Крупнейшая в мире песчаная электростанция пережила самую суровую зиму.

Песчаная электростанция компании Polar Night Energy в Порнайнене пережила самую суровую зиму. Вот что показали данные и специалисты, стоящие за этими данными.

В конце марта я посетил Порнайнен, финскую деревню с населением около 5000 человек, в рамках пресс-тура. Чтобы попасть к крупнейшей в мире песчаной электростанции, нужно подняться по винтовой лестнице, прикрепленной к внешней стене темного силоса из гофрированной стали, расположенного в окружении леса, рядом с краснокирпичным зданием с высокой дымовой трубой. Наверху, через люк, находится нечто, не похожее ни на одну из систем отопления, которые я когда-либо видел.

Внутреннее пространство низкое и заполнено массивными трубами, обмотанными гофрированной фольгированной изоляцией и натянутыми вверх. Силос вмещает 2000 тонн песка, переработанных отходов от производителя каминов, пропущенных через эти трубы – этого количества тепловой энергии достаточно, чтобы покрыть большую часть потребностей муниципалитета в отоплении в течение всего года. При полной загрузке температура достигает 500-600°C.

Это песчаная батарея компании Polar Night Energy, введенная в эксплуатацию в июне 2025 года для теплоэнергетической компании Loviisan Lämpö, принадлежащей CapMan Infra.

Испытание самой суровой финской зимой за последние годы.

Зима 2025–2026 годов в Финляндии была суровой, необычайно холодной даже по местным меркам, а цены на электроэнергию достигли уровней, которые наглядно продемонстрировали, насколько нестабильным может быть скандинавский рынок. Собственные данные Polar Night Energy показывают, что спотовые цены в Финляндии за одну неделю колебались от 3 €/МВтч до 373 €/МВтч.

Для технологии, вся коммерческая логика которой основана на покупке дешевой электроэнергии и ее хранении в виде тепла, это был наихудший сценарий.

«У нас была очень сложная зима», — рассказывает Томми Эронен, генеральный директор и соучредитель Polar Night Energy, изданию Interesting Engineering. «Было очень холодно, даже по нашим меркам, а цены на электроэнергию были очень и очень высокими. Но тем не менее, благодаря пиковой мощности энергоснабжения и сочетанию котла на древесной щепе и этой системы, мы смогли производить тепло для централизованного теплоснабжения по очень низким ценам и с очень низким уровнем выбросов».

Саули Антила, инвестиционный директор CapMan Infra, объясняет, как система справлялась с колебаниями цен. «Летом мы можем запастись энергией примерно на месяц отопления. Зимой — чуть меньше чем на неделю. Но при этом мы гораздо лучше противостоим скачкам цен на энергоносители».

В самый холодный и дорогостоящий период основным энергоблоком стал котел, работающий на древесной щепе, а песчаная батарея дополняла его. В остальное время роли менялись.

В итоге: муниципалитет Порнайнена выполнил все свои муниципальные климатические цели благодаря одной установке. Потребление нефти сократилось на 100 процентов, выбросы — на 70 процентов, а сжигание древесной щепы — на 60 процентов. По словам мэра муниципалитета Порнайнена Антти Куусела, теперь муниципалитет отапливает все свои общественные здания, включая новую спортивную арену, которая откроется в сентябре 2026 года, исключительно за счет этой централизованной теплосети.

Система намеренно упрощена.

Принцип работы прост. Электричество нагревает воздух. Этот воздух циркулирует по замкнутому контуру труб, вмонтированных в неподвижный песок, передавая тепло материалу. Когда требуется тепло, воздух движется в обратном направлении, отводя его и подавая в сеть централизованного теплоснабжения через теплообменник. Для подключения системы к существующей сети потребовалось лишь несколько труб и незначительные корректировки автоматизации.

«Здесь не так много движущихся частей, — говорит мне Антила. — Это очень статичная, надежная и простая система».

Песок эффективен, потому что он не претерпевает фазовых переходов. Вода достигает температуры около 100 °C при атмосферном давлении или примерно 120 °C под давлением, прежде чем закипеть. Песок не кипит. Его можно нагревать до гораздо более высоких температур без ухудшения свойств. Установка в Порнайнене работает при температуре 500 °C; системы Polar Night Energy рассчитаны на температуру до 650 °C. Такой потолок означает, что на единицу объема можно хранить значительно больше энергии.

Внешние слои остаются относительно холодными даже тогда, когда ядро достигает максимальной температуры, что позволяет поддерживать теплоизоляционные нагрузки на приемлемом уровне и минимизировать потери тепла в окружающую среду. Компания Polar Night Energy моделирует это распределение с помощью многофизических симуляций, а ее механизм теплопередачи с замкнутым контуром запатентован.

Эффективность цикла работы на предприятии Pornainen (загрузка, хранение, экстракция) составляет 80-90 процентов. Антила подтверждает, что тепловая регенерация сохраняется на уровне около 85 процентов даже после нескольких недель хранения.

Песок, добываемый в Порнайнене, не является строительным заполнителем. Это побочный продукт переработки отходов производства каминов, материал, который в противном случае был бы утилизирован. Компания Polar Night Energy также ведет переговоры с горнодобывающими предприятиями, которые в больших масштабах производят гранулированные отходы.

Показатель, который игнорирует большинство систем хранения данных.

При оценке систем теплового аккумулирования энергии редко учитывается время зарядки. Важными параметрами являются скорость разряда и эффективность полного цикла зарядки. Именно здесь эта система наиболее резко отличается от конкурентов. Большинство конкурирующих систем работают в режиме зарядки, измеряемом в часах. Песчаная батарея Pornainen заряжается примерно за 100 часов.

Это важно, потому что дешевая электроэнергия на скандинавском рынке не поступает по фиксированному графику. Система, способная заряжать систему лишь несколько часов дешевой электроэнергии, упускает большую часть доступного ресурса. Система, способная заряжать систему более 100 часов, может использовать гораздо больше электроэнергии.

«По сравнению с любым другим игроком на рынке, у нас на порядки более длительный период зарядки, — говорит мне Эронен. — Это одна из ключевых особенностей».

И это еще не все. Поскольку накопительный материал (песок и похожие на песок промышленные отходы) дешевле, стоимость единицы хранимой емкости существенно ниже. Эронен говорит, что система Порнайнена уже доказала свою экономическую несостоятельность, превзойдя по этому показателю водонагреватели, что, по его словам, просто поразительно.

Построить нечто в 20 раз большее, чем всё, что вы строили раньше.

Установка Pornainen в 20 раз больше предыдущей установки Polar Night Energy, системы мощностью 200 кВт/8 МВт·ч, введенной в эксплуатацию на электростанции Vatajankoski в Канкаанпяя в 2022 году. Строительство началось в мае 2024 года, а ввод в эксплуатацию — годом позже.

Лииса Наскали, операционный директор Polar Night Energy и руководитель строительства проекта, откровенно рассказывает о том, что это означало. По ее словам, это было в 20 раз масштабнее всего, что они строили раньше, и поэтому проблемы были вполне реальными. Но система доказала свою эффективность, «даже лучше, чем мы ожидали».

Компания Polar Night Energy выступала в качестве главного подрядчика, координируя работу специализированных субподрядчиков и занимаясь всем проектированием собственными силами. По словам Наскали, трудности были почти полностью связаны с тем, что это был первый подобный проект. Можно детально планировать, говорит она, но нужно постоянно следить за тем, как все будет развиваться на самом деле. Полученные уроки, добавляет она, напрямую применимы к расширению на новые регионы.

Уже ведётся работа над следующим проектом: система мощностью 2 МВт / 250 МВт·ч для компании Lahti Energia в Ваакси, Асиккала. Это будет крупнейшая песчаная батарея, построенная на сегодняшний день.

Централизованное теплоснабжение – это ниша. Промышленность – это рынок.

Спросите любого сотрудника Polar Night Energy о долгосрочной перспективе, и ответ будет неизменным.

«Централизованное теплоснабжение — это нишевая технология», — говорит мне Антила. Она актуальна для скандинавских стран и регионов с суровыми зимами. Настоящие возможности открываются в промышленности. Предприятиям, которые в настоящее время производят пар, используя газ или нефть, необходимы температуры в несколько сотен градусов, и этот рынок является глобальным.

Песчаная батарея может обеспечивать тепло при температурах от уровня централизованного теплоснабжения (80–100 °C) до насыщенного пара при температуре 200 °C и выше. Эронен называет пищевую промышленность, производство напитков, химическую промышленность, фармацевтику и общее производство в качестве ближайших промышленных целей. Эти сектора работают на технологическом тепле, сжигают огромные объемы ископаемого топлива для его выработки и имеют ограниченные экологически чистые альтернативы при необходимых температурах. Эронен считает оптимальным пар при температуре около 200 °C.

«Для получения пара при высоких температурах остается все меньше и меньше вариантов», — говорит Антила. «И нельзя использовать паровой аккумулятор емкостью в гигаватт-час — это было бы слишком опасно».

Аннет Хёглунд-Дённес, коммерческий директор Polar Night Energy, говорит, что осведомленность остается серьезным препятствием. На мероприятии для представителей энергетической отрасли в Берлине у нее сложилось впечатление, что потенциальные промышленные клиенты просто не знают о существовании подобных решений – о том, что уже сейчас можно отказаться от использования газа или нефти для производства пара для промышленного использования.

Помимо производства тепла, компания Polar Night Energy разрабатывает линейку продуктов Sand to Power, сочетающую турбинные технологии с песчаным аккумулятором для создания цикла «энергия-тепло-энергия» (P2H2P). В настоящее время в Валкеакоски проводится пилотный проект, целью которого является достижение КПД по электроэнергии в 30–35 процентов и комбинированного КПД по теплу и электроэнергии, приближающегося к 90 процентам. Пилотный проект завершится в 2027 году, после чего компания планирует перейти к коммерческому внедрению.

Небольшая деревня и более масштабный аргумент

Для жителей Порнайнена ситуация проще. Их счета за отопление стали более стабильными, а муниципалитет выполнил свои климатические цели. Старый масляный котел, который когда-то обеспечивал бесперебойную работу сети, ни разу не работал.

«Мы чрезвычайно рады появлению этой технологии здесь», — говорит мэр Антти Куусела. «Стабильность цен на централизованное теплоснабжение — одно из главных преимуществ для нашей местной экономики. Просто лучше не использовать дрова для отопления, когда есть такие инновации».

А для Polar Night Energy Порнайнен — это начало гораздо более масштабного спора. «В будущем мы хотели бы сосредоточиться на отоплении как на сервисной части, — говорит мне Эронен, — чтобы нашим конечным потребителям было проще внедрять эти услуги». Пример, который он приводит, прост: «Если они производят бобы, они хотят сосредоточиться на производстве бобов, а не беспокоиться об энергии. Это беспокоит нас».

Sourse: interestingengineering.com