Jak ogrzać fabrykę energią słoneczną o północy? Odpowiedzią są cegły

Amerykański startup Electrified Thermal Solutions rozwija termiczny magazyn energii oparty na specjalnych cegłach ogniotrwałych. Technologia przekształca tanią energię elektryczną w wysokotemperaturowe ciepło dla energochłonnego przemysłu i może konkurować kosztowo z gazem ziemnym.

Przemysł wciąż zależny od paliw kopalnych

Gwałtowny wzrost liczby centrów danych, produkcji przemysłowej oraz elektryfikacji całej gospodarki obciąża systemy energetyczne na całym świecie.

Jednocześnie producenci stali, cementu, chemikaliów i innych materiałów wciąż w dużej mierze polegają na paliwach kopalnych, by uzyskać potrzebne im wysokotemperaturowe ciepło procesowe.

Jak działa E-brick?

Bostoński startup Electrified Thermal Solutions rozwija system magazynowania ciepła zaprojektowany tak, by elektryfikować przemysł ciężki bez nadmiernego obciążania sieci.

System firmy – Joule Hive Thermal Battery, znany też jako E-brick – łączy tradycyjne cegły ogniotrwałe z zaawansowanymi cegłami przewodzącymi prąd. Cegły pełnią w systemie trzy funkcje:

• elementów grzewczych,
• nośnika magazynowania ciepła,
• wymienników ciepła.

System pozwala wysokotemperaturowym instalacjom przemysłowym magazynować energię elektryczną z tańszych, pozaszczytowych godzin w postaci ciepła. Na żądanie ciepło to jest uwalniane jako gorące powietrze, przepływające kanałami w cegłach do pieców, suszarni lub kotłów.

Według Electrified Thermal Solutions, E-brick jest kompatybilny z zasilaniem elektrycznym w zakresie od 480 V do 100 kV. System może magazynować ciepło w temperaturach do 1800°C, a temperatura na wyjściu jest regulowana w zakresie od 200°C do 1800°C.

Koszt dostarczonego ciepła

Jak wyjaśnił Daniel Stack, CEO i współzałożyciel Electrified Thermal Solutions, uczciwym miernikiem dla baterii termicznej jest tzw. LCOH – uśredniony koszt dostarczonego ciepła. Produktem firmy jest bowiem gorący gaz dostarczany do pieca, zastępujący gaz ziemny lub inne zanieczyszczające paliwa.

Zdaniem Stacka, koszt ten zależy przede wszystkim od ceny energii elektrycznej wykorzystywanej do ładowania systemu. Joule Hive przekształca i magazynuje energię elektryczną jako ciepło z wydajnością przekraczającą 98%, a samym nośnikiem magazynowania jest w istocie cegła. Dlatego dodatkowy koszt kapitałowy ponad cenę energii elektrycznej jest niewielki.

Stack wskazał trzy czynniki decydujące o koszcie LCOH:

• cenę zakupu energii elektrycznej,
• temperaturę i czas trwania dostarczanego ciepła,
• wielkość instalacji – większe systemy magazynują więcej energii na dolara zainwestowanego materiału.

Według niego, obecnie firma jest w stanie konkurować z gazem ziemnym wszędzie tam, gdzie jego cena dostawy przekracza 30 euro za MWh, bez uwzględniania dotacji.

Test na teksańskiej sieci energetycznej

Stack porównał każdy cykl ładowania pierwszego komercyjnego systemu firmy do swoistego testu energii słonecznej. System ładuje się bezpośrednio z sieci w Teksasie, gdzie ceny energii regularnie kształtowane są przez energię słoneczną i wiatrową – w tym w godzinach ujemnych cen, które firma celowo wykorzystuje.

Jak podkreślił, cegłom nie zależy, skąd pochodzą elektrony – z sieci prądu zmiennego, z lokalnej instalacji fotowoltaicznej, czy z obu źródeł jednocześnie.

Zdaniem Stacka, magazynowanie termiczne może być szczególnie wartościowe na rynkach o wysokim udziale energii słonecznej. W sieciach zdominowanych przez fotowoltaikę, gdzie ceny w południe regularnie spadają poniżej zera, bateria termiczna stanowi dokładnie taki rodzaj elastycznego odbioru energii, jakiego potrzebuje system – zamienia ograniczaną energię słoneczną w użyteczną energię.

Dla zakładów przemysłowych połączenie instalacji PV na miejscu z systemem Joule Hive pozwala przewymiarować instalację słoneczną względem przyłącza sieciowego i zamienić południową nadwyżkę energii w stabilne, całodobowe ciepło przemysłowe.

Pierwsza komercyjna instalacja

Firma, założona w 2022 roku, uruchomiła swój pierwszy komercyjny system o pojemności 20 MWh na początku tego roku w Southwest Research Institute w San Antonio w Teksasie.

Do tej pory Electrified Thermal Solutions pozyskało łącznie 24,3 mln dolarów finansowania w ramach sześciu rund inwestycyjnych.