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沙子电池(Sand Battery)能否商业化?

作者:中国储能网新闻中心 来源:锂市汇 发布时间:2022-12-02 浏览:

中国储能网讯:沙子电池(Sand Battery)的原理是利用沙子的储热能力,将风能或太阳能产生的热能蓄集起来,加热至此设备,该设备通过热交换器让热气在沙子里面循环,能够把沙子以500℃的高温保持数月。

我们可以发现,沙子电池(Sand Battery)是一种类似于熔盐储能的储能技术,都是通过将热量存储在一些介质中。    

How the world's first sand battery stores green power / Video News / BBC

近期,来自芬兰的研究人员,install了世界上第一个能够完全工作的“沙电池(Sand Battery)”——它可以一次存储绿色能源数月——这项技术在能源不安全和讲究环保的时代吸引了大量的眼球,所有人都在关注它是否可以顺利商业化。具体可以看如上BBC报道的相关视频。

因芬兰是高纬度国家,冬天日照时间极短,太阳能严重不足,极夜能源与当地的瓦塔扬科斯基发电厂合作,设置第一个商用沙子电池(Sand Battery),利用储热系统以及自身资料服务器多余热量,利用区域水管为当地供暖,可用于供暖建筑物、泳池、工业或任何其他需要热能的场地。沙子电池(Sand Battery)以热能的形式储存夏季过剩的电力,用来加热水及暖气,而且沙子的成本较低廉,因此极夜能源希望沙子电池(Sand Battery)可以在冬季时提供便宜干净的暖气。

据英国广播公司报道,沙子将热量储存在500°C左右,可以在能源更昂贵的冬季为家庭供暖,这可能解决了获得可靠的全年能源供应的难题。

储存的可再生能源以后可以用于不同的能源需求过程,取代目前普遍用于取暖和发电的基于化石的燃烧技术。

根据创新使命的报告,极夜能源公司(Polar Night Energy)认为,到2030年,其基于沙子的高温季节性蓄热技术每年可减排超过1亿吨的二氧化碳当量。这个数字大约是目前欧盟排放量的3%。

现在还有待观察的是,这项技术是否能够扩大规模,从而真正发挥作用——以及开发人员是否可以使用它来输出电力和热量。

NREL开发了基于沙子的热能存储原型

 芬兰并不是唯一一个分析硅(沙子的主要成分)的能量潜力的国家。

美国国家可再生能源实验室(NREL)正在对一种新的热能存储技术进行后期原型测试,该技术使用廉价的硅砂作为存储介质。

通过使用低成本热能存储和高效电力循环(持久)的长时间电力存储被宣传为一种可靠、经济、可扩展的解决方案,可以部署在任何地方。

粒子通过一组电阻加热元件加热到1200°C(想象一下把沙子倒进一个巨大的烤面包机)。加热后的颗粒被重力送入保温的混凝土筒仓,用于热能储存。

该基准系统设计用于经济存储高达26000兆瓦时的热能。通过模块化设计,存储容量可以相对轻松地扩大或缩小。

加州大学河滨分校伯恩斯工程学院的研究人员开发了一种由沙子制成的锂离子电池,声称其性能比行业标准高出三倍。但那是2014年的事了。该研究发现纳米级硅的问题在于“它降解很快,很难大量生产”。

随着能源存储技术、可持续发展和安全领域的碰撞,人们再次关注沙子!

特斯拉在2020年表示,将在电池中增加硅的使用量。硅是更常用的石墨的替代品,目前全球70%的石墨来自中国。

从2025年开始,梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)将在其即将推出的电动G级(G-Class)车型中加入一款新型高能量密度电池,解决了如何在为大型电动汽车提供动力的同时,又不让电池过于沉重。

这种电池由初创公司Sila纳米技术公司制造,使用硅基阳极,比目前可用的同类电池的能量密度高20-40%。

勘探公司Allup Silica今年5月在澳大利亚证券交易所上市,500万美元的IPO获得了全额认购。

该公司已经建立了Sparkler的7300万吨资源,96.6%的二氧化硅。

该公司执行主席安德鲁·海索普(Andrew Haythorpe)表示,公司在勘探新的二氧化硅和其他矿物机会方面有大量工作要做,并将寻求通过直接申请、收购或合资来扩大其投资组合。

How sand batteries could change the rules of the energy storage game / Video News / BBC

小结

随着光热发电不断发展,诸多技术研究成果取得了进步。传热储热系统是光热发电重要的一个环节,其中储热介质材料一直是业内人士关心和研究的重点。

理想的储热介质需要满足以下几个条件:1、廉价,具有经济性;2、易于获得;3、安全、包括无毒性、腐蚀性,化学性质稳定等;4、易于操作;5、储热量大,效率高。当前光热电站中广泛应用的储热介质是熔融盐,主要成分为硝酸钾和硝酸钠按一定比例形成的混合物。尽管熔盐具有诸多优点,但受制于较高的熔点(约220℃),以及成本等条件的限制,研究人员仍在寻找更加优秀的替代品。

Masdar理工学院热能储存研究小组项目负责人Nicolas Calvet先生在接受CSP Focus的采访时说道:“我们正致力于研究天然沙子作为良好的储热材料的可行性”。沙子作为储热介质有着诸多优良特性:储热温度可达800摄氏度以上,从而能够提高电站的发电效率;与其他储热介质相比,沙子更为廉价且易于获得,无需担心材料性能退化问题;安全、易操作;材料选取时无需对沙子做预处理和筛选,降低了人工和时间成本;配合二次反射系统,沙子可就地吸热储热,无需管道输送或流化床设备的介入,降低系统复杂性。该项研究证实了光热发电在阿联酋的沙漠地区具有良好的应用前景。

然而,据相关研究人员介绍,沙子在700℃的高温下黏度会增加,不利于输送。虽然利用二次反射系统能够减少这方面的影响,但是直接利用太阳光加热沙子也会面临各种挑战。此外天然沙子的不均匀性如何影响温度的精确控制,阿联酋沙漠的沙子化学成分(石英、碳酸盐为主)与其他地区沙子的差异会对储热效果有怎样的影响,沙漠地区的电力如何外送等都需要考虑。由此看来,该研究成果离商业化应用还需一段时间。但由于中国西北干旱、半干旱地区有着广袤的戈壁滩和沙漠,可作为良好的光热电站厂址,故该研究结果对未来光热发电发展有着积极的潜在影响。

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关键字:储能电池

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