فنلاند با تکیه بر شن‌های ساده و ارزان، انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر به راه انداخته است؛ از نخستین باتری شنی کوچک در سال ۲۰۲۲ تا بزرگ‌ترین نمونه جهان در سال ۲۰۲۵. این فناوری نوآورانه نه‌تنها پاسخی به بحران انرژی و تغییرات اقلیمی است، بلکه چشم‌انداز تازه‌ای برای آینده شهرهای بدون کربن و اقتصاد انرژی جهانی ترسیم می‌کند.
باتری شنی؛ ایده‌ای ساده برای چالشی پیچیده
درحالی‌که انرژی خورشیدی و بادی به‌عنوان مهم‌ترین ابزار گذار از سوخت‌های فسیلی مطرح شده‌اند، چالش اصلی همچنان ذخیره‌سازی پایدار این انرژی‌هاست. شب‌های طولانی شمال اروپا، روزهای بدون باد و نوسان عرضه برق، همواره تهدیدی برای امنیت انرژی بوده‌اند. پاسخ فنلاند به این معما، راهکاری ساده و در عین حال تحولی عظیم است: استفاده از شن داغ برای ذخیره‌سازی حرارت.
۲۰۲۲ آغاز راه: نخستین باتری شنی در کانکانپا
چهار مهندس جوان فنلاندی، تامی ارونن، مارکو ایلونن، لیزا ناسکالی و ویله کیویویا، در سال ۲۰۱۶ ایده استفاده از شن را برای ذخیره‌سازی انرژی مطرح کردند. آن‌ها با تاسیس شرکت Polar Night Energy، در سال ۲۰۱۸، نخستین باتری شنی تجاری جهان را در نیروگاه واتایانکوسکی در شهر کانکانپا ساختند.
این باتری در قالب سیلویی فولادی به ارتفاع ۷ متر و ظرفیت ۱۰۰ تن شن طراحی شد و توانست تا ۸ مگاوات ساعت انرژی حرارتی ذخیره کند. شن‌ها با استفاده از برق مازاد تولیدشده از منابع تجدیدپذیر تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌شدند و سپس در زمان نیاز، حرارت از طریق مبدل‌های حرارتی به سیستم گرمایش منطقه‌ای منتقل می‌گردید. این انرژی برای تامین گرمایش و آب گرم حدود ۱۰۰ خانه و یک استخر عمومی کافی بود.
مزیت اصلی این فناوری، هزینه پایین و دوام بالا بود. برخلاف باتری‌های لیتیوم‌یون، در باتری شنی هیچ واکنش شیمیایی رخ نمی‌دهد و شن‌ها قابلیت استفاده طولانی‌مدت دارند.
از بحران انرژی تا جهش جهانی
ساخت نخستین باتری شنی هم‌زمان با بحران انرژی ناشی از جنگ اوکراین و قطع صادرات گاز روسیه به فنلاند بود. این فناوری به‌سرعت توجه سیاست‌گذاران و رسانه‌های جهانی را جلب کرد.
سانا مارین، نخست‌وزیر وقت فنلاند، اعلام کرد: «تنها راه خروج از بحران انرژی سرمایه‌گذاری عظیم روی انرژی‌های تجدیدپذیر است.»
کارشناسان نیز مزایای این فناوری را تایید کردند. پروفسور ایوا پونگراچ از دانشگاه اولو گفت: «ایده آن‌ها ساده و نوآورانه است. باتری شنی نمی‌تواند تنها راه‌حل باشد، اما قطعا بخشی از پاسخ جهانی به بحران انرژی است.»
۲۰۲۵ گام بلند: بزرگ‌ترین باتری شنی جهان در پورناینن
در سال ۲۰۲۵، شرکت Polar Night Energy با اجرای پروژه‌ای عظیم در شهر پورناینن، بزرگ‌ترین باتری شنی جهان را راه‌اندازی کرد. این سیستم، که از هزاران تن شن و حتی سنگ صابون بازیافتی ساخته شد، توانایی ذخیره حرارت تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد را دارد.
نحوه کارکرد سیستم باتری پورناینن
باتری حرارتی پورناینن بر اساس چرخه‌ای سه‌مرحله‌ای عمل می‌کند: شارژ، ذخیره‌سازی و تخلیه انرژی. این سیستم نوآورانه با ترکیب فناوری‌های گرمایش مقاومتی، ذخیره‌سازی در سنگ‌های طبیعی و مدیریت هوشمند، به یکی از کارآمدترین راهکارهای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ تبدیل شده است.
۱) مرحله شارژ – تبدیل برق به حرارت
فرایند با دریافت الکتریسیته از شبکه برق یا منابع تجدیدپذیر محلی آغاز می‌شود؛ انرژی‌ای که عمدتا از پنل‌های خورشیدی یا نیروگاه‌های بادی تامین می‌گردد. سیستم تنها زمانی شارژ می‌شود که برق پاک و ارزان در دسترس باشد.
در این مرحله، جریان برق به عناصر گرمایش مقاومتی منتقل می‌شود تا هوا را تا بیش از ۶۰۰ درجه سانتیگراد گرم کند. هوای داغ توسط دمنده‌های صنعتی و دریچه‌های کنترل‌شده در یک مدار بسته به گردش درمی‌آید و از طریق شبکه‌ای از لوله‌های مقاوم به حرارت در میان شن‌ها یا سنگ‌های ذخیره‌ای حرکت می‌کند. این فناوری که به‌عنوان یکی از پتنت‌های کلیدی شرکت Polar Night Energy ثبت شده، با کمک سنسورها و اتوماسیون پیشرفته، دما و سرعت جریان هوا را به‌طور دقیق مدیریت می‌کند تا بیشترین بازدهی حاصل شود.
۲) مرحله ذخیره‌سازی حرارت
زمانی که هوای داغ درون ظرف ذخیره پر از سنگ صابون خردشده جریان می‌یابد، ذرات این سنگ طبیعی حرارت را جذب و به‌تدریج در سراسر حجم باتری توزیع می‌کنند. به دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد سنگ صابون، شامل چگالی بالا، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر تخریب، انرژی در فضایی کمتر و در مدت کوتاه‌تر نسبت به شن ذخیره می‌شود.
یک سیستم عایق‌بندی چندلایه نیز اطراف مخزن تعبیه شده تا دمای خارجی خنک باقی بماند، تلفات حرارتی به حداقل برسد و حرارت ذخیره‌شده برای ماه‌ها قابل استفاده باشد.
۳) مرحله تخلیه و تولید انرژی
وقتی تقاضا برای انرژی حرارتی ایجاد شود، هوای سرد به درون لوله‌ها دمیده شده و در حین عبور از محیط ذخیره، گرما را جذب می‌کند. سپس هوای داغ خارج‌شده به مبدل‌های حرارتی منتقل می‌شود و امکان تولید انواع انرژی کاربردی را فراهم می‌آورد:
- آب گرم با دمای ۷۰ تا ۸۰ درجه برای گرمایش ساختمان‌ها
- بخار مورد نیاز صنایع
- هوای گرم برای گرمایش مستقیم فضاها
در پروژه پورناینن، مبدل حرارتی از نوع هوا به آب طراحی شده و انرژی حرارتی را مستقیما به شبکه گرمایش منطقه‌ای انتقال می‌دهد. این شبکه گرما را بین مراکز کلیدی شهری از جمله مدرسه جامع، تالار شهر و کتابخانه توزیع می‌کند.
مدیریت هوشمند و پشتیبانی از شبکه برق
سیستم پورناینن به فناوری‌های کنترل هوشمند مجهز است که بر اساس قیمت لحظه‌ای برق در فنلاند عمل می‌کنند. با کمک الگوریتم‌های هوش مصنوعی شرکت Elisa، بهترین زمان برای شارژ یا تخلیه باتری در لحظه شناسایی می‌شود؛ به این ترتیب، باتری نه‌تنها به ذخیره‌سازی انرژی کمک می‌کند، بلکه در پایداری شبکه برق نیز نقش مؤثری دارد.
از سوی دیگر، تیم Polar Night Energy با مدل‌سازی دقیق انتقال حرارت و پایش مداوم رفتار گرمایی مخزن، همواره میزان انرژی ذخیره‌شده و سرعت تخلیه یا شارژ را رصد می‌کند تا بهره‌وری سیستم در بالاترین سطح باقی بماند.
ویژگی‌های کلیدی پروژه:
- ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی برای چندین ماه
- استفاده از مواد ارزان و فراوان (حدود ۳۰ دلار به‌ازای هر تن شن)
- راندمان بالا در سیستم‌های گرمایش منطقه‌ای
- هزینه‌ای حدود ۸ تا ۱۰ برابر کمتر از باتری‌های لیتیومی در مقیاس مشابه
این پروژه در سپتامبر ۲۰۲۵ آغاز به کار کرد و توانست الگویی اقتصادی و پایدار برای شهرهای بدون کربن ارائه دهد.
مزایای فنی و اقتصادی
- دوام و طول عمر بالا: شن‌ها می‌توانند بارها گرم و سرد شوند بدون آن‌که دچار فرسودگی شوند.
- هزینه پایین ساخت و نگهداری: تولید یک باتری شنی ۸ مگاوات ساعت، تنها حدود ۲۰۰ هزار دلار هزینه دارد، درحالی‌که باتری لیتیومی مشابه بیش از ۱.۶ میلیون دلار قیمت دارد.
- ایمنی بالا: برخلاف باتری‌های لیتیومی، شن قابل اشتعال نیست و ریسک انفجار ندارد.
- سازگاری زیست‌محیطی: استخراج لیتیوم با انتشار بالای کربن همراه است، درحالی‌که شن و سنگ صابون فراوان و کم‌خطرند.
چشم‌انداز آینده: از خانه‌ها تا صنایع سنگین
باتری‌های شنی نه‌تنها می‌توانند خانه‌ها و شبکه‌های گرمایش شهری را گرم نگه دارند، بلکه پتانسیل عظیمی برای کاربردهای صنعتی دارند؛ صنایعی که به دمای بالا (تا ۳۰۰ درجه و بیشتر) نیاز دارند.
کارشناسان معتقدند توسعه این فناوری در مقیاس جهانی می‌تواند به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، ایجاد انعطاف‌پذیری در بازار انرژی و تحقق هدف انتشارات صفر کربن‌دی‌اکسید تا سال ۲۰۵۰ کمک کند.
جمع‌بندی
باتری شنی فنلاند نمونه‌ای الهام‌بخش از نوآوری بومی، اقتصاد پایدار و آینده‌پژوهی انرژی است. این فناوری که از دل دغدغه‌های تغییرات اقلیمی و بحران‌های ژئوپلیتیک زاده شد، اکنون به الگویی جهانی برای ذخیره‌سازی کم‌هزینه، ایمن و مقیاس‌پذیر انرژی‌های تجدیدپذیر تبدیل شده است. از کانکانپا در ۲۰۲۲ تا پورناینن در ۲۰۲۵، شن‌های ساده به یکی از مهم‌ترین ابزارهای جهان در مسیر گذار به انرژی پاک بدل شده‌اند.
source