中國儲能網(wǎng)訊：一間無人值守的廠房中，幾臺白色書柜樣式的電子監(jiān)控設(shè)備發(fā)出隆隆的機(jī)器轟鳴聲。它們的左側(cè)，約有成年人手腕粗細(xì)的一根紅色管道穿入墻壁，管道中的水被加熱后將用于附近居民供暖，而即將完成這一任務(wù)的是一墻之隔的100噸沙子。
在芬蘭西南部小鎮(zhèn)坎康佩的發(fā)電廠，《環(huán)球》雜志記者看到了被稱為世界上首個(gè)投入商業(yè)使用的沙基高溫儲熱系統(tǒng)——“沙子電池”。
佩卡·帕西在沙子電池前 陳靜 攝/本刊
01
運(yùn)行良好
“沙子電池”實(shí)際上是一個(gè)直徑約4米、高7米的深灰色圓柱形鋼制儲存罐，內(nèi)置100噸沙子以及自動化蓄熱系統(tǒng)，讓電能以熱量的形式儲存在沙子中。
7月早些時(shí)候，“沙子電池”在瓦塔揚(yáng)科夫斯基能源公司位于坎康佩的發(fā)電廠正式投入使用。該公司為坎康佩地區(qū)的約1.3萬居民提供區(qū)域供暖。除了冬季供暖，在炎炎夏日它也不可或缺——為社區(qū)游泳館加熱泳池，為居民家中提供生活用熱水。
該公司相關(guān)負(fù)責(zé)人佩卡·帕西告訴《環(huán)球》雜志記者，在這所發(fā)電廠，他們通過將數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢熱回收利用，為該地區(qū)部分居民提供區(qū)域供暖服務(wù)，這是一種綠色供暖方式。但服務(wù)器產(chǎn)生的熱量僅能將供暖用水加熱至55攝氏度左右，只有再次通過“沙子電池”加熱，將溫度提高至70攝氏度左右，才能達(dá)到區(qū)域供暖用水的要求。
帕西說，“沙子電池”正式投入使用以來，每天“充電”三四個(gè)小時(shí)，其余時(shí)間都在“放電”，也就是將儲存在沙子中的熱量釋放出來輸入?yún)^(qū)域供暖管道。他們通常選擇在用電低谷、電費(fèi)較低的時(shí)候給“沙子電池”“充電”，將其環(huán)保高效的特性充分發(fā)揮出來。
盡管已經(jīng)擁有水基儲存熱能的設(shè)備，但瓦塔揚(yáng)科夫斯基能源公司仍然決定成為“沙子電池”的首個(gè)客戶。帕西說，相比水基儲熱設(shè)備，“沙子電池”能達(dá)到更高溫度，大約五六百攝氏度，體積也更小。
在帕西看來，“沙子電池”項(xiàng)目建設(shè)簡單、造價(jià)低廉，“性價(jià)比”優(yōu)勢突出。帕西說，從實(shí)際開工算起，建造“沙子電池”只用了兩個(gè)月時(shí)間，所用沙子的采集點(diǎn)就在距離電廠幾公里的地方，且只需滿足一些基本條件，如顆粒大小適宜、不含易燃物等即可?！皬脑囘\(yùn)行到現(xiàn)在，各方面表現(xiàn)都不錯(cuò)?！彼f。
02
高溫儲能新選擇
“沙子電池”的主要研發(fā)者之一馬爾庫·于勒寧是一位“80后”芬蘭年輕人。他是Polar Night Energy公司的首席技術(shù)官，也是該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一。于勒寧擁有芬蘭坦佩雷大學(xué)和法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)的聯(lián)合理學(xué)博士學(xué)位。
通過坎康佩電廠“沙子電池”的外接電子監(jiān)控設(shè)備，于勒寧和同事能夠隨時(shí)了解其運(yùn)轉(zhuǎn)情況?？吹竭@一系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出的巨大潛力，他感到很欣慰。
沙子可能并不是蓄熱的新發(fā)明，但它與電力的結(jié)合給沙子儲能賦予了新意。于勒寧和他的同事們意識到，如果想盡可能有效地減少排放，應(yīng)該把電力和熱力結(jié)合起來。而如果希望通過充電，將儲能設(shè)備提升到比水儲存器高得多的溫度，普通沙子就能勝任。
“我們可以在大規(guī)模應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)與水基儲存相似的單位熱容量成本，但我們在溫度控制方面更具優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)更高溫度。”于勒寧說。據(jù)他介紹，位于坎康佩的“沙子電池”峰值功率為200千瓦（kW），所儲存的熱能為8兆瓦時(shí)（MWh）～10兆瓦時(shí)（MWh）。
“沙子電池”具體如何充電呢？據(jù)Polar Night Energy公司網(wǎng)站介紹，電力可以來自于電網(wǎng)，也可以是本地生產(chǎn)的電力，無論哪種情況，均為風(fēng)能和太陽能等易波動的能源。一般選擇能源充沛或者能源價(jià)格較低的時(shí)候充電。電能通過一個(gè)閉環(huán)空氣管道裝置傳輸?shù)絻崞?。在這一過程中，管道內(nèi)的空氣被電阻器加熱，并在可傳熱的管道中循環(huán)，從而加熱沙子。
據(jù)介紹，位于坎康佩的“沙子電池”溫度最高可以達(dá)到約600攝氏度。根據(jù)不同項(xiàng)目的需求，“沙子電池”的溫度還可調(diào)至更高?？傮w上，“沙子電池”的最高溫度不受蓄熱介質(zhì)性質(zhì)的限制，而是受到蓄熱庫建造和控制所用材料耐熱性的限制。此外，如果需要，“沙子電池”可以保持高溫長達(dá)數(shù)月。
03
助力綠色發(fā)展
2021年3月，芬蘭媒體最早報(bào)道了Polar Night Energy公司在其所在地坦佩雷市一間舊廠房試驗(yàn)沙子儲能項(xiàng)目的新聞。“沙子電池”發(fā)明的初衷被認(rèn)為與太陽能和風(fēng)能面臨的核心困境有關(guān)：昨天可能是晴天或刮風(fēng)，今天可能就不是了。因此需要大規(guī)模的儲能解決方案，以便在沒有陽光或風(fēng)的情況下也可以利用清潔能源。
“我認(rèn)為，隨著風(fēng)能和太陽能的快速增長，我們很快將需要大量可以從電力可用性波動中受益的儲能解決方案?！庇诶諏幷f，“當(dāng)風(fēng)能和太陽能在整體能源生產(chǎn)中變得更加重要時(shí)，‘沙子電池’可以成為平衡電網(wǎng)的有效工具。”
于勒寧將這項(xiàng)創(chuàng)新看作“智能和綠色能源轉(zhuǎn)型”的一部分。他表示，“沙子電池”蓄熱可以顯著增加電網(wǎng)中的間歇性可再生能源，同時(shí)將廢熱提升至可用水平，為城市供暖，“這是朝著無燃燒產(chǎn)熱邁出的合乎邏輯的一步”。
有數(shù)據(jù)顯示，供暖行業(yè)的碳排放量約占全球碳排放量的1/4到1/3，就全球氣候變暖而言，它與運(yùn)輸和食品行業(yè)一樣，是碳排放量最大的行業(yè)之一?；蛟S，“沙子電池”的出現(xiàn)和使用，有望為解決全球氣候問題及降低空氣污染問題作出貢獻(xiàn)。
在當(dāng)前歐洲發(fā)生能源危機(jī)的背景下，帕西對“沙子電池”的使用前景表示樂觀。他說，坎康佩地區(qū)冬季供暖主要靠木材，而近一段時(shí)間木材價(jià)格一路攀升，加上環(huán)保減排的需要，他們決心在10年內(nèi)完全結(jié)束通過燃燒木材來采暖的方式，“啟用‘沙子電池’是幫助我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要一環(huán)”。
于勒寧告訴記者：“一旦談妥了場地和使用案例，我們計(jì)劃建造一個(gè)1吉瓦時(shí)（GWh）的儲能系統(tǒng)?！边@個(gè)目標(biāo)與坎康佩的項(xiàng)目相比大了100倍以上。他還說，盡管“沙子電池”目前主要針對低溫地區(qū)的區(qū)域供暖服務(wù)需求，但未來也計(jì)劃在更多地區(qū)及工業(yè)領(lǐng)域?qū)ふ疑虣C(jī)。（徐謙對本文亦有貢獻(xiàn)）
