Завдяки двигуну Стірлінга фінни отримали електрику з гарячого піску

Фінські дослідники з Університету Аалто (Aalto University) розробили та вперше випробували прототип теплового акумулятора, в якому для зберігання тепла використовується дешевий пісок, а зворотне перетворення тепла в електрику виконується за допомогою вільнопоршневого двигуна Стірлінга. Така схема дозволить накопичувати в теплі піску надлишки сонячної та вітрової електроенергії, повертаючи її за необхідності в мережу знову.

Джерело зображення: ШІ-генерація ChatGPT/3DNews

Прототип являв собою ізольований резервуар об'ємом 0,2 м³, заповнений коричневим кварцовим піском з розміром зерен 0,6–2 мм. Пісок мав теплоємність 703 Дж/(кг·К), теплопровідність 0,2–0,7 Вт/(м·К) та насипну щільність близько 1800 кг/м³. Накопичувач заряджався електричним нагрівом, після чого тепло подавалося на двигун Стірлінга потужністю близько 1 кВт. Метою роботи було зіставити теорію і практику, щоб зрозуміти перспективи подібного методу накопичення енергії з дешевим теплоносієм.

Джерело зображень: Aalto University, Journal of Energy Storage

Випробування показали, що установка працює, але її реальна ефективність була низькою. Повний ККД циклу «заряд-розряд» склав 4,4 % при 300 °C і 8,3 % при 350 °C. Комп'ютерне моделювання більш оптимізованої конструкції дало вже 19,1 % і 23,2 % при тих же температурах, а розрахунки для режиму до 500 °C передбачили ефективність до 31,6 %. Тобто підвищення температури та поліпшення конструкції дійсно можуть радикально збільшити віддачу, але нинішній експериментальний зразок поки що далекий від комерційної реалізації.

Головні проблеми рішення — це тепловтрати, слабка теплопередача в нерухомому шарі піску та обмежена ефективність зв'язки «пісочний накопичувач — двигун Стірлінга». При цьому напрямок залишається цікавим: пісок дешевий, доступний, термостійкий і не вимагає екзотичних металів, тому така батарея потенційно може стати недорогим довгостроковим накопичувачем для енергетики з великою часткою ВІЕ. На відміну від промислових піщаних батарей, які зазвичай віддають тепло для опалення або технологічних процесів, що вже реалізовано у Фінляндії, розробка вчених націлена саме на повернення в мережу електрики — це складніше, але набагато цінніше для підтримання балансу енергосистеми.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки