Самая большая в мире песчаная батарея находится в Финляндии, в деревне Порнайнен, с населением около 5000 человек. Чтобы попасть к ней, нужно подняться по винтовой лестнице, прикрепленной болтами к внешней стороне бункера из темной гофрированной стали, окруженного лесом, рядом со зданием из красного кирпича с высокой трубой. Наверху, за люком, находится нечто, не похожее ни на одну систему отопления.
Ирина Медведева
Вид с воздуха на песчаную батарею в Порнайнен, на которой установлен бункер для песка, а рядом — здание котельной на щепе и дымовая труба. Источник: interestingengineering.com
Внутри тесно и низко, пространство заполнено массивными трубами, обернутыми гофрированной фольгой. В емкости находится 2000 тонн песка, переработанных отходов производства каминов, пронизанных этими трубами. Этой тепловой энергии достаточно, чтобы обеспечить большую часть потребностей муниципалитета в отоплении в течение всего года. При полной загрузке температура достигает 500–600 °C.
Испытана самой суровой зимой за последние годы
Это песчаная батарея Polar Night Energy, введенная в эксплуатацию в июне 2025 года для компании по централизованному теплоснабжению Loviisan Lämpö.
Зима 2025–2026 годов в Финляндии была жестокой, необычайно холодной даже по местным меркам, а цены на электроэнергию достигли такого уровня, что стало очевидно, насколько нестабильным может быть рынок Северной Европы. По собственным данным Polar Night Energy, спотовые цены в Финляндии за одну неделю колебались от 3 €/МВт·ч до 373 €/МВт·ч.
Однако с помощью одной установки потребление нефти сократилось на 100%, выбросы в атмосферу сократились на 70%, а сжигание древесной щепы — на 60%. По словам мэра муниципалитета, в настоящее время муниципалитет отапливает все свои общественные здания, включая новую спортивную арену, которая откроется в сентябре 2026 года, полностью за счет этой системы централизованного теплоснабжения.
Иллюстрация песчаной батареи Polar Night Energy в разрезе, демонстрирующая систему замкнутых труб, по которым поступает и отводится тепловая энергия, накопленная в песке. Фото: Polar Night Energy. Источник: interestingengineering.com
Устройство, принцип работы
Основные компоненты: герметичный резервуар— может быть стальным или бетонным; кварцевый песок — обладает высокой удельной теплоёмкостью (примерно 800 Дж/кг·°C) и может длительное время сохранять тепло; нагревательные элементы (ТЭНы) — подключаются к источнику электроэнергии (например, к солнечным панелям или дешёвому ночному тарифу); система труб теплообменника — через неё циркулирует теплоноситель — вода или воздух.
Процесс работы можно разделить на три этапа:
Накопление. Электроэнергия преобразуется в тепло, которое передаётся песку. ТЭНы нагревают песок до заданной температуры (обычно 400–600 °C).
Хранение. Песок сохраняет тепло в течение нескольких дней благодаря качественной теплоизоляции стенок резервуара — потери тепла менее 1% в день.
Отдача. При снижении температуры в системе включается циркуляционный насос, и тепло передаётся в радиаторы или систему тёплого пола через теплообменник.
Среди особенностей системы песчаной батареи:
- Безопасность. Отсутствие давления, токсичных веществ и риска утечек делает систему подходящей для жилых помещений.
- Высокая температура хранения. Возможность нагрева до 600 °C позволяет использовать тепло не только для отопления, но и для горячего водоснабжения (ГВС).
- Медленная отдача тепла. По сравнению с водяными системами скорость теплоотдачи ниже, что требует правильного управления.
- Большие габариты. Для эффективного хранения требуется значительный объём — от 1 до 10 м³ и более.
Система намеренно проста, как и принцип действия. Электричество нагревает воздух. Этот воздух циркулирует по замкнутому контуру из труб, встроенных в неподвижный песок, передавая тепло материалу. Когда требуется тепло, воздух поступает в обратном направлении, забирая его и подавая в сеть централизованного теплоснабжения через теплообменник. Для подключения системы к существующей сети потребовалось всего несколько труб и незначительная настройка автоматики. Это очень статичная, надежная и простая система.
Песок работает, потому что в нем не происходит фазового перехода. Температура воды достигает максимума при атмосферном давлении около 100°C, или примерно 120°C под давлением, перед закипанием. Песок не кипит, его можно нагревать гораздо сильнее, не разрушая при этом. Установка Pornainen работает при температуре 500°C; системы Polar Night Energy рассчитаны на температуру до 650°C. Такой потолок позволяет накапливать значительно больше энергии на единицу объема.
Внешние слои остаются относительно прохладными, что позволяет управлять нагрузками на изоляцию и сводит к минимуму потери тепла в окружающую среду.
Некоторые недостатки песчаных батарей:
- Большие габариты. Для эффективного хранения тепла требуется значительный объём песка (от 1 до 10 м³ и более).
- Медленная отдача тепла. По сравнению с водяными системами скорость теплоотдачи ниже, что требует правильного управления.
- Необходимость качественной изоляции. Без хорошего утепления (каменной ваты, вакуумных панелей) потери могут быть значительными.
- Ограниченная автоматизация. Для интеграции, например, с солнечными панелями и системой отопления требуется продвинутый контроллер.
- Более низкая эффективность по сравнению с литий-ионными батареями. КПД песчаных батарей составляет около 65%, в то время как у литий-ионных — 85–90%.
- Ограниченная скорость разряда. Это делает песчаные батареи менее подходящими для быстрых задач, таких как зарядка электромобилей.
Песчаная батарея Polar Night Energy в Порнайнен, Финляндия, работает в партнерстве с компанией по централизованному теплоснабжению Loviisan Lämpö. Фото: Polar Night Energy. Источник: interestingengineering.com
Эффективность работы в оба конца на заводе Pornainen (загрузка, хранение, извлечение) составляет 80-90%. Компания подтверждает, что термическая регенерация составляет около 85% даже после нескольких недель хранения.
Аккумулятор Pornainen sand заряжается примерно за 100 часов. Это важно, потому что система, которая может заряжаться более 100 часов, способна потреблять гораздо больше электроэнергии.
Производитель утверждает, что система Порнайнена показала экономическую эффективность, превосходящую эффективность водяных батарей. Уже ведется монтаж следующей установки: системы мощностью 2 МВт / 250 МВтч для Lahti Energia в Вяэкси, Асиккала. Это будет еще более крупная песчаная батарея, построенная на сегодняшний день.
Центральное теплоснабжение — это ниша, а промышленность — это рынок
Песчаные батареи могут быть частью гибридных систем отопления, работать в связке с солнечными и ветровыми коллекторами, тепловыми насосами или использоваться с дешёвым ночным электричеством.
Песчаные батареи могут выдавать тепло при температурах в диапазоне от уровня централизованного теплоснабжения (80-100°C) до насыщенного пара при температуре 200°C и выше. Помимо нужд ЖКХ небольших населенных пунктов и муниципалитетов, в качестве приоритетных отраслей промышленности на ближайшую перспективу производитель песчаных батарей выделяет производство продуктов питания и напитков, химическую промышленность, фармацевтику и производство в целом.
Правда, технический директор Polar Night Energy отмечает, что серьезным препятствием для успеха на рынке остается неосведомленность потребителя. На мероприятии энергетической отрасли в Берлине потенциальные промышленные заказчики просто не знали о существовании подобных решений – о том, что уже можно отказаться от использования газа или нефти для производства пара в промышленных целях.
Все перспективные направления развития энергетики, от песчаных батарей до недорогих тонкопленочных полупроводниковых материалов толщиной около 100 нанометров для солнечной генерации, наносимых на панели в виде жидких растворов методом полиграфии, — всегда в фокусе внимания нашего журнала.