Бетон, который запасает жар

Инженеры Lehigh University разработали бетонную тепловую батарею, которая может помочь дата-центрам повторно использовать тепло, отводимое от серверного оборудования. Вместо того чтобы выбрасывать его наружу, система сохраняет тепло и отдаёт его позже — для охлаждения, промышленных процессов, выработки электроэнергии и других задач, где нужна тепловая энергия.

Исследователи изготовили прототип ёмкостью 150 кВт·ч. Испытания показали, что он выдерживает температуру до 500 °C. При такой температуре накопленное тепло потенциально можно использовать для гибкой выработки электричества, снижения промышленных выбросов и высокотемпературных солнечных тепловых систем. По данным команды, эффективность после полного цикла зарядки и разрядки превышает 70%: значительную часть подведённой энергии удаётся вернуть после хранения.

В основе разработки — специальный цементный материал и встроенные термосифоны. Это устройства, которые переносят тепло через накопитель во время зарядки и разрядки. Они помогают быстро передавать энергию и поддерживать сравнительно стабильную температуру, чтобы запасённое тепло можно было использовать, когда меняется спрос.

Батарею можно заряжать двумя способами: направлять в неё тепло от серверов или нагревать её с помощью электричества. Разработчики называют систему гибридной, поскольку в бетонной конструкции сочетаются разные механизмы накопления тепла. Важно и то, что тепло можно сохранить отдельно от момента его появления. Для дата-центров, где нагрузка и потребность в охлаждении меняются в течение суток, это даёт больше свободы в выборе времени использования энергии.

Система способна повышать температуру отведённого от дата-центров тепла до 120–220 °C. Этого диапазона может хватить для абсорбционных холодильных установок, которые производят холод за счёт тепла, а не только электрически приводимых компрессоров. Запасённую энергию также можно направлять на сушку, централизованное теплоснабжение и промышленные процессы. Так у операторов появляется возможность использовать тепло, которое обычная система охлаждения иначе просто вывела бы наружу, и связать дата-центр с расположенными рядом потребителями тепла.

Ещё один возможный вариант — установка оборудования на низкотемпературном цикле Ренкина. В таком цикле тепло помогает вырабатывать электричество; по описанию исследователей, системы могут иметь мощность от киловатт до мегаватт. Тепловое охлаждение и повышение температуры возвращённого тепла также рассматриваются как важные направления применения. При необходимости батарею можно заряжать электрическим нагревом — например, когда условия энергоснабжения делают такой способ практичным.

Проект частично финансировался федеральными источниками, а технологию уже лицензировали частной энергетической компании. Это открывает путь к дальнейшей разработке и возможной интеграции с существующей энергетической инфраструктурой. В перспективе система может связать накопление тепла с энергетическими сетями и помогать повторно использовать тепло промышленных объектов и соседних предприятий.