蓄熱可能成為提高能源系統(tǒng)中可再生能源滲透率的重要推動力

太陽能和風力發(fā)電在每日和季節(jié)性時間范圍內都在波動。能源系統(tǒng)運營商可以利用諸如儲能等靈活的技術匹配能源供需。這將使能源系統(tǒng)更穩(wěn)定、更靈活，且建設和運行成本更低。

主要研究結論

《巴黎協(xié)定》倡導的全球能源系統(tǒng)轉型要求快速實現(xiàn)可再生能源的應用。蓄熱 (TES) 技術有助于在發(fā)電、工業(yè)和建筑部門整合高比例的可再生能源。在接下來的篇幅中，將闡明 TES 的關鍵作用。

?TES 技術具備獨特優(yōu)勢，例如將供熱供冷需求與即時發(fā)電和能源供應的可用性分離。由此帶來的靈活性促成了更廣泛利用太陽能和風能等波動性可再生資源的可能性。利用TES 可減少成本高昂的電網(wǎng)提升需求，幫助平衡季節(jié)性需求并支持向以可再生能源為主的能源系統(tǒng)轉型。

?到 2030 年，TES 的全球市場規(guī)?？赡軙黾觾杀?。這意味著十年內其裝機容量從去年（2019 年） 的 234 吉瓦時 (GWh) 增加至超過 800 GWh。同時，預計 TES 在供冷和電力應用方面的投資將達到 130 億美元至 280 億美元。通過支持向可再生能源、提高能效和更大規(guī)模電氣化的轉變，TES 投資有助于實現(xiàn)長期的氣候和可持續(xù)性目標。

?熔融鹽儲能技術在電力部門得到了廣泛應用。這得益于其先進的技術成熟度及其在聚光太陽能熱發(fā)電 (CSP) 廠中的應用。到 2030 年，預計將有 491 GWh 至 631 GWh 的熔融鹽蓄熱裝機容量投入使用。其他 TES 技術短期內可能會實現(xiàn)商業(yè)上的可行性，包括儲存 CSP、太陽能光伏 (PV) 和風能等過剩能源的固態(tài)和液態(tài)空氣儲能技術。

?全球 TES 的供冷裝機容量需要增加一倍才能滿足2030 年的預期供冷需求。這意味著未來十年內需要投資約 5.6 億美元，使全球投資總額達到 28.2 億美元。相變材料 (PCM) 和其他 TES 技術可補充冷鏈應用，實現(xiàn)生產(chǎn)、存儲和運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)制冷負荷的靈活性。

?TES 應用于區(qū)域供熱和供冷時，可有效地分離需求與供應，從而根據(jù)季節(jié)儲存能源。區(qū)域供熱已采用顯熱技術，例如罐式蓄熱（或 TTES）和地下蓄熱（或 UTES）。

?水罐蓄熱（或 WTTES）技術已在全球的建筑部門中廣泛使用。小范圍內，地下蓄熱也開始應用于較小規(guī)模裝置。冰和固態(tài)熱電池的應用當前處于早期開發(fā)階段。

?而水罐與太陽能熱電廠的結合在工業(yè)低溫熱能的生產(chǎn)和儲存中得到了廣泛應用。其主要應用領域為采礦、食品和紡織工業(yè)。當前，顯熱、潛熱和熱化學蓄熱等相關創(chuàng)新技術也在試驗之中，以儲存高級熱能。

?投資于技術開發(fā)以及采取相關措施增強市場吸引力有助于促進 TES 部署的快速增長。這些舉措可構成以擴大可再生能源規(guī)模及能源應用脫碳為目標的整體能源政策的一部分。

TES 是能源轉型投資計劃的重要組成部分，可幫助各個國家/地區(qū)在后新冠疫情時代逐步復蘇。TES 以及可再生能源、能源效率和電氣化等方面的投資可促進健康、經(jīng)濟的基礎設施建設、推動短期復蘇并使能源發(fā)展跟上全球氣候和可持續(xù)性目標的步伐。

對政策制定者的啟示

蓄熱為城市所有能源需求部門提供靈活性

到 2050 年，波動性可再生能源應占發(fā)電量的 60% 以上，而蓄熱是實現(xiàn)這一轉變的推動性技術之一。

從電力部門的角度來看，每年將有更高比例的波動性可再生能源 (VRE)（主要是太陽能光伏和風能）進入電力系統(tǒng)。2018 年，全球能源系統(tǒng)中約有 10％ 的電力來自 VRE 發(fā)電。IRENA 估計，為了遵守《巴黎協(xié)定》的氣候目標，到 2030 年 VRE 將增長 3 倍，在全球能源系統(tǒng)中的占比增至 35％，到 2050 年將增長六倍， 提供 60％ 以上的全球發(fā)電量（IRENA，2020a）。

由于 VRE 占據(jù)如此高的比例，靈活性對于整個能源系統(tǒng)運營而言至關重要。從根本上講，蓄熱是更廣泛的靈活性方案組合（包括電力儲存和需求側措施）的一部分。整合各種蓄熱 (TES) 技術成為一種頗具前途的解決方案，帶來了一系列應用和優(yōu)勢。

超過 234 吉瓦時 (GWh) 的蓄熱可為整個能源鏈（從供應到需求）提供靈活性。

全球現(xiàn)在大約有 234 GWh1 的 TES，是可靠、安全和靈活的能源系統(tǒng)的關鍵推動因素。圖 1 描繪了 TES 在能源系統(tǒng)中的關鍵應用。從供應側來看，TES 可以儲存太陽能和風能產(chǎn)生的過剩電力，減少棄電、緩解產(chǎn)量的急劇變化并實現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)能。成熟 TES 技術的一個示例是聚光太陽能熱發(fā)電廠中的熔融鹽儲能。

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