Sand Battery : How A Sand Battery Could Change the Energy Game
“…..แบตเตอรี่ทราย Sand Battery คือ แหล่งจัดเก็บพลังงานความร้อนอุณหภูมิสูงที่ใช้วัสดุคล้ายทราย หรือทรายเป็นสื่อกลางStorage Medium ในการจัดเก็บพลังงานความร้อน Heat ไว้กับทราย …”
อุปกรณ์แบตเตอรี่ทราย Sand Battery Device ชุดแรกได้รับการติดตั้ง ณ โรงไฟฟ้า Vatajankowski ซึ่งเป็นหน่วยจัดเก็บ และผลิตพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งในฟินแลนด์ตะวันตก Western Finland .. ภายในปี 2565 นี้ แบตเตอรี่ทราย Sand Battery จะส่งจ่ายให้พลังงานความร้อน และกำลังไฟฟ้าแก่เครือข่ายระบบพลังงานความร้อนของ Vatajankowski ในเมือง Kankaanpaa ด้วยโครงข่ายระบบจัดเก็บพลังงานความร้อน 100 KW และความจุขนาด 8 MWh ..
“แบตเตอรี่ทราย Sand Battery” คือ แหล่งจัดเก็บพลังงานความร้อนอุณหภูมิสูงที่ใช้วัสดุคล้ายทราย หรือทรายเป็นสื่อกลาง Storage Medium ในการจัดเก็บพลังงานความร้อน Heat ไว้กับทราย ..
วัตถุประสงค์หลักของ Sand Battery คือ การทำงานเป็นเสมือนแหล่งจัดเก็บพลังงานความร้อนอุณหภูมิสูง High Temperature Thermal Energy Storage : TES หรือ Electric Thermal Energy Storage : ETES ด้วยขนาดความจุปริมาณสูงสำหรับพลังงานลม และพลังงานแสงอาทิตย์ Wind & Solar Energy ส่วนเหลือเกิน .. พลังงานเหล่านี้ จะถูกเก็บไว้เป็นความร้อน Heat ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนแก่บ้าน ครัวเรือน หรือเพื่อให้ความร้อนด้วยไอน้ำร้อนอุณหภูมิสูงในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มักพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels มาก่อนโดยตลอด รวมทั้งสามารถแปลงพวกมันให้เป็นกำลังไฟฟ้า Heat to Electricity บนโครงข่ายระบบสายส่งได้อย่างต่อเนื่องยาวนานด้วยประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ..
ระบบจัดเก็บพลังงานความร้อนจากทรายเชิงพาณิชย์แห่งแรก First Commercial Sand-Based Thermal Energy Storage เริ่มดำเนินการไปแล้ว ..
ปัจจุบัน ระบบจัดเก็บความร้อนอุณหภูมิสูง High Temperature Heat Storage ที่ใช้ทราย Sand เชิงพาณิชย์เป็นแห่งแรกของโลกโดยบริษัท Polar Night Energy ได้เปิดดำเนินการแล้วในพื้นที่โรงไฟฟ้า Vatajankoski ซึ่งจัดเก็บความร้อนโดยใช้ทราย 100 ตัน สำหรับกำลังผลิต และส่งจ่ายความร้อนไปยังเมือง Kankaanpää ทางตะวันตกของฟินแลนด์ ..
บริษัท Polar Night Energy และโรงไฟฟ้า Vatajankoski ซึ่งเป็นหน่วยงานด้านพลังงานในฟินแลนด์ตะวันตก ได้ร่วมกันสร้างระบบจัดเก็บพลังงานความร้อนจากทราย Sand-Based Thermal Energy Storage ให้เป็นตัวอย่างข้อไขระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่งเชิงพาณิชย์รายแรกของโลกในการจัดเก็บกำลังไฟฟ้าไว้ในทรายด้วยรูปแบบความร้อน และเพื่อใช้ในเครือข่ายการให้ความร้อน และกำลังไฟฟ้าสำหรับชุมชนในพื้นที่ให้บริการไปพร้อมด้วย ..
ผลการดำเนินการที่ผ่านมา พบว่า ระบบจัดเก็บพลังงานความร้อนด้วยทรายของ Polar Night Energy จัดวางไว้บนพื้นที่ของโรงไฟฟ้า Vatajankoski สามารถให้ความร้อนแก่เครือข่ายการส่งจ่ายพลังงานในเขตของ Vatajankoski ใน Kankaanpää ได้อย่างยอดเยี่ยม ..
“การสร้างระบบ Sand Battery เป็นไปด้วยดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่า พวกมันทั้งหมดอาจยังถือเป็นข้อไขใหม่ที่จะต้องจัดการเพื่อให้ทุกอย่างเป็นระเบียบ แม้จะมีความท้าทาย และความล่าช้าเล็กน้อย ขณะนี้ ทรายก็ร้อนแล้ว” Markku Ylönen ผู้ร่วมก่อตั้ง และหัวหน้าฝ่ายเทคนิค Chief Technology Officer : CTO ของ Polar Night Energy กล่าวยืนยัน .. “เราได้เรียนรู้แล้วว่า ระบบจัดเก็บพลังงานความร้อนจากทราย Sand – Based Thermal Energy Storage ที่สร้างขึ้นนี้ มีศักยภาพมากกว่าที่คำนวณไว้ในตอนแรก ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างยิ่ง”..
ถังเก็บความร้อนจริงนั้น มีความกว้างประมาณ 4 เมตร และสูง 7 เมตร คอนเทนเนอร์เหล็กที่มีระบบจัดเก็บความร้อนอัตโนมัติ และทรายหลาย 100 ตัน บรรจุอยู่ภายใน .. เนื่องจาก พวกมัน คือ วัสดุที่เป็นทราย เช่น Silica Sand or Silicon Dioxide : SiO2 จึงมีความทนทาน ราคาไม่แพง และสามารถจัดเก็บความร้อนปริมาณมากได้ด้วยวัสดุจำนวนน้อยที่อุณหภูมิประมาณ 500-600oC .. ทั้งนี้ ระบบจัดเก็บความร้อนนี้ มีกำลังผลิตมากกว่า 100 KW ด้วยความจุพลังงานขนาด 8 MWh ..
นวัตกรรมนี้ เป็นส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานที่ชาญฉลาด และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Smart & Green Energy Transition .. การเก็บความร้อน ได้ช่วยให้พลังงานหมุนเวียนที่ไม่ต่อเนื่อง ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมบนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า .. ในเวลาเดียวกัน ก็สามารถเตรียมความร้อนอีกส่วนหนึ่งให้อยู่ในระดับที่ใช้งานได้เพื่อให้ความร้อนแก่ชุมชนเมือง และนี่คือขั้นตอนที่สมเหตุสมผลต่อการผลิตความร้อนโดยไม่ต้องมีการเผาไหม้ Combustion – Free Heat Production ..
ทรายซิลิกา Silica Sand or Silicon Dioxide : SiO2 สามารถนำเสนอสื่อที่เป็นวัสดุจัดเก็บพลังงานความร้อนที่เสถียร และราคาไม่แพง ..
กลุ่มนักวิจัยจาก National Renewable Energy Laboratory : NREL อยู่ในขั้นตอนของการทดสอบต้นแบบเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานความร้อนรูปแบบใหม่ .. ระบบจัดเก็บกำลังไฟฟ้าระยะทนยาวแบบประหยัด Economic Long-Duration Electricity Storage โดยประยุกต์ใช้การจัดเก็บพลังงานความร้อนต้นทุนต่ำ Low -Cost Thermal Energy Storage และวัฏจักรพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงระยะทนยาว High-Efficiency Power Cycle | ENDURING System ซึ่งใช้ทรายซิลิกา Silica Sand or Silicon Dioxide : SiO2 ราคาไม่แพงเป็นวัสดุที่ใช้เป็นสื่อในการจัดเก็บพลังงาน Storage Medium ..
ENDURING System ใช้กำลังไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ หรือลมส่วนเหลือเกิน และสำหรับวัสดุจัดเก็บความร้อน ในกรณีนี้ คือ ทรายซิลิกา Silica Sand .. ทรายซิลิกา ถูกป้อนผ่านองค์ประกอบความร้อนแบบต้านทานไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนถึง 1,200°C จากนั้นจะป้อนแรงโน้มถ่วงลงในไซโลคอนกรีตหุ้มฉนวนเพื่อจัดเก็บพลังงานความร้อน .. ทั้งนี้ ระบบ ENDURING System พื้นฐานของ National Renewable Energy Laboratory : NREL ได้รับการออกแบบมาเพื่อการจัดเก็บพลังงานความร้อนปริมาณสูงด้วยขนาดความจุ 26 GWh ได้อย่างประหยัด .. ทั้งนี้ ขนาดความจุในการจัดเก็บสามารถปรับขนาดขึ้น หรือลงได้อย่างง่ายดายโดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการออกแบบด้วยลักษณะโมดูลาร์สำเร็จรูป ..
เมื่อจำเป็นต้องใช้พลังงาน ทรายซิลิกาที่ให้ความร้อนจะถูกป้อนด้วยแรงโน้มถ่วงผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ให้ความร้อน และอัดแรงดันก๊าซที่ใช้งานได้ภายในเพื่อขับเคลื่อนเครื่องจักรเทอร์โบ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหมุนที่สร้างกระแสไฟฟ้าสำหรับโครงข่ายระบบสายส่ง .. ระบบจะคายประจุในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูง และเมื่อแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy ที่ไม่ต่อเนื่องจำกัด เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ หรือลม ไม่พร้อมใช้งาน เป็นต้น ..
อ้างถึงรายงานของ NREL ระบุว่า ทรายซิลิกา Silica Sand : SiO2 เป็นวัสดุในการจัดเก็บที่อุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ มีเสถียรภาพ และราคาไม่แพง โดยมีราคา 30-50 เหรียญสหรัฐฯ ต่อตัน มีผลกระทบทางนิเวศวิทยาที่จำกัดตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนานอย่างยิ่ง .. นอกจากนี้ ยังได้รับการยืนยันจาก NREL ว่า การจัดเก็บพลังงานความร้อนด้วยอนุภาคของเม็ดทราย เป็นรูปแบบการจัดเก็บที่มีความหนาแน่นพลังงาน Energy Density น้อยกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries แต่ Sand Batteries มีต้นทุนพลังงานไม่แพงมาก อยู่ที่ 2-4 เหรียญสหรัฐฯ ต่อ KWh สำหรับพลังงานความร้อนที่ความแตกต่างกันของอุณหภูมิระหว่างการชาร์จ และการคายประจุ อยู่ที่ 900oC ..
ระบบ ENDURING Systems สามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้โครงสร้างพื้นฐาน Infrastructure ที่มีอยู่จากโรงไฟฟ้าถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติที่เลิกใช้แล้ว ..
นอกเหนือจากการจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า Grid Storage และความร้อนในอาคาร Building Heat แล้ว .. ENDURING Systems ยังให้แหล่งความร้อนที่สม่ำเสมอสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรม และทางเคมี ซึ่งไม่สอดคล้องกับช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม ..
“ทราย และไซโลคอนกรีต Sand & Concrete Silos ที่มีฉนวนวัสดุทนไฟ เป็นวัสดุที่มีราคาไม่แพงมาก ซึ่งสามารถนำไปสู่การจัดเก็บพลังงานต้นทุนต่ำ” Patrick Davenport นักวิจัยของ NREL กล่าว “เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานซึ่งทำได้เพียง 4 ชั่วโมงเท่านั้นในรูปแบบดั้งเดิม ไม่สามารถปรับขนาดได้ดีเท่าที่ควรโดยเฉพาะบนโครงข่ายระบบสายส่ง, Utility-Scale Energy Storage หรือชุดแบตเตอรี่ขนาดเท่าเมือง City-Sized Batteries เป็นต้น .. ตอนนี้ หากเราต้องการระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาวที่เหนือชั้นกว่า ก็จะพบว่า เทคโนโลยี Sand Battery นี้ สมเหตุสมผล และเหมาะสมอย่างยิ่ง ..
นักวิเคราะห์ของ NREL พบศักยภาพทางการตลาดที่สำคัญสำหรับการจัดเก็บพลังงานรายวันในระดับยูทิลิตี้ หรือ Utility-Scale Energy Storage สูงสุด 12 ชั่วโมง ในระบบสายส่งกริดไฟฟ้าของสหรัฐฯ ภายในปี 2593 โดยคาดการณ์ว่าจะมีการเติบโตมากกว่า 125 GW สำหรับความจุขนาดกริด Grid-Scale Capacity ในสหรัฐฯ .. นักวิจัยของ NREL ยังพบว่า การจัดเก็บพลังงานร้อนด้วยทราย Sand-Based Thermal Energy Storage มีความสำคัญยิ่งต่อการให้บริการส่งจ่ายพลังงานบนโครงข่ายระบบกริดที่หลากหลาย และมีศักยภาพที่จะแสดงบทบาทสำคัญในการพัฒนาภาคพลังงานที่คุ้มค่าได้เป็นอย่างดีไม่มีข้อสงสัย ..
National Renewable Energy Laboratory : NREL คาดการณ์ว่า การจัดเก็บพลังงาน Energy Storage ด้วย Sand Batteries จะกลายเป็นต้นทุนที่สามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีอื่น ๆ ในตลาดได้ เนื่องจากค่าใช้จ่ายที่คาดการณ์ไว้จะลดลงเรื่อย ๆ อย่างต่อเนื่องจนถึงปี 2573 ..
ระบบจัดเก็บไฟฟ้าพลังงานความร้อน Electric Thermal Energy Storage : ETES มุ่งสู่ความจุพลังงานขนาด GWh ระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่ง ..
กล่าวกันว่า 100% พลังงานหมุนเวียน Renewables นั้น เป็นไปไม่ได้ .. เช่นเดียวกับ เที่ยวบินแรก การเดินทางในอวกาศ และอินเทอร์เน็ต .. แต่ปัจจุบัน เชื่อได้ว่า นี่คือ สิ่งที่จะทำให้การเปลี่ยนแปลงพลังงานอย่างสมบูรณ์ Complete Energy Transition นั้น เป็นไปได้ ..
ระบบจัดเก็บไฟฟ้าพลังงานความร้อน Electric Thermal Energy Storage : ETES เป็นเทคโนโลยีที่สามารถชาร์จด้วยไฟฟ้า หรือด้วยความร้อนโดยตรง แล้วปล่อยความร้อนออกมา ซึ่งในทางกลับกัน จะสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้ แตกต่างจากเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานอื่น ๆ ที่ทำมาจากหินที่ดูดซับความร้อน Rocks Absorbing Heat .. สิ่งนี้ทำให้ ETES ยั่งยืนมากในการออกแบบ และการจัดเก็บพลังงานขนาด GWh ที่สามารถสร้างขึ้นได้เกือบทุกที่ ไม่มีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ ขนาดความจุ และสามารถออกแบบให้เป็นไปตามความต้องการได้อย่างง่ายดาย ..
โดยทั่วไป การจัดเก็บพลังงานความร้อน Thermal Energy Storage : TES ทำได้ด้วยเทคโนโลยีที่แตกต่างกันอย่างมาก โดยขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเฉพาะ และวัสดุที่ยอมให้พลังงานความร้อนส่วนเกินถูกจัดเก็บ และใช้งานเป็นเวลาหลายชั่วโมง หลายวัน หรือเดือนต่อมา ในระดับต่าง ๆ ตั้งแต่กระบวนการส่วนบุคคล อาคาร โรงงาน ชุมชน ผู้ใช้หลายคน เขต เมือง หรือภูมิภาค .. ตัวอย่างการใช้งาน ได้แก่ ความสมดุลของความต้องการพลังงานระหว่างกลางวัน และกลางคืน, การจัดเก็บความร้อนในฤดูร้อนเพื่อให้ความร้อนในฤดูหนาว หรือความเย็นในฤดูหนาวสำหรับเครื่องปรับอากาศในฤดูร้อน, การเก็บพลังงานความร้อนตามฤดูกาล .. วัสดุที่ใช้เป็นสื่อจัดเก็บพลังงาน Storage Media รวมถึงถังน้ำ หรือน้ำแข็งตะกอน มวลของดินพื้นเมือง หรือหิน และทราย ที่เข้าถึงได้ด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน Heat Exchangers โดยใช้ถังคอนกรีต การเจาะหลุม ชั้นหินอุ้มน้ำลึกที่อยู่ระหว่างชั้นที่ผ่านไม่ได้ หลุมตื้น เรียงรายไปด้วยกรวด และน้ำ และหุ้มฉนวนที่ด้านบน เช่นเดียวกับสารละลายยูเทคติก และวัสดุเปลี่ยนเฟส ..
แหล่งพลังงานความร้อนอื่น ๆ สำหรับการจัดเก็บ ได้แก่ ความร้อน หรือความเย็นที่ผลิตด้วยปั๊มความร้อน Heat Pumps จากไฟฟ้าสะอาดที่มีต้นทุนต่ำ .. แนวทางปฏิบัติสำหรับการจัดเก็บความร้อนจากแหล่งพลังงานความร้อนที่หลากหลาย เช่น ความร้อนจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม Combined Heat & Power : CHP Power Plants, ความร้อนซึ่งเกิดจากพลังงานไฟฟ้าหมุนเวียน Renewable Electricity ที่เป็นส่วนเหลือเกินความต้องการบนระบบสายส่งกริดไฟฟ้า และความร้อนเหลือทิ้งจากกระบวนการทางอุตสาหกรรม เป็นต้นนั้น คือ แหล่งพลังงานความร้อนคาร์บอนต่ำที่ไม่ต้องการการเผาไหม้เพิ่มเติมอีก .. ทั้งนี้ ระบบแปลงความร้อนให้เป็นกำลังไฟฟ้าโดยตรง Thermophotovoltaic : TPV Collectors ผนวกรวมกับ Sand Batteries จึงกลายเป็นอีกหนึ่งข้อไขสำหรับ Heat Engines ในอนาคตที่น่าสนใจด้วยคำตอบที่เป็นระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวราคาถูกที่เชื่อถือได้ .. การจัดเก็บความร้อนทั้งตามฤดูกาล และระยะสั้นนั้น ถือเป็นวิธีการสำคัญในการปรับสมดุลการผลิตกำลังไฟฟ้าหมุนเวียนแบบแปรผันในราคาถูกให้สำเร็จได้ในที่สุด ..
ทั้งนี้ การผนวกรวมภาคการผลิตกำลังไฟฟ้า ระบบจัดเก็บความร้อนด้วยทราย Sand-Based Thermal Energy Storage และการทำความร้อนในระบบพลังงานที่ป้อนด้วยพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy เกือบหรือทั้งหมดนั้น คือ ความต้องการระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาวสำหรับอนาคตระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติจากนี้ไป ไม่มีข้อสงสัย ..
ทรายซิลิกา Silica Sand or Silicon Dioxide : SiO2 ที่เป็นของแข็ง หรือหลอมเหลว มีอุณหภูมิในการจัดเก็บที่สูงกว่าเกลือมาก ซึ่งส่งผลให้มีความจุ และประสิทธิภาพที่มากขึ้น กำลังได้รับการวิจัยว่า พวกมันเป็นเทคโนโลยีการจัดเก็บที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น .. ทรายซิลิกา Silica Sand สามารถจัดเก็บพลังงานได้มากกว่า 1 MWh/m3 ที่อุณหภูมิ 1,400°C .. ข้อได้เปรียบเพิ่มเติม คือ ความอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ เมื่อเทียบกับเกลือบางประเภทที่ใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกันสำหรับการจัดเก็บความร้อน ..
คาดการณ์ตลาดระบบจัดเก็บพลังงานความร้อน และ Sand Battery ..
ขนาดธุรกิจภาพรวมในตลาดการจัดเก็บพลังงานความร้อนทั่วโลก Thermal Energy Storage : TES Global Market มีมูลค่า 188 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2563 และคาดว่าจะถึง 369 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2568 .. อย่างไรก็ตาม หากรวมระบบ Heat Pumps และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนไปด้วยแล้ว ได้รับการคาดหมายเพิ่มเติมว่า มูลค่าขนาดธุรกิจในตลาดที่เกี่ยวข้องรวมทั้งหมด จะสามารถพุ่งแตะระดับ 51.3 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ได้ภายในปี 2573 .. ทั้งนี้ อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดการจัดเก็บพลังงานความร้อน Thermal Energy Storage Global Market ทั่วโลกที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 14.4% ในช่วงเวลาที่คาดการณ์ ปี 2564-2568 ..
การวิจัยตลาดเพื่อความโปร่งใสได้เปิดเผยตัวขับเคลื่อนหลักสำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทราย รวมถึงสมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ไฮเทคอื่นๆ ที่เพิ่มขึ้น ..
การรับรู้ที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับข้อไข หรือโซลูชันพลังงานที่ยั่งยืนนั้น คาดการณ์ได้ว่าจะช่วยเพิ่มขนาดธุรกิจตลาดแบตเตอรี่ทรายทั่วโลก Sand Battery Global Market โดยเอเชียแปซิฟิก ได้รับการคาดหมายว่าจะครองตลาดจากนี้ไปจนถึงอย่างน้อยปี 2573 ..
ตลาดแบตเตอรี่ทราย Sand Battery Market ในยุโรปมีแนวโน้มที่จะขยายตัวอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีการผลิตและใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs เพิ่มขึ้นอย่างมาก ..
อเมริกาเหนือ North America ยังถูกคาดการณ์ว่าจะครองส่วนแบ่งที่สำคัญของตลาดแบตเตอรี่ทรายทั่วโลก โดยได้แรงหนุนจากการเพิ่มขึ้นของการใช้โทรศัพท์มือถือ และยานยนต์ไฟฟ้าด้วยเช่นกัน ..
Sila Nanotechnologies Inc. คือ หนึ่งในผู้เล่นที่สำคัญในตลาดแบตเตอรี่ทราย Sand Battery Market ทั่วโลก หลังจากได้รับเงินทุน 70 ล้านเหรียญสหรัฐฯ จาก Sutter Hill Ventures เพื่อการพัฒนา และผลิตวัสดุสำหรับมาตรฐานใหม่ของแบตเตอรี่ทราย ตั้งแต่ปี 2561 เป็นต้นมา และการลงทุนอีก 170 ล้านเหรียญสหรัฐฯ นำโดย Daimler ในปี 2562 ..
ศักยภาพทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทราย Sand Battery Technology แห่งแรกของโลกที่เปิดทดลองใช้งาน โดยบริษัท Polar Night Energy ในการสร้างความร้อนให้กับอาคาร Heat Buildings มีแนวโน้มที่จะดึงดูดการลงทุนมากขึ้น เมื่อการทดสอบใช้งานแบตเตอรี่ทราย Sand Battery ต้นแบบเสร็จสิ้น และความสำเร็จของโรงไฟฟ้า Vatajankoski ในเมือง Kankaanpaa ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในปี 2565 นี้ ด้วยโครงข่ายระบบจัดเก็บพลังงานความร้อน 100 KW และความจุขนาด 8 MWh ..
ทราย Sand เป็นสื่อที่มีประสิทธิภาพมาก Effective Medium ในการเก็บความร้อน รวมทั้งพวกมันจะสูญเสียความร้อนออกไปเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเมื่อเวลาผ่านไป .. นักพัฒนา กล่าวว่า อุปกรณ์ของพวกเขาสามารถเก็บทรายไว้ที่ 500oC ได้เป็นเวลาหลายเดือน ..
ดังนั้น เมื่อราคาพลังงานสูงขึ้น แบตเตอรี่พลังงานความร้อน Thermal Batteries และ Sand Batteries จะสามารถเข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels ได้อย่างสบาย ๆ เพื่อส่งจ่ายพลังงานความร้อนในการทำน้ำร้อน น้ำอุ่นสำหรับระบบทำความร้อนในครัวเรือนของชุมชน ซึ่งจะถูกสูบไปรอบ ๆ บ้าน สำนักงาน และแม้แต่สระว่ายน้ำในพื้นที่ รวมทั้งการส่งผ่านระบบ Thermophotovoltaics : TPVs เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าโดยตรงบนระบบสายส่งได้อย่างยอดเยี่ยมอีกด้วย ..
สรุปส่งท้าย ..
ระบบจัดเก็บพลังงานที่เป็นแบตเตอรี่ Batteries คือ กุญแจสู่อนาคตของแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy สะอาดสีเขียวที่ยั่งยืน .. พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม Solar & Wind Power ที่มีอยู่อย่างมากมายไร้ขีดจำกัด แต่ด้วยเหตุผลที่ชัดเจนประการหนึ่ง ซึ่งได้แก่ ความไม่ต่อเนื่อง ..
หากการผลิตกำลังไฟฟ้า Power Generators ต้องการเปลี่ยน และยกเลิกการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหมดจากนี้ไป เราก็จะต้องจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy เป็นจำนวนมากไว้ เพื่อใช้ในยามที่ดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง หรือลมไม่พัด .. อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่มาตรฐานทั่วไปนั้น มีราคาแพง อายุการใช้งานค่อนข้างสั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ลิเธี่ยม Lithium ซึ่งไม่เหมาะกับการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ Large-Scale Energy Storage ระยะทนยาว ..
อย่างไรก็ตาม บริษัทสตาร์ทอัพขนาดเล็กจำนวน 6 คนในฟินแลนด์ ได้นำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่น่าสนใจด้วยราคาประหยัด .. บริษัทฯ ได้พัฒนาแบตเตอรี่ทรายเก็บความร้อนเชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเทคโนโลยีต่ำ และมีราคาถูกมากอย่างยิ่ง ..
Sand Batteries 100 KW / 8 MWh | Credit : Polar Night Energy
“มัน คือ ทรายจำนวนมาก .. ทรายด้วยตัวของมันเอง ซึ่งไม่ได้พิเศษอะไรนักหนา มันเป็นเพียงแค่ทราย แต่พวกมันเก็บความร้อนได้ดี” .. Matti Ulvinen ผู้จัดการฝ่ายขายผลิตภัณฑ์ของ Polar Night Energy ซึ่งเป็นบริษัทฯ ขนาดเล็กที่พัฒนาแบตเตอรี่ทราย Sand Battery ที่ดำเนินการเชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลกกล่าว ..
“พวกเราใช้ทรายร้อนที่อุณหภูมิสูง พลังงานจะถูกเก็บไว้เป็นเวลายาวนานอย่างยิ่ง” ..
บริษัทฯ ได้ติดตั้งแบตเตอรี่ทรายจัดเก็บความร้อนในไซโลเหล็กที่โรงไฟฟ้า Vatajankoski ในเขตชานเมือง Kankaanpaa เมืองเล็ก ๆ ทางตะวันตกเฉียงใต้ของฟินแลนด์ .. ไซโลสูง 23 ฟุต และเส้นผ่านศูนย์กลาง 13 ฟุตบรรจุทราย 100 ตัน ความยอดเยี่ยมของวัสดุสื่อความร้อนนี้ตามที่ Pekka Passi กรรมการผู้จัดการของโรงไฟฟ้า กล่าวไว้ คือ ความสามารถในการเก็บความร้อนไว้ในปริมาณมากโดยไม่มีการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญได้เป็นเวลาหลายเดือน และไม่มีการระเหยใด ๆ เกิดขึ้น ..
“คุณสามารถอุ่นทรายให้มีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำได้ เราสามารถให้ความร้อนกับทรายได้ถึง 500oC หรือมากกว่า .. ดังนั้น จึงมีขนาดความจุมากขึ้นด้วยปริมาตรเดียวกัน ในพื้นที่เดียวกัน” เขากล่าว ..
ไซโลขนาดค่อนข้างเล็ก ซึ่งเป็นโครงการนำร่องต้นแบบสำหรับโรงไฟฟ้า Vatajankoski .. พวกมัน ส่งจ่ายให้ความร้อนได้อย่างเพียงพอสำหรับบ้านหลายร้อยครัวเรือน โดยกระจายผ่านระบบทำความร้อนในชุมชน ซึ่งเป็นเครือข่ายระบบท่อหุ้มฉนวนในท้องถิ่น .. Pekka Passi ชอบเทคโนโลยีใหม่นี้เป็นอย่างมาก ..
“พวกมัน มีราคาถูกมาก ไม่มีความจำเป็นต้องเป็นทรายชนิดพิเศษแต่อย่างไร .. ดังนั้น จึงมีราคาไม่แพงมาก” เขากล่าว “มั่นใจได้เลยว่า พวกมันจะมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำ และต่ำมาก” ..
Polar Night Energy ซึ่งพัฒนา และจดสิทธิบัตรระบบการทำความร้อนระบบปิด Closed Loop Heating System ของแบตเตอรี่ที่ใช้ทรายเป็นวัสดุเก็บความร้อน จะไม่ได้เปิดเผยต้นทุนด้วยเหตุผลของการรักษาความลับทางการค้า แต่บริษัทฯ ยืนยันว่า โดยรวมแล้ว Sand Battery จะมีราคาถูกกว่า 10 เท่า เทียบกับวิธีการจัดเก็บพลังงานความร้อนที่อุณหภูมิสูงรูปแบบดั้งเดิม และเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงมากเหล่านั้น Markku Ylonen ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีของบริษัทฯ ชี้ให้เห็นว่าแบตเตอรี่ทราย Sand Batteries ไม่เพียงแต่จะเป็นประโยชน์ต่อลูกค้าในครัวเรือน และที่อยู่อาศัยเท่านั้น ..
“ระบบของเรามีความเป็นเลิศในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น Sand Batteries จึงสามารถส่งจ่ายความร้อนอุณหภูมิที่สูงได้อย่างคุ้มค่าให้แก่กระบวนการทางอุตสาหกรรม Cost-Efficient High Temperatures to Industrial Processes” เขากล่าว “ไอน้ำสำหรับอุตสาหกรรมอาหาร, สำหรับทำความสะอาด และการฆ่าเชื้ออุปกรณ์, ลมร้อนสำหรับการผลิตซีเมนต์ และเหล็กกล้า” ..
การเก็บความร้อนเมื่อมีพลังงานหมุนเวียนเหลือเฟือ Storing Heat When Renewable Energy is Plentiful สำหรับการใช้งานเมื่อไม่มีพลังงานเพียงพอ เหมาะสำหรับประเทศฟินแลนด์ที่มีฤดูหนาวที่มืดมิด และหนาวเหน็บยาวนาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงนี้ ซึ่งรัสเซียได้ตัดการส่งจ่ายก๊าซธรรมชาติทั้งหมดไปยังประเทศยุโรปเหนือ หลังจากที่ฟินแลนด์สมัครเข้าร่วม NATO ..
“นั่นได้เพิ่มความสนใจของผู้คนต่อระบบของเราให้มากขึ้นได้อย่างแน่นอน ไม่มีข้อสงสัย” เขากล่าว
Markku Ylonen ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีของบริษัทฯ ยังเชื่อด้วยว่า ความต้องการเร่งด่วนของโลกในการจัดหาพลังงานหมุนเวียน Renewables ที่ผันแปรปริมาณมหาศาล ซึ่งจะต้องมีความน่าเชื่อถือให้มากขึ้นได้ด้วยการขยายตลาดแบตเตอรี่ทราย Sand Battery ในระบบจัดเก็บพลังงาน กำลังจะกลายเป็นความจำเป็นในอนาคต .. คาดหมายว่า สิ่งต่อไปที่พวกเขาสร้างขึ้นอาจจะยังอยู่ในฟินแลนด์ แต่ก็ได้รับการคาดหวังว่า Sand Battery กำลังจะกลายเป็นมาตรฐานสากลของโลกได้ในไม่ช้า ..
นี่คือตัวอย่างที่ชี้ให้เห็นว่า ความมุ่งมั่นร่วมกันของภาครัฐ และเอกชนที่มีศักยภาพ รวมทั้งภาคประชาสังคมทั่วโลก ในแผนงานยกเลิกการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels เป็นหลักในระบบเศรษฐกิจ และสังคมสำหรับอนาคตที่ไม่ไกลเกินไปนักนั้น เป็นความสำคัญจำเป็นที่ขาดไม่ได้ที่ทุกรัฐบาลบนโลกใบนี้จะละเลยไม่ได้ ซึ่งระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาว Long-Duration & Utility-Scale Energy Storage System ทั้งในและนอกโครงข่ายระบบสายส่ง คือ ข้อไขและคำตอบที่จะทำให้การเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy เป็นหลักในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติแทนที่แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลนั้น เป็นไปได้ .. ทั้งนี้ ระบบแบตเตอรี่ทราย Sand Batteries หรือระบบจัดเก็บพลังงานความร้อนจากทราย Sand-Based Thermal Energy Storage ได้กลายเป็นอีกหนึ่งเครื่องมือสำคัญสำหรับการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานที่ชาญฉลาด และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Smart & Green Energy Transition ให้สำเร็จได้ในที่สุด ..
………………….
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
What Is a ‘Sand Battery’? | Polar Night Energy :-
https://polarnightenergy.fi/sand-battery
Sand Batteries: The Next Green Energy Revolution? | Azo Clean Tech :-
https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=1604
Climate Change: ‘Sand Battery’ Could Solve Green Energy’s Big Problem | BBC :-
https://www.bbc.com/news/science-environment-61996520
Can Sand Batteries Be Scaled Commercially | Energy Digital :-
https://energydigital.com/renewable-energy/can-sand-batteries-be-scaled-commercially
Long – Duration Thermal Storage System Based on Silica Sand | PV Magazine :-
Silica Sand Can Offer a Stable and Inexpensive Energy Storage Medium: Report | Mercom India :-
Sand – Density – Heat Capacity – Thermal Conductivity :-
Sand Battery & Other Thermal Energy Storage: How A Sand Battery Could Change The Energy Game :-
