如果你曾在夏天烈日暴曬過的海灘上赤腳走過，肯定會對灼熱的沙子印象深刻。這些儲存在沙子里的太陽能熱量為一種新型電池的開發提供了靈感。在芬蘭，一家名為“極夜能源”（Polar Night Energy）的初創公司就開發出了一種新技術，并建成了世界上第一座功能齊全的“沙電池”供熱系統。
該熱能儲存系統由一個巨大的絕緣鋼筒組成，可容納約 100 噸建筑用沙。來自太陽能電池板和風力渦輪機的能量可以使沙子升溫至 500 攝氏度，并產生熱空氣，在筒倉內循環。這種“綠色”能源可以在需要時，例如在缺乏陽光、氣溫下降的時候，或者在冬季能源價格過高的時候，提供給周圍區域的供暖系統。
極夜能源公司的研究人員稱，這種沙電池可以為全年利用可再生能源為建筑物供暖的問題提供解決方案，并最終用于發電。該公司聯合創始人 Markku Ylönen 在接受采訪時說：“向綠色能源的過渡導致可用電力出現巨大變動，進而導致生產和消費的不匹配。這種不匹配有時會相當可觀，可能會出現高達數十吉瓦（GW，1 吉瓦等于 10^9 瓦特）的不可用電力。”
“我們的儲熱電池可以為大量能源提供一個低成本的‘水槽’，使其在高溫下以熱量的形式存儲起來，并將這些能源以可用的形式用于工業和區域供熱，甚至未來也可以用于發電。” Markku Ylönen 補充道，“其中關鍵之處在于我們可以提供的存儲規模，我們能夠以合理的成本存儲幾十吉瓦時的能量，而且系統不會隨著時間的推移而顯著衰減。”
隨著氣候變化的加劇，以及化石燃料的價格上漲，導致了近年來對可再生能源的投資激增。然而，對許多綠色能源解決方案而言，如何將環境資源（如風能和太陽能等）中獲取的能源儲存起來以供未來使用，是一個巨大的挑戰。
風能和太陽能產生的電力可以并入國家電網，但對電力的需求是恒定的，可再生能源的供應則是間歇性的。這意味著，在缺乏陽光和風力較低時產生的能源供應不足仍必須由化石燃料來彌補。就芬蘭當地而言，由于最近其尋求加入北約的舉動，該國的主要電力來源俄羅斯已經停止了天然氣和電力供應，這讓芬蘭的能源自給問題更加緊迫。在芬蘭，冬天一般從 11 月至 4 月，可以持續 200 天，溫度可以降至零下 45 攝氏度，居民供暖用能是主要的能耗品類。
極夜能源公司的兩位創始人 Tommi Eronen 和 Markku Ylönen 聲稱，他們的沙電池可以儲存電網容量飽和時產生的多余可再生能源。不久前，該公司已經在芬蘭西南部坎康佩（Kankaanpää）的瓦塔揚科夫斯基（Vatajankoski）發電廠安裝了沙電池，并與區域供熱網絡相連。
普通電池多使用鋰或鋰合金作為陽極材料，但金屬鋰的資源開采成本昂貴，而且所能容納的多余電量有限。極夜能源的沙電池儲熱系統安裝于今年年初，并于 2022 年 5 月投入使用。該電池使用了“電阻加熱”的工作原理，即可再生能源產生的電能通過加熱電阻元件，振動元件內部的粒子，使其升溫。這些電阻元件可以將沙子加熱到 500 攝氏度以上，進而加熱空氣，使其通過填滿沙子的儲熱容器中的一系列管道進行循環，一次可以使可再生能源儲存數月。
當電力需求較高而供應不足時，沙電池系統可以將熱空氣排出到一個熱交換器中，在那里使水加熱升溫。之后，熱水被泵到該地區周圍，為 3.5 萬居民的建筑供暖。“我們可以為通往坎康佩的水管提供大約 200 千瓦的加熱電力，”Markku Ylönen 說道。
從沙電池儲熱系統出來的熱水被混合到供暖系統中，通過水循環為整個街區提供部分熱能。這一比例會隨季節而變化，因為集中供暖網絡的負荷高度依賴于環境溫度。
極夜能源的試點發電廠可以儲存現有電網的電力，以及太陽能電池板和風力渦輪機產生的電力。可靠的儲熱系統使坎康佩能夠以最低的成本發電或購買電能，然后在最需要的時候分配熱量。
可再生能源儲熱技術也為目前使用化石燃料的工業提供了很好的機會。不過，如果沙電池發電廠只被用來在需要時將電力返回電網，其效率就會下降。目前，極夜能源公司的團隊正在考慮如何擴展沙電池的概念，利用其來發電和供熱。
