國內(nèi)首創(chuàng)“沙子熱力電池”項目

即將落地

“鄂爾多斯沙”化身巨無霸“熱能儲備器”

▲“沙子熱力電池”中試項目現(xiàn)場 苑雪璐 攝

在準格爾旗大路工業(yè)園的鄂爾多斯實驗室中試基地，3個高達3米的銀色罐體，在陽光下泛著金屬光澤，管道網(wǎng)絡如血管般延伸，將加熱、儲熱、放熱三個環(huán)節(jié)緊密串聯(lián)……

白天的陽光能不能留到晚上用?“風光無限好”怎樣變成“隨用隨取”的能源?煤化工的“煤爐子”如何吃上“清潔餐”?……這些儲能難題，由“鄂爾多斯沙”給出答案——近日，由清華大學與鄂爾多斯實驗室聯(lián)合研發(fā)的國內(nèi)首創(chuàng)“沙子熱力電池”中試裝置實現(xiàn)了全流程貫通運行，捧出全國首個沙子儲能的“能源金罐”。

▲“沙子熱力電池”中試項目模擬圖

“‘沙子熱力電池’這一技術，就像給新能源打造了一座‘高溫能量銀行’，當風電光伏富余時，通過電加熱器將沙粒加熱至600℃-1500℃，使高溫熱能存入‘金庫’;需用時，‘熱能取款機’就能按需兌付工業(yè)蒸汽或電能，讓綠電像現(xiàn)金一樣隨取隨用。”28歲的鄂爾多斯實驗室科研人員王澤眾形象比喻，這位2023年從中國礦業(yè)大學畢業(yè)的小伙兒，放棄了一線城市的工作機會，成為該技術中試階段的首批參與者。

來自“鄂爾多斯沙”的超能力，讓綠電儲能“芯”潮澎湃。在鄂爾多斯實驗室，一組對比過的數(shù)據(jù)，徹底改寫了儲能技術的成本曲線。“沙子熱力電池”儲能介質(zhì)成本低于10元/千瓦時，系統(tǒng)投資成本不足25萬元/兆瓦時;而傳統(tǒng)的熔鹽介質(zhì)成本約為30-120元/千瓦時，系統(tǒng)投資成本在35至65萬元/兆瓦時之間，“用熔鹽建個百兆瓦級儲能站，介質(zhì)成本要上千萬;換成沙子，可能連百萬都不到。”王澤眾的對比，讓“沙子熱力電池”的成本優(yōu)勢更加凸顯。

別看“沙子熱力電池”“便宜”，但絕對“好用”。即使在極端條件下，沙粒儲能介質(zhì)也能保持高效的能量轉換和儲存能力，儲-放熱循環(huán)效率超90%，此外，沙子熱力電池還具備出色的環(huán)保性能，可有效突破可再生能源波動性、不穩(wěn)定性與工業(yè)用能連續(xù)穩(wěn)定之間的矛盾，實現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模消納，讓綠電得以真正替代化石能源應用于工業(yè)過程中，且全生命周期內(nèi)無碳排放，為實現(xiàn)碳中和目標提供了有力支持。

穩(wěn)定性強更是“沙子熱力電池”的“必殺技”。“傳統(tǒng)熔鹽儲能像塊玻璃。”王澤眾指著對比圖解釋，“熔鹽在200℃以下會凝固，560℃以上會分解;沙子儲能則是‘橡膠’，從常溫到1500℃都能穩(wěn)定工作，既不怕凍也不怕熱。”

從實驗室到中試基地，再到工業(yè)現(xiàn)場，“沙芯”的“就業(yè)藍圖”正在徐徐繪就——

位于鄂爾多斯蒙蘇經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的內(nèi)蒙古百川光熱科技有限公司，即將與鄂爾多斯實驗室簽訂合作意向合同，在污水處理等項目中投入沙子儲能技術。“以前我們用天然氣產(chǎn)蒸汽，一噸成本約240元;如果用上沙子儲能的技術，以綠電替代天然氣的話，整個項目的經(jīng)濟性和環(huán)保性都將得到大幅提升。”企業(yè)管理中心副總曾勇指著車間里的蒸汽管道說，百川光熱對沙子儲能技術翹首以盼。目前，團隊已完成百兆瓦時級示范裝置工藝包的設計，正與當?shù)囟嗉夜I(yè)企業(yè)洽談落地。

這只是沙子儲能技術應用的冰山一角。在實驗室的沙盤模型前，鄂爾多斯實驗室主任魏飛勾勒出“沙子熱力電池”應用場景：在杭錦旗的風電基地，它是左手連風光，右手接工廠的“超級中介”，能就近消納綠電，讓“鄂爾多斯風光”變身“鄂爾多斯綠電”;在東勝區(qū)的居民小區(qū)，它是“時間轉換器”，能將白天的陽光照亮夜晚，夏天的風能溫暖寒冬，實現(xiàn)用電低谷儲熱，高峰時段集中供暖;在達拉特旗的工業(yè)園區(qū)，它是“清潔儲能器”，能為煤化工、冶金等高耗能產(chǎn)業(yè)提供零碳蒸汽，推動產(chǎn)業(yè)升級;在鄂托克前旗，它是“能量調(diào)度師”，與農(nóng)業(yè)大棚結合，利用余熱為溫室供暖，形成“農(nóng)牧業(yè)+儲能”的綠色協(xié)同體……

更令人期待的是沙電池的“朋友圈”還在跨界融合。“我們正在探索與甲烷裂解制氫、生物質(zhì)氣化技術的耦合。”魏飛指著電腦里的模擬圖，“未來的能源系統(tǒng)可能像個‘能量超市’，風光電存進‘沙電池’，多余熱能用來制氫，氫氣又能回補電網(wǎng)，所有環(huán)節(jié)都圍繞零碳轉。”

在實驗室的材料庫里，記者還發(fā)現(xiàn)了另一批“特殊儲熱介質(zhì)”——黑色的煤矸石顆粒。這是我們的“第二方案”，王澤眾解釋，“鄂爾多斯每年產(chǎn)生超億噸煤矸石，堆成山的固廢其實富含二氧化硅和氧化鋁，正好能做儲熱材料。”目前，團隊正在進行煤矸石基儲熱材料的定向合成相關研發(fā)工作，未來的沙電池，可能既吃“沙漠糧”，也吃“工業(yè)渣”。

夕陽西下，中試裝置的影子被拉得很長。風過處，沙粒仍在輕輕躍動，它們不再是生態(tài)的負擔，而是鄂爾多斯市以科創(chuàng)能力落實“雙碳”目標、推進產(chǎn)業(yè)轉型升級的鮮活注腳。來自金色沙粒的“新能量”，即將為建設綠色低碳的美麗中國提供全新的“鄂爾多斯動力”。