沙电池试验在芬兰开始

沙电池试验在芬兰开始

沙电池是两位芬兰工程师 Markku Ylönen 和 Tommi Eronen 的创意。它本身就是简单。做一大堆沙子。用多余的可再生电力将其加热到 500º C (932º F) 左右,然后再用这些热量为家庭、工厂甚至游泳池供暖。他们说沙子可以保持高温 3 个月或更长时间。他们一起创立了 Polar Night Energy,该公司已经在 Kankaanpää 镇完成了第一次安装——在看起来非常像筒仓的地方安装了 100 吨沙子。

美国人可能很难看到这个想法的价值。热沙不太擅长发电,那有什么意义呢?但不要让美国例外论影响你的判断。世界上有很多地方——尤其是在寒冷气候下——区域供暖很常见。不是每栋建筑物中的单独熔炉,而是在中央位置产生热量,并通过地下管道和管道系统将热量分配给家庭、工厂和企业。第一个极地之夜能源系统已安装在 Vatajankoski 发电厂,该发电厂运行该地区的区域供热系统。

沙电池主要用于补充这些区域供热系统,并显着降低用于加热建筑物的电力、石油或甲烷量。尤其是现在,当克里姆林宫的疯子忙于在国际舞台上玩“我的比你的大”时,任何减少对来自俄罗斯的甲烷和电力需求的事情确实是个好消息。在芬兰决定加入北约后,莫斯科停止向芬兰供应天然气和电力。

英国广播公司报道沙电池代表了一种简单、经济高效的储能方式。它使用来自可再生能源的多余电力来加热沙子,沙子可以在 500 摄氏度左右保持数月。 “我们已经了解到,我们的系统具有比我们最初计算的更大的潜力。这是一个积极的惊喜,”Ylönen 说。 “每当可用的绿色电力激增时,我们都希望能够真正快速地将其送入存储。”

第一个装置具有 100 kW 的加热功率和 8 MWh 的能量容量。 “这项创新是智能和绿色能源转型的一部分。蓄热可以显着帮助增加电网中的间歇性可再生能源。同时,我们可以将废热提升到可用水平,为城市供暖。这是朝着无燃烧产热迈出的合乎逻辑的一步,”他补充道。

Vatajankoski 使用从本地数据服务器回收的热量作为其区域供热系统的一部分。理想情况下,废热在被送入区域供热系统之前应该在 75 到 100 摄氏度之间。当温度变得太低时,极夜设施的热量可以弥补差异。区域供暖系统还能在漫长的北极冬季保持小镇游泳池的水温。 Polar Night 表示,就排放而言,除了建造沙电池的嵌入式排放外,该系统的碳强度与最初提供电力加热沙子的能源相同。

沙电池的想法最初是在坦佩雷市的一家前纸浆厂开发的,该委员会捐赠了工作空间并提供资金以使其起步。该市能源和气候专家埃琳娜·塞帕宁 (Elina Seppänen) 说:“如果我们有一些发电站在冬季只工作几个小时,那是最冷的时候,那将是极其昂贵的。”但我们有如果我们有这种解决方案,为热量的使用和储存提供了灵活性,这在费用方面会有很大帮助。”

其他研究小组,如国家可再生能源实验室,正在积极将沙子视为一种可行的绿色能源电池形式。但是芬兰人是第一个拥有有效的商业系统的人。 “这真的很简单,但我们喜欢尝试新事物的想法,成为世界上第一个这样做的人,”Vatajankoski 发电厂的总经理 Pekka Passi 说。

满足各种需求的沙电池

Polar Night Energy 表示,它可以为从一栋建筑到整个城镇的各种需求设计沙电池。每个系统都根据客户的要求单独定制,并基于使用 COMSOL Multiphysics 软件的仿真、3-D 瞬态热传输模型以及真实的输入和输出数据进行设计。如果项目的表面积有限,这些系统可以埋在地下以节省空间。

每个系统都是全自动的,额定功率高达 100 MW,存储容量高达 20 GWH。系统的预计成本低于每千瓦时存储容量 10 欧元。该公司表示,“风能和太阳能等可再生能源的生产波动很大,仅与时间消耗部分重叠。随着这些不稳定的电源在社会中迅速增加,将需要越来越多的储能技术。我们的技术提供了一种将廉价和清洁的剩余电力提炼成有价值的热量的方法,这种方式可以在最需要的时候以经济实惠的方式使用。”

NREL 硅砂电池

沙电池试验在芬兰开始

图片来源:Patrick Davenport 和 Al Hicks,NREL

NREL 系统与 Polar Night 系统的不同之处在于,它更侧重于使用储存的热量来发电。它在测试一种使用廉价硅砂作为存储介质的新型热能存储技术方面进展顺利。它表示,其通过使用低成本热能存储和高效动力循环 (ENDURING) 的经济长期电力存储是一种可靠、经济高效且可扩展的解决方案,可以安装在任何地方。

ENDURING 使用多余的太阳能或风能来加热硅砂,硅砂通过一系列电阻加热元件将其加热到 1,200°C。然后,加热的颗粒通过重力被送入绝缘的混凝土筒仓,并储存在那里。该系统可存储高达 26,000 MWh 的热能。 NREL 说,通过模块化设计,可以相对轻松地扩大或缩小存储容量。

当需要能量时,热粒子被送入热交换器,在热交换器中气体被加热和加压,以旋转发电机,为电网发电。该系统在高电力需求期间和有限的太阳能光伏或风能可用时放电。一旦排出,用过的冷颗粒再次被送入绝缘筒仓进行储存,直到条件(和经济)再次适合装料。

硅砂丰富、稳定且价格低廉,在开采和报废过程中对生态的影响很小。锂离子电池具有出色的能量存储密度,但价格昂贵。粒子热能存储是一种能量密度较低的存储形式,但在 900°C 的充放电温差下,每千瓦时热能 2 至 4 美元非常便宜。

储能系统是安全的,因为使用惰性硅砂作为存储介质,使其成为大规模、长时间储能的理想选择。 ENDURING 系统没有特定的选址限制,可以位于全国任何地方。 NREL 表示,这些系统也可以使用退役燃煤和燃气发电厂的现有基础设施建造。

外卖

储能是可再生能源革命的关键。有一些方法可以创建环保且便宜的存储。 Polar Night 和 NREL 正在推广其中的两个,但随着越来越多的人关注对大规模、负担得起的储能的需求,还会有很多其他的。 20 年前难以想象的事情,20 年后将变得司空见惯。沙电池今天可能看起来很奇怪,但它们肯定会成为未来能源存储组合的一部分。

来源: CleanTechnica

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