С помощью двигателя Стирлинга финны добыли электричество из горячего песка

Финские исследователи из Университета Аалто (Aalto University) разработали и впервые испытали прототип теплового аккумулятора, в которой для хранения тепла используется дешёвый песок, а обратное преобразование тепла в электричество выполняется с помощью свободнопоршневого двигателя Стирлинга. Такая схема позволит запасать в тепле песка излишки солнечной и ветровой электроэнергии, возвращая её по необходимости в сеть снова.

Прототип представлял собой изолированного резервуара объёмом 0,2 м³, заполненного коричневым кварцевым песком с размером зёрен 0,6–2 мм. Песок имел теплоёмкость 703 Дж/(кг·К), теплопроводность 0,2–0,7 Вт/(м·К) и насыпную плотность около 1800 кг/м³. Накопитель заряжался электрическим нагревом, после чего тепло подавалось на двигатель Стирлинга мощностью порядка 1 кВт. Целью работы было сопоставить теорию и практику, чтобы понять перспективы подобного метода накопления энергии с дешёвым теплоносителем.

Испытания показали, что установка работает, но её реальная эффективность была низкая. Полный КПД цикла «заряд-разряд» составил 4,4 % при 300 °C и 8,3 % при 350 °C. Компьютерное моделирование более оптимизированной конструкции дало уже 19,1 % и 23,2 % при тех же температурах, а расчёты для режима до 500 °C предсказали эффективность до 31,6 %. То есть повышение температуры и улучшение конструкции действительно могут радикально увеличить отдачу, но нынешний экспериментальный образец пока далёк от коммерческой реализации.

Главные проблемы решения — это теплопотери, слабая теплопередача в неподвижном слое песка и ограниченная эффективность связки «песчаный накопитель — двигатель Стирлинга». При этом направление остаётся интересным: песок дешёв, доступен, термостоек и не требует экзотических металлов, поэтому такая батарея потенциально может стать недорогим долговременным накопителем для энергетики с большой долей ВИЭ. В отличие от промышленных песчаных батарей, которые обычно выдают тепло для отопления или технологических процессов, что уже реализовано в Финляндии, разработка учёных нацелена именно на возврат в сеть электричества — это сложнее, но намного ценнее для поддержания баланса энергосистемы.