofazowego (ang.PCM – phase-change material) opartego na organicznym wosku. Naukowcy nazwali to rozwiązanie “bioakumulatorem” i są w trakcie zakładania firmy w celu komercjalizacji technologii.

– Przewidujemy, że po kilku miesiącach testów w laboratorium będziemy mogli bezpiecznie rozpocząć podróż w kierunku komercjalizacji. Nawiązaliśmy również kontakt z wieloma użytkownikami końcowymi, którzy są zainteresowani instalacją systemu pilotażowego w 2023 lub 2024 roku. Wiele z nich to firmy przemysłowe, które mają zasoby, aby rozbudować koncepcję – mówi Alexis Sevault, kierownik ds. badań w SINTEF Energy Research.

Na czym dokładnie polega pierwszy na świecie woskowy magazyn ciepła?

Magazynowanie ciepła w wosku

Pojemność akumulacji ciepła to 200 kWh, co odpowiada energii wystarczającej do ogrzania budynku przez trzy do czterech dni w najzimniejszej części roku.

Jak urządzenie wygląda z zewnątrz? To srebrzysty pojemnik z małym okrągłym okienkiem wyciętym z boku i kilkoma podłączonymi do niego rurami. Magazyn energii na wosk gromadzi prąd z instalacji fotowoltaicznej o mocy 180 KWh zamontowanej na dachu budynku. 

Urządzenie gromadzi energię wytworzoną w słoneczne dni i uwalnia ją w razie zapotrzebowania. Cały system oparty jest na materiale zmiennofazowym PCM w połączeniu z pompami ciepła.

Źródłem energii oprócz fotowoltaiki może być chociażby ciepło odpadowe z budynku fabrycznego lub nadwyżka energii z turbiny wiatrowej. 

Temperatura topnienia wosku to 37℃, dlatego umożliwia magazynowanie ciepła w płynnej postaci. PCM oparty na wosku topnieje w temperaturze ludzkiego ciała, przez co może działać jako magazyn ciepła lub duża bateria. 

– Urządzenie zawiera trzy tony płynnego wosku biologicznego na bazie oleju roślinnego, który nie może być używany w celach żywnościowych. Działa w ten sam sposób, w jaki woda zamienia się w lód – wosk staje się stałym, krystalicznym materiałem, gdy jest wystarczająco zimny. „Zimno” dla tego konkretnego wosku oznacza temperaturę poniżej 37℃.

Ale istnieją inne rodzaje wosku biologicznego, które mają różne temperatury topnienia, a wszystkie oferują możliwości wielu podobnych zastosowań – mówi Sevault.

Całe urządzenie do przechowywania ciepła składa się w 90% z PCM opartego na wosku. Zawiera również wymiennik ciepła, który umożliwia zagospodarowanie zmagazynowanej energii cieplnej. 24 płyty amortyzujące przekazują ciepło z wosku do wody, która służy jako nośnik energii i oddaje ciepło z systemu. System jest kompaktowy i wydajny. 

Inteligentne cząsteczki wosku

Jeśli przyjrzymy się szczegółowo woskowi biologicznemu, odkryjemy, że składa się on z cząsteczek, które zachowują się bardzo ekonomicznie, jeśli chodzi o przechowywanie energii cieplnej.

Gdy wosk znajduje się w fazie stałej, cząsteczki układają się bardzo blisko siebie. Gdy wosk topi się, wiązania utrzymujące cząsteczki rozluźniają się i wytwarzają energię kinetyczną. Im więcej ciepła jest dostarczane z otoczenia, tym molekuły stają się aktywniejsze. Kiedy tak się dzieje, biowosk zmienia swój stan skupienia i staje się cieczą.   

W odwrotnym procesie, kiedy wosk zmienia się z cieczy w ciało stałe, cząsteczki uwalniają dużą część swojej energii kinetycznej do otoczenia. To zjawisko służy jako zasada działania wykorzystywana przez naukowców w pierwszym na świecie woskowym magazynie ciepła.  

Energia produkowana przez panele słoneczne kierowana jest przez pompę ciepła do dużej „baterii”. Ciepło uwalniane jest następnie poprzez ogrzanie wody, która kierowana jest do grzejników oraz systemu wentylacji, dostarczając ogrzane powietrze do budynku. 

Technologia używana jest jako część systemu grzewczego Laboratorium ZEB od ponad roku. 

– System magazynowania ciepła oparty na PCM zapewnia dokładnie taką wydajność, jakiej oczekiwaliśmy. Wykorzystujemy jak najwięcej energii słonecznej wytwarzanej przez budynek. Odkryliśmy również, że system jest bardzo dobrze przystosowany do zapewnienia energii w godzinach szczytu. 

Ładując bioakumulator przed najzimniejszymi porami dnia, zapobiegamy zużywaniu przez budynek cennej energii elektrycznej w czasie, gdy reszta Trondheim również doświadcza dużego zapotrzebowania. Daje nam to poziom elastyczności, który można również wykorzystać do wykorzystania wahań cen energii. Możemy ładować naszą baterię, gdy mamy dostęp do energii słonecznej, wiatrowej i ciepła odpadowego i sprzedawać energię, gdy cena energii elektrycznej jest wysoka – wyjaśnia Alexis Sevault.

Pierwszy rok działalności dostarczył dużo danych, które naukowcy zamierzają teraz wykorzystać do optymalizacji działania systemu. Zdaniem twórców system najlepiej nadaje się do zastosowań przemysłowych.

Czy to się opłaca?

System jest znacznie mniej wyrafinowany niż tradycyjna bateria – ale nie nadaje się do wszystkich budynków. Jako nowa technologia, koszty inwestycji pozostają wysokie. Wadą jest to, że taki system nie zadziała dla wszystkich. Przynajmniej nie teraz. 

– Ten system będzie idealny dla budynków przemysłowych i biurowych oraz w dzielnicach, w których ciepło może być rozprowadzane. Najlepsze w tym jest to, że technologia jest praktycznie bezobsługowa. Urządzenie będzie działało przez co najmniej 25 lat – mówi Sevault.

Naukowcy pracują teraz nad opracowaniem inteligentnych systemów sterowania w celu optymalizacji wydajności. Umożliwią one systemowi reagowanie na potrzeby otoczenia i dostosowywanie się do nich. W praktyce oznacza to, że na eksploatację systemu wpływ będą miały prognozy pogody i wahania cen energii elektrycznej.

Podobne rozwiązanie powstało już także na bazie… piasku. Pierwszy komercyjny magazyn ciepła na bazie piasku działa już na terenie elektrowni Vatajankoski w Finlandii.

Pierwszy na świecie komercyjny piaskowy magazyn ciepła (100 ton)

źródło: sintef.no, norwegianscitechnews.com – Christina Benjaminsen

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.