世界第一个商用“沙电池”在芬兰投入运行

科普作家洛兹·布莱恩(LozBlain)2022年7月5日在NewAtlas网上发文说，世界第一个商用“沙电池”在芬兰开始储能……[1]

在芬兰，极夜能源公司(PolarNightEnergy)和“新能源”公用事业公司(瓦塔扬科斯基，Vatajankoski)开发了一种储能系统，以普通的沙子作为介质，以热能的形式储存多余的可再生能源。极夜能源说，沙是锂离子和其他电池技术的廉价替代品，可以热的形式储能几个月。

芬兰使用新型“电池”探索沙子作为储能介质的潜质

众所周知，风能和太阳能是断断续续的，可用时能发电，但在需要时又不一定能发电，因此绿色能源转型需要大量储能设施。可采取多种形式，从传统的锂基“大型蓄电池”装置，到流体电池、硅相变电池、熔盐电池、铁-空气电池、重力电池、二氧化碳膨胀电池，以及其他更不常见的理念，如浮力电池等等储能。

每种电池，在效率、规模、位置、安装成本、运行成本、输入与输出功率等级、寿命以及储能时间等方面，有各自的优缺点。这样很好，因为不同的解决方案将满足不同的需求，某些在瞬间需求峰值时支持电网，另一些则消除日常的需求和可再生能源供应之间的不匹配曲线，而有些还有助于解决季节性供应短缺问题，如在冬季太阳能出力下降……

下图是芬兰西部的一个沙堆。极夜能源说，这是它为“新能源”公司Vatajankoski推出的第一款商用“沙电池”。这里距离赫尔辛基只有几个小时的车程。

世界上第一个商用沙基储热系统目前在芬兰西部投入运行

这是个围绕大型保温钢筒建成的高效储热系统，钢筒宽约4米，高7米，内装普通、“用过的”沙子。使用埋在沙中简单的热交换器，使沙子受热，装置能储存多达8MWh的热能，标称额定功率100kW，能把沙子加热到约500-600℃。

需要时，再以同样的方式提出热能。Vatajankoski公司正在利用这样储存的热能，以及来自它自身数据中心服务器的余热，通过循环水与地区供暖网络连接，给建筑物、游泳池、工业过程，或者任何其他需要热能的场合供热。

该公司在电视采访中告诉记者，装置的效率非常高。极夜能源首席技术官马库·伊洛宁(MarkkuYlönen)说，“把电能转化为热能很容易”，但把热能转化为电能，需要汽轮机和更复杂的东西。如果只是用于供热、采暖，非常简单。该公司声称装置的效率因子高达99%，能以最低损耗持续储热数月，寿命长达几十年。

几个“优势”引人注目

极夜能源说，这种沙子并没有什么特别之处，只需要干燥，没有可燃的碎屑。该公司认为，沙是一种超低甚至零成本的储热介质，整个过程这么简单和廉价，以至于声称，设施装机成本每千瓦时不到10欧元(US$10.27);全自动方式运行，无需消耗品，运行成本也最低。

该公司透露将继续扩大规模，要有20GWh左右的储能设施;某些设计，额定功率几百MW,加热沙子温度可高达1000℃。如果废弃的矿井形状合适，可在其中建造大型地下储热装置。不需要高压容器，通常涉及的最大成本是管道工程。

“极夜能源”的商业名称，当然指芬兰北部部分地区冬天看不到太阳，因为纬度高(～北纬68度)，隆冬季节，连续几个星期没有光照。在这个季节，“沙电池”将发挥最大作用：在芬兰寒冷的冬天，它长时间储存的热能，可用于建筑物廉价和清洁地供暖。

固态沙介质储能的确有它自己的特点，因为设计允许沙内有多个储能“区域”。这就可建一个系统，目的在于沙圆筒的中心长期储热，而只在接近顶部表面或外部，短期重复利用的周期较短。这对于水或熔盐之类的液态介质是不可能的，因为液体会不断地混合和移动。

公平地说，这个系统只在集中供暖的地区才会有广泛的应用。但集中供暖的数量惊人。所有斯堪的纳维亚的住房，几乎一半采用集中采暖方式。在其他许多地区，包括中国北部和美国也是如此。

照此，“使命创新”倡议[2]的气候解决方案架构做了估计。据说到2030年，部署的极夜能源公司的储能系统将充分发挥其潜力，足以取代碳燃烧“热源”，把每年的温室气体排量减少57-283亿吨二氧化碳当量。这将是个相当重大的贡献。

见解与思考

“沙电池”是芬兰初创公司极夜能源公司开发的专利“沙-基储热系统”。公开报道后反应强烈，关键是其适用于世界广大的高纬度寒冷地区采暖，工程结构简单、造价低廉、运行高效、清洁、安全。最大优势是长周期、高效储存电网上富裕的电力，在寒冷季节为集中热力系统大量供热。

尽管报道说，将电能转化为热能很容易，但系统设计、施工仍然有诀窍。如利用电网富裕的电力，高效储热、升温，就值得专业人士深入研究。

改革开放以来，国家科学技术有巨大进步。但引进技术，利用世界最先进的科技成果，相互学习，仍可少走许多“弯路”，累计效益巨大。

资料与注释

[1]LozBlain,World'sfirstcommercialsandbatterybeginsenergystorageinFinland，NewAtlas,July05,2022;MiikaPeltola,TheFirstCommercialSand-basedThermalEnergyStorageintheWorldIsinOperation-BBCNewsVisitedPolarNightEnergy,PolarNightEnergy,July5,2022.

[2]MissionInnovationisaglobalinitiativetocatalyzeactionandinvestmentinresearch,developmentanddemonstrationtomakecleanenergyaffordable,attractiveandaccessibletoallthisdecade.ThiswillaccelerateprogresstowardstheParisAgreementgoalsandpathwaystonetzero.