Mae tua chwarter yr holl ynni a ddefnyddir yn y DU yn cael ei ddefnyddio i gynhesu adeiladau a dŵr, sydd felly'n golygu mai gwres pob dydd yw'r her fwyaf mae'r DU yn ei hwynebu o ran gallu darparu ynni carbon isel, fforddiadwy.
Mae defnydd helaeth o danwyddau ffosil yn y DU yn deillio o wresogi mannau domestig, masnachol a diwydiannol, gan gyfrannu'n sylweddol at newid yn yr hinsawdd yn ogystal â phryderon parhaus y wlad o ran diogelwch ynni, yn enwedig o ystyried y cynnydd dramatig a welir mewn costau o ganlyniad i wrthdaro rhyngwladol.
Mewn ymateb i'r her hon, mae Dr Eifion Jewell a Dr Jon Elvins, gan weithio ar y cyd â SPECIFIC IKC a SWITCH, wedi datblygu technolegau newydd a allai arwain at ddefnyddio ffynonellau gwres gwastraff diwydiannol (megis ffliwiau, phibelli gwacáu a simneiau mawr) fel ffynonellau ynni gwres newydd ledled y DU.
Gallai’r ateb newydd hwn fod yn opsiwn amgen dichonadwy i ddibynadwyedd y genedl ar y prif gyflenwad nwy, gan ddarparu rhwystr rhwng defnyddwyr ac effaith marchnadoedd byd-eang ar brisiau ynni, gan o bosib atal codiadau mewn prisiau rhag cael eu trosglwyddo i gwsmeriaid.
Profwyd bod gan y ffynonellau gwres gwastraff yn Ninas-Ranbarth Bae Abertawe y potensial i greu digon o ynni i wresogi tref fach yn gyfan gwbl.
Sut caiff y gwres ei gasglu, ei storio a'i ddefnyddio?
Mae'r broses yn dibynnu ar storio ynni thermocemegol; dull uwch o storio ynni thermol sy'n defnyddio adweithiau cemegol cildroadwy.
Yn hytrach na dibynnu ar ddeunyddiau'n cynhesu neu'n newid cyflwr (megis iâ yn toddi), mae'r broses thermocemegol hon yn storio ynni drwy dorri a chreu bondiau cemegol ar lefel foleciwlaidd.
Mae'r system storio a ddatblygwyd yn Abertawe'n defnyddio deunydd gweithredol; Salt in Matrix (SIM), a gaiff ei droi'n leiniau o feintiau a siapiau amrywiol, gan ddibynnu ar y defnydd arfaethedig.
I storio a rhyddhau'r ynni, mae'n rhaid i broses benodol gael ei chwblhau:
- I ddechrau, caiff aer sych a chynnes (gallai ddod o bibelli gwacáu, simneiau a ffliwiau o faint diwydiannol) ei chwythu dros y deunydd gweithredol, gan ei ddadhydradu a chloi'r gwres i mewn yn gemegol.
- Yna, er mwyn rhyddhau'r gwres, caiff aer oeraidd, llaith ei chwythu dros y deunydd. Mae'r lleithder yn adweithio â'r deunydd gweithredol, gan achosi adwaith ecsothermig a chan gynhesu'r aer a rhyddhau gwres.
Byddai argaeledd y math newydd hwn o ynni'n dibynnu ar gael systemau gwres canolog wedi'u haddasu mewn adeiladau a allai ddefnyddio'r ffynhonnell ynni newydd hon. Fodd bynnag, byddai hefyd yn golygu na fyddai angen o reidrwydd gysylltu’r systemau hyn â'r prif gyflenwad nwy, a allai hefyd helpu i gefnogi byw oddi ar y grid. Ar y llaw arall, gellid defnyddio'r ynni hwn i bweru systemau gwresogi aer poeth uniongyrchol, fel y gwelir mewn warysau neu siopau agored mawr.
Cyhyd â bod modd cadw'r deunydd gweithredol yn sych, gall storio gwres am gyfnod amhenodol, sydd hefyd yn ei wneud yn addas ar gyfer storio ynni tymor hir. Mae hyn hefyd yn golygu y gellir trosglwyddo'r ynni ei hun o un lleoliad i'r llall, lle gellid ei ddefnyddio fisoedd neu hyd yn oed flynyddoedd yn y dyfodol; ynni a fyddai fel arall wedi cael ei ryddhau i'n hatmosffer.
Dwy her mewn un
Bu'r tîm yn wynebu rhai anawsterau wrth geisio datblygu'r dechnoleg newydd hon. Er mwyn paratoi'r ffordd i alluogi'r dechnoleg i gael ei rhoi ar waith mor eang â phosibl, bu'n rhaid i'r tîm fynd i'r afael â sawl her, gan gynnwys:
- Ehangu'r dechnoleg er mwyn gallu cynhyrchu gleiniau storio gwres ar raddfa ddiwydiannol
- Dylunio a chynhyrchu dyfeisiau cynhaeafu ynni sy'n gydnaws â'r rhan fwyaf o bibelli gwacáu diwydiannol
- Dehongli heriau rheoleiddiol diwydiannol cymhleth
- Datblygu ymchwil newydd er mwyn uchafu faint o wres a ddarperir gan y deunydd SIM, er mwyn cyrraedd tymereddau dichonadwy ar gyfer gwresogi dŵr (60-80 gradd Celsius)
Wrth fynd i'r afael â'r problemau hyn, bu modd iddynt gynhyrchu gleiniau o feintiau a nodweddion geometrig gwahanol, gan ddefnyddio cynhwysion pwrpasol sy'n addas ar gyfer pob cymhwysiad, wrth ddangos hefyd fod modd gwefru a dadwefru'r deunydd dro ar ôl tro dros sawl cylch, heb darfu braidd dim ar ei berfformiad.
O ganlyniad i'r broses ddatblygu hon, mae'r tîm wedi gallu mynd â'u gwaith profi a mesur i raddfa ddiwydiannol, sy'n gydnaws â ffynonellau gwres o set amrywiol o ddiwydiannau.
Arwain y ffordd yn genedlaethol ac yn rhyngwladol
Mae'r prosiect eisoes wedi arwain at gydweithredu ledled Ewrop, lle mae ymchwilwyr o Abertawe wedi cynnig eu harbenigedd i ddatblygu deunyddiau newydd, gan ddarparu argymhellion ar gyfer strategaethau rheoli, yn ogystal â chymryd rôl sylweddol mewn trafodaethau ynghylch cyngor ar bolisïau’r DU.
Mae’r tîm hefyd yn gweithio gyda defnyddwyr ynni diwydiannol mewn llu o gwmnïau o bob maint. Mae cwmnïau mawr megis TATA Steel a Sheffield Forge Masters wedi cefnogi'r prosiect drwy ddarparu data prosesu, ac mae BBaChau megis Quantaco AI and Control Systems Services wedi cynorthwyo wrth helpu i ddylunio systemau a dadansoddi effeithiau.
O ganlyniad, y nod bellach yw defnyddio pob ffliw a simnai fel cyfle i gael ynni am ddim.
Dyfodol cyflenwi ynni ar gyfer gwres canolog?
Bydd y camau nesaf yn canolbwyntio ar ddatblygu'r dechnoleg ymhellach fyth, yn y gobaith o ddatblygu system 'fatri' safonol a allai bweru systemau gwres canolog.
Gellid lleoli'r system hon y tu allan i adeiladau a byddai'n cynnwys system gyflenwi awtomatig a fyddai’n cydnabod pan fydd lefelau ynni'n isel.
Byddai hyn yn arwain at gofnodi galwad am fwy o ynni, a gallai'r cwmni fynd ati'n hawdd i gyfnewid y batris gwag am rai wedi'u gwefru'n llawn, gan arwain at gyflenwad ynni di-dor, a fyddai cystal â'r lefelau gwasanaeth presennol.
