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(Loz Blain)2022年7月5日在New Atlas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(Polar Night Energy)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(Markku Ylönen)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] Loz Blain, World's first commercial sand battery begins energy storage in Finland，New Atlas, July 05, 2022; Miika Peltola, The First Commercial Sand-based Thermal Energy Storage in the World Is in Operation - BBC News Visited Polar Night Energy, Polar Night Energy, July 5, 2022.

[2] Mission Innovation is a global initiative to catalyze action and investment in research, development and demonstration to make clean energy affordable, attractive and accessible to all this decade. This will accelerate progress towards the Paris Agreement goals and pathways to net zero.