Новые технологии позволяют накапливать энергию охлаждения, когда она нужна больше всего.

В жаркие дни многие из нас быстро включают вентиляторы или кондиционеры. Эти системы охлаждения могут давать серьёзную нагрузку на электрические сети, что вдохновляет некоторых изобретателей на создание их версий, которые могут не только использовать, но и хранить энергию.

На охлаждение приходится 20 % мирового спроса на электроэнергию в зданиях, и эта доля, как ожидается, будет расти по мере того, как планета потеплеет и всё больше людей перейдут на охлаждающие технологии. В некоторых регионах мира в часы пикового спроса на кондиционеры может приходиться более половины общего спроса на электроэнергию.

Новые технологии охлаждения, включающие в себя накопители энергии, могли бы помочь, заряжая себя во время доступности возобновляемой электроэнергии и низкого спроса, и при этом предоставляя услуги охлаждения, когда сеть находится под нагрузкой.

Мы говорим: «Возьмите проблему и превратите её в решение», — говорит Ярон Бен Нун, основатель и главный технический директор компании Nostromo Energy.

Одна из систем Nostromo Energy, которую компания называет IceBrick, по сути, представляет собой огромный лоток для кубиков льда. Он охлаждает раствор из воды и гликоля, который используется для замораживания отдельных капсул, наполненных водой. Один IceBrick может состоять из тысячи таких контейнеров, каждый из которых вмещает примерно два литра воды.

Изоляция сохраняет капсулы в замороженном состоянии до тех пор, пока не придёт время использовать их для охлаждения здания. Затем лёд используется для снижения температуры водно-гликолевой смеси, которая, в свою очередь, охлаждает воду, циркулирующую в системе охлаждения здания. По словам Бена Нуна, вся эта система спроектирована так, чтобы работать в качестве дополнения к существующему оборудованию.

Компания Nostromo установила первую такую систему в США в 2023 году в отёле Beverly Hilton в Лос-Анджелесе. Её ёмкость составляет 1,4 мегаватт-часа, и она также обслуживает соседний отель Waldorf Astoria. Установка содержит 40 000 капсул, что составляет около 68 000 кг льда. Обычно она заряжается в течение 10-12 часов, начиная с ночи и заканчивая около полудня. Таким образом, установка готова разрядить свою охлаждающую энергию в период между поздним вечером и полуднем, когда спрос на электроэнергию высок, а поступление солнечной энергии падает.

Использование IceBrick увеличивает общее количество электроэнергии, необходимое для охлаждения, поскольку часть энергии теряется из-за неэффективности во время цикла. Но цель состоит в том, чтобы снизить потребление энергии в часы пик, что может сократить расходы владельцев зданий, говорит Бен Нун. Компания находится в процессе получения финансирования в размере около 300 миллионов долларов, в том числе от Управления кредитных программ Министерства энергетики США, что сможет окупить создание 200 таких систем в Калифорнии, добавляет он.

Хотя владельцы зданий могут сразу же извлечь выгоду из этих индивидуальных решений по накоплению энергии, реальный потенциал для помощи энергосистеме появляется, когда системы соединяются вместе, говорит Бен Нун.

Когда энергосистема испытывает сильную нагрузку, коммунальные компании иногда вынуждены прекращать подачу электроэнергии в некоторые районы, оставляя людей без электричества, когда оно им больше всего нужно. Технологии, способные подстраиваться под нужды энергосистемы, могут помочь снизить зависимость от таких внезапных отключений.

Подобный подход не нов — многие коммерческие объекты оснащены большими резервуарами, в которых хранится охлаждённая вода или другая охлаждающая жидкость, способная в мгновение ока понизить температуру в здании. Но технология Nostromo может хранить больше энергии при гораздо меньшем количестве материала, поскольку использует процесс замораживания и плавления, а не просто охлаждает жидкость, говорит Бен Нун.

Стартап Blue Frontier отличился в этой области, создав системы охлаждения, в которых используются влагопоглотители. Эти материалы могут всасывать влагу, как маленькие пакетики с кварцевыми шариками, которые часто прилагаются к новой обуви и сумкам. Но вместо этих шариков компания использует концентрированный солевой раствор.

Охлаждающие устройства Blue Frontier пропускают поток воздуха над тонким слоем влагопоглотителя, который вытягивает влагу из воздуха. Затем этот сухой воздух используется в процессе испарительного охлаждения (подобно тому, как пот охлаждает вашу кожу).

По словам Дэниела Беттса, основателя и генерального директора компании Blue Frontier, системы охлаждения на основе осушителей могут быть более эффективными, чем традиционные кондиционеры с паровым сжатием, представленные сегодня на рынке. При этом система также выигрывает за счёт способности заряжаться в определённое время и охлаждать в другое.

Ключевым моментом в хранении энергии при охлаждении с помощью влагопоглотителей является перезарядка: подобно губке, влагопоглотители могут впитать лишь ограниченное количество воды, после чего их нужно выжимать. Blue Frontier делает это, заставляя часть воды из солевого раствора испаряться, обычно с помощью теплового насоса, что делает его более концентрированным. Система подзарядки может работать как постоянно, так и сериями, которые могут быть приурочены к периодам, когда электричество дёшево или когда доступно больше возобновляемых источников энергии.

По словам Беттса, преимущество этих технологий накопления энергии в том, что они не требуют от людей отключать или выключать системы охлаждения, чтобы снизить нагрузку на электросеть.

Сегодня Blue Frontier тестирует несколько систем с клиентами и надеется вскоре начать производство больших партий. И хотя первые установки будут сделаны в коммерческих зданиях, Беттс говорит, что он заинтересован в том, чтобы эта технология появилась и в домах, и в других зданиях.

Одна из проблем, с которой сталкиваются компании, работающие над этими новыми технологиями, — найти способ эффективно хранить большие объёмы энергии, не требуя при этом слишком больших затрат, говорит Анкит Каланки, руководитель программы по созданию безуглеродных зданий в Rocky Mountain Institute, некоммерческом аналитическом центре по вопросам энергетики. Технологии охлаждения, такие как кондиционеры, уже стоят дорого, поэтому будущие решения должны иметь конкурентоспособную цену, чтобы пробиться на рынок. Но, учитывая растущий мировой спрос на охлаждение, у новых технологий всё ещё есть значительные возможности для удовлетворения этих потребностей, добавляет он.

Простого переосмысления системы кондиционирования воздуха будет недостаточно, чтобы удовлетворить огромный рост спроса на энергию для охлаждения, который может утроиться в период до 2050 года. Для этого и сокращения выбросов нам потребуется значительно больше возобновляемых источников энергии, а также гигантские батареи в сети. Но добавление гибкости в системы кондиционирования воздуха может помочь сократить инвестиции, необходимые для перехода к сети с нулевым уровнем выбросов углекислого газа.

Системы охлаждения могут помочь нам справиться с потеплением климата, говорит Бен Нан, но у существующих вариантов есть серьёзная проблема: «Вы охлаждаете себя, но продолжаете нагревать земной шар».