探秘全球最大沙电池：实地探访核心细节

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（来源：电力国际汇epintl）

3月下旬，笔者随媒体团走访了仅约5000人口的芬兰波尔奈宁村（Pornainen）。要一睹全球最大沙基储能系统的真容，需沿着一座深色波纹钢筒仓外壁的螺旋楼梯拾级而上。该筒仓坐落于森林环抱之中，毗邻一栋高耸烟囱的红砖建筑。行至顶部，推开仓门，映入眼帘的是一套与此前所见任何供暖系统都截然不同的装置。

储罐内部空间低矮拥挤，许多粗大的管道包裹着褶皱铝箔保温层，几乎触及顶部。罐内装有2000吨沙石，均为壁炉制造商产生的回收废料，各类换热管道纵横穿插其间。该储罐储存的热能足以满足该市全年大部分供暖需求。满负荷储热时，内部温度可达500至600摄氏度。

这是极夜能源公司（PolarNightEnergy）开发的沙基电池储能系统，于2025年6月正式投运，服务于CapManInfra旗下区域供热企业LoviisanLämpö。

经受芬兰数年来最严寒冬季的考验

2025至2026年冬季，芬兰气候异常严寒，即便以当地标准衡量也属罕见，电价随之大幅攀升，充分暴露出北欧市场的波动特性。极夜能源公司数据显示，芬兰现货电价仅仅在一周内从0.003欧元/千瓦时飙升至0.373欧元/千瓦时。

对于一项完全依赖低价购入电力并将其转化为热能储存的技术而言，这无疑是最不利的局面。

“我们经历了一个形势极为严峻的冬季，”极夜能源公司首席执行官兼联合创始人托米・埃罗宁（TommiEronen）向“趣味工程”媒体平台的记者表示，“当时天气异常寒冷，即便以我们的标准衡量也属罕见，电价更是持续处于高位。然而，得益于峰值能源容量，以及木屑锅炉与本系统的协同运行，我们仍能以极低的价格提供区域供暖，同时实现极低的排放。”

CapManInfra投资总监绍利・安蒂拉（SauliAntila）介绍了该系统应对价格波动的运作方式。他表示：“夏季，系统可一次性储存约整月所需的供暖热能；冬季储热容量则缩减至不足一周用量。但整体而言，我们抵御能源价格暴涨的抗风险能力大幅提升。”

在最寒冷且用能成本最高的时段，木屑锅炉作为主力机组运行，沙电池储能系统则提供补充；而在其余时段，两者的角色相互转换。

最终结果表明，波尔奈宁市仅凭一套设施便实现了市政整体气候目标。石油使用量已完全归零，排放量下降70%，木屑燃烧量亦削减60%。据波尔奈宁市长安蒂・库塞拉（AnttiKuusela）介绍，目前该市所有公共建筑的供暖已完全依赖这一区域供热管网，其中包括计划于2026年9月投运的新体育馆。

系统设计简洁务实

整套系统的工作原理十分简单：电能加热空气，热空气在预埋于固态沙体的封闭管道回路中循环，将热量储存至砂石内部。需要热能供应时，空气反向流动，提取储存在砂石中的热量，再经由换热器输送至区域供暖管网。该系统与现有市政管网的接驳改造，仅需加装少量管道并对自动化系统做小幅调试即可完成。安蒂拉指出，“这一系统的活动部件数量很少，结构简单、稳固且可靠。”

沙子之所以具备储热优势，在于其不会发生相变。水在大气压下约100摄氏度即沸腾，即便加压，沸点也仅升至120摄氏度左右。然而，沙子不会沸腾，可在不降解的前提下加热至更高温度。波奈宁设施的工作温度达500摄氏度，极夜能源公司的系统设计温度则高达650摄氏度。这一温度上限意味着单位体积的储能量显著提升。

即便核心温度升至最高，最外层仍可保持相对低温，从而使保温负荷始终在可控范围内，并最大限度减少热量向环境散失。极夜能源公司借助多物理场仿真对这一温度分布进行了建模，其闭环传热机制已获得专利。

波尔奈宁沙储热系统的充热储热-放热全流程往返效率可达80%–90%。安蒂拉同时指出，即便存储数周后，热回收率仍保持在约85%的水平。

波尔奈宁项目所用砂石并非建筑级骨料，而是一家壁炉厂商的加工副产品，这类物料原本会被直接废弃处理。极夜能源公司同时正与各大采矿企业展开洽谈，这类矿山会规模化产出大量颗粒废料。

多数储能系统忽略的一项关键指标

在热储能系统的评估体系中，充热窗口往往较少被纳入考量，行业核心评价指标以放热速率与往返效率为主。这也是该系统与同类装置差异最为显著的地方：绝大多数同类型热储能设备的充热周期仅以小时计，而波尔奈宁沙电池的完整充热过程约需100小时。

这一点之所以至关重要，是由北欧市场的廉价电力并非按固定时间表供应决定。仅能吸收数小时低价电力的系统，将错失大部分可获取的廉价电力；而充电时长超过100小时的系统，则可捕获更多此类电力。

埃罗宁向笔者表示：“相较于业内所有同类方案，我们的充电窗口时间远超同行，差距达到数个数量级，这也是该系统的核心亮点之一。”不仅如此，由于储能介质（沙子及类似沙子的工业废料）成本更低，单位储能容量的成本也随之大幅下降。埃罗宁指出，波尔奈宁系统已证明其在经济性上优于水蓄能系统，这一成果可谓令人惊叹。

建设规模是此前已建项目的20倍

波尔奈宁项目的规模达到极夜能源公司此前安装项目的20倍。后者是2022年在坎康佩市瓦塔扬科斯基投运的一套200千瓦/8000千瓦时系统。该项目于2024年5月启动建设，一年后进入调试投运阶段。

极夜能源公司首席运营官兼项目施工负责人莉萨・纳斯卡利（LiisaNaskali）坦言了这其中的意义。她指出，该项目规模是公司此前所建项目的20倍，因此确实存在挑战。不过，该系统运行效果良好，“甚至超出了我们的预期”。

极夜能源公司担任主承包商，在自主完成全部设计工作的同时，负责协调各专业分包商。纳斯卡利指出，项目面临的挑战几乎全部源于首次开展此类工程。她表示，尽管可以制定详尽计划，但必须时刻关注实际进展。此外，她补充道，此次积累的经验可直接应用于向新地区拓展业务。

下一座设施已启动建设，位于阿西卡拉市韦克西的拉赫蒂能源公司（LahtiEnergia）将建成一套2000千瓦/25万千瓦时的储能系统。这将是迄今规模最大的沙基电池储能项目。

区域供热尚属小众市场，工业领域才是真正的用武之地

谈及极夜能源公司对长期发展前景的看法，所有员工的回答都是一致的。“区域供热只是一个细分市场，”安蒂拉指出，而真正的机遇则在于工业领域。目前，许多工业企业仍依赖天然气或石油产生蒸汽，所需温度高达数百摄氏度，这一需求在全球范围内普遍存在。

沙电池可提供从区域供暖级别（80至100摄氏度）直至200摄氏度及以上饱和蒸汽的宽幅热量温度。埃罗宁指出，食品饮料、化工、制药及一般制造业是近期工业应用的主要目标。这些行业依赖工艺用热，为此需消耗大量化石燃料，而在所需要温度条件下，清洁替代方案十分有限。埃罗宁认为，约200摄氏度的蒸汽是最佳应用场景。

“要产生高温蒸汽，可选的方案正变得越来越少，”安蒂拉指出，“同时，由于危险性过高，建设100万千瓦时的蒸汽蓄热器也并不现实。”

极夜能源公司首席商务官安妮特· 赫格伦德- 多内斯（AnnetteHöglund-Dönnes）指出，主要发展障碍仍是公众认知的不足。在柏林举行的一场能源行业活动中，她注意到，潜在工业客户根本不知晓此类解决方案的存在，而事实上，如今已无需再使用天然气或石油来生产工业用蒸汽。

除供热领域外，极夜能源公司正同步推进“沙变电”产品线的研发工作。该产品线将涡轮机技术与沙基电池相结合，旨在实现“电-热电”循环。目前，公司在瓦尔凯科斯基开展的试点项目已启动，目标是电能效率达到30%至35%，热电联产效率则接近90%。该试点项目计划于2027年结束，此后公司将着手推进商业化规模部署。

乡村微样本，能源大议题

对于波尔奈宁的居民而言，情况显而易见：取暖费用保持稳定，市政当局也顺利实现了气候目标。此前作为电网备用设施的老旧燃油锅炉，至今一次都未运行过。

“这项技术能够在此落地，我深感欣慰，”市长安蒂・库塞拉表示，“地区供暖价格的稳定，是本地经济的核心利好之一。既然已有此类创新技术可供选择，放弃木材供暖无疑是更优方案。”

对于极夜能源公司而言，波尔奈宁项目仅仅是其宏大布局的起点。埃罗宁指出：“未来，我们希望专注于‘热力即服务’模式，从而为终端客户提供更便捷的实施方法。”他举了一个浅显的例子加以说明：“如果客户从事豆类生产，他们自然希望将精力集中于豆类生产本身，而不是被能源问题所困扰。这正是我们需要解决的问题。”