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(dòng)力

太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電在每日和季節(jié)性時(shí)間范圍內(nèi)都在波動(dòng)。能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商可以利用諸如儲(chǔ)能等靈活的技術(shù)匹配能源供需。這將使能源系統(tǒng)更穩(wěn)定、更靈活，且建設(shè)和運(yùn)行成本更低。

主要研究結(jié)論

《巴黎協(xié)定》倡導(dǎo)的全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型要求快速實(shí)現(xiàn)可再生能源的應(yīng)用。蓄熱 (TES) 技術(shù)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(lái)的篇幅中，將闡明 TES 的關(guān)鍵作用。

?TES 技術(shù)具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如將供熱供冷需求與即時(shí)發(fā)電和能源供應(yīng)的可用性分離。由此帶來(lái)的靈活性促成了更廣泛利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等波動(dòng)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(zhuǎn)型。

?到 2030 年，TES 的全球市場(chǎng)規(guī)模可能會(huì)增加兩倍。這意味著十年內(nèi)其裝機(jī)容量從去年（2019 年） 的 234 吉瓦時(shí) (GWh) 增加至超過(guò) 800 GWh。同時(shí)，預(yù)計(jì) TES 在供冷和電力應(yīng)用方面的投資將達(dá)到 130 億美元至 280 億美元。通過(guò)支持向可再生能源、提高能效和更大規(guī)模電氣化的轉(zhuǎn)變，TES 投資有助于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的氣候和可持續(xù)性目標(biāo)。

?熔融鹽儲(chǔ)能技術(shù)在電力部門得到了廣泛應(yīng)用。這得益于其先進(jìn)的技術(shù)成熟度及其在聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電 (CSP) 廠中的應(yīng)用。到 2030 年，預(yù)計(jì)將有 491 GWh 至 631 GWh 的熔融鹽蓄熱裝機(jī)容量投入使用。其他 TES 技術(shù)短期內(nèi)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)上的可行性，包括儲(chǔ)存 CSP、太陽(yáng)能光伏 (PV) 和風(fēng)能等過(guò)剩能源的固態(tài)和液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)。

?全球 TES 的供冷裝機(jī)容量需要增加一倍才能滿足2030 年的預(yù)期供冷需求。這意味著未來(lái)十年內(nèi)需要投資約 5.6 億美元，使全球投資總額達(dá)到 28.2 億美元。相變材料 (PCM) 和其他 TES 技術(shù)可補(bǔ)充冷鏈應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)制冷負(fù)荷的靈活性。

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

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

?而水罐與太陽(yáng)能熱電廠的結(jié)合在工業(yè)低溫?zé)崮艿纳a(chǎn)和儲(chǔ)存中得到了廣泛應(yīng)用。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椴傻V、食品和紡織工業(yè)。當(dāng)前，顯熱、潛熱和熱化學(xué)蓄熱等相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)也在試驗(yàn)之中，以儲(chǔ)存高級(jí)熱能。

?投資于技術(shù)開發(fā)以及采取相關(guān)措施增強(qiáng)市場(chǎng)吸引力有助于促進(jìn) TES 部署的快速增長(zhǎng)。這些舉措可構(gòu)成以擴(kuò)大可再生能源規(guī)模及能源應(yīng)用脫碳為目標(biāo)的整體能源政策的一部分。

TES 是能源轉(zhuǎn)型投資計(jì)劃的重要組成部分，可幫助各個(gè)國(guó)家/地區(qū)在后新冠疫情時(shí)代逐步復(fù)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(jìn)健康、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推動(dòng)短期復(fù)蘇并使能源發(fā)展跟上全球氣候和可持續(xù)性目標(biāo)的步伐。

對(duì)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(dòng)性可再生能源應(yīng)占發(fā)電量的 60% 以上，而蓄熱是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的推動(dòng)性技術(shù)之一。

從電力部門的角度來(lái)看，每年將有更高比例的波動(dòng)性可再生能源 (VRE)（主要是太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能）進(jìn)入電力系統(tǒng)。2018 年，全球能源系統(tǒng)中約有 10％ 的電力來(lái)自 VRE 發(fā)電。IRENA 估計(jì)，為了遵守《巴黎協(xié)定》的氣候目標(biāo)，到 2030 年 VRE 將增長(zhǎng) 3 倍，在全球能源系統(tǒng)中的占比增至 35％，到 2050 年將增長(zhǎng)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(duì)于整個(gè)能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)而言至關(guān)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(chǔ)存和需求側(cè)措施）的一部分。整合各種蓄熱 (TES) 技術(shù)成為一種頗具前途的解決方案，帶來(lái)了一系列應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)。

超過(guò) 234 吉瓦時(shí) (GWh) 的蓄熱可為整個(gè)能源鏈（從供應(yīng)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(guān)鍵推動(dòng)因素。圖 1 描繪了 TES 在能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵應(yīng)用。從供應(yīng)側(cè)來(lái)看，TES 可以儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能產(chǎn)生的過(guò)剩電力，減少棄電、緩解產(chǎn)量的急劇變化并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)能。成熟 TES 技術(shù)的一個(gè)示例是聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電廠中的熔融鹽儲(chǔ)能。

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