據(jù)英國《每日郵報》報道，芬蘭西部的一家初創(chuàng)公司建造了世界上第一個功能齊全的商用沙子儲能供熱系統(tǒng)，據(jù)稱一次能夠儲存可再生能源長達(dá)數(shù)月。
如果你曾在夏天烈日暴曬過的海灘上赤腳走過，肯定會對灼熱的沙子印象深刻。這些儲存在沙子里的太陽能熱量為一種新型電池的開發(fā)提供了靈感。在芬蘭，一家名為“極夜能源”（Polar Night Energy）的初創(chuàng)公司就開發(fā)出了一種新技術(shù)，并建成了世界上第一座功能齊全的“沙電池”供熱系統(tǒng)。
該熱能儲存系統(tǒng)由一個巨大的絕緣鋼筒組成，可容納約 100 噸建筑用沙。來自太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機的能量可以使沙子升溫至 500 攝氏度，并產(chǎn)生熱空氣，在筒倉內(nèi)循環(huán)。這種“綠色”能源可以在需要時，例如在缺乏陽光、氣溫下降的時候，或者在冬季能源價格過高的時候，提供給周圍區(qū)域的供暖系統(tǒng)。
極夜能源公司的研究人員稱，這種沙電池可以為全年利用可再生能源為建筑物供暖的問題提供解決方案，并最終用于發(fā)電。該公司聯(lián)合創(chuàng)始人 Markku Yl?nen 在接受采訪時說：“向綠色能源的過渡導(dǎo)致可用電力出現(xiàn)巨大變動，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)和消費的不匹配。這種不匹配有時會相當(dāng)可觀，可能會出現(xiàn)高達(dá)數(shù)十吉瓦（GW，1 吉瓦等于 10^9 瓦特）的不可用電力。”
“我們的儲熱電池可以為大量能源提供一個低成本的‘水槽’，使其在高溫下以熱量的形式存儲起來，并將這些能源以可用的形式用于工業(yè)和區(qū)域供熱，甚至未來也可以用于發(fā)電。” Markku Yl?nen 補充道，“其中關(guān)鍵之處在于我們可以提供的存儲規(guī)模，我們能夠以合理的成本存儲幾十吉瓦時的能量，而且系統(tǒng)不會隨著時間的推移而顯著衰減。”
隨著氣候變化的加劇，以及化石燃料的價格上漲，導(dǎo)致了近年來對可再生能源的投資激增。然而，對許多綠色能源解決方案而言，如何將環(huán)境資源（如風(fēng)能和太陽能等）中獲取的能源儲存起來以供未來使用，是一個巨大的挑戰(zhàn)。
風(fēng)能和太陽能產(chǎn)生的電力可以并入國家電網(wǎng)，但對電力的需求是恒定的，可再生能源的供應(yīng)則是間歇性的。這意味著，在缺乏陽光和風(fēng)力較低時產(chǎn)生的能源供應(yīng)不足仍必須由化石燃料來彌補。就芬蘭當(dāng)?shù)囟?，由于最近其尋求加入北約的舉動，該國的主要電力來源俄羅斯已經(jīng)停止了天然氣和電力供應(yīng)，這讓芬蘭的能源自給問題更加緊迫。在芬蘭，冬天一般從 11 月至 4 月，可以持續(xù) 200 天，溫度可以降至零下 45 攝氏度，居民供暖用能是主要的能耗品類。
極夜能源公司的兩位創(chuàng)始人 Tommi Eronen 和 Markku Yl?nen 聲稱，他們的沙電池可以儲存電網(wǎng)容量飽和時產(chǎn)生的多余可再生能源。不久前，該公司已經(jīng)在芬蘭西南部坎康佩（Kankaanp??）的瓦塔揚科夫斯基（Vatajankoski）發(fā)電廠安裝了沙電池，并與區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)相連。
普通電池多使用鋰或鋰合金作為陽極材料，但金屬鋰的資源開采成本昂貴，而且所能容納的多余電量有限。極夜能源的沙電池儲熱系統(tǒng)安裝于今年年初，并于 2022 年 5 月投入使用。該電池使用了“電阻加熱”的工作原理，即可再生能源產(chǎn)生的電能通過加熱電阻元件，振動元件內(nèi)部的粒子，使其升溫。這些電阻元件可以將沙子加熱到 500 攝氏度以上，進(jìn)而加熱空氣，使其通過填滿沙子的儲熱容器中的一系列管道進(jìn)行循環(huán)，一次可以使可再生能源儲存數(shù)月。
當(dāng)電力需求較高而供應(yīng)不足時，沙電池系統(tǒng)可以將熱空氣排出到一個熱交換器中，在那里使水加熱升溫。之后，熱水被泵到該地區(qū)周圍，為 3.5 萬居民的建筑供暖?！拔覀兛梢詾橥ㄍ部蹬宓乃芴峁┐蠹s 200 千瓦的加熱電力，”Markku Yl?nen 說道。
從沙電池儲熱系統(tǒng)出來的熱水被混合到供暖系統(tǒng)中，通過水循環(huán)為整個街區(qū)提供部分熱能。這一比例會隨季節(jié)而變化，因為集中供暖網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷高度依賴于環(huán)境溫度。
極夜能源的試點發(fā)電廠可以儲存現(xiàn)有電網(wǎng)的電力，以及太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的電力?？煽康膬嵯到y(tǒng)使坎康佩能夠以最低的成本發(fā)電或購買電能，然后在最需要的時候分配熱量。
可再生能源儲熱技術(shù)也為目前使用化石燃料的工業(yè)提供了很好的機會。不過，如果沙電池發(fā)電廠只被用來在需要時將電力返回電網(wǎng)，其效率就會下降。目前，極夜能源公司的團隊正在考慮如何擴展沙電池的概念，利用其來發(fā)電和供熱。
極夜能源公司的沙電池試點發(fā)電廠簡介
地點：芬蘭，坎康佩；
沙子溫度：500 攝氏度；
效率：高達(dá) 99%；
儲存周期：數(shù)小時至數(shù)月；
加熱功率：100 千瓦；
容量：高達(dá) 8 兆瓦時。
來自可再生能源的電能通過加熱電阻元件，振動元件內(nèi)部的粒子并使其升溫。這些電阻元件產(chǎn)生的熱空氣通過沙子中的一系列管道進(jìn)行循環(huán)，一次可以儲存數(shù)月。之后，當(dāng)電力需求增高而供應(yīng)不足時，沙電池可以將熱空氣排出到熱交換器中，使水升溫。熱水可以被泵到該地區(qū)的供暖網(wǎng)絡(luò)中，為 3.5 萬居民的建筑供暖。
芬蘭的一個工程師團隊安裝了世界上第一個功能齊全的“沙電池”，一次可以儲存可再生能源長達(dá)數(shù)月。
來自太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機的能量通過電阻加熱的方式使沙子升溫，并加熱在圓筒內(nèi)循環(huán)的空氣。這些熱空氣可以加熱供暖網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)水，使其保持溫暖。
沙子的能量儲存能力是水的 4 倍，而且便宜、無毒。
極夜能源公司的首席執(zhí)行官 Tommi Eronen 和 Markku Yl?nen 表示，他們的沙電池可以儲存電網(wǎng)容量飽和時產(chǎn)生的過?？稍偕茉础?/p>
當(dāng)電力需求高而供應(yīng)低時，電池可以將沙子中的熱空氣排出到熱交換器中，從而使水升溫。熱水可以被泵到該地區(qū)周圍，為該地區(qū) 3.5 萬居民的建筑供暖。
極夜能源的沙電池儲熱系統(tǒng)由一個巨大的圓筒組成，可以裝填大約 100 噸的建筑用沙，沙子溫度最高可達(dá) 500 攝氏度。
氣候變化和化石燃料價格上漲導(dǎo)致對可再生能源的投資激增。然而，對許多綠色能源解決方案而言，如何將環(huán)境資源（如風(fēng)能和太陽能等）中獲取的能源儲存起來以供未來使用，是一個巨大的挑戰(zhàn)。
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