沙子也能做电池？芬兰启动大规模沙电池储能系统

一堆“沙子”正在帮助芬兰小镇度过寒冬。

近日，美国消费者新闻与商业频道（CNBC）报道了一则大规模商业化沙电池的案例——芬兰波尔奈宁（Pornainen）沙电池夏季储存的热能足以覆盖当地近一个月供暖需求，冬季也能持续供应约一周热量。

何为“沙电池”？

据悉，该项目于2025年6月投入运行，由极夜能源公司（Polar Night Energy）专为芬兰区域供热公司Loviisan Lämpö打造。

沙电池并非传统意义上的电池，而是一种利用沙质材料储存热能的高温热储能系统。与传统化学电池不同，它不通过电化学反应储存电能，而是利用沙子或类似材料作为储热介质，将能源以热量形式保存。

当太阳能、风能等可再生能源供应充足、电价较低时，沙电池系统会利用电力加热储热材料，将能源转化为高温热能储存在隔热结构中。当供热需求增加时，系统通过热交换器释放热量，为区域供热网络提供热水，或者为工业生产提供热空气和蒸汽。

波尔奈宁的沙电池高约13米、宽约15米，内部使用约2000吨经过处理的皂石作为储热材料，可提供1兆瓦的热能，并具有100兆瓦时的存储容量。根据项目运营方介绍，该系统可以满足波尔奈宁约5000名居民夏季近一个月的供暖需求，在冬季则可以提供约一周的供暖。

极夜能源表示，该项目投入运行后，预计可使当地供热网络温室气体排放减少近70%，并降低约60%的木屑燃料使用量。当地原有木屑发电设施仍继续运行，用于备用能源供应以及峰值负荷调节。

极夜能源称，目前该技术能够提供最高约400℃的热能输出，主要应用于区域供热以及工业热能需求领域。公司还正在研发将储存热能重新转换为电力的解决方案。

无需稀土元素

随着太阳能和风能在能源系统中的比例提高，能源供应的波动性成为需要解决的问题：太阳能和风能受到天气影响，在发电条件较好的时候可产生大量电力，但能源需求并不一定同步增长。

沙电池的运行方式——电力供应充足时储存能源，在需要热能时释放——可以在极大程度上缓解这一痛点。

极夜能源首席商务官安妮特·霍格隆德-多恩斯近日在接受媒体采访时表示：“整个过程可以简单概括为三个步骤，而其中的关键在于，沙子让你能够在使用电力和使用蒸汽之间创造一个时间差。”

霍格隆德-多恩斯将这一过程比作手机夜间充电，她进一步解释道，企业可以在电价较低的时候利用电力加热沙子，然后在能源成本较高或需求增加时使用储存的热量。

极夜能源首席执行官托米·埃罗宁表示，能源系统正在从过去依靠大型发电厂集中供能的模式，转向需要更多储能设施的模式。

“太阳能和风能正在成为主要能源来源，因此我们需要大量储能设施。”埃罗宁希望，未来更多储能设施能够采用类似沙电池的技术，并指出这种技术不像部分化学电池那样需要稀土材料。

除了波尔奈宁项目外，极夜能源也在开发不同规模的商业化方案。公司目前提供2兆瓦级和10兆瓦级沙电池系统。其中，2兆瓦级系统主要面向中小型工业设施、空间供暖系统以及区域供热网络，储能容量最高可达到200瓦级时；10兆瓦级系统则面向大型工业流程、能源企业和更大规模的供热需求，储能容量最高可达到1000瓦级时。这些沙电池采用模块化设计，具体规模可根据项目需求调整。

目前，全球约36%的工业过程热需求处于极夜能源的技术覆盖范围内。公司认为，这些过去依赖石油、天然气等燃料提供热能的工业流程，可以通过电热储存方式减少燃料使用。

推广仍存技术限制

随着商业项目落地，沙电池技术也受到能源行业关注。

英国牛津大学能源与气候政策教授扬·罗森沃认为，包括沙电池在内的电热储能技术可能会在不同地区得到应用。

他在接受媒体采访时表示：“它不需要稀土元素，也不需要关键原材料。其优势在于，你可以在电价低的时候给电池充能，然后在需要热能的时候释放。”

罗森沃指出，相比锂离子电池通常适合数小时储能，热能储存系统可以实现更长时间的能源保存。

Loviisan Lämpö供电站首席执行官米科·帕亚涅表示，沙电池改变了区域供热系统的能源采购方式，“将电力采购与区域供热生产彻底分离开来”。

帕亚涅透露，公司计划未来通过沙电池满足当地55%至60%的区域供热需求。

尽管沙电池已经进入商业运行阶段，但其进一步推广仍面临一些技术限制。

目前，行业关注的问题包括如何提高储存热能重新转换为电力的效率，以及相比化学电池较低的能量密度等。

极夜能源表示，公司已经收到来自多个国家和地区的咨询，其中包括一些仍依赖煤炭、石油等化石燃料的市场。

据全球清洁能源创新组织Mission Innovation的评估，到2030年，极夜能源的沙电池技术每年可能减少超过1亿吨二氧化碳当量排放。