Písková baterie

Getting your Trinity Audio player ready...

Písková baterie je nová technologie, která slibuje levné a udržitelné řešení pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů, jako je slunce nebo vítr. Písková baterie využívá písek nebo jiné křemičité materiály, které se zahřívají elektřinou a uchovávají energii jako teplo. Teplo se pak může využít k vytápění, průmyslovým procesům nebo opětovnému přeměně na elektřinu. Písková baterie má několik výhod, jako je nízká cena, dlouhá životnost, vysoká kapacita a minimální dopad na životní prostředí. Na druhou stranu má také některé nevýhody, jako je nízká účinnost, velké rozměry, potřeba izolace a omezená dostupnost křemičitých zdrojů. V tomto článku si představíme princip a vlastnosti pískové baterie, její první realizaci ve Finsku.

Princip a vlastnosti pískové baterie

Písková baterie je založena na principu tepelného skladování energie, který spočívá v tom, že se energie uchovává ve formě tepla v nějakém materiálu, který má vysokou tepelnou kapacitu. Tepelná kapacita je schopnost materiálu absorbovat a uvolňovat teplo při změně teploty. Čím vyšší je tepelná kapacita, tím více energie se může v materiálu uchovat. Písková baterie využívá písek nebo jiné křemičité materiály, jako je například sklo, keramika nebo křemen, které mají vysokou tepelnou kapacitu a jsou levné a dostupné. Písek nebo jiný křemičitý materiál se umístí do nádoby, která je izolována od okolí. Nádoba je pak napojena na zdroj elektřiny, který zahřívá materiál pomocí elektrického odporu. Tím se zvyšuje teplota materiálu až na několik set nebo tisíc stupňů Celsia. Teplo se pak uchovává v materiálu po dobu několika dnů, týdnů nebo měsíců, podle kvality izolace. Když je potřeba energii využít, může se teplo z materiálu uvolnit buď přímo, například k vytápění, nebo nepřímo, například pomocí tepelného motoru, který přemění teplo na elektřinu.

• Přebytečná energie z obnovitelných zdrojů, jako je solární nebo větrná energie, se použije k ohřevu vzduchu pomocí odporového ohřívače.
• Ohřátý vzduch se přivádí do ocelového kontejneru naplněného pískem, kde se teplo přenáší na písek prostřednictvím výměníku tepla.
• Písek se zahřívá na teplotu až 1000 °C a uchovává teplo po dobu několika měsíců.
• Když je potřeba využít uloženou energii, vzduch se opět protlačí kontejnerem a získá teplo z písku.
• Tepelný vzduch se pak vede do topného systému nebo do elektrického generátoru.

Hlavní výhody pískové baterie:

• Nízká cena: Písek nebo jiné křemičité materiály jsou levné a dostupné, a proto je písková baterie mnohem levnější než jiné typy baterií. Například cena pískové baterie se odhaduje na 0,5 až 2 eura za kWh, zatímco cena lithium-iontové baterie je asi 100 až 200 eur za kWh.
• Dlouhá životnost: Písek nebo jiné křemičité materiály jsou odolné vůči opotřebení a degradaci, a proto je písková baterie schopna pracovat po dobu několika desetiletí bez potřeby údržby nebo výměny. Například životnost pískové baterie se odhaduje na 40 až 50 let, zatímco životnost lithium-iontové baterie je asi 10 až 15 let.
• Vysoká kapacita: Písek nebo jiné křemičité materiály mají vysokou tepelnou kapacitu, a proto je písková baterie schopna uchovat velké množství energie v malém objemu. Například kapacita pískové baterie se odhaduje na 1,5 až 2 kWh/kg, zatímco kapacita lithium-iontové baterie je asi 0,2 kWh/kg.
• Minimální dopad na životní prostředí: Písek nebo jiné křemičité materiály jsou neškodné pro životní prostředí, a proto je písková baterie ekologická a recyklovatelná. Písková baterie nevyužívá žádné toxické nebo vzácné prvky, jako jsou například lithium, kobalt nebo nikl, které se používají v jiných typech baterií a jejichž těžba a zpracování má negativní dopad na životní prostředí a lidská práva.

Na druhou stranu písková baterie má také některé nevýhody, které je třeba překonat, než se stane široce používanou technologií pro ukládání energie. Mezi tyto nevýhody patří:

• Nízká účinnost: Písková baterie má nízkou účinnost, což znamená, že se ztrácí část energie při přeměně z elektřiny na teplo a zpět. Účinnost pískové baterie se odhaduje na 25 až 50 %, zatímco účinnost lithium-iontové baterie je asi 80 až 90 %. To znamená, že písková baterie potřebuje více energie na nabití a poskytuje méně energie na vybití než jiné typy baterií. Podle informací od společnosti Polar Night Energy jsou schopni vytvořit účinnost až 95% při uchovávání tepelné energie.
• Velké rozměry: Písková baterie má velké rozměry, což znamená, že potřebuje hodně prostoru pro instalaci a provoz. Písková baterie se skládá z nádoby s pískem nebo jiným křemičitým materiálem, která je izolována a napojena na zdroj elektřiny a na systém pro využití tepla. Písková baterie má tedy podobnou velikost jako kontejner nebo malý dům, zatímco jiné typy baterií jsou mnohem menší a kompaktnější.
• Potřeba izolace: Písková baterie potřebuje dobrou izolaci, aby se zabránilo ztrátě tepla z materiálu do okolí. Izolace musí být schopna odolat vysokým teplotám a zároveň být lehká a levná.

První písková baterie postavená ve Finsku v roce 2023 společností Polar Night Energy ve spolupráci s malou elektrárnou ve městě Kankaanpää. Tato baterie je naplněna asi 100 tunami stavebního písku, který je zahříván až na 500 °C a slouží k vytápění jedné z městských čtvrtí. Tento projekt je prvním komerčním testem této technologie a ukazuje její možné aplikace a výzvy.

Výzkum alternativních materiálů pro pískovou baterii, který provádí německá univerzita RWTH Aachen. Tento výzkum zkoumá možnost použití skla, keramiky nebo křemene místo písku, které by mohly mít vyšší tepelnou kapacitu, nižší tepelnou vodivost a lepší mechanické vlastnosti. Tento výzkum by mohl zlepšit výkon a trvanlivost pískové baterie.

Reálná aplikace DIY pískové baterie v České republice:

Zdroje:

https://www.comsol.com/story/heating-buildings-with-solar-energy-stored-in-sand-105101

https://polarnightenergy.fi/