我国首个“沙子热力电池”中试装置实现全流程贯通运行 沙基电池异军突起

沙子，这种看似平凡无奇的材料，正悄然成为能源存储领域的新星。今年以来，国内外相继启动以沙子为载体的沙基电池示范或试点项目，这是一种利用沙子实现储热和发电的新型热能存储技术，打破传统电化学储能的技术路线，将随处可见的沙子转化为可靠的“能源仓库”，可用于区域供暖和工业用途，并且能够显著减少碳排放。从我国首个“沙子热力电池”中试装置实现全流程贯通运行，到全球最大沙基电池供热示范项目落地芬兰，该技术正以低成本、长时储能、高安全性、绿色环保属性，成为重塑能源利用和存储领域的新模式。

多赢的新兴热能存储技术

随着“风光”等间歇性可再生能源并网规模不断扩大，能源存储尤其是长期能源存储正变得越来越不可或缺，热能存储则是一种相对简单的储能方式。

世界经济论坛指出，沙基电池相当于一个热能存储系统，通过将沙子烘烤至高温来实现将清洁能源以热能形式储存。在损耗极低的情况下，这些热量可以保温数天甚至数月，当需要时，存储的热量可以直接利用即供暖，也可以用涡轮机转换回电能即供电。

“从投资者角度来看，沙基电池技术潜力巨大，可以参与电力储备市场，减少热力生产中对单一能源的依赖，同时还是电力和热力部门整合的一个绝佳范例。”北欧资产管理公司CapMan Infra投资总监绍利·安蒂拉表示。

美国创新科技与工程网Interesting Engineering指出，沙基电池是一个多赢的技术方案，具有高比热容、高导热性、无火灾风险等特点，得到电网规模和工业供热应用的广泛关注，当前行业瞄准“1000摄氏度的沙基电池”示范项目。

显然，与锂离子电池相比，沙基电池提供了一种高效且具备成本效益的替代方案，能够以低得多的价格长时间储存能量，并且环境效益更佳。

全球范围内，这项创新热能存储技术正获得广泛关注，多国都在投建试点项目，并将其视为清洁能源领域的革命性突破，认为其可以成为长期、可持续能源解决方案之一。

我国首个项目落地内蒙古

7月，清华大学与鄂尔多斯实验室联合研发的兆瓦时“沙子热力电池”中试装置，在准格尔旗大路工业园的鄂尔多斯实验室中试基地，实现了全流程贯通运行，这是“新型高温工业热储能关键技术研发”重大项目，也是我国首个沙基电池供热项目，标志着将沙子变成储能电池的实际应用成为现实。

这个“沙子热力电池”中试装置通过电加热器将沙粒加热至600—1500摄氏度，储能密度为120瓦时/千克至450瓦时/千克，储—放热循环效率大于90%，可以按需兑付工业蒸汽或电能。同时，储能介质成本低于10元/千瓦时，系统投资成本不足25万元/兆瓦时。

极端条件下，沙粒储能介质也能保持高效能量转换和储存能力，储—放热循环效率超90%，此外，全生命周期内无碳排放，可有效突破可再生能源波动性、不稳定性与工业用能连续稳定之间的矛盾，实现可再生能源的大规模消纳。

据了解，内蒙古百川光热科技有限公司与鄂尔多斯实验室签订了合作意向合同，在污水处理等项目中投入沙子储能技术。

业内指出，我国首个“沙子热力电池”中试装置实现全流程贯通运行，为后续工艺参数系统性优化及百兆瓦时级和吉瓦时级工业示范项目落地奠定了坚实基础。

国外示范和试点部署提速

同样在7月，芬兰高温储热技术初创公司极夜能源（Polar Night Energy）在芬兰南部城镇波尔奈宁为芬兰区域供热企业打造了一款沙基电池，模型是一个绝缘筒仓，可容纳2000吨被压碎成沙状的皂石，设计寿命超30年。皂石作为储热介质，循环能效达80%，最高储热温度400摄氏度，从存储到回收仅损失10%至15%的热量。

世界经济论坛指出，波尔奈宁沙基电池项目是全球最大沙基电池示范项目，可以实现一次储存高达100兆瓦时热能，并持续数周，可以满足在波尔奈宁整个城镇冬季近一周供暖需求。全面投运之后，每年可减少当地供暖系统等效碳排放约160吨，帮助该地区供暖排放削减近70%。

“燃烧对气候或环境不可持续，沙基电池可以帮助缓解气候变化。”极夜能源首席运营官莉萨·纳斯卡利表示。

去年4月，美国能源部宣布，为国家可再生能源实验室在科罗拉多州的一个沙基电池试点项目提供400万美元资金，该项目放电容量100千瓦、持续时间10小时，计划今年启动。

国家可再生能源实验室估计，该试点项目如果实现商业规模，可以连续5天产生135兆瓦电力，即至少5天保持95%的热量。通过低成本可再生电力将沙子加热到约1100摄氏度的范围，当需要电力时，系统通过重力将热沙送入热交换器，加热工作流体，进而驱动联合循环发电机。

变废为宝和低成本受关注

值得一提的是，内蒙古“沙子热力电池”中试装置是“就地取材”“变沙为宝”的典范。一方面，内蒙古拥有丰富的可再生能源，同时也蕴藏着大量风积沙和煤矸石等固体废弃物。中试成功验证了使用廉价、易得的本地沙粒作为储能介质的可行性，完美契合我国西部地区的资源禀赋和发展需求。

成本优势同样明显。“沙子热力电池”中试装置储能介质成本低于10元/千瓦时，系统投资成本不足25万元/兆瓦时。如果用于百兆瓦级储能站，沙子热力电池成本有望降至百万元级别。

波尔奈宁沙基电池项目所用皂石来自壁炉废料，主要是保温壁炉制造中产生的副产品。极夜能源表示，未来还将尝试不同类型的沙子及其它废料，甚至还会就地取材，在更多地区部署示范项目。同时，还在探索将储存的热能转换回电能的前景。

欧洲新闻网指出，波尔奈宁沙基电池每千瓦时存储成本低于25美元，且能量存储时长可达几天甚至几周。相比之下，锂离子电池每千瓦时存储成本约为115美元，且储存能量时间只有几个小时。

美国国家可再生能源实验室的沙基电池试点项目，在多种情景下，可以实现5美分/千瓦时的平准化储能成本。

如此看来，沙基电池“变废为宝”的特点，不仅重新定义了资源价值，还进一步诠释了循环经济中减量、再利用、再生原则。