世界中の国々が化石燃料から再生可能エネルギーへの切り替え方法を模索しています。 しかし、風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーによる発電は不規則であり、エネルギー消費がピークとなる時間帯と一致しないことが多いことが主な課題の1つです。 たとえば、太陽光発電では夏場に過剰なエネルギーが生成され、それが廃棄されることがあります。 逆に、夜間や冬季には需要を満たすだけのエネルギーが生成されません。 しかし、再生可能エネルギー源の余剰エネルギーを回収して貯蔵し、後で利用することができれば、化石燃料からの完全な脱却に大いに役立つでしょう。

Lukas Wehmeyer, Development Engineer, Kanthal.Kanthalの開発エンジニア、ルーカス・ヴェーマイヤーは次のように述べています。「この課題は、新しいエネルギー貯蔵システムの開発を促進していますが、その多くはバッテリーベースのソリューションに集中しています。」 「現実問題として、バッテリーは必要なエネルギー量を蓄えることができません。 私たちが話しているのは、2桁から3桁の範囲のメガワット/時です。 この容量にもっと早く到達できる可能性があると考えられる代替手段の1つは、熱エネルギー貯蔵です。」

熱エネルギー貯蔵とは

基本的な概念は、余剰エネルギー（できれば再生可能な資源から）を使用して電気エアヒーターに電力を供給し、砂や火山岩などの岩石材料を加熱するということです。 熱は岩の中に最大2か月間保存することができます。 その熱を放出するために、冷たい空気がシステムに再び導入され、火山岩と接触して蒸気を発生させ、本質的に熱を再びエネルギーに変換して送電網に放出することができます。 廃止された発電所を改修することで、既存の蒸気サイクルを引き続き使用することができ、蓄熱もコスト効率の高い選択肢となります。

私たちは、実現可能な熱エネルギー貯蔵システムの開発において重要な役割を果たすことができると考えています。

Alba García-Hernández, Development Engineer, Kanthal.Kanthalの開発エンジニアであるアルバ・ガルシア＝ヘルナンデスは、次のように述べています。「当社の専門知識を活かしてシステムのヒーターを設計することで、実現可能な熱エネルギー貯蔵システムの開発に重要な役割を果たすことができると考えています。」 「このようなソリューションには大きな可能性があります。

現在、ドイツに拠点を置くチームが、空気を800℃まで加熱できるプロトタイプを設計と製造を行っているところです。 今年後半には、性能テストのためスウェーデンのハルスタハンマーにあるKanthalの施設に移される予定です。

「解析的な計算を行い、流体の流れや伝熱シミュレーションなどの数値シミュレーションを行いました。あとはシミュレーションを検証し、結果を確認するだけです」とルーカスは言います。 「出口温度、エレメント温度、ヒーターを通過する流体の流れなど、技術の限界をテストしたいのです。 理論や計算で優れたソリューションを開発するのもひとつの方法ですが、最終的には、それが実際に機能するかどうかを確認する必要があります」。

試行錯誤を重ねた技術に新たな用途を

このプロトタイプは、1970 年代に初めて開発され、現在はKanthal®空気加熱カセットに使用されているKanthalのポーキュパイン技術に基づいています。 この技術の独自の設計により、要素の表面の大部分が空気と接触し、非常に効率的な熱伝達が実現します。 このプロトタイプは1.3メガワットを供給でき、テストが成功すれば次のステップははるかに大規模なシステムへの拡張とつながります。

「テストの結果が私たちのシミュレーションが正しいことを示せば、メカニズムが正しいことがわかります」とアルバは言います。 「そうなれば、あとは規模を拡大するだけで、それはこのプロジェクトの最も難しい部分ではありません。 テストが成功すれば、当社は市場に対して機能するソリューションを提供できることを示したことになり、それを証明するデータも提供できることになります。」

熱エネルギー貯蔵に加え、この新しい加熱システムは、セラミック産業における乾燥工程など、大量の熱風を必要とする他の多くの工程でも大きな可能性を秘めています。 目標は、これらの機会も実現できるように技術を拡張していくことです。