Более половины мирового энергопотребления приходится на тепло. В условиях глобального энергетического кризиса акцент смещается с генерации электроэнергии на управление тепловыми потоками. Современные технологии накопления термической энергии позволяют хранить ее в виде тепла без промежуточного преобразования.
Фото: bren-energy.com Израильский производитель твердофазных накопителей предлагает вернуться к истокам — дробленому камню
Елена Иванова
Технологии хранения энергии: электрохимия, механика или тепловые накопители?
Более половины мирового энергопотребления приходится в наши дни на тепло. Речь идет о технологической тепловой энергии, которая используется в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях. Эти технологические процессы требуют непрерывной и стабильной подачи энергии. Возобновляемые источники, которые будут активно развиваться на фоне мирового топливного кризиса из-за Ормузского пролива, характеризуются переменной генерацией. Это противоречие становится ключевым вызовом для промышленной энергетики и одновременно формирует спрос на технологии накопления энергии.
Среди существующих решений выделяются три основных подхода.
Электрохимические накопители, такие как литий-ионные батареи, эффективны для хранения электроэнергии, однако остаются дорогими и плохо подходят для задач высокотемпературного теплоснабжения, поскольку требуют дополнительной стадии преобразования энергии.
Механические системы, включая гидроаккумуляцию и накопители на сжатом воздухе, широко применяются в энергетике, но но на промышленных площадках для них есть серьезные ограничения.
Наиболее релевантным решением для индустрии становятся тепловые накопители (Thermal Energy Storage, TES), которые позволяют аккумулировать энергию непосредственно в виде тепла, обеспечивая высокий коэффициент полезного действия и гибкость интеграции в существующие технологические процессы.
Особый интерес сегодня вызывают тепловые накопители. Они позволяют напрямую хранить тепло без преобразования в электричество. Такая технология хранения характеризуется высоким КПД и может быть масштабирована под конкретные проекты.
Основные типы TES:
- фазовые (с изменением агрегатного состояния)
- жидкостные (расплавы солей)
- твёрдофазные (камень, бетон, керамика)
Именно последний тип — твёрдофазные накопители на основе минеральных материалов — сегодня рассматривается как наиболее перспективный для промышленного применения благодаря низкой стоимости и долговечности. В отличие от накопителей, использующих расплавленные соли или фазовые переходы, твердофазные имеют простотую конструкцию, они устойчивы к высоким температурам, а затраты на материалы очень низкие.
Именно к этому классу относится технология bGen, разработанная израильской компанией Brenmiller Energy.
Скриншот: bren-energy.com
Технология bGen: тепловая батарея на основе камня
Разработка компании Brenmiller Energy относится к классу твёрдофазных TES и представляет собой модульную тепловую батарею, в которой тепло аккумулируется в слое дроблёной породы. Система bGen работает по классической схеме “заряд–хранение–разряд”.
На этапе заряда используется электрическая энергия — в том числе, от возобновляемых источников или дешевого электричества в часы минимальных нагрузок. Также возможно подключение отходящего тепла или тепла от биомассы. Полученная энергия преобразуется в тепло и передаётся в теплонакопитель.
Накопление происходит за счёт нагрева слоя дробленого камня до температур от 600 до 760°C. Такие температуры позволяют эффективно работать с промышленными тепловыми нагрузками и обеспечивать хранение энергии в течение часов или даже суток без значительных потерь. В отличие от электрохимических аккумуляторов, где деградация является критическим фактором, минеральная среда демонстрирует высокую устойчивость к многократным циклам нагрева и охлаждения, что существенно увеличивает срок службы системы.
На стадии разряда накопленное тепло преобразуется в технологически востребованные формы — насыщенный или перегретый пар, горячую воду или горячий воздух. Это позволяет напрямую интегрировать систему в существующие производственные цепочки без промежуточных стадий преобразования энергии.
Скриншот: bren-energy.com Система собирается из идентичных модулей bCubes
Дробленый камень для тепла на 30 лет
Конструктивно установка включает тепловой аккумулятор, электрические нагревательные элементы, систему теплообмена и парогенератор, образуя замкнутый энергетический контур.
Ключевым преимуществом технологии является использование доступного и недорогого материала — дроблёного камня, который сочетает высокую теплоёмкость с механической и термической стабильностью. Это принципиально отличает bGen от решений, основанных на более дорогих или химически активных теплоносителях. Отсутствие деградации материала в течение длительного времени делает такие системы особенно привлекательными с точки зрения жизненного цикла и эксплуатационных затрат.
С точки зрения промышленного применения технология ориентирована на энергоёмкие отрасли, где требуется стабильное тепловое обеспечение. Она может использоваться как альтернатива традиционным котельным установкам на ископаемом топливе, а также интегрироваться в гибридные энергетические схемы. Важным направлением является утилизация отходящего тепла, что позволяет дополнительно повысить энергоэффективность предприятий.
Экономический эффект достигается за счёт возможности использования дешёвой электроэнергии в периоды низкого спроса, а также за счёт снижения зависимости от ископаемого топлива. Дополнительным фактором становится сокращение выбросов CO₂, что приобретает всё большее значение в условиях ужесточения экологических требований. При этом технология остаётся наиболее эффективной для крупных стационарных объектов, где её масштабируемость и тепловая мощность могут быть реализованы в полной мере.