成本直降87.5%！全球最大沙电池挑战锂电池
发布日期：2025/6/30
首图来源：AZoM
你能想象用沙子来储存电能吗？芬兰正在用这项技术为整个南部小镇波尔奈宁供暖。
据了解，这是世界最大沙电池，能够储存来自太阳能和风能的100兆瓦时的热能，使居民能够从区域供热网络中摆脱石油，从而减少碳排放。
这一新建成的电池高达13米，宽15米，是芬兰公司Polar Night Energy 于2022年安装原型沙电池设施的近10倍规模，这标志着沙储能技术已从概念走向规模化、工业化应用。
Polar Night Energy的两位创始人Tommi Eronen和Markku Ylönen表示，他们最初是在讨论“如果我们自由设计一个社区，如何解决能源问题”时产生了使用沙子储能的想法。他们发现，在北方寒冷地区，储能是实现绿色能源利用的关键。
图说：Polar Night Energy的两位创始人
来源：BBC
新的沙电池将成为波尔奈宁区域供热网络的核心设施，同时也将减少该镇对木屑锅炉的依赖，木屑消耗预计下降60%。原有的生物质锅炉系统仍将作为备用系统，在需求高峰时段为沙电池充能。
Polar Night Energy预估，目前波尔奈宁的沙电池可满足该镇夏季近一个月和冬季约一周的供热需求，可实现长时间储能，而且每年减少约160吨二氧化碳排放。
01沙电池如何运行？
沙子的主要成分二氧化硅或类似矿物，具有较高的比热容（与普通沙子相比，水的比热高，但水储热受相变及蒸发限制；沙子能在更高温度范围内稳定储热）。、
研究表明，沙子可在300℃~600℃甚至更高温度下长期保存热量。高温储存带来单位体积或单位质量更高的能量密度，相比常温热水储能，能够更紧凑地满足大量热需求，储存时间从几天至数月不等。
沙子还有其他好处，例如它的寿命非常长，可以多次加热和冷却，一段时间后，沙子会变得更致密，因此占用的空间更小。这样就可以添加更多沙子。
另外，与锂电池相比，沙电池由于没有化学反应，所以不会经历类似的老化过程，而锂电池即使不使用，它们的电量也会持续下降。
英国伯明翰能源存储中心主任丁玉龙还表示，锂电池不适合大规模存储应用，而且它们本质上也易燃。
便宜也是沙电池的另一个重要好处。Polar Night Energy曾计算得出，与储存相同能量的锂电池相比，沙电池价格要便宜八到十倍。
例如，使用沙电池生产8兆瓦时的电能大约需要20万美元。而一块储存8兆瓦时的锂离子电池至少需要160万美元。比较下来，沙电池便宜8倍。
因此，从安全问题和长期使用方面考虑，沙电池在寒冷的地方，其优势更明显，是一种冬季供热的低成本解决方案。
与此同时，沙电池的工作原理也很简单：在一个大型钢制容器内填充沙子，当太阳能或风能过剩时，利用电阻加热技术将电能转化为热能。电流通过导线时产生摩擦热，热空气在沙子中循环并升温。
图说：芬兰沙电池项目
来源：Lottie Limb
当需要供热时，沙子释放热量，通过热交换器为水加热，并输送至区域供热管网，为居民住宅、办公楼、学校、图书馆等建筑供暖。
简单来说，当有多余的电力（比如太阳能或风能）时，该系统用电加热沙子，把热量存起来。等到需要供暖时，再把沙子里的热量通过热交换器释放出来，加热水或空气，送到供热网络中使用。整个过程就像“用沙子当热水袋”，把多余能源变成热，随时备用。
02沙电池的无限潜力
但与建筑用的沙子不同的是，沙电池的介质并不必须是天然沙子，而是任何具有足够密度、热传导性能良好、且经济环保的颗粒状材料。
例如，为了尽量减少运输过程中的碳排放，芬兰的这个沙电池是在本地寻找的替代材料，选择了碎皂石作为填充物，这是一种用于芬兰保温壁炉的副产品，由Tulikivi公司提供。
据Polar Night Energy 表示，他们会始终根据客户需求选择合适的储热介质，并且不断测试不同材料，以确保它们在性能、成本与可循环性方面都符合要求。
目前，Polar Night Energy正在积极与芬兰及国际合作伙伴探讨更大规模部署沙电池的可能性。2024年春，该公司在瓦尔凯科斯基市启动了一个新试点项目，进一步探索如何将热能储存转化为电能，并且希望建造比现在大100倍的沙电池。
但是，专家指出，沙电池也存在局限性，其单位体积储存的能量比传统化学电池少5到10倍。
另外，如果沙电池产生的电力返回电网时，它的效率会下降。因此，据Polar Night Energy描述，他们还需要开发一种将电池热量转化回电能的方法，效率可达75-80%。如果这项技术成功，就将彻底改变整个行业。
不过，沙电池本质上仍然是北欧或寒冷地区的解决方案。尤其是芬兰，冬天很冷，年平均气温低于10摄氏度，9月到5月几乎都需要供暖，目前有一半地区已经接入区域供热网络。
但理论上，这种能源存储解决方案可以在世界上任何拥有区域供热基础设施的地方复制，包括纽约、旧金山和哥本哈根。
另外，研究人员表示，沙电池的潜力远不止于房屋供暖，规模扩大后，它将可用于所有需要高温的工业流程：面包房、洗衣房（以及）钢铁厂。
来源：环球零碳
