Finowie „wynaleźli piaskową baterię”, czyli znany od 50 lat magazyn ciepła TES

Media głównego nurtu, a nawet periodyki popularnonaukowe od kilku dni publikują informację o tym, że Finowie „wynaleźli piaskową baterię” i użyją jej do ogrzewania domów. Pomysł padł na podatny grunt ekologów i innych „zielonych”, którzy na wyścigi rozpływają się nad geniuszem konstruktorów. Problem w tym, że technologia TES (Thermal energy storage – magazynowanie ciepła) jest z nami od prawie 50 lat, a pierwsze patenty rejestrowano w 1981 roku (U.S. Pat. No. 4,269,170).

Zacznijmy jednak od zachwytów, jakie przeczytać można w mediach zachodnich i polskich:

’Sand battery’ could solve green energy’s big problem –  taki oto tytuł prezentuje nam angielska BBC, która stwierdza, że ten piaskowy akumulator może rozwiązać problem gromadzenia energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych.

Konstruktorzy twierdzą, że może to rozwiązać problem całorocznych dostaw, który jest głównym problemem dla zielonej energii.

Wychodzi więc na to, że według BBC i samych „wynalazców”, piaskowy akumulator może być lekarstwem na najpoważniejszy problem elektrowni wiatrowych czy solarnych.

„Nowatorskim” pomysłem zachwyca się też Euronews, pisząc, że po sukcesie aktualnego prototypu fińska firma otrzymuje wiele zamówień z całego kraju na jej „piaskową baterię”. Wiele miejscowości chce, aby taka konstrukcja stanęła u nich jeszcze przed zimą.

Fińską „piaskową baterię” opisuje wiele innych portali, ale powołują się one głównie na BBC i Euronews. Wszędzie czytamy o nowatorskim podejściu i nietypowych rozwiązaniach, które pozwolą na magazynowanie zielonej energii bez użycia akumulatorów litowo-jonowych czy innych, które są wielokrotnie bardziej skomplikowane i kosztowne.

Piaskową baterię opisuje również polski Focus

Magazyn, który od dawna cenię za publikacje o wielu nowinkach technologicznych również, niestety, dał się ponieść fali entuzjazmu. Focus zauważa jednak przynajmniej jedną wadę wynalazku pisząc o problemach z przetworzeniem energii cieplnej na elektryczną. Z drugiej strony, już w samym leadzie pisze, że Fińscy inżynierowie stworzyli pierwszą na świecie „baterię piaskową”. Kochani redaktorzy, to jest akumulator, a nie bateria i wynalazkiem trudno to nazwać, skoro technologia TES ma prawie tyle samo lat co piszący te słowa.

Pomimo pewnych braków wynalazek z Finlandii niesie powiew świeżości w branży energetycznej i wśród producentów konwencjonalnych baterii litowych i innych wykorzystujących pierwiastki ziem rzadkich. Czy kilkumetrowe cylindry wypełnione piaskiem zaczną pojawiać się wkrótce w wielu miejscach na świecie? Miejmy nadzieję.

Czarna beczka i polowy prysznic

Zejdźmy teraz na ziemię i zajmijmy się technologią TES, na której Finowie oparli swoją „piaskową baterię”.

To, że nadmiarowe ciepło możemy gromadzić na wiele sposobów, wiemy już od wielu lat. Na podobnej zasadzie działają dzisiejsze solary stosowane do podgrzewania wody w domach, a wcześniej pomalowane na czarno beczki z wodą. Przemysłowo stosowana technologia TES jest trochę bardziej skomplikowana i wydajna, ale podstawy fizyczne są podobne, a główną różnicą jest medium stosowane do przechowywania ciepła.

Trzy podstawowe metody magazynowania energii cieplnej korzystają z ciepła właściwego, energii przemian fazowych (PMC) oraz ciepła przemian chemicznych. Na potrzeby tego tekstu zajmiemy się tym pierwszym, bowiem na tej zasadzie działa Fiński „wynalazek”. Wykorzystanie ciepła właściwego to najprostszy oraz najtańszy sposób magazynowania energii. Dokonuje się tego przez podwyższenie temperatury czynnika akumulacyjnego. Energię tą można magazynować zarówno w ciałach stałych, jak i w cieczach. Te pierwsze to skały, piasek, odpowiednio przygotowane fundamenty czy bloki betonowe, a nawet pale fundamentowe, zwane palami energetycznymi.

Ciepło można magazynować w temperaturach wahających się od -40°C do ponad 400°C. W zależności od procesu przechowywania, systemy TES dzielą się na długoterminowe (miesiące) i krótkoterminowe (godziny, dni). „Piaskową baterię” zaliczamy do tych pierwszych, długoterminowych/sezonowych.

Magazyn energii cieplnej nie musi wcale wymagać stawiania wielkich silosów. W wielu wypadkach, gdy mówimy o akumulatorach gruntowych BTES, wystarczy odpowiednie podłoże, w którym umieszczane są, w specjalnych odwiertach, wymienniki ciepła. To prosta konstrukcja, która nie wymaga wiele nakładów i jest długowieczna. Takie właśnie akumulatory są bardzo popularne w Europie, ale można je również znaleźć na innych kontynentach.

Jak już wspomnieliśmy, technologia ta towarzyszy nam już od wielu lat. Gdyby była aż takim cudem, o jakim piszą dziś media, nikt dziś nie zastanawiałby się, jak gromadzić zieloną energię. Wszędzie stałyby piaskowe baterie, akumulatory gruntowe czy nawet stawy słoneczne. Jakoś jednak nie widać, aby tak się działo. TES to na pewno jeden ze sposobów na wsparcie rozwoju energetyki odnawialnej, ale nie jest niczym odkrywczym, a pisanie, że Finowie „wynaleźli piaskową baterię” to gruba przesada. Rozgłos nie zaszkodzi, ale trzymajmy się gruntu, bo zaraz ktoś odleci i młodym Finom przyzna nagrodę Nobla.

Źródła: Wikipedia, CIRE, Polar Night Energy, własne