Terwijl de temperatuur tijdens warme dagen stijgt, zetten velen van ons snel de ventilatoren of airconditioners aan. Deze koelsystemen kunnen een enorme druk uitoefenen op de elektriciteitsnetten, wat sommige uitvinders heeft geïnspireerd om versies te creëren die energie kunnen opslaan en gebruiken.
Koeling is verantwoordelijk voor 20% van de mondiale elektriciteitsvraag voor gebouwen, een aandeel dat naar verwachting zal toenemen naarmate de planeet warmer wordt en een steeds groter deel van de wereld zich tot koeltechnologie wendt. Tijdens piekuren kunnen airconditioners tegenwoordig in sommige delen van de wereld meer dan de helft van de totale vraag op het elektriciteitsnet voor hun rekening nemen.
Nieuwe koeltechnologieën met betrekking tot energieopslag zouden kunnen helpen door zichzelf op te laden wanneer hernieuwbare elektriciteit beschikbaar is en de vraag laag is, en toch koeldiensten te leveren wanneer het elektriciteitsnet onder druk staat.
“Wij zeggen: neem een probleem en verander het in een oplossing”, zegt Yaron Ben Nun, oprichter en chief technology officer van Nostromo Energy.
Een van de systemen van Nostromo Energy, die het de IceBrick noemt, is in feite een enorme ijsblokjeshouder. Het koelt een oplossing gemaakt van water en glycol af die wordt gebruikt om individuele capsules gevuld met water te bevriezen. Eén enkele IceBrick kan uit duizenden van deze containers bestaan, die elk ongeveer een halve gallon of ongeveer twee liter water bevatten.
De isolatie houdt de peulen bevroren totdat het tijd is om ze te gebruiken om het gebouw te koelen. Het ijs wordt vervolgens gebruikt om de temperatuur van het water-glycolmengsel te verlagen, waardoor het water dat in het koelsysteem van het gebouw circuleert, wordt gekoeld. Het geheel is ontworpen om te werken als aanvulling op bestaande apparatuur, zegt Ben Nunn.
Nostromo installeerde zijn eerste systeem in de VS in 2023 in het Beverly Hilton Hotel in Los Angeles. Het heeft een capaciteit van 1,4 megawattuur en bedient ook het naburige Waldorf Astoria. De installatie bevat 40.000 capsules, wat neerkomt op ongeveer 150.000 kilo ijs. Het opladen duurt doorgaans 10 tot 12 uur, beginnend ‘s nachts en eindigend rond het middaguur. Hierdoor is hij klaar om zijn koelvermogen te ontladen tussen de late namiddag en de avond, wanneer de vraag op het elektriciteitsnet hoog is en de zonne-energie afneemt naarmate de zon ondergaat.
Het gebruik van een IceBrick verhoogt de totale elektrische energie die nodig is voor koeling, omdat er energie verloren gaat als gevolg van inefficiënties tijdens de cyclus. Maar het doel is om de vraag naar energie tijdens de piekuren terug te dringen, wat de kosten voor gebouweigenaren kan verlagen, zegt Ben Nunn. Het bedrijf is bezig met het binnenhalen van ongeveer 300 miljoen dollar aan financiering, deels van het Office of Loan Programs van het Amerikaanse ministerie van Energie, om 200 van deze systemen in Californië volledig te financieren, voegt hij eraan toe.
Hoewel gebouweigenaren direct kunnen profiteren van deze individuele oplossingen voor energieopslag, ontstaat het echte potentieel om het elektriciteitsnet te helpen wanneer de systemen met elkaar worden verbonden, zegt Ben Nunn.
Wanneer het elektriciteitsnet extreem druk is, zijn nutsbedrijven soms gedwongen de stroom naar bepaalde gebieden uit te schakelen, waardoor mensen daar zonder stroom komen te zitten wanneer ze die het meest nodig hebben. Technologieën die kunnen worden aangepast om aan de behoeften van het netwerk te voldoen, kunnen de afhankelijkheid van deze voortdurende stroomuitval helpen verminderen.
Deze aanpak is niet nieuw: veel commerciële units hebben grote tanks met gekoeld water of een andere koelvloeistof die de temperatuur in het gebouw in een mum van tijd kan verlagen. Maar de technologie van Nostromo kan meer energie opslaan met veel minder materiaal, omdat er gebruik wordt gemaakt van een vries-dooiproces in plaats van alleen vloeistofkoeling, zegt Ben Nunn.
Startup Blue Frontier heeft zich op dit gebied onderscheiden door koelsystemen te bouwen die gebruik maken van droogmiddelen. Deze materialen kunnen vocht absorberen, zoals de kleine pakjes silicaparels die vaak bij nieuwe schoenen en tassen worden geleverd. Maar in plaats van die kralen gebruikt het bedrijf een geconcentreerde zoutoplossing.
De koelunits van Blue Frontier laten een luchtstroom over een dunne laag droogmiddel stromen, waardoor vocht uit de lucht wordt onttrokken. Die droge lucht wordt vervolgens gebruikt in het verdampingskoelingsproces (vergelijkbaar met hoe zweet je huid afkoelt).
Droogmiddelkoelsystemen kunnen efficiënter zijn dan traditionele dampcompressie-airconditioners die momenteel op de markt zijn, zegt Daniel Betts, oprichter en CEO van Blue Frontier. Maar het systeem profiteert er ook van dat het op bepaalde momenten kan opladen en op andere momenten koeling kan leveren.
De sleutel tot het energieopslagaspect van droogmiddelkoeling is het opladen: net als sponzen kunnen droogmiddelen slechts een beperkte hoeveelheid water opnemen voordat ze moeten worden afgevoerd. Blue Frontier doet dit door een deel van het water in de zoutoplossing te verdampen, meestal met behulp van een warmtepomp, om het geconcentreerder te maken. Het laadsysteem kan constant werken of in bursts die kunnen worden getimed om overeen te komen met perioden waarin elektriciteit goedkoop is of wanneer er meer hernieuwbare energie beschikbaar is.
Het voordeel van deze technologieën voor energieopslag is dat mensen hun koelsystemen niet hoeven af te sluiten of uit te zetten om de spanning op het elektriciteitsnet te helpen verminderen, zegt Betts.
Blue Frontier test vandaag verschillende systemen met klanten en hoopt binnenkort grotere hoeveelheden te produceren. En terwijl commerciële gebouwen de eerste installaties krijgen, zegt Betts dat hij geïnteresseerd is om de technologie naar woningen en andere gebouwen te brengen.
Een uitdaging voor bedrijven die aan deze opkomende technologieën werken, is het vinden van manieren om grote hoeveelheden energie efficiënt op te slaan zonder al te veel kosten, zegt Ankit Kalanki, directeur van het koolstofvrije gebouwenprogramma van het Rocky Mountain Institute, een non-profitorganisatie op energiegebied. tank. Koeltechnologieën zoals airconditioners zijn al duur, dus toekomstige oplossingen zullen concurrerend geprijsd moeten zijn om op de markt te komen. Maar gezien de groeiende mondiale vraag naar koeling zijn er nog steeds aanzienlijke kansen voor nieuwe technologieën om aan deze behoeften te voldoen, voegt hij eraan toe.
Het heroverwegen van airconditioning alleen zal niet voldoende zijn om te voldoen aan de enorme toename van de vraag naar koelenergie, die tussen nu en 2050 zou kunnen verdrievoudigen. Om dit te doen en de uitstoot te verminderen, zullen we nog steeds aanzienlijk meer capaciteit voor hernieuwbare energie nodig hebben, evenals gigantische online batterij-installaties. Maar het toevoegen van flexibiliteit aan airconditioningsystemen zou de investeringen die nodig zijn om tot een koolstofvrij netwerk te komen, kunnen helpen verminderen.
Koelsystemen kunnen ons helpen omgaan met een opwarmend klimaat, zegt Ben Nunn, maar er is een probleem met de huidige opties: “Je koelt af, maar je blijft de aarde verwarmen.”