白話科技|沙電池是什麼?沙子如何儲存熱能?和鋰電池差在哪?運作原理一次看
白話科技|沙電池是什麼?沙子如何儲存熱能?和鋰電池差在哪?運作原理一次看

全球應對氣候變遷,建造太陽能、風力發電等再生能源相當常見,不過只能在有陽光或有風時才能發電的間歇性限制,「看天吃飯」導致電力生產與消耗速度難以銜接。

那麼,該如何有效儲存的太陽能與風能?為了解決這個全球性的儲能難題,由芬蘭新創公司 Polar Night Energy 開發的創新技術「沙電池(Sand Battery)」儲能系統,正提供一個務實且永續的解決方案。

沙電池是什麼?為什麼選沙子當材料?

沙電池是一種新型能源儲存系統,為熱電池(thermal battrey)的一種,要做為沙電池的儲熱介質,理想的材料特性應具備以下4點:

  • 高熱容量與高密度: 決定了儲能系統的能量密度,亦即在有限的體積內能儲存多少熱能。
  • 高溫穩定性: 材料必須能承受數百甚至上千度的高溫,並在無數次加熱、冷卻循環後,性質依然穩定,不會分解或降解。
  • 成本低廉且來源廣泛: 材料便宜、易於取得,才能在成本上與其他儲能技術競爭。
  • 安全無毒且對環境友善: 材料本身須不可燃、無毒、無腐蝕性,且在開採和棄置時對環境的衝擊小。

最經典的材料就是沙子,由於沙子普遍易取得、成本低廉,加上穩定性、耐熱度高,可加熱至600度甚至1200度,且能在無數次的加熱和冷卻循環下耗損率低,以及無毒、不可燃等特性,安全性高,是沙電池技術的常見基礎材料。

雖然名為沙電池,但材料不限於沙子,例如建築廢棄物產生的碎石或混凝土、工業副產品(爐渣、碎皂石)等都是絕佳的儲熱介質。

沙電池的運作原理!充、存、放三步驟

沙電池運作方式是將電力轉換為熱能,並儲存在一個以沙子或碎石為介質的巨大絕熱鋼製筒倉中,可想像成一個「超巨大保溫瓶」。

第一步〉儲能充電

主要在電價便宜或再生能源發電過剩時,利用這些電力透過「電阻加熱」的方式,將儲存介質如沙石加熱至攝氏500度儲存為熱能。

第二步〉保溫存放

再來,藉由保溫隔熱效果極佳的巨大鋼製筒倉,被加熱的沙石所蘊含的高溫熱能被牢牢鎖住保存,由於熱量流失率極低,這些能源可以安然存放數天、數月之久。

第三步〉取用放電

在需要供暖時(尤其在寒冷的季節),系統便會將儲存的熱氣導出,經由「熱交換器」來加熱管線中的水流。這些熱水隨後被配送至小鎮區域供暖管線網,最終送進家戶,提供穩定且環保的熱能。

而Polar Night Energy近期啟用了世界上最大規模的沙電池系統,在芬蘭南部小鎮波爾奈寧 (Pornainen) 打造一座高13公尺、寬15公尺的巨大筒倉, 總儲熱容量高達100兆瓦時 (MWh),足以滿足小鎮夏季一個月或冬季一週的供暖需求

Polar Night Energy使用的是碎皂石(crushed soapstone),取自芬蘭當地壁爐製造商 Tulikivi 的工業廢料, 相較沙子擁有更好的導熱性與儲熱能力,能夠更快速、更均勻地吸收和釋放熱能,提升充放電效率,也達到循環經濟的理念

這項計畫預計將使該鎮供暖系統的碳排放量減少近70%,並大幅降低對石油與木屑的依賴,成為邁向2035年碳中和目標的關鍵一步。

Polar Night Energy
Polar Night Energy在芬蘭打造的巨大儲能筒倉。
圖/ Polar Night Energy
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Polar Night Energy在芬蘭南部小鎮波爾奈寧打造的巨大筒倉,總儲熱容量高達100兆瓦時 (MWh)。
圖/ Polar Night Energy

沙電池成本遠勝鋰電池!5大優勢成為儲能界的潛力股

沙電池被視為新興的儲能方案,在於經濟效益高、使用壽命長、安全性高等5大優勢。

1. 經濟效益高: 使用沙石、工業廢料等地球上最常見且便宜的材料,每度電(kWh)的長期儲存成本遠低於鋰電池。

根據 Polar Night Energy 早期的沙電池原型估算,儲存成本約為每千瓦時25美元(約新台幣819元),而鋰電池的成本則高達每千瓦時115美元(約新台幣3,769元)。

2. 使用壽命長: 儲能過程僅涉及物理性的加熱與冷卻,幾乎沒有化學衰退問題。設施一旦建成,材料壽命可長達數十年,性能幾乎不減,大幅降低了長期的維護與更換成本。

3. 安全性高: 相較於主流的鋰離子電池,可能出現洩漏、燃燒等風險,沙電池本身無毒、不可燃、無腐蝕性且無爆炸風險,在運作上安全可靠。

4. 長期儲存熱能: 保溫絕熱設計能大幅降低熱量損失,可儲存長達數月,從儲存到回收的熱損失率也僅約10%至15%,具備高效能與低成本的雙重優勢。

5. 循環經濟: 材料可直接利用工業副產品或建築廢料,避免了開採鋰、鈷等稀有金屬所帶來的環境與人道爭議。

▶一起來測驗你是否了解沙電池原理!

能源儲存新浪潮,各國新創爭相發展熱儲能技術

除了 Polar Night Energy,蘇格蘭的 Sunamp、美國的 Electrified Thermal Solutions 與 Fourth Power 等多家新創公司,也正積極開發以鹽、磚塊、石墨塊等不同材料為基礎的熱儲存技術。

Polar Night Energy表示,他們的目標是將這項技術推向全球,並已在積極與國際夥伴洽談,同時也正在探索將儲存的熱能轉化回電力的可行性,為全球能源儲存開創新的可能性。

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資料來源:euro newsTechCrunchPolar Night Energy

本文初稿為AI編撰,整理.編輯/ 蘇柔瑋

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大巨蛋經濟商機無限 : 如何提升台灣運動娛樂產業?緯來董座李鐘培:先整合生態圈
大巨蛋經濟商機無限 : 如何提升台灣運動娛樂產業?緯來董座李鐘培:先整合生態圈

臺北大巨蛋啟用,也為台灣運動產業帶來更多新機會。緯來電視網董事長李鐘培在 NMEA 新媒體暨影視音發展協會舉辦的「2025 亞洲新媒體高峰會」上登台演講,從賽事現場談到產業鏈,梳理運動產業的挑戰與機會。

他指出,在大巨蛋完工前,各球團每年大約虧損新臺幣 2 至 3 億元;但場館啟用後,職棒生態因為有了更大的舞台而出現新契機。以觀賽人數為例,啟用前每年約 180 萬人次,啟用後成長至 373 萬人次。「中華職棒自 1989 年成立,走過 35 年,如今終於有了能夠凝聚全民認同的『Team Taiwan』!」在他看來,大巨蛋帶來的不只是硬體升級,更讓外界重新看見:運動賽事具備連結城市、串起家庭與驅動產業的可能性;只是熱度能否延續,考驗才正要開始。

號召各界投入運動經濟

「運動賽事是團結社會、凝聚向心力的重要催化劑。」李鐘培說。但催化劑要發揮作用,前提是舞台與參與能形成規模;否則再高的熱度,也可能在分散中迅速消退。

他以職籃為例,回顧「合」與「分」對賽事影響的落差。如 SBL 白館全盛時期,觀眾甚至站在冷氣機上觀賽;後來聯盟分裂,觀眾分散、收視也分散,整體聲量隨之下滑。「只要聯盟之間能夠有效整合,整體產業就有機會出現跳躍式成長。」他強調的不是單一聯盟的成敗,而是當賽事要走向更大規模,整合始終是繞不過的門檻。

NMEA
圖/ 數位時代

當整合成為前提,制度與資源如何接棒,也就成為下一個關鍵。隨著體育署升格為運動部,且由具運動員背景的部長領軍,也振奮了運動界。其中,運動部成立「運動贊助媒合平台」,提供多達 74 種賽事,讓企業與個人贊助者得以依條件參與投入,並爭取企業減稅比例提升至 175%、減稅實施期間拉長至 10 年;此外,為表彰長期投入者,自民國 98 年起也持續辦理「體育推手獎」。

對此,李鐘培也特別感謝贊助體育的數百家企業。他認為,每一塊獎牌的背後,都有贊助單位的支持與祝福;而支持若能更穩定地進入制度與市場循環,選手與賽事才更有機會被看見,也走得更遠。

四大策略,助攻運動娛樂經濟

不過,產業要長出可持續的動能,還得回到「誰把賽事留在場上、留在螢幕上」。李鐘培直言,電視媒體願意轉播體育賽事,其實背負的是連年的虧損。在沒人看得到的地方,他坦言:「基層賽事沒人要播、國際賽事成本極高。緯來體育台成立 28 年,就有 27 年都在虧錢,已經虧損 24 億。」

但要讓體育走得更遠,光靠單一電視台苦撐不是辦法。因此,李鐘培主張產業必須合作,共同打造賽事、娛樂、觀光的國際生態圈,「將餅做大、共榮共好。」他以他山之石提出四大策略方向:科技導入、在地深耕、城市品牌、跨界合作。

例如:美國快艇隊新主場 Intuit Dome,透過科技化建置、轉播技術升級、球場智能化,優化整體觀賽體驗;在地深耕則關乎球隊如何成為城市文化的一部分,如 LeBron James 的街頭彩繪壁畫「洛杉磯之王(The King of LA)」,即以球星形塑城市識別;跨界合作則可結合知名 IP 與社群經營,如 MLB 美國職棒大聯盟與日本超人氣動畫《鬼滅之刃》的聯動,都是擴大參與的做法。以及,新加坡封街舉辦 F1 賽事,打造「賽事+娛樂+觀光」的國際生態圈和體驗,帶動完整產業鏈發展。

回望台灣,他認為運動產業有無限可能,但需要各界共襄盛舉。他拋出一個具體想像:「若 U18 等基層賽事票房不佳,是否可由公部門購票,邀請國中小棒球隊孩子進場觀賽,讓選手與觀眾共同感受國際賽事氛圍?」同時,企業也可支持基層運動與偏鄉體育,作為 ESG 中「S(社會)」的重要實踐:如緯來體育台在上屆亞運承諾協助選手圓夢,包含支持運動團體、年邁教練與偏鄉運動設備等。

NMEA
圖/ 數位時代

整合,讓台灣運動再次偉大

談到更長遠的發展,李鐘培再把視野從運動賽事拉高,綜觀台灣在更大產業版圖中的位置。以規模來看,臺灣 2024 年運動產業產值約 257 億美元,與美國約 5,200 億美元、日本 775 億美元、韓國 552 億美元相比,仍有相當大差距。

同時,儘管台灣出口總額已超越日韓,但其中約 80% 集中於半導體與高科技;相較之下,影音內容的國際化仍有巨大潛力。目前臺灣內容出口僅佔總出口約 0.2%,日本約 1.99%,韓國約 1.96%。

日本《鬼滅之刃》劇場版創下影史紀錄、全球票房達 6.4 億美元;韓國 BTS 則為韓國帶來約 46.5 億美元經濟貢獻。若臺灣內容產業能達到 2% 的出口占比,規模將達 128 億美元,仍有約 8.6 倍的成長空間。

而要走到那一步、讓內容走出去,媒體端也必須面對收視生態的結構變化。李鐘培指出,收視從無線三台時代,走到有線電視百家爭鳴,再到數位串流時代,關鍵不在頻道競爭,而在觀眾收視習慣與載具轉移。媒體必須自省內容是否具跨世代吸引力;廣告上則需整合電視的品牌效果與網路的轉換導購,協助客戶達標,同時避免過度置入影響觀眾體驗。

演講最後,李鐘培仍把焦點放回「整合」:號召各界持續共襄盛舉,成為運動員與運動產業最穩定的後盾。在大巨蛋啟用之後,賽事與內容的下一局如何開展,關鍵不只在一場比賽的熱度,而在於是否能成功整合資源,讓台灣運動、內容及娛樂經濟能乘勝而起,衝出更好的成績。

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