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 沙子電池（Sand Battery）的原理是利用沙子的儲熱能力，將風(fēng)能或太陽能產(chǎn)生的熱能蓄集起來，加熱至此設(shè)備，該設(shè)備通過熱交換器讓熱氣在沙子里面循環(huán)，能夠把沙子以500℃的高溫保持?jǐn)?shù)月。

我們可以發(fā)現(xiàn)，沙子電池（Sand Battery）是一種類似于熔鹽儲能的儲能技術(shù)，都是通過將熱量存儲在一些介質(zhì)中。

How the world's first sand battery stores green power / Video News / BBC

近期，來自芬蘭的研究人員，install了世界上第一個能夠完全工作的“沙電池（Sand Battery）”——它可以一次存儲綠色能源數(shù)月——這項技術(shù)在能源不安全和講究環(huán)保的時代吸引了大量的眼球，所有人都在關(guān)注它是否可以順利商業(yè)化。具體可以看如上BBC報道的相關(guān)視頻。

因芬蘭是高緯度國家，冬天日照時間極短，太陽能嚴(yán)重不足，極夜能源與當(dāng)?shù)氐耐咚P科斯基發(fā)電廠合作，設(shè)置第一個商用沙子電池（Sand Battery），利用儲熱系統(tǒng)以及自身資料服務(wù)器多余熱量，利用區(qū)域水管為當(dāng)?shù)毓┡?，可用于供暖建筑物、泳池、工業(yè)或任何其他需要熱能的場地。沙子電池（Sand Battery）以熱能的形式儲存夏季過剩的電力，用來加熱水及暖氣，而且沙子的成本較低廉，因此極夜能源希望沙子電池（Sand Battery）可以在冬季時提供便宜干凈的暖氣。

據(jù)英國廣播公司報道，沙子將熱量儲存在500°C左右，可以在能源更昂貴的冬季為家庭供暖，這可能解決了獲得可靠的全年能源供應(yīng)的難題。


儲存的可再生能源以后可以用于不同的能源需求過程，取代目前普遍用于取暖和發(fā)電的基于化石的燃燒技術(shù)。

根據(jù)創(chuàng)新使命的報告，極夜能源公司（Polar Night Energy）認(rèn)為，到2030年，其基于沙子的高溫季節(jié)性蓄熱技術(shù)每年可減排超過1億噸的二氧化碳當(dāng)量。這個數(shù)字大約是目前歐盟排放量的3%。

現(xiàn)在還有待觀察的是，這項技術(shù)是否能夠擴(kuò)大規(guī)模，從而真正發(fā)揮作用——以及開發(fā)人員是否可以使用它來輸出電力和熱量。


芬蘭并不是唯一一個分析硅（沙子的主要成分）的能量潛力的國家。

美國國家可再生能源實驗室(NREL)正在對一種新的熱能存儲技術(shù)進(jìn)行后期原型測試，該技術(shù)使用廉價的硅砂作為存儲介質(zhì)。

通過使用低成本熱能存儲和高效電力循環(huán)(持久)的長時間電力存儲被宣傳為一種可靠、經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展的解決方案，可以部署在任何地方。

粒子通過一組電阻加熱元件加熱到1200°C(想象一下把沙子倒進(jìn)一個巨大的烤面包機(jī))。加熱后的顆粒被重力送入保溫的混凝土筒倉，用于熱能儲存。

該基準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計用于經(jīng)濟(jì)存儲高達(dá)26000兆瓦時的熱能。通過模塊化設(shè)計，存儲容量可以相對輕松地擴(kuò)大或縮小。

加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種由沙子制成的鋰離子電池，聲稱其性能比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高出三倍。但那是2014年的事了。該研究發(fā)現(xiàn)納米級硅的問題在于“它降解很快，很難大量生產(chǎn)”。

隨著能源存儲技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展和安全領(lǐng)域的碰撞，人們再次關(guān)注沙子！

特斯拉在2020年表示，將在電池中增加硅的使用量。硅是更常用的石墨的替代品，目前全球70%的石墨來自中國。

從2025年開始，梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)將在其即將推出的電動G級(G-Class)車型中加入一款新型高能量密度電池，解決了如何在為大型電動汽車提供動力的同時，又不讓電池過于沉重。

這種電池由初創(chuàng)公司Sila納米技術(shù)公司制造，使用硅基陽極，比目前可用的同類電池的能量密度高20-40%。

勘探公司Allup Silica今年5月在澳大利亞證券交易所上市，500萬美元的IPO獲得了全額認(rèn)購。

該公司已經(jīng)建立了Sparkler的7300萬噸資源，96.6%的二氧化硅。

該公司執(zhí)行主席安德魯·海索普(Andrew Haythorpe)表示，公司在勘探新的二氧化硅和其他礦物機(jī)會方面有大量工作要做，并將尋求通過直接申請、收購或合資來擴(kuò)大其投資組合。

How sand batteries could change the rules of the energy storage game / Video News / BBC

小結(jié)

隨著光熱發(fā)電不斷發(fā)展，諸多技術(shù)研究成果取得了進(jìn)步。傳熱儲熱系統(tǒng)是光熱發(fā)電重要的一個環(huán)節(jié)，其中儲熱介質(zhì)材料一直是業(yè)內(nèi)人士關(guān)心和研究的重點。

理想的儲熱介質(zhì)需要滿足以下幾個條件：1、廉價，具有經(jīng)濟(jì)性；2、易于獲得；3、安全、包括無毒性、腐蝕性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等；4、易于操作；5、儲熱量大，效率高。當(dāng)前光熱電站中廣泛應(yīng)用的儲熱介質(zhì)是熔融鹽，主要成分為硝酸鉀和硝酸鈉按一定比例形成的混合物。盡管熔鹽具有諸多優(yōu)點，但受制于較高的熔點（約220℃），以及成本等條件的限制，研究人員仍在尋找更加優(yōu)秀的替代品。

Masdar理工學(xué)院熱能儲存研究小組項目負(fù)責(zé)人Nicolas Calvet先生在接受CSP Focus的采訪時說道：“我們正致力于研究天然沙子作為良好的儲熱材料的可行性”。沙子作為儲熱介質(zhì)有著諸多優(yōu)良特性：儲熱溫度可達(dá)800攝氏度以上，從而能夠提高電站的發(fā)電效率；與其他儲熱介質(zhì)相比，沙子更為廉價且易于獲得，無需擔(dān)心材料性能退化問題；安全、易操作；材料選取時無需對沙子做預(yù)處理和篩選，降低了人工和時間成本；配合二次反射系統(tǒng)，沙子可就地吸熱儲熱，無需管道輸送或流化床設(shè)備的介入，降低系統(tǒng)復(fù)雜性。該項研究證實了光熱發(fā)電在阿聯(lián)酋的沙漠地區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。

然而，據(jù)相關(guān)研究人員介紹，沙子在700℃的高溫下黏度會增加，不利于輸送。雖然利用二次反射系統(tǒng)能夠減少這方面的影響，但是直接利用太陽光加熱沙子也會面臨各種挑戰(zhàn)。此外天然沙子的不均勻性如何影響溫度的精確控制，阿聯(lián)酋沙漠的沙子化學(xué)成分（石英、碳酸鹽為主）與其他地區(qū)沙子的差異會對儲熱效果有怎樣的影響，沙漠地區(qū)的電力如何外送等都需要考慮。由此看來，該研究成果離商業(yè)化應(yīng)用還需一段時間。但由于中國西北干旱、半干旱地區(qū)有著廣袤的戈壁灘和沙漠，可作為良好的光熱電站廠址，故該研究結(jié)果對未來光熱發(fā)電發(fā)展有著積極的潛在影響。

原標(biāo)題：沙子電池(Sand Battery)能否商業(yè)化？