Nowy „akumulator” termiczny oferuje inteligentniejszy sposób magazynowania ciepła słonecznego
Projekt EuteQ stawia czoła jednemu z kluczowych wyzwań związanych z ogrzewaniem odnawialnym w Europie: wydajnemu magazynowaniu ciepła słonecznego z dużą gęstością, tak aby gospodarstwa domowe mogły wykorzystywać energię elektryczną z fotowoltaiki do pokrycia większej części własnego zapotrzebowania na ogrzewanie.
Philipp Roos, szef działu inżynierii systemów w Cowa Thermal Solutions
Europejski projekt badawczy o nazwie EuteQ bada nowe sposoby pomagania gospodarstwom domowym w bardziej efektywnym magazynowaniu i wykorzystywaniu ciepła słonecznego poprzez opracowanie kompaktowych „akumulatorów termicznych” o dużej gęstości, które zwiększają elastyczność i praktyczność ogrzewania energią ze źródeł odnawialnych. Projekt, wspierany przez UE za pośrednictwem programu „Horyzont Europa”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz agencji Innosuisse(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i DLR(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zdołał przyspieszyć rozwój technologii czystej energii pod przewodnictwem MŚP. „Projekt EuteQ stawia czołu jednemu z najważniejszych wyzwań dla ogrzewania energią ze źródeł odnawialnych w Europie: wydajnemu magazynowaniu ciepła słonecznego z wysoką gęstością, dzięki czemu gospodarstwa domowego mogą wykorzystywać elektryczność z fotowoltaiki (lub innych zmiennych odnawialnych źródeł energii elektrycznej) do zaspokojenia większej części swojego zapotrzebowania na ogrzewanie” — wyjaśnia Philipp Roos, szef inżynierii systemów w szwajcarskiej firmie Cowa Thermal Solutions zajmującej się czystą technologią, z siedzibą w Lucernie.
Magazynowanie o wysokiej gęstości z pomocą specjalnych soli
Konwencjonalne zbiorniki na wodę magazynują ciepło, po prostu ogrzewając wodę. Zajmują dużo miejsca i są nieelastyczne. Rozwiązanie EuteQ wykorzystuje materiały zmiennofazowe (PCM)(odnośnik otworzy się w nowym oknie), czyli specjalne sole, które pochłaniają i uwalniają ciepło podczas topnienia i krzepnięcia. Takie PCM mogą magazynować do trzech razy więcej energii niż tradycyjny zbiornik tej samej wielkości. „Nowo opracowane ogniwo Cowa COMPACT jeszcze bardziej zwiększa wydajność systemu, dzięki zoptymalizowanemu transferowi ciepła dla maksymalnej gęstości mocy odpowiedniej do magazynowania ciepłej wody użytkowej” — zauważa Roos. W praktyce te niewielkie ogniwa zastępują standardowe zbiorniki na wodę, tworząc wysoce kompaktowy system magazynowania, w którym woda jest podgrzewana na żądanie, przepływając przez wymiennik ciepła osadzony w PCM. Woda przenosi ciepło, a materiały PCM magazynują je w ściśle kontrolowanych temperaturach: 48°C i 58°C, które są obecnie dostępne dla ciepłej wody użytkowej i ogrzewania pomieszczeń. W ośrodku pilotażowym w północnych Niemczech jeden budynek mieszkalny jest wyposażony w zbiorniki PCM, podczas gdy sąsiedni budynek korzysta ze standardowych zbiorników. Rezultat? Rzeczywiste porównanie pokazuje, o ile bardziej wydajne i elastyczne może być ogrzewanie wykorzystujące energię ze źródeł odnawialnych. „Razem te komponenty tworzą hybrydową koncepcję magazynowania ciepła jawnego i utajonego, która działa zarówno w zakresie temperaturowym ogrzewania pomieszczeń, jak i ciepłej wody użytkowej” — mówi Roos.
Zwiększenie elastycznego wykorzystania energii słonecznej
System wyróżnia jego synergia z panelami słonecznymi na dachach. Gdy świeci słońce, napędzane fotowoltaiką pompy ciepła ładują zbiorniki PCM, magazynując energię do późniejszego wykorzystania i zmniejszając zależność od sieci elektrycznej. Wczesne symulacje pokazują, że takie podejście zwiększa wykorzystanie energii słonecznej i sprawia, że ogrzewanie jest bardziej przewidywalne, nawet gdy brakuje światła słonecznego. Osiągnięcia projektu EuteQ pokazują, jak cenna jest europejska współpraca. W projekcie uczestniczą partnerzy ze Szwajcarii i Niemiec, w tym Cowa Thermal Solutions, ZAE Bayern, HSLU i Varmeco. „Partnerstwo czerpie duże korzyści z transgranicznej współpracy przemysłowo-badawczej, skoordynowanych pakietów prac i wspólnej infrastruktury danych, co umożliwia szybką iterację między modelowaniem, materiałami, projektowaniem produktów i walidacją” — wyjaśnia Roos. Potencjalny wpływ może być ogromny. Powszechne przyjęcie tego rozwiązania pozwoliłoby na zmniejszenie wielkości zbiorników, poprawiło sezonową elastyczność energetyczną i pomogło gospodarstwo domowym w Europie w większym stopniu polegać na energii odnawialnej. „Silna koordynacja na linii przemysł–badania pozwala szybciej osiągnąć dojrzałość technologii” — dodaje Roos, podkreślając, że już trwają rozmowy nad wprowadzeniem systemów magazynowania ulepszonych PCM na rynek. Dzięki projektowi EuteQ wizja kompaktowego, wydajnego i zasilanego energią słoneczną ogrzewania domu nie jest już odległą przyszłością. To praktyczna, skalowalna technologia, która może sprawić, że ogrzewanie odnawialne stanie się normą, a nie wyjątkiem. Kolejne kroki projektu EuteQ, wykorzystujące dotychczasowe osiągnięcia, skupiają się na dalszej optymalizacji systemu, demonstracji na dużą skalę oraz wprowadzeniu produktu na rynek za pośrednictwem partnerów przemysłowych. Duży potencjał integracji z istniejącymi domowymi systemami grzewczymi, magazynowanie ciepła wspomagane PCM może stać się atrakcyjnym komercyjnie rozwiązaniem dla gospodarstw domowych poszukujących kompaktowego, elastycznego i odnawialnego ogrzewania w całej Europie. W skład konsorcjum weszły firma Cowa Thermal Solutions, Uniwersytet Nauk Stosowanych i Sztuki w Lucernie, Bawarskie Centrum Badań Stosowanych w Energetyce i firma Varmeco, a całość była współfinansowana przez „Horyzont Europa”, Innosuisse (szwajcarską agencję ds. innowacji) oraz Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR).