中國儲能網(wǎng)訊：沙子，這種看似平凡無奇的材料，正悄然成為能源存儲領(lǐng)域的新星。今年以來，國內(nèi)外相繼啟動以沙子為載體的沙基電池示范或試點項目，這是一種利用沙子實現(xiàn)儲熱和發(fā)電的新型熱能存儲技術(shù)，打破傳統(tǒng)電化學儲能的技術(shù)路線，將隨處可見的沙子轉(zhuǎn)化為可靠的“能源倉庫”，可用于區(qū)域供暖和工業(yè)用途，并且能夠顯著減少碳排放。從我國首個“沙子熱力電池”中試裝置實現(xiàn)全流程貫通運行，到全球最大沙基電池供熱示范項目落地芬蘭，該技術(shù)正以低成本、長時儲能、高安全性、綠色環(huán)保屬性，成為重塑能源利用和存儲領(lǐng)域的新模式。
多贏的新興熱能存儲技術(shù)
隨著“風光”等間歇性可再生能源并網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，能源存儲尤其是長期能源存儲正變得越來越不可或缺，熱能存儲則是一種相對簡單的儲能方式。
世界經(jīng)濟論壇指出，沙基電池相當于一個熱能存儲系統(tǒng)，通過將沙子烘烤至高溫來實現(xiàn)將清潔能源以熱能形式儲存。在損耗極低的情況下，這些熱量可以保溫數(shù)天甚至數(shù)月，當需要時，存儲的熱量可以直接利用即供暖，也可以用渦輪機轉(zhuǎn)換回電能即供電。
“從投資者角度來看，沙基電池技術(shù)潛力巨大，可以參與電力儲備市場，減少熱力生產(chǎn)中對單一能源的依賴，同時還是電力和熱力部門整合的一個絕佳范例?！北睔W資產(chǎn)管理公司CapMan Infra投資總監(jiān)紹利·安蒂拉表示。
美國創(chuàng)新科技與工程網(wǎng)Interesting Engineering指出，沙基電池是一個多贏的技術(shù)方案，具有高比熱容、高導(dǎo)熱性、無火災(zāi)風險等特點，得到電網(wǎng)規(guī)模和工業(yè)供熱應(yīng)用的廣泛關(guān)注，當前行業(yè)瞄準“1000攝氏度的沙基電池”示范項目。
顯然，與鋰離子電池相比，沙基電池提供了一種高效且具備成本效益的替代方案，能夠以低得多的價格長時間儲存能量，并且環(huán)境效益更佳。
全球范圍內(nèi)，這項創(chuàng)新熱能存儲技術(shù)正獲得廣泛關(guān)注，多國都在投建試點項目，并將其視為清潔能源領(lǐng)域的革命性突破，認為其可以成為長期、可持續(xù)能源解決方案之一。
我國首個項目落地內(nèi)蒙古
7月，清華大學與鄂爾多斯實驗室聯(lián)合研發(fā)的兆瓦時“沙子熱力電池”中試裝置，在準格爾旗大路工業(yè)園的鄂爾多斯實驗室中試基地，實現(xiàn)了全流程貫通運行，這是“新型高溫工業(yè)熱儲能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”重大項目，也是我國首個沙基電池供熱項目，標志著將沙子變成儲能電池的實際應(yīng)用成為現(xiàn)實。
這個“沙子熱力電池”中試裝置通過電加熱器將沙粒加熱至600—1500攝氏度，儲能密度為120瓦時/千克至450瓦時/千克，儲—放熱循環(huán)效率大于90%，可以按需兌付工業(yè)蒸汽或電能。同時，儲能介質(zhì)成本低于10元/千瓦時，系統(tǒng)投資成本不足25萬元/兆瓦時。
極端條件下，沙粒儲能介質(zhì)也能保持高效能量轉(zhuǎn)換和儲存能力，儲—放熱循環(huán)效率超90%，此外，全生命周期內(nèi)無碳排放，可有效突破可再生能源波動性、不穩(wěn)定性與工業(yè)用能連續(xù)穩(wěn)定之間的矛盾，實現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模消納。
據(jù)了解，內(nèi)蒙古百川光熱科技有限公司與鄂爾多斯實驗室簽訂了合作意向合同，在污水處理等項目中投入沙子儲能技術(shù)。
業(yè)內(nèi)指出，我國首個“沙子熱力電池”中試裝置實現(xiàn)全流程貫通運行，為后續(xù)工藝參數(shù)系統(tǒng)性優(yōu)化及百兆瓦時級和吉瓦時級工業(yè)示范項目落地奠定了堅實基礎(chǔ)。
國外示范和試點部署提速
同樣在7月，芬蘭高溫儲熱技術(shù)初創(chuàng)公司極夜能源（Polar Night Energy）在芬蘭南部城鎮(zhèn)波爾奈寧為芬蘭區(qū)域供熱企業(yè)打造了一款沙基電池，模型是一個絕緣筒倉，可容納2000噸被壓碎成沙狀的皂石，設(shè)計壽命超30年。皂石作為儲熱介質(zhì)，循環(huán)能效達80%，最高儲熱溫度400攝氏度，從存儲到回收僅損失10%至15%的熱量。
世界經(jīng)濟論壇指出，波爾奈寧沙基電池項目是全球最大沙基電池示范項目，可以實現(xiàn)一次儲存高達100兆瓦時熱能，并持續(xù)數(shù)周，可以滿足在波爾奈寧整個城鎮(zhèn)冬季近一周供暖需求。全面投運之后，每年可減少當?shù)毓┡到y(tǒng)等效碳排放約160噸，幫助該地區(qū)供暖排放削減近70%。
“燃燒對氣候或環(huán)境不可持續(xù)，沙基電池可以幫助緩解氣候變化?！睒O夜能源首席運營官莉薩·納斯卡利表示。
去年4月，美國能源部宣布，為國家可再生能源實驗室在科羅拉多州的一個沙基電池試點項目提供400萬美元資金，該項目放電容量100千瓦、持續(xù)時間10小時，計劃今年啟動。
國家可再生能源實驗室估計，該試點項目如果實現(xiàn)商業(yè)規(guī)模，可以連續(xù)5天產(chǎn)生135兆瓦電力，即至少5天保持95%的熱量。通過低成本可再生電力將沙子加熱到約1100攝氏度的范圍，當需要電力時，系統(tǒng)通過重力將熱沙送入熱交換器，加熱工作流體，進而驅(qū)動聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機。
變廢為寶和低成本受關(guān)注
值得一提的是，內(nèi)蒙古“沙子熱力電池”中試裝置是“就地取材”“變沙為寶”的典范。一方面，內(nèi)蒙古擁有豐富的可再生能源，同時也蘊藏著大量風積沙和煤矸石等固體廢棄物。中試成功驗證了使用廉價、易得的本地沙粒作為儲能介質(zhì)的可行性，完美契合我國西部地區(qū)的資源稟賦和發(fā)展需求。
成本優(yōu)勢同樣明顯?！吧匙訜崃﹄姵亍敝性囇b置儲能介質(zhì)成本低于10元/千瓦時，系統(tǒng)投資成本不足25萬元/兆瓦時。如果用于百兆瓦級儲能站，沙子熱力電池成本有望降至百萬元級別。
波爾奈寧沙基電池項目所用皂石來自壁爐廢料，主要是保溫壁爐制造中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。極夜能源表示，未來還將嘗試不同類型的沙子及其它廢料，甚至還會就地取材，在更多地區(qū)部署示范項目。同時，還在探索將儲存的熱能轉(zhuǎn)換回電能的前景。
歐洲新聞網(wǎng)指出，波爾奈寧沙基電池每千瓦時存儲成本低于25美元，且能量存儲時長可達幾天甚至幾周。相比之下，鋰離子電池每千瓦時存儲成本約為115美元，且儲存能量時間只有幾個小時。
美國國家可再生能源實驗室的沙基電池試點項目，在多種情景下，可以實現(xiàn)5美分/千瓦時的平準化儲能成本。
如此看來，沙基電池“變廢為寶”的特點，不僅重新定義了資源價值，還進一步詮釋了循環(huán)經(jīng)濟中減量、再利用、再生原則。
