Baterai Pasir, Inovasi Penyimpan Panas Komersial

Sebuah perusahaan Finlandia menciptakan baterai sebagai sumber panas dari bahan pasir yang telah digunakan secara komersial. Penyimpan panas digunakan untuk memanaskan air bagi masyarakat dengan biaya terjangkau.

Sumber energi ramah lingkungan seperti tenaga angin dan matahari bersifat intermiten atau berselang alias tidak terus menerus. Pada musim dingin, energinya menurun sehingga menyulitkan bagi negara-negara empat musim untuk mendapatkan pemanas saat musim dingin.
Dalam rangka membantu mengatasi penurunan pasokan listrik saat musim dingin, perusahaan Polar Night Energy asal Finlandia meluncurkan baterai pasir (sand battery) untuk pertama kalinya.
Baterai penyimpan panas ini telah digunakan secara komersial oleh perusahaan energi Vatajankowski, yang berada di Kankaanpää, 267 kilometer sebelah utara Helsinki.
Baterai pasir ini berupa sistem penyimpanan energi panas, yang secara efektif dibangun di sekitar tangki baja besar yang diisolasi. Lebarnya sekitar 4 meter dan tinggi 7 meter. Di dalamnya diisi dengan pasir murni. Pasir dipanaskan menggunakan penukar panas sederhana yang terkubur di tengahnya.
Hebatnya perangkat tersebut mampu menyimpan energi 8 megawatt-jam (MwH) per daya nominal 100 kW, dengan pasir yang dipanaskan dihantarkan ke suatu tempat sekitar 500-600 derajat Celsius. Saat dibutuhkan, energi diekstraksi lagi sebagai panas dengan cara yang sama.
Vatajankowski menggunakan panas yang tersimpan ini, bersama dengan kelebihan panas dari server datanya sendiri. Untuk mengalirkan panas, sistem akan menggunakan pipa air untuk mengalirkan panas di sekitar area tersebut. Pipa lalu digunakan untuk memanaskan bangunan, kolam renang, atau dalam proses industri dan dalam situasi lain yang membutuhkan panas.
Ini membantu membuatnya sangat efisien, kata perusahaan itu kepada Disruptive Investing dalam sebuah wawancara video. "Sangat mudah untuk mengubah listrik menjadi panas," kata CTO Polar Night, Markku Ylönen, seperti dikutip pada laman resmi perusahaan tersebut.
Lebih jauh ia menjelaskan, untuk kembali dari panas ke listrik, di situlah membutuhkan turbin dan hal-hal yang lebih kompleks. Selama hanya menggunakan panas sebagai panas, sistem tersebut tergolong sangat sederhana.
Perusahaan mengklaim baterai tersebut mampu menciptakan efisiensi penyimpanan hingga 99 persen, dan dapat menyimpan panas dengan kerugian minimal selama berbulan-bulan, dan memiliki masa pakai beberapa puluh tahun.
Tidak ada yang istimewa dari pasir yang dipakai. Syaratnya hanya harus kering dan bebas dari bahan yang membuatnya mudah terbakar. Kesederhanaan ini maka perusahaan tersebut melihatnya sebagai media rendah biaya atau bahkan tanpa biaya sama sekali karena mudah diperoleh.
Semuanya begitu sederhana dan murah sehingga Polar Night Energy mengklaim biaya pemasangannya kurang dari 10,27 dollar AS (150.000 rupiah) per kilowatt-jam. Teknologi ini berjalan dengan sendirinya secara otomatis, tanpa bahan habis pakai, dengan biaya yang juga minimal.

Tingkatkan Kapasitas
Perusahaan mengatakan akan meningkatkan kapasitas dengan memasang baterai baru sehingga penyimpanannya meningkat menjadi 20 gigawatt-jam dan menghasilkan ratusan megawatt daya nominal. Pasir dapat dipanaskan sebesar 1.000 derajat Celsius dalam desain tertentu.
Dengan teknologi ini, dimungkinkan untuk membuat fasilitas penyimpanan bawah tanah massal seperti dari bekas tambang pasir untuk menampung panas. Tidak ada bejana bertekanan tinggi yang dibutuhkan model itu dengan biaya terbesar ada pada pekerjaan pipa.
Ylönen menjelaskan nama bisnis Polar Night mengacu pada fakta bahwa sebagian Finlandia utara tidak melihat matahari sama sekali selama musim dingin. Wilayah itu berada pada 68 derajat utara di mana tidak ada matahari langsung sama sekali selama beberapa pekan selama musim dingin.
Adanya baterai pasir sebagai penyimpan panas, kata perusahaan, akan memiliki dampak terbesar selama periode seperti ini, ketika penyimpanan jangka panjangnya akan membuat bangunan dipanaskan dengan murah dan bersih selama musim dingin Finlandia yang membeku.
Memang, media penyimpanan pasir padat hadir di sini, karena desainnya memungkinkan beberapa 'zona' penyimpanan energi di dalam pasir. Dimungkinkan untuk membangun sistem yang dirancang untuk penyimpanan panas jangka panjang menuju pusat silinder pasir.
"Tetapi siklus penggunaan berulang jangka pendek lebih dekat ke permukaan atas atau luar. Ini tidak mungkin dilakukan dalam media cair seperti air atau garam cair, karena cairan akan terus-menerus bercampur dan bergerak," kata Ylönen
Dengan demikian, kerangka solusi iklim Mission Innovation memperkirakan bahwa penerapan sistem penyimpanan energi Polar Night secara maksimal dapat menggantikan sumber panas pembakaran karbon yang cukup untuk mengurangi emisi rumah kaca tahunan antara 57 dan 283 megaton setara CO2 per tahun pada 2030 dan angka pengurangan itu akan berkontribusi yang cukup signifikan. hay/I-1

Energi Termal yang Tersimpan Bisa Dikonversi Jadi Listrik

Salah satu hambatan terbesar untuk transisi energi hijau adalah menyimpan kelebihan pembangkit listrik dari energi terbarukan. Memang ada banyak teknologi yang mampu melakukan penyimpanan, namun jenis teknologi yang belum banyak dimanfaatkan adalah penyimpanan energi panas.
Pembangkit yang termasuk dalam kategori tersebut memiliki kapasitas energi dan daya yang sangat tinggi, memungkinkan mereka untuk memberikan kontribusi yang signifikan terhadap bauran listrik yang lebih bersih.
Penyimpan panas (thermal) dapat menyimpan kelebihan listrik dari sumber terbarukan, solusi yang terukur dan efisien tinggi memiliki potensi besar di masa depan. Penyimpanan energi termal dapat menyimpan energi dalam bentuk panas berkat sistem listrik-ke-panas, seperti pompa panas, untuk periode waktu yang dapat berkisar dari minggu hingga bulan.
Ketika dibutuhkan energi panas panas yang tersimpan dapat diubah menjadi listrik, atau dikirim ke permintaan panas, tergantung pada aplikasinya. Tiga dari jenis teknologi ini adalah lubang air (water pits), baterai Carnot (Carnot batteries), dan penyimpanan energi batuan panas (hot rocks energy storage).
Konsep penyimpanan panas lubang air cukup sederhana, terdiri dari lubang yang dalam di tanah yang ditutupi oleh bahan isolasi dan diisi dengan air panas. Air akan tetap panas selama berbulan-bulan, tergantung pada ukuran dan desain penyimpanan, dengan kemungkinan menjadi baterai panas musiman, menyimpan panas selama musim panas dan mengeluarkannya di musim dingin.
Baterai Carnot terdiri dari sistem yang lebih kompleks. Pengisian mengubah listrik menjadi panas melalui pompa panas atau resistensi, menyimpan kelebihan dalam penyimpanan termal; selama pelepasan, proses dibalik melalui siklus termodinamika, dan listrik dikirimkan lagi.
Baterai Carnot berpotensi memiliki banyak keuntungan seperti kurangnya kendala geografis, berbagai macam bahan penyimpanan, seperti air panas, garam cair, batu, bahan termokimia, dan dapat diimplementasikan dengan teknologi yang sudah matang. Efisiensi listrik-ke-listrik dari baterai Carnot berkisar antara 40-70 persen, dengan kepadatan energi 50 kWh per meter kubik. Memang baterai ini kurang performatif dibandingkan baterai Li-ion, tetapi dengan skala lebih tinggi cukup menguntungkan. Beberapa pabrik telah dipasang dari perusahaan besar dan pusat penelitian seperti Siemens Gamesa, Highview Power, Malta, NREL, dan Universitas Newcastle.
Teknologi lain yang menjanjikan dalam penyimpanan adalah penyimpanan energi batuan. Teknologi jenis ini berguna untuk menyimpan kelebihan energi terdiri dari memanaskan batu dengan udara panas, dengan suhu mencapai suhu 600 derajat Celsius, dan kemudian mengeluarkan udara panas kembali. hay/I-1