世界首个商用“沙电池”供热系统在芬兰投入使用

据英国《每日邮报》报道，芬兰西部的一家初创公司建造了世界上第一个功能齐全的商用沙子储能供热系统，据称一次能够储存可再生能源长达数月。

如果你曾在夏天烈日暴晒过的海滩上赤脚走过，肯定会对灼热的沙子印象深刻。这些储存在沙子里的太阳能热量为一种新型电池的开发提供了灵感。在芬兰，一家名为“极夜能源”（Polar Night Energy）的初创公司就开发出了一种新技术，并建成了世界上第一座功能齐全的“沙电池”供热系统。

该热能储存系统由一个巨大的绝缘钢筒组成，可容纳约 100 吨建筑用沙。来自太阳能电池板和风力涡轮机的能量可以使沙子升温至 500 摄氏度，并产生热空气，在筒仓内循环。这种“绿色”能源可以在需要时，例如在缺乏阳光、气温下降的时候，或者在冬季能源价格过高的时候，提供给周围区域的供暖系统。

极夜能源公司的研究人员称，这种沙电池可以为全年利用可再生能源为建筑物供暖的问题提供解决方案，并最终用于发电。该公司联合创始人 Markku Ylönen 在接受采访时说：“向绿色能源的过渡导致可用电力出现巨大变动，进而导致生产和消费的不匹配。这种不匹配有时会相当可观，可能会出现高达数十吉瓦（GW，1 吉瓦等于 10^9 瓦特）的不可用电力。”

“我们的储热电池可以为大量能源提供一个低成本的‘水槽’，使其在高温下以热量的形式存储起来，并将这些能源以可用的形式用于工业和区域供热，甚至未来也可以用于发电。” Markku Ylönen 补充道，“其中关键之处在于我们可以提供的存储规模，我们能够以合理的成本存储几十吉瓦时的能量，而且系统不会随着时间的推移而显著衰减。”

随着气候变化的加剧，以及化石燃料的价格上涨，导致了近年来对可再生能源的投资激增。然而，对许多绿色能源解决方案而言，如何将环境资源（如风能和太阳能等）中获取的能源储存起来以供未来使用，是一个巨大的挑战。

风能和太阳能产生的电力可以并入国家电网，但对电力的需求是恒定的，可再生能源的供应则是间歇性的。这意味着，在缺乏阳光和风力较低时产生的能源供应不足仍必须由化石燃料来弥补。就芬兰当地而言，由于最近其寻求加入北约的举动，该国的主要电力来源俄罗斯已经停止了天然气和电力供应，这让芬兰的能源自给问题更加紧迫。在芬兰，冬天一般从 11 月至 4 月，可以持续 200 天，温度可以降至零下 45 摄氏度，居民供暖用能是主要的能耗品类。

极夜能源公司的两位创始人 Tommi Eronen 和 Markku Ylönen 声称，他们的沙电池可以储存电网容量饱和时产生的多余可再生能源。不久前，该公司已经在芬兰西南部坎康佩（Kankaanpää）的瓦塔扬科夫斯基（Vatajankoski）发电厂安装了沙电池，并与区域供热网络相连。

普通电池多使用锂或锂合金作为阳极材料，但金属锂的资源开采成本昂贵，而且所能容纳的多余电量有限。极夜能源的沙电池储热系统安装于今年年初，并于 2022 年 5 月投入使用。该电池使用了“电阻加热”的工作原理，即可再生能源产生的电能通过加热电阻元件，振动元件内部的粒子，使其升温。这些电阻元件可以将沙子加热到 500 摄氏度以上，进而加热空气，使其通过填满沙子的储热容器中的一系列管道进行循环，一次可以使可再生能源储存数月。

当电力需求较高而供应不足时，沙电池系统可以将热空气排出到一个热交换器中，在那里使水加热升温。之后，热水被泵到该地区周围，为 3.5 万居民的建筑供暖。“我们可以为通往坎康佩的水管提供大约 200 千瓦的加热电力，”Markku Ylönen 说道。

从沙电池储热系统出来的热水被混合到供暖系统中，通过水循环为整个街区提供部分热能。这一比例会随季节而变化，因为集中供暖网络的负荷高度依赖于环境温度。

极夜能源的试点发电厂可以储存现有电网的电力，以及太阳能电池板和风力涡轮机产生的电力。可靠的储热系统使坎康佩能够以最低的成本发电或购买电能，然后在最需要的时候分配热量。

可再生能源储热技术也为目前使用化石燃料的工业提供了很好的机会。不过，如果沙电池发电厂只被用来在需要时将电力返回电网，其效率就会下降。目前，极夜能源公司的团队正在考虑如何扩展沙电池的概念，利用其来发电和供热。

极夜能源公司的沙电池试点发电厂简介

• 地点：芬兰，坎康佩；

• 沙子温度：500 摄氏度；

• 效率：高达 99%；

• 储存周期：数小时至数月；

• 加热功率：100 千瓦；

• 容量：高达 8 兆瓦时。

来自可再生能源的电能通过加热电阻元件，振动元件内部的粒子并使其升温。这些电阻元件产生的热空气通过沙子中的一系列管道进行循环，一次可以储存数月。之后，当电力需求增高而供应不足时，沙电池可以将热空气排出到热交换器中，使水升温。热水可以被泵到该地区的供暖网络中，为 3.5 万居民的建筑供暖。

芬兰的一个工程师团队安装了世界上第一个功能齐全的“沙电池”，一次可以储存可再生能源长达数月。

来自太阳能电池板和风力涡轮机的能量通过电阻加热的方式使沙子升温，并加热在圆筒内循环的空气。这些热空气可以加热供暖网络中的循环水，使其保持温暖。

沙子的能量储存能力是水的 4 倍，而且便宜、无毒。

极夜能源公司的首席执行官 Tommi Eronen 和 Markku Ylönen 表示，他们的沙电池可以储存电网容量饱和时产生的过剩可再生能源。

当电力需求高而供应低时，电池可以将沙子中的热空气排出到热交换器中，从而使水升温。热水可以被泵到该地区周围，为该地区 3.5 万居民的建筑供暖。

极夜能源的沙电池储热系统由一个巨大的圆筒组成，可以装填大约 100 吨的建筑用沙，沙子温度最高可达 500 摄氏度。

气候变化和化石燃料价格上涨导致对可再生能源的投资激增。然而，对许多绿色能源解决方案而言，如何将环境资源（如风能和太阳能等）中获取的能源储存起来以供未来使用，是一个巨大的挑战。

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