تقول شركة فورث باور إن تقنية تخزين الطاقة "الطاقة الشمسية في صندوق" ذات درجات الحرارة العالية للغاية أرخص بعشر مرات من بطاريات الليثيوم أيون وأكثر قوة وكفاءة من أي بطارية حرارية أخرى. وتأمل الشركة في إثبات ذلك من خلال نموذج أولي بقدرة 1 ميجاوات في الساعة.
كحل لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة، يهدف مشروع Four إلى التنافس مع مصفوفات بطاريات الليثيوم الكبيرة على فترات زمنية قصيرة تتراوح من 5 إلى 10 ساعات - بشكل أساسي تخزين الطاقة الشمسية الزائدة أثناء درجات الحرارة المرتفعة أثناء النهار لاستخدامها في المساء والليل عندما ينخفض إنتاج الطاقة. لكن الشركة قالت إنها يمكن أن تصل أيضًا إلى مرحلة 100 ساعة، والتي ستغطي "عدة أيام من الطقس القاسي وعدم كفاية توليد الطاقة المتجددة".
إنها واحدة من العديد من شركات تخزين الطاقة الحرارية التي ظهرت في ماساتشوستس وبدعم من صندوق مشاريع الطاقة المتقدمة التابع لبيل جيتس. ربما تتذكرون شركة Antora Energy منذ بضعة أشهر، مثل بطاريات كتلة الكربون شديدة الحرارة ومحولات الطاقة الحرارية الضوئية عالية الكفاءة.
الفكرة بسيطة: استخدم الطاقة المتجددة الزائدة لتسخين شيء ما في نظام تخزين معزول للغاية. يستخدم كل من أنتورا وريث كتل جرافيت كبيرة ورخيصة للغاية ووفيرة لتخزين الطاقة بكميات كبيرة، والتي يتم تسخينها إلى درجة حرارة بيضاء تبلغ 2500 درجة مئوية (4530 درجة فهرنهايت).
تنتقل الطاقة عبر نظام الشركة 4 من خلال معدن القصدير السائل، الذي يتمتع بنقطة انصهار منخفضة نسبيًا تبلغ 232 درجة مئوية (450 درجة فهرنهايت). هذا هو سر الشركة 4 التي تعتمد على مضخة تحمل الرقم القياسي العالمي في موسوعة غينيس صممها المؤسس الدكتور أسيغون-هنري. قد يدمر المعدن السائل المضخات المعدنية عند درجات حرارة تتجاوز حوالي 1000 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت)، لكن هنري يدعي أن تصميمه الخزفي الهندسي يمكن أن يعمل عند "نصف درجة حرارة الشمس تقريبًا" - والتي نفترض أنها تعني أكثر من 5600 درجة مئوية (10000 درجة فهرنهايت) على سطح الشمس بدلاً من 15 مليون درجة مئوية (27 مليون درجة فهرنهايت) في القلب.
تقوم المضخات بتحريك القصدير السائل شديد السخونة من خلال نظام أنابيب الجرافيت، وتنقل الحرارة من عنصر التسخين إلى كتلة الجرافيت، ثم من كتلة الجرافيت إلى نظام استعادة الطاقة عندما يلزم إعادة الحرارة إلى الشبكة.
لاستعادة الطاقة، يتم ضخ القصدير السائل من خلال عدد كبير من أنابيب الجرافيت الضيقة في مجموعة من خلايا حصاد الطاقة. تصبح الأنابيب شديدة السخونة وتنبعث منها ضوءًا مكثفًا، وتجمع الطاقة من خلال الخلايا الضوئية الحرارية (TPV)، والتي تشبه إلى حد كبير الخلايا الشمسية ولكنها تم ضبطها للعمل على النحو الأمثل مع نظام التخزين هذا. عند درجات الحرارة هذه، يكون كل انتقال الحرارة تقريبًا على شكل ضوء بدلاً من الحرارة الموصلة أو الحمل الحراري، لذلك فإن أنظمة الأعمدة الحرارية هذه قادرة على حصاد الطاقة باستخدام المبادئ الكهروضوئية. في الواقع، هذا هو السبب الرئيسي وراء اسم الشركة؛ يتناسب الضوء المنبعث من جسم ما مع "القوة الرابعة" لدرجة حرارته المطلقة.
في العام الماضي، أعلن الدكتور هنري وفريقه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن تحقيق أرقام قياسية في كفاءات استخلاص الطاقة الحرارية، حيث يستخرج طاقة من الحرارة أكثر مما تستخرجه التوربينات البخارية. لتحقيق الكفاءة المثلى، تجمع هذه الخلايا فقط الجزء الأكثر نشاطًا من طيف الطول الموجي، وتعكس المرايا الموجودة خلف الخلايا بقية الضوء للاحتفاظ بأكبر قدر ممكن من الحرارة في علبة السائل.
بعد حصاد الطاقة، تنخفض درجة حرارة القصدير السائل من حوالي 2400 درجة مئوية إلى 1900 درجة مئوية (4350 درجة فهرنهايت إلى 3450 درجة فهرنهايت) ثم يتم إعادته إلى عنصر التسخين ليتم "شحنه" عندما تتوفر الطاقة.
تقول الشركة إن نظام ضخ القصدير السائل جنبًا إلى جنب مع هذه الخلايا المطاطية البلاستيكية الحرارية عالية الكفاءة يوفر بطارية حرارية سريعة الاستجابة بشكل لا يصدق يمكنها توصيل الطاقة إلى الشبكة في غضون ثوانٍ من زيادة الطلب، مع كثافة طاقة غير مسبوقة حيث أن النظام "ينقل حرارة أكثر بـ 10 إلى 100 مرة من أي أجهزة أخرى ذات حجم مماثل."
وقال الرابع إن الهدف هو زيادة كفاءة استخدام الطاقة ذهابًا وإيابًا لهذه البطاريات الحرارية إلى حوالي 50%، وهي ليست عالية مقارنة بالكفاءة الأعلى لمصفوفات بطاريات الليثيوم الكبيرة. ويبدو أن هذا يفترض أيضًا نموًا كبيرًا على جبهة TPV، حيث يبلغ الرقم القياسي المسجل في عام 2022 حوالي 41٪. وفي حالة استخدام التخزين على المدى الطويل، ستكون الكفاءة أقل، مع خسارة تقدر بـ 1% من الطاقة المخزنة يوميًا.
ومع ذلك، فإن مفتاح القدرة على لعب لعبة القوة هو المال، وفي هذا الصدد، قال فورث إنه لا يوجد خلاف على الإطلاق. إنه مصنوع بالكامل تقريبًا من الجرافيت والقصدير الرخيص للغاية بدلاً من الليثيوم المكرر باهظ الثمن، لذلك قد يكلف الجهاز الذي يعتمد على الليثيوم حوالي 330 دولارًا لكل كيلووات ساعة من الطاقة المخزنة والمرتجعة، بينما يدعي الرابع أنه يمكنه القيام بنفس المهمة بأقل من 25 دولارًا. لذلك، على الرغم من أنها تهدر المزيد من الطاقة، إلا أنها لا تزال خيارًا قويًا من منظور اقتصادي.
علاوة على ذلك، فهي أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم لأنه لا توجد فرصة للانفلات الحراري أو الانفجار، وحتى إذا تمكن القصدير السائل من الهروب من مجاري الهواء، فإنه سيتجمد على الفور ويتحول إلى معدن بمجرد وصوله إلى العزل أو الأرضية الخرسانية للمنشأة، المليئة بغاز الأرجون لمنع الأكسدة.
أعلنت شركة فورث مؤخرًا أنها تلقت 19 مليون دولار أمريكي من التمويل من السلسلة أ، بمشاركة من شركة Breakthrough Energy Ventures وBlack Venture Capital Consortium. سيتم استخدام التمويل لبناء منشأة نموذجية تبلغ طاقتها مليون كيلووات في الساعة بالقرب من بوسطن، والتي من المتوقع أن تكتمل في عام 2026. وسوف يكون وقت وصول شركة فورث إلى السوق أقل بكثير من شركة أنتورا، التي تنتج بالفعل بطاريات مبركنة لدنة بالحرارة وتتوقع أن يكون لديها منشأة للبطاريات الحرارية في التشغيل التجاري بحلول عام 2025.