Apa itu Baterai Pasir? Semua yang Perlu Anda Ketahui

Berita tentang baterai pasir dari Finlandia baru-baru ini menjadi berita utama, meskipun sistem itu hanya menyimpan dan melepaskan panas.

Penyimpanan panas termal bukanlah teknologi baru, tetapi proyek percontohan ini menyoroti beberapa kemungkinan teknologi dan sistem energi hijau di masa depan.

Posting ini melihat teknologi seputar pasir untuk penyimpanan energi, serta teknologi serupa, dan apa artinya bagi dunia.

Energi Dari Pasir?

Pasir alam memiliki banyak kualitas yang menjadikannya media yang ideal untuk penyimpanan energi panas. Anda dapat memanaskannya hingga suhu di atas 1.000°C (1.832°F) tanpa masalah dan dapat menahan panas tersebut selama berhari-hari, berminggu-minggu, dan bahkan berbulan-bulan dengan kerugian minimal.

Jika Anda menganggap bahwa baterai adalah alat penyimpan energi yang dihasilkan pada waktu tertentu, sehingga dapat digunakan pada waktu yang berbeda, maka pasir yang dipanaskan dengan energi listrik untuk penyimpanan dan penggunaan nanti, adalah baterai.

Baterai Pasir Viral Dari Finlandia

Di distrik Kankaanpaa, Finlandia barat, terdapat sistem energi penyimpanan panas yang dipatenkan yang dikembangkan oleh Polar Night. Ini menggunakan energi listrik berlebih dari sumber terbarukan untuk memanaskan pasir di silo setinggi 7 meter dan lebar 4 meter hingga 600 °C (1.112 °F) untuk penyimpanan dan penggunaan selanjutnya di jaringan pemanas distrik.

Beberapa hal penting untuk diingat di sini. Pertama, energi yang digunakan adalah pembangkitan berlebih dari sumber terbarukan seperti angin dan matahari. Ini menghilangkan perbandingan objektif apa pun dengan sistem penyimpanan energi lain untuk tujuan komersial.

Kedua, sistem ini hanya digunakan untuk penyimpanan dan pengiriman panas – yaitu, energi listrik diubah menjadi panas dan disimpan di pasir. Kemudian, ketika dibutuhkan, panasnya diekstraksi dan didistribusikan ke rumah-rumah dan pabrik-pabrik di mana dibutuhkan.

Ketiga, pasir alami dapat menyimpan jumlah energi yang cukup mengesankan. Misalnya, baterai Malam Kutub Finlandia ini menampung 100 ton pasir pada suhu sekitar 600 Celcius, dengan total 8MWh energi yang tersimpan pada kapasitas pemanasan 100kW. Ini menjadikan pasir sebagai media penyimpanan energi yang sangat murah tanpa teknologi, instalasi, atau persyaratan berbahaya yang mewah.

Tentang Penyimpanan Energi Panas Musiman

Penyimpanan Energi Panas Musiman atau disingkat STES, telah ada sejak lama. Dalam bentuknya yang paling sederhana, Anda dapat mengumpulkan air panas dari atap selama musim panas dan menyimpannya di tangki bawah tanah, yang kemudian dapat Anda gunakan untuk pemanasan selama musim dingin.

Sebagian besar sistem STES, bagaimanapun, menyimpan panas pada suhu kurang dari 100 °C, yang membuatnya baik-baik saja untuk memanaskan rumah dan kantor, tetapi kurang ideal untuk keperluan industri atau pembangkit listrik lainnya.

Caranya sederhana, Anda memaparkan media apa saja yang dapat menjebak dan menahan panas ke sumber radiasi, seperti matahari, limbah panas industri, dan sebagainya. Efisiensi sistem tergantung pada metode pertukaran panas dan efisiensinya.

Selanjutnya, Anda harus menyimpan media yang dipanaskan dalam wadah berinsulasi, untuk meminimalkan kehilangan energi. Beberapa selungkup dapat menahan panas dengan baik selama berbulan-bulan.

Akhirnya, media penyimpanan dipompa keluar selama musim dingin untuk memberikan pemanas ke rumah dan kantor dengan melewatkannya melalui pertukaran panas lain seperti pemanas radiator. Bahan umum yang digunakan sebagai media penyimpanan STE antara lain air, minyak, tanah, hidrat garam, dan sebagainya.

Penggunaan Populer Energi Termal Tersimpan

Energi panas yang tersimpan memiliki banyak kegunaan, tergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Berikut adalah yang paling populer:

1. Pemanasan Rumah & Kantor – Termal yang tersimpan dapat dengan mudah menyediakan pemanas untuk ruang tamu dan ruang kerja di musim dingin.
   
2. Air Panas – Panas juga dapat ditransfer untuk menyediakan air panas yang selalu siap digunakan untuk penggunaan sehari-hari.
   
3. Aplikasi Industri – Air panas digunakan untuk berbagai aplikasi industri, mulai dari pencampuran hingga pembersihan, pemrosesan makanan, pembuatan pelarut, sterilisasi, dan banyak lagi.
   
4. Produksi Listrik – Anda juga dapat menggunakan energi panas yang tersimpan untuk memanaskan air menjadi uap dan membuatnya menggerakkan turbin, yang pada gilirannya, menggerakkan alternator yang menghasilkan tenaga listrik.

Ekonomi Baterai Pasir

Air dapat menyimpan lebih banyak energi dibandingkan dengan pasir, tetapi menjadi tidak stabil dari 100°C (212°F) ke atas, sedangkan pasir dapat dengan mudah mengandung suhu 600 °C (1112°F).

Air juga akan mempertahankan energi panasnya lebih lama daripada pasir, yang membuat air menjadi media yang lebih baik untuk penyimpanan energi musiman. Namun, jika Anda mempertimbangkan aplikasi yang menghabiskan panas dalam beberapa jam atau hanya beberapa hari, pasir menjadi pilihan utama lagi. Ini sempurna untuk melengkapi sumber energi intermiten seperti PV surya dan angin.

Kembali ke baterai pasir Finlandia, wadah baja setinggi 7 meter dirancang untuk 100 ton pasir, yang menyimpan energi hingga 8MWh.

Sebagai perbandingan, rata-rata rumah di AS menggunakan sekitar 10MWh energi per tahun, sementara jumlah tersebut bervariasi di Eropa dari sekitar 2MWh di Rumania hingga 9MWh di Swedia. Selain itu, 30-50% energi digunakan untuk pemanasan selama musim dingin.

Ini berarti bahwa reservoir pasir setinggi 7 meter dapat menghasilkan daya yang cukup untuk memanaskan beberapa rumah selama musim dingin, dan tergantung pada lokasi Anda. Tapi itu akan menjadi aplikasi yang tidak praktis di pusat kota dengan populasi padat, mengingat ukurannya.

Mengubah kapasitas pemanas 100kW menjadi listrik pada 30% di sisi lain dapat menghasilkan daya yang cukup untuk lebih dari 20 rumah di siang hari, dan lebih banyak rumah di malam hari.

Jadi, jika dioptimalkan dengan benar, baterai pasir yang harganya sekitar $5 per kWh kapasitas dapat menjadi alternatif yang bagus untuk biaya $100+ per kWh saat ini untuk sistem baterai timbal-asam dan lithium-ion. Ya, mungkin lebih besar, tapi jauh lebih murah.

Baterai Pasir Untuk Pembangkit Listrik

Penyimpanan energi panas untuk digunakan kemudian dalam pembangkit listrik adalah teknologi yang terbukti dan andal yang telah diterapkan dalam proyek Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terkonsentrasi (CSP) selama beberapa dekade.

Energi dalam sistem CSP modern terperangkap dengan memusatkan ratusan atau ribuan cermin dalam satu tungku. Cermin ini kemudian melacak matahari sepanjang hari untuk menjamin panas konstan di tungku hingga 565 °C (1.049 °F).

Instalasi CSP seringkali sangat besar, mencakup area seluas jutaan kaki persegi (~1+km2), dengan penerima surya di tengah dan kapasitas pembangkit listrik dalam kisaran 100+ Megawatt.

Campuran garam cair dengan 60% natrium nitrat dan 40% kalium nitrat digunakan untuk menyimpan energi dalam sistem CSP untuk pembangkitan waktu malam hari. Berbeda dengan baterai pasir, campuran garam ini meleleh pada suhu tinggi untuk membuatnya mengalir seperti cairan.

Baik sistem baterai CSP dan pasir mengubah tenaga surya menjadi energi panas dengan efisiensi yang kira-kira sama yaitu 15-20%. Tetapi sementara sistem garam cair CSP memiliki efisiensi sekitar 50% dalam mengubah panas yang disimpan menjadi listrik, baterai pasir Finlandia memiliki efisiensi teoritis 20-25%.

Sistem CSP layak secara komersial, jadi jika Anda dapat mengubah baterai Finlandia ini untuk mendapatkan efisiensi konversi panas-ke-listrik di atas 30%, maka itu dapat menjadi teknologi yang layak untuk menyimpan dan memasok listrik terbarukan dengan murah.

Teknologi Penyimpanan Serupa

Ada banyak bentuk penyimpanan energi lainnya, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya. Jenis yang paling populer termasuk:

1. Penyimpanan Energi Elektrokimia – Seperti yang akan Anda temukan di baterai, ini memanfaatkan perbedaan potensial antara dua elemen untuk menyimpan dan melepaskan energi menggunakan reaksi elektrokimia reversibel.
   
2. Penyimpanan Energi Mekanik – Ini melibatkan metode yang berbeda termasuk penggunaan roda gila dan pegas, serta sistem gravitasi yang menyimpan energi dalam suatu objek dengan menariknya ke atas dan meningkatkan ketinggiannya.
   
3. Molten Salt Energy Storage (MSES) – Penyimpanan di sini bersifat termal, seperti dengan menggunakan kombinasi 60% natrium nitrat dan 40% kalium nitrat.
   
4. Air Panas Termal – Metode ini dapat menyimpan hingga 6kWh energi dalam tangki air panas 50 galon.
   
5. Pumped Hydro – Bentuk penyimpanan energi termurah. Masalah utamanya, bagaimanapun, adalah lokasi yang terbatas di mana ia dapat diimplementasikan.
   
6. Udara Terkompresi – Mirip dengan hidro, metode ini hanya mengompres udara untuk menyimpan energi. Kemudian ketika Anda membutuhkan energi, Anda melepaskan udara terkompresi untuk menggerakkan turbin.
   
7. Roda gila – Anda cukup menggunakan energi untuk memutar roda yang seimbang, menyimpannya sebagai energi kinetik yang dapat digunakan untuk penggerak atau pembangkit tenaga listrik.
   
8. Flow Battery – Ini adalah sistem penyimpanan elektrokimia di mana elektrolit berada di tangki yang berbeda dan harus mengalir dari tangki yang terisi penuh ke tangki pengisian yang kosong. Kemudian untuk mengisi elektrolit, Anda cukup membalikkan alirannya. Metode ini dapat menghasilkan baterai yang sangat kuat karena kedua elektrolit berinteraksi melalui membran yang dapat diukur secara ekstensif.
   
9. Bahan Perubahan Fase – Bahan -bahan ini menyerap energi saat meleleh, lalu memberikannya saat mengeras. Mereka ideal untuk menyimpan energi panas pada suhu yang tepat.

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

Kesimpulan

Kami telah mencapai akhir dari eksplorasi baterai pasir dan potensi ekonominya. Dan seperti yang pasti Anda sadari, mereka menawarkan banyak kemungkinan.

Dari menyediakan panas untuk masyarakat hingga pembangkit tenaga listrik, pasir silika yang murah membuatnya menjadi media yang menjanjikan untuk proyek energi masa depan.