國(guó)內(nèi)首創(chuàng)“沙子熱力電池”項(xiàng)目

即將落地

“鄂爾多斯沙”化身巨無(wú)霸“熱能儲(chǔ)備器”

▲“沙子熱力電池”中試項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng) 苑雪璐 攝

在準(zhǔn)格爾旗大路工業(yè)園的鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室中試基地，3個(gè)高達(dá)3米的銀色罐體，在陽(yáng)光下泛著金屬光澤，管道網(wǎng)絡(luò)如血管般延伸，將加熱、儲(chǔ)熱、放熱三個(gè)環(huán)節(jié)緊密串聯(lián)……

白天的陽(yáng)光能不能留到晚上用?“風(fēng)光無(wú)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(chǔ)能難題，由“鄂爾多斯沙”給出答案——近日，由清華大學(xué)與鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研發(fā)的國(guó)內(nèi)首創(chuàng)“沙子熱力電池”中試裝置實(shí)現(xiàn)了全流程貫通運(yùn)行，捧出全國(guó)首個(gè)沙子儲(chǔ)能的“能源金罐”。

▲“沙子熱力電池”中試項(xiàng)目模擬圖

“‘沙子熱力電池’這一技術(shù)，就像給新能源打造了一座‘高溫能量銀行’，當(dāng)風(fēng)電光伏富余時(shí)，通過(guò)電加熱器將沙粒加熱至600℃-1500℃，使高溫?zé)崮艽嫒?lsquo;金庫(kù)’;需用時(shí)，‘熱能取款機(jī)’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(shí)驗(yàn)室科研人員王澤眾形象比喻，這位2023年從中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)的小伙兒，放棄了一線城市的工作機(jī)會(huì)，成為該技術(shù)中試階段的首批參與者。

來(lái)自“鄂爾多斯沙”的超能力，讓綠電儲(chǔ)能“芯”潮澎湃。在鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室，一組對(duì)比過(guò)的數(shù)據(jù)，徹底改寫(xiě)了儲(chǔ)能技術(shù)的成本曲線。“沙子熱力電池”儲(chǔ)能介質(zhì)成本低于10元/千瓦時(shí)，系統(tǒng)投資成本不足25萬(wàn)元/兆瓦時(shí);而傳統(tǒng)的熔鹽介質(zhì)成本約為30-120元/千瓦時(shí)，系統(tǒng)投資成本在35至65萬(wàn)元/兆瓦時(shí)之間，“用熔鹽建個(gè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能站，介質(zhì)成本要上千萬(wàn);換成沙子，可能連百萬(wàn)都不到。”王澤眾的對(duì)比，讓“沙子熱力電池”的成本優(yōu)勢(shì)更加凸顯。

別看“沙子熱力電池”“便宜”，但絕對(duì)“好用”。即使在極端條件下，沙粒儲(chǔ)能介質(zhì)也能保持高效的能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存能力，儲(chǔ)-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(dòng)性、不穩(wěn)定性與工業(yè)用能連續(xù)穩(wěn)定之間的矛盾，實(shí)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(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中，且全生命周期內(nèi)無(wú)碳排放，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了有力支持。

穩(wěn)定性強(qiáng)更是“沙子熱力電池”的“必殺技”。“傳統(tǒng)熔鹽儲(chǔ)能像塊玻璃。”王澤眾指著對(duì)比圖解釋?zhuān)?ldquo;熔鹽在200℃以下會(huì)凝固，560℃以上會(huì)分解;沙子儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)室到中試基地，再到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，“沙芯”的“就業(yè)藍(lán)圖”正在徐徐繪就——

位于鄂爾多斯蒙蘇經(jīng)濟(jì)開(kāi)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(shí)驗(yàn)室簽訂合作意向合同，在污水處理等項(xiàng)目中投入沙子儲(chǔ)能技術(shù)。“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(chǔ)能的技術(shù)，以綠電替代天然氣的話，整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)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(chē)間里的蒸汽管道說(shuō)，百川光熱對(duì)沙子儲(chǔ)能技術(shù)翹首以盼。目前，團(tuán)隊(duì)已完成百兆瓦時(shí)級(jí)示范裝置工藝包的設(shè)計(jì)，正與當(dāng)?shù)囟嗉夜I(yè)企業(yè)洽談落地。

這只是沙子儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的冰山一角。在實(shí)驗(yàn)室的沙盤(pán)模型前，鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室主任魏飛勾勒出“沙子熱力電池”應(yīng)用場(chǎng)景：在杭錦旗的風(fēng)電基地，它是左手連風(fēng)光，右手接工廠的“超級(jí)中介”，能就近消納綠電，讓“鄂爾多斯風(fēng)光”變身“鄂爾多斯綠電”;在東勝區(qū)的居民小區(qū)，它是“時(shí)間轉(zhuǎn)換器”，能將白天的陽(yáng)光照亮夜晚，夏天的風(fēng)能溫暖寒冬，實(shí)現(xiàn)用電低谷儲(chǔ)熱，高峰時(shí)段集中供暖;在達(dá)拉特旗的工業(yè)園區(qū)，它是“清潔儲(chǔ)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(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí);在鄂托克前旗，它是“能量調(diào)度師”，與農(nóng)業(yè)大棚結(jié)合，利用余熱為溫室供暖，形成“農(nóng)牧業(yè)+儲(chǔ)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(shù)的耦合。”魏飛指著電腦里的模擬圖，“未來(lái)的能源系統(tǒng)可能像個(gè)‘能量超市’，風(fēng)光電存進(jìn)‘沙電池’，多余熱能用來(lái)制氫，氫氣又能回補(bǔ)電網(wǎng)，所有環(huán)節(jié)都圍繞零碳轉(zhuǎn)。”

在實(shí)驗(yàn)室的材料庫(kù)里，記者還發(fā)現(xiàn)了另一批“特殊儲(chǔ)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?zhuān)?ldquo;鄂爾多斯每年產(chǎn)生超億噸煤矸石，堆成山的固廢其實(shí)富含二氧化硅和氧化鋁，正好能做儲(chǔ)熱材料。”目前，團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行煤矸石基儲(chǔ)熱材料的定向合成相關(guān)研發(fā)工作，未來(lái)的沙電池，可能既吃“沙漠糧”，也吃“工業(yè)渣”。

夕陽(yáng)西下，中試裝置的影子被拉得很長(zhǎng)。風(fēng)過(guò)處，沙粒仍在輕輕躍動(dòng)，它們不再是生態(tài)的負(fù)擔(dān)，而是鄂爾多斯市以科創(chuàng)能力落實(shí)“雙碳”目標(biāo)、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的鮮活注腳。來(lái)自金色沙粒的“新能量”，即將為建設(shè)綠色低碳的美麗中國(guó)提供全新的“鄂爾多斯動(dòng)力”。