太陽光発電や風力発電など、再生可能エネルギーが推進されているが、発電に利用する要素が自然環境に依存することから、それを安定的に利用するためには電力貯蔵設備が欠かせない。これまでにも、エネルギーを蓄える方法として様々な電池の形態が開発されており、それこそ一般的なリチウムイオンバッテリーから、フロー電池、溶融塩電池、空気鉄電池などがあったが、今回新たにフィンランドの企業が世界で初めて砂に熱エネルギーを蓄える「砂電池（Sand Battery）」の商用利用を開始したと発表した。

安価で構築が容易な「蓄熱システム」である砂電池

電力会社のVatajankoskiと、再生可能エネルギーの蓄熱を実施するPolar Night Energyは、Polar Night Energyの特許技術に基づく熱エネルギー貯蔵施設の建設と運用に関する契約を締結した。熱エネルギー貯蔵施設はVatajankoskiが運用する発電所エリア内に配置され、地域暖房ネットワーク用の熱を生成するとのことだ。太陽光発電などのグリーンエネルギーで得られた電力を、地域暖房ネットワークで使用される、“熱”として砂に蓄える世界初の商用ソリューションとのことだ。

幅4メートル、高さ7メートルの鋼のタンク

今回建設された「砂電池」は幅約4メートル、高さ7メートルの大きな断熱鋼タンクの周りに効果的に構築されており、この中に100トンの古い砂が詰め込まれている。以下の画像のような形だが、その巨大さが分かるだろう。なんとなくサイロのようにも見えなくもない。

電池とは言っても、実際にはこれは熱エネルギー貯蔵システムだ。100tの砂を蓄えたタンクの中央に熱交換器が埋め込まれているシンプルな構造だ。この埋め込まれた熱交換器を使ってタンク内の砂を加熱し、8MWh（公称出力100kW）という大量の電力に相当する熱エネルギーを蓄えることが出来るという。

これまでにも、Vatajankoskiは自社のサーバーからの廃熱を地域暖房システムに供給していたが、寒い季節などは、サーバーから出る60度の廃熱では足りず、地域暖房ネットワークに供給する前に75〜100度まで温度を上げなければならなかった。今回貯蔵した熱エネルギーは必要に応じて取り出すことができるため、そうしたサーバーからの廃熱と合わせることで、Vatajankoskiの地域暖房システムで利用できるレベルにまで高めることができ、建物の暖房や温水プールなどに役立てられるとのことだ。

実質的にゼロコストで調達できる「砂」に着目

砂を用いた理由は、素材として、砂は丈夫で安価であり、500〜600℃程度の温度であれば、小さな体積で多くの熱を蓄えることができるからだという。

Polar Night Energyによれば、砂は乾燥していて、可燃性のゴミが混じっていなければなんでもいいとのことで、調達に際しては、超低コスト、あるいはゼロコストで調達できるエネルギー貯蔵媒体と見なせるとのことだ。このようにシンプルで安価なため、同社によると、設置費用は1KWhあたり10ユーロ（1300円）未満、消耗品を使用しない完全自動運転で、コストも最低限で済むとのことだ。（参考までに、普通の蓄電池は、そもそも用途が違うので単純な比較にはならないが、1KWhあたり1万円以上はするだろう）

同社によると、20GWh程度の蓄電設備で数百MWの公称電力を生み出し、砂を1,000℃まで加熱する設計も可能とのこと。また、将来的にはスケールアップが可能だ。地下に作る場合は、廃坑でも形状さえ合えば大量に作ることができる。高圧容器さえも不要で、コストがかかるのは配管くらいとのことだ。

事業名の「ポーラーナイト」は、フィンランド北部の緯度（北緯68度以上）が、真冬の数週間、直射日光が当たらない地域であることにちなんでいる。この砂電池は、このような時期に最大の効果を発揮し、長期間の蓄電により、凍てつくフィンランドの冬を安く、クリーンに暖房することができるという。

「砂」という固体だからこそ出来た内部設計

また、水や溶融塩のような液体媒体では、常に混ざり合い、移動してしまうため、「ゾーン」に分けてエネルギーを蓄えるという複雑な設計も、砂という固体媒体を使う事から可能になっているという。これにより、砂の円筒の中心部では長期的な蓄熱を行い、上面や外側では短期的な熱の出し入れを繰り返し行うようなシステムを構築することができたとのことだ。

このシステムが普及するのは、地域レベルの暖房がある地域だけだが、日本ではあまり知られていない地域暖房は、世界的に見れば普及率は驚くほど高い。北欧では半数近くの家庭で採用されており、中国北部やアメリカなど、さまざまな地域で採用されている。

ミッション・イノベーションの気候ソリューション・フレームワークでは、この蓄電システムを最大限に活用することで、2030年までにCO2換算で年間57〜283Mtの温室効果ガス排出を削減することができると試算している。これは、かなり大きな貢献と言えるだろう。

Sources

• Polar Night Energy: The First Commercial Sand-based Thermal Energy Storage in the World Is in Operation – BBC News Visited Polar Night Energy
• Vatajankoski: Iso askel kohti hiilineutraalia kauko­lämpöä
• New Atlas: World’s first commercial sand battery begins energy storage in Finland