超热沙子可以帮助我们储存可再生能源

美国正在推动能源脱碳，以符合拜登-哈里斯政府到2050年实现净零排放的目标。纽约市和新奥尔良等全国主要城市中心也已独立设定了到2050年实现净零排放的时间表。

要实现脱碳，就意味着要建立能源储存设施，以便在可再生能源无法轻易获得时电网能够正常运转。这样做意味着要扩大锂电池储存设施，用于风能或太阳能等可再生能源。值得庆幸的是，这项技术正变得越来越普及。根据耶鲁环境 360 报告，该国在 2020 年安装了创纪录的 1.2 千兆瓦电池储存设施。预计这一数字将在未来几年内增加到 2025 年略高于 7 千兆瓦。

然而，经济各个环节的脱碳都面临着诸多挑战，尤其是当从住宅建筑到企业等各个领域都需要持续时间更长、成本更低的能源储存，以避免重新使用化石燃料为公用事业供电时。

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为了应对这一挑战，美国国家可再生能源实验室 (NREL) 的研究人员正在测试一种新的热能存储技术，该技术使用廉价的硅砂作为介质。利用低成本热能存储和高效动力循环实现经济的长期电力存储，也称为 ENDURING 项目，该项目利用风能或太阳能产生的多余电力来加热硅砂。ENDURING 项目的研究人员马志文认为，这种实验性解决方案是在不久的将来实现净零排放的一种方式。

马云在上周的国家可再生能源实验室的新闻稿中表示：“虽然电力脱碳有一条明确的路径，但整个经济的脱碳——包括建筑供热和工业过程等方面——更具挑战性，因为天然气非常便宜，很难被取代。”

该系统的工作方式是，硅砂具有很高的保留和传导热能的潜力，当硅砂通过一个温度可达到惊人的 1,200° 摄氏度的加热器时，硅砂就会通过重力输送。经过烘烤后，这些颗粒被送入由混凝土制成的隔热筒仓中，储存数天。当需要能量时，沙子会通过热交换器，然后加压气体以驱动涡轮机械和旋转发电机，从而产生电能。

根据所需的能源，筒仓的尺寸可以放大或缩小。（在 NREL 发布的图表中，它们看起来有几层楼那么高。）整个系统可以连接到现有电网，也可以放置在已退役的煤电厂或天然气电厂中。研究人员解释说，储存的热能可以在风能和太阳能有限的高峰用电时段释放，例如在清晨或傍晚，人们更有可能待在家里并同时使用多台电器。

根据新闻稿，单个硅砂系统可以存储高达 26,000 兆瓦时（或 26 千兆瓦时）的热能。相比之下，美国核管理委员会的一份报告指出，“对于传统发电机，例如煤电厂，一兆瓦容量的发电量相当于 400 到 900 户家庭一年的用电量。”然而，太阳能等可再生能源一次只能为更少的家庭供电。

马等研究人员认为，反复使用硅砂储存热能有助于取代煤炭和天然气等传统供暖燃料。此外，硅砂每吨成本约为 50 美元，比锂电池的单位成本便宜得多（尽管锂电池的价格也在下降）。

其他 ENDURING 研究人员，如帕特里克·达文波特 (Patrick Davenport) 也同意，硅砂存储系统可以帮助逐步淘汰不太可持续的能源。“带有耐火绝缘材料的沙子和混凝土筒仓是非常便宜的材料，可以实现低成本的能源存储，”他在新闻稿中说道。“传统的四小时存储技术无法很好地扩展到电网或城市规模，”他继续说道，指的是电池存储。“现在我们需要大规模的能源存储，这项技术非常有意义。”

据《光伏杂志》报道，原型加热器目前正在一个未公开的地点进行测试。