Europa drży przed zimą, Finlandia nie. Mają nietypowy patent na ciepło
Fińska firma przekonuje, że najlepszym sposobem na zielone ciepło w domach jest… piasek. Konkretnie magazyn ciepła wykorzystujący piasek, dzięki czemu łatwiejsze jest ogrzewanie za pomocą odnawialnych źródeł energii.
Powiedzmy, że chcielibyście ogrzać nieduże osiedle za pomocą energii słonecznej. Pomysł ekologiczny, ale ma poważną wadę: Słońce świeci tylko w dzień, a ciepło jest też potrzebne nocą (wtedy nawet bardziej).
Inny scenariusz. Jako menedżer chcecie, żeby wasza firma stała się bardziej zielona. Ciepła potrzebujecie nie tylko do ogrzewania, ale też do procesów produkcyjnych. Myślicie o panelach słonecznych, ale musicie zmierzyć się z tym samym problemem, co powyżej: ciepło w waszym zakładzie potrzebne jest 24/7, a Słońce nie świeci w nocy.
Fińska firma Polar Night Energy (PNE) uważa, że udało jej się znaleźć rozwiązanie dla obydwu scenariuszy. Jest nim… piasek, a konkretnie podgrzany piasek, trzymany w specjalnie zbudowanych do tego celu silosach. Innymi słowy: magazyn ciepła.
Ciepło w piach
Same magazyny ciepła to nic nowego. Takie urządzenia znajdziemy też w Polsce, głównie przy elektrociepłowniach i ciepłowniach. Największy działa na warszawskich Siekierkach; został oddany do użytku już ponad dekadę temu podczas modernizacji tamtejszej elektrociepłowni. Instalacja może pomieścić 1600 MWh ciepła — wystarczająco dużo, aby przez dobę ogrzać 25 tys. mieszkań.
To, co jest nowego w fińskim pomyśle, to piasek. Jego podstawowa zaleta jest taka, że jest tani jak barszcz. Jak podkreśla w rozmowie z Onetem główny inżynier PNE Ville Kivioja, firma nie wybrzydza, jaki to będzie piasek: byle był luźny i nie zawierał biomasy (nie chcemy trzymać biomasy w zamknięciu w obecności ciepła). PNE nawet nie chce używać piasku wysokiej jakości, bo – jak mówią – ten jest bardziej potrzebny w budownictwie.
Nie tylko piasek jest tani jak barszcz: tania jest też woda. To woda przechowuje ciepło na Siekierkach i przy innych polskich zakładach grzewczych. Przy okazji nie sposób jej pobić, jeśli idzie o ciepło właściwe — to parametr określający, ile energii potrzeba, żeby podgrzać dany związek o jeden stopień (bardzo ważna liczba, jeśli chce się magazynować ciepło). Finowie wody mają w bród — to, czemu używają piasku?
– Piasek jest lepszy niż woda – odpowiada Kivioja. — Można go podgrzać do kilkuset stopni. Dzięki temu w jednym metrze sześciennym jesteśmy w stanie zmagazynować znacznie więcej ciepła, nawet jeśli woda ma wyższe ciepło właściwe. Czy możesz podgrzać coś o 50, czy o 500 stopni robi w tym wypadku różnicę — tłumaczy inżynier.
Owe kilkaset stopni może mieć też znaczenie dla klientów, którzy chcieliby w silosie PNE magazynować ciepło do procesów technologicznych, które często wymagają temperatur wyższych niż 90 stopni, do jakich podgrzewa się wodę w ciepłownictwie.
Zastanawia mnie jeszcze, czy silosy PNE nie muszą mieć strasznie grubej izolacji, skoro kryją w środku piach nagrzany do kilkuset stopni. Kivioja wyjaśnia, że nie. — Piasek to słaby przewodnik ciepła, a my nasze silosy ogrzewamy od wewnątrz. Zewnętrzna warstwa piasku jest chłodniejsza i działa jak dodatkowa warstwa izolacyjna — mówi inżynier.
50 MWh? 500? Nie ma sprawy
Ten banalnie prosty pomysł zrodził się parę lat temu w głowie dwóch studentów z Finlandii — Tommiego Eronena i Markku Ylönena. Rozglądali się za pomysłem na pracę finalizującą wyższą edukację. Kiedy okazało się, że zbudowany w garażu prototyp magazynu całkiem nieźle działa, studenci postanowili rzucić się na głębokie, biznesowe wody. Do pracy ściągnęli też Kiviojiego, kolegę jeszcze z czasów przed studiami, który międzyczasie zdobył doktorat z matematyki.
PNE bardzo szybko znalazło pierwszego klienta na swoje rozwiązanie. Po przetestowaniu prototypowej instalacji nadającej się do ogrzewania kilku domów zgłosiła się do nich firma Vatajankoski zapewniająca ciepło w Kankaanpää — nieco ponad 10-tysięcznym mieście 230 km na północny-zachód od Helsinek. PNE wybudowało tam instalację mieszczącą 8 MWh, co wystarczy do ogrzania 100 domów i miejskiego basenu.
— Jesteśmy w stanie skalować nasze rozwiązanie i zbudować instalację o pojemności sto razy większej niż ta z Kankaanpää — mówi mi Kivioja. I nie jest gołosłowny; PNE dopina właśnie z innym dostawcą ciepła z Finlandii umowę na instalację, w której będzie można zgromadzić 500 MWh energii. To niewiele mniej niż deklarowana przez niego pojemność.
I chociaż firma na razie działa tylko w Finlandii, to już cieszy się międzynarodową sławą. Rozpoznanie zapewnił jej materiał w BBC, po którym założyciele zostali dosłownie zalani falą mejli z całego świata. Ilość pytań była tak duża, że na swojej stronie internetowej wywiesili nawet komunikat, że nie oferują rozwiązań dla domów jednorodzinnych (na razie).
Wirtualna elektrownia
PNE nie zasypia też gruszek w popiele: szukają dróg rozwoju swojej technologii. Jeden z pomysłów to zastąpienie czymś piasku, np. odpadami przemysłowymi (o podobnej konsystencji). — Jest wiele materiałów o większej gęstości niż piasek, np. magnetyt. Oczywiście magnetyt jest droższy niż piasek, ale potrzebowalibyśmy go mniej. Dzięki temu moglibyśmy ograniczyć koszty budowy silosu — mówi Kivioja.
Kolejnym aspektem są prace nad kryjącymi się we wnętrzu silosu rurami i całą maszynerią, która pozwala na ogrzanie piasku, a następnie na odbiór tego ciepła do sieci. Z jednej strony przy budowie instalacji PNE sięga po komponenty, które już są dostępne na rynku, co pozwala ograniczyć koszty (niczego nie trzeba projektować na zamówienie). Z drugiej osprzętu jest sporo, więc siłą rzeczy sporo kosztuje.
Potencjalny inwestor może jednak liczyć, że instalacja PNE nieco na siebie zarobi. — Nasze magazyny mogą generować dochód jako wirtualne elektrownie, oferując tzw. rezerwę utrzymania częstotliwości — tłumaczy Kivioja. Bez wchodzenia w szczegóły chodzi o to, że jest to mechanizm stabilizujący sieć elektroenergetyczną — i że można dostać za niego nieco grosza (przynajmniej w Finlandii).
Jaskinia grzewcza
Pytam Kivioji, czy technologia PNE ma jakieś wady. Jego odpowiedź brzmi: to zależy od tego, do jakich zastosowań ma być przeznaczona. — Koszt naszej technologii jest na chwilę obecną podobny do rozwiązań wykorzystujących wodę. Ale chodzi też o sposób wykorzystania. Jeśli klientowi zależy na tym, żeby w krótkim czasie pobierać z magazynu dużą ilość energii, to woda może okazać się lepsza. Natomiast w zastosowaniach przemysłowych praktycznie nie mamy konkurencji — wyjaśnia inżynier.
Wie, co mówi, bo Finowie nie boją się eksperymentować z magazynami ciepła. Dla przykładu zapewniająca ogrzewanie w Helsinkach firma Helen niedawno zaadaptowała na taki magazyn podziemne jaskinie. Mieści 260,000 m3 wody – prawie siedem razy więcej niż instalacja przy elektrociepłowni Siekierki – i 11 tys. 600 GWh energii, nieco ponad siedem razy więcej niż w przypadku warszawskiej konstrukcji.
A scenariusze opisane na początku tekstu? Przecież, zamiast składować energię wytworzoną przez panele słoneczne pod postacią ciepła, można byłoby wykorzystać akumulatory litowo-jonowe i dopiero za ich pomocą ogrzać kaloryfery. PNE przekonuje jednak, że takie rozwiązanie byłoby mniej więcej osiem razy droższe. Inna sprawa, że gdybyśmy chcieli zamienić to ciepło na z powrotem elektryczność, to musielibyśmy liczyć się ze stratami. Ale do budowy zielonej sieci musimy podchodzić z nastawieniem, że rozwiązujemy problem po problemie. Wszystkich na raz nie da się rozwiązać.