中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：沙子，這種看似平凡無(wú)奇的材料，正悄然成為能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的新星。今年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相繼啟動(dòng)以沙子為載體的沙基電池示范或試點(diǎn)項(xiàng)目，這是一種利用沙子實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱和發(fā)電的新型熱能存儲(chǔ)技術(shù)，打破傳統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)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(cāng)庫(kù)”，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(guó)首個(gè)“沙子熱力電池”中試裝置實(shí)現(xiàn)全流程貫通運(yùn)行，到全球最大沙基電池供熱示范項(xiàng)目落地芬蘭，該技術(shù)正以低成本、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、高安全性、綠色環(huán)保屬性，成為重塑能源利用和存儲(chǔ)領(lǐng)域的新模式。
多贏的新興熱能存儲(chǔ)技術(shù)
隨著“風(fēng)光”等間歇性可再生能源并網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源存儲(chǔ)尤其是長(zhǎng)期能源存儲(chǔ)正變得越來(lái)越不可或缺，熱能存儲(chǔ)則是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)能方式。
世界經(jīng)濟(jì)論壇指出，沙基電池相當(dāng)于一個(gè)熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)，通過將沙子烘烤至高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)將清潔能源以熱能形式儲(chǔ)存。在損耗極低的情況下，這些熱量可以保溫?cái)?shù)天甚至數(shù)月，當(dāng)需要時(shí)，存儲(chǔ)的熱量可以直接利用即供暖，也可以用渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換回電能即供電。
“從投資者角度來(lái)看，沙基電池技術(shù)潛力巨大，可以參與電力儲(chǔ)備市場(chǎng)，減少熱力生產(chǎn)中對(duì)單一能源的依賴，同時(shí)還是電力和熱力部門整合的一個(gè)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(guó)創(chuàng)新科技與工程網(wǎng)Interesting Engineering指出，沙基電池是一個(gè)多贏的技術(shù)方案，具有高比熱容、高導(dǎo)熱性、無(wú)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，得到電網(wǎng)規(guī)模和工業(yè)供熱應(yīng)用的廣泛關(guān)注，當(dāng)前行業(yè)瞄準(zhǔn)“1000攝氏度的沙基電池”示范項(xiàng)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(jià)格長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存能量，并且環(huán)境效益更佳。
全球范圍內(nèi)，這項(xiàng)創(chuàng)新熱能存儲(chǔ)技術(shù)正獲得廣泛關(guān)注，多國(guó)都在投建試點(diǎn)項(xiàng)目，并將其視為清潔能源領(lǐng)域的革命性突破，認(rèn)為其可以成為長(zhǎng)期、可持續(xù)能源解決方案之一。
我國(guó)首個(gè)項(xiàng)目落地內(nèi)蒙古
7月，清華大學(xué)與鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研發(fā)的兆瓦時(shí)“沙子熱力電池”中試裝置，在準(zhǔn)格爾旗大路工業(yè)園的鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室中試基地，實(shí)現(xiàn)了全流程貫通運(yùn)行，這是“新型高溫工業(yè)熱儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”重大項(xiàng)目，也是我國(guó)首個(gè)沙基電池供熱項(xiàng)目，標(biāo)志著將沙子變成儲(chǔ)能電池的實(shí)際應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
這個(gè)“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(chǔ)能密度為120瓦時(shí)/千克至450瓦時(shí)/千克，儲(chǔ)—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(shí)，儲(chǔ)能介質(zhì)成本低于10元/千瓦時(shí)，系統(tǒng)投資成本不足25萬(wàn)元/兆瓦時(shí)。
極端條件下，沙粒儲(chǔ)能介質(zhì)也能保持高效能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存能力，儲(chǔ)—放熱循環(huán)效率超90%，此外，全生命周期內(nèi)無(wú)碳排放，可有效突破可再生能源波動(dòng)性、不穩(wěn)定性與工業(yè)用能連續(xù)穩(wěn)定之間的矛盾，實(shí)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(shí)驗(yàn)室簽訂了合作意向合同，在污水處理等項(xiàng)目中投入沙子儲(chǔ)能技術(shù)。
業(yè)內(nèi)指出，我國(guó)首個(gè)“沙子熱力電池”中試裝置實(shí)現(xiàn)全流程貫通運(yùn)行，為后續(xù)工藝參數(shù)系統(tǒng)性優(yōu)化及百兆瓦時(shí)級(jí)和吉瓦時(shí)級(jí)工業(yè)示范項(xiàng)目落地奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
國(guó)外示范和試點(diǎn)部署提速
同樣在7月，芬蘭高溫儲(chǔ)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(gè)絕緣筒倉(cāng)，可容納2000噸被壓碎成沙狀的皂石，設(shè)計(jì)壽命超30年。皂石作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，循環(huán)能效達(dá)80%，最高儲(chǔ)熱溫度400攝氏度，從存儲(chǔ)到回收僅損失10%至15%的熱量。
世界經(jīng)濟(jì)論壇指出，波爾奈寧沙基電池項(xiàng)目是全球最大沙基電池示范項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)一次儲(chǔ)存高達(dá)100兆瓦時(shí)熱能，并持續(xù)數(shù)周，可以滿足在波爾奈寧整個(gè)城鎮(zhèn)冬季近一周供暖需求。全面投運(yùn)之后，每年可減少當(dāng)?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(duì)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。”極夜能源首席運(yùn)營(yíng)官莉薩·納斯卡利表示。
去年4月，美國(guó)能源部宣布，為國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在科羅拉多州的一個(gè)沙基電池試點(diǎn)項(xiàng)目提供400萬(wàn)美元資金，該項(xiàng)目放電容量100千瓦、持續(xù)時(shí)間10小時(shí)，計(jì)劃今年啟動(dòng)。
國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室估計(jì)，該試點(diǎn)項(xiàng)目如果實(shí)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(dāng)需要電力時(shí)，系統(tǒng)通過重力將熱沙送入熱交換器，加熱工作流體，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)。
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(shí)也蘊(yùn)藏著大量風(fēng)積沙和煤矸石等固體廢棄物。中試成功驗(yàn)證了使用廉價(jià)、易得的本地沙粒作為儲(chǔ)能介質(zhì)的可行性，完美契合我國(guó)西部地區(qū)的資源稟賦和發(fā)展需求。
成本優(yōu)勢(shì)同樣明顯?！吧匙訜崃﹄姵亍敝性囇b置儲(chǔ)能介質(zhì)成本低于10元/千瓦時(shí)，系統(tǒng)投資成本不足25萬(wàn)元/兆瓦時(shí)。如果用于百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能站，沙子熱力電池成本有望降至百萬(wàn)元級(jí)別。
波爾奈寧沙基電池項(xiàng)目所用皂石來(lái)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(lái)還將嘗試不同類型的沙子及其它廢料，甚至還會(huì)就地取材，在更多地區(qū)部署示范項(xiàng)目。同時(shí)，還在探索將儲(chǔ)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(shí)存儲(chǔ)成本低于25美元，且能量存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)可達(dá)幾天甚至幾周。相比之下，鋰離子電池每千瓦時(shí)存儲(chǔ)成本約為115美元，且儲(chǔ)存能量時(shí)間只有幾個(gè)小時(shí)。
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的沙基電池試點(diǎn)項(xiàng)目，在多種情景下，可以實(shí)現(xiàn)5美分/千瓦時(shí)的平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本。
如此看來(lái)，沙基電池“變廢為寶”的特點(diǎn)，不僅重新定義了資源價(jià)值，還進(jìn)一步詮釋了循環(huán)經(jīng)濟(jì)中減量、再利用、再生原則。
