Standard Thermal , sebuah syarikat permulaan yang berpangkalan di Massachusetts , mencadangkan penyelesaian yang tidak konvensional untuk penyimpanan tenaga boleh diperbaharui: memanaskan tanah hingga 600°C menggunakan panel solar dan menyimpan tenaga tersebut selama berbulan-bulan. Syarikat ini mendakwa pendekatan ini boleh menjadikan kuasa solar tersedia 24/7/365 pada kos yang kompetitif dengan loji puncak gas asli. Walau bagaimanapun, komuniti teknologi menimbulkan persoalan serius mengenai kepraktisan dan ekonomi pendekatan ini.
Teknologi Bateri Mewujudkan Persaingan Sengit
Cabaran paling ketara yang dihadapi Standard Thermal datang daripada penurunan kos bateri yang pesat. Perbincangan komuniti mendedahkan bahawa bateri litium besi fosfat (LiFePO4) kini tersedia pada harga serendah 115 dolar Amerika per kilowatt-jam, dengan sesetengah pengguna melaporkan sistem solar rumah mencapai kos di bawah 0.008 dolar Amerika per kWh dalam tempoh lima tahun. Pengurangan harga yang dramatik ini memberi tekanan kepada mana-mana teknologi penyimpanan alternatif untuk membuktikan kelebihan ekonominya.
Profil keselamatan bateri moden juga telah bertambah baik dengan ketara. Tidak seperti bateri litium-ion tradisional yang boleh mengalami larian terma, bateri LiFePO4 tidak menghasilkan oksigen sendiri semasa kebakaran, menjadikannya lebih selamat untuk pemasangan kediaman dan komersial. Kebanyakannya kini dilengkapi dengan sistem pemadaman kebakaran terbina dalam dan sarung keluli pelindung.
Perbandingan Kos Bateri
- Bateri LiFePO4: ~$115 USD setiap kWh (runcit)
- Sistem solar rumah: $0.008 USD setiap kWh (purata 5 tahun termasuk modal dan penyelenggaraan)
- Sasaran Termal Standard: Berdaya saing dengan loji puncak gas asli
Penyimpanan Bermusim Kekal Sebagai Cawan Suci
Masalah asas yang Standard Thermal cuba selesaikan adalah nyata: menyimpan tenaga merentasi musim dan bukannya hanya kitaran harian. Seorang pemilik rumah luar grid yang berpengalaman menyatakan bahawa jumlah batu yang diperlukan untuk memanaskan rumah biasa selama dua minggu sahaja akan melebihi berat rumah itu sendiri. Ini menyerlahkan skala besar yang diperlukan untuk penyimpanan bermusim yang bermakna.
Timbunan batu yang diperlukan untuk memanaskan rumah biasa selama beberapa minggu dengan mudah melebihi berat rumah itu sendiri.
Fiziknya mencabar. Di iklim utara, pengeluaran solar musim sejuk boleh menjadi 5-7 kali lebih rendah daripada pengeluaran musim panas. Walaupun pembinaan berlebihan panel solar mungkin kelihatan seperti penyelesaian, kekangan ruang dan sudut musim sejuk yang lemah menjadikan ini tidak praktikal untuk banyak pemasangan.
Variasi Solar Bermusim
- Pengeluaran musim sejuk berbanding musim panas: Perbezaan 5-7 kali ganda dalam iklim utara
- Tempoh penyimpanan yang diperlukan: Sehingga 6 bulan untuk mengimbangi musim
- Penyimpanan harian: 2-14 hari (agak mudah diurus)
- Sasaran suhu penyimpanan haba: 600°C
Persoalan Teknikal Mengenai Pemulihan Haba
Pendekatan Standard Thermal melibatkan penggunaan panel solar untuk menjana elektrik, kemudian menggunakan pemanasan rintangan untuk memanaskan tanah hingga 600°C. Pengkritik mempersoalkan mengapa mereka tidak menggunakan pemanasan terma solar langsung, yang akan jauh lebih cekap untuk menghasilkan haba. Respons syarikat tertumpu pada keperluan untuk haba gred tinggi (300-500°C) dan bukannya haba gred rendah (di bawah 100°C) untuk menjana elektrik dengan cekap melalui turbin wap.
Formula kecekapan Carnot menjelaskan mengapa suhu sangat penting. Enjin haba yang beroperasi antara 500°C dan 25°C mempunyai kecekapan maksimum teori sebanyak 61%, manakala yang beroperasi antara 50°C dan 25°C hanya boleh mencapai kecekapan 7.7%. Ini menjadikan pendekatan suhu tinggi perlu untuk penjanaan elektrik, walaupun ia memerlukan lebih banyak langkah penukaran.
Kecekapan Enjin Haba (Maksimum Teori Carnot)
- 500°C kepada 25°C: 61% kecekapan
- 200°C kepada 25°C: 37% kecekapan
- 50°C kepada 25°C: 7.7% kecekapan
- Kecekapan dunia sebenar: 1/2 hingga 1/10 daripada maksimum Carnot
Semakan Realiti Pasaran
Standard Thermal menghadapi persaingan daripada teknologi yang telah mantap dan sudah beroperasi. Rangkaian pemanasan daerah Eropah menggunakan takungan air bawah tanah untuk penyimpanan haba, dan kampung-kampung Scandinavia mengendalikan bateri terma berasaskan pasir menggunakan teknologi silo konvensional. Pam haba juga berkembang pesat, kini mampu menghasilkan wap proses sehingga 160°C dan menyasarkan 200°C.
Pasaran sasaran syarikat termasuk lokasi terpencil berkuasa diesel, komuniti kurang mendapat perkhidmatan, dan pembangun solar latitud tinggi. Walaupun pasaran ini wujud, ekonominya mesti bersaing dengan penyimpanan bateri yang semakin mampu milik dan infrastruktur grid yang bertambah baik.
Jalan Ke Hadapan
Standard Thermal sedang mencari pembiayaan pra-benih sebanyak 500,000 dolar Amerika untuk membina pemasangan ujian pertama mereka. Kejayaan syarikat akhirnya bergantung pada membuktikan bahawa pendekatan tanah dipanaskan mereka boleh mencapai kos yang jauh lebih rendah daripada penyimpanan bateri semasa sambil mengekalkan kebolehpercayaan sepanjang kitaran bermusim. Dengan teknologi bateri bertambah baik dengan pesat dan kos menurun, tingkap untuk teknologi penyimpanan alternatif mungkin mengecil lebih cepat daripada yang dijangkakan.
Nota: Kecekapan Carnot - kecekapan maksimum teori mana-mana enjin haba, dikira sebagai η = 1 – Tsejuk/Tpanas di mana suhu dalam Kelvin