創(chuàng)新前景：儲熱 2023（中文版）-國際可再生能源署

除非另有說明，本出版物中的材料可以自由使用、共享、復(fù)制、印刷和/或存儲，前提是需恰當確認IRENA為資料來源和版權(quán)所有者。本出版物中屬于第三方的材料可能受單獨的使用條款和限制的約束，在使用此類材料之前，可能需要獲得這些第三方的相應(yīng)許可。本文件為“Innovationoutlook:Thermalenergys如中文譯本與英文原版的內(nèi)容不一致，概以英文版為準。國際可再生能源署(IRENA)是國際合作的主要平臺、英才中心、政策、技術(shù)、資源和金融知識庫，也是推動全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)本報告是“未來城市能源解決方案”項目的一部分，該項目得到了國際氣候倡議(IKI)的支持。德國聯(lián)邦環(huán)境、自然保護與核安本創(chuàng)新前景報告在FranciscoBoshell(IRENA)的指導(dǎo)下，由AlessandraSalgado、NadeemGoussous(IRENA)、Manu系統(tǒng)分析，于利希研究中心）提供的章節(jié)評論、市場評估關(guān)鍵性意見及第2章中的預(yù)測分析。第3章中的技術(shù)評估和重點事項得到了國際能源署太陽能供熱和供冷實施協(xié)議第58研究任務(wù)(IEASHCTask58)/國際能源員、代理人、數(shù)據(jù)或其他第三方內(nèi)容提供者均不提供任何本文中包含的信息不一定代表IRENA所有成員為其優(yōu)先于未提及的類似性質(zhì)的其他公司或產(chǎn)品。此處采用的名稱和本材料的表述，并不意味著IRENA會就任何地區(qū)、國家、領(lǐng)土、城市或地蓄熱為整合高比例的太陽能和 6 8 9 49 4創(chuàng)新展望 90 蓄熱5 6創(chuàng)新展望 20 20 44 46 48 49 60 64 66 8創(chuàng)新展望 96 蓄熱9 94 10創(chuàng)新展望K23開蓄熱11《巴黎協(xié)定》倡導(dǎo)的全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型要求快速實現(xiàn)性促成了更廣泛利用太陽能和風能等波動性可再生升需求，幫助平衡季節(jié)性需求并支持向以可再生能?到2030年，TES的全球市場規(guī)?？赡軙黾觾傻?34吉瓦時(GWh)增加至超過800GWh。同時，預(yù)計TES在供冷和電力應(yīng)用方面的投資將達?熔融鹽儲能技術(shù)在電力部門得到了廣泛應(yīng)用。這得益于其先進的技術(shù)成熟度及其在聚光太陽能可行性，包括儲存CSP、太陽能光伏(PV)和風能?全球TES的供冷裝機容量需要增加一倍才能滿足2030年的預(yù)期供冷需求。這意味著未來十年內(nèi)需美元。相變材料(PCM)和其他TES技術(shù)可補充冷鏈應(yīng)用，實現(xiàn)生產(chǎn)、存儲和運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)制冷負荷顯熱技術(shù)，例如罐式蓄熱（或TTES）和地下蓄熱?水罐蓄熱（或WTTES）技術(shù)已在全球的建筑部門小規(guī)模裝置。冰和固態(tài)熱電池的應(yīng)用當前處于早期?而水罐與太陽能熱電廠的結(jié)合在工業(yè)低溫熱能的生產(chǎn)和儲存中得到了廣泛應(yīng)用。其主要應(yīng)用領(lǐng)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(guān)創(chuàng)新技術(shù)也在試驗之中，以儲存高級熱?投資于技術(shù)開發(fā)以及采取相關(guān)措施增強市場吸引力成以擴大可再生能源規(guī)模及能源應(yīng)用脫碳為目標的 12創(chuàng)新展望蓄熱132030年2030年倍2蓄熱可能成為提高能源系統(tǒng)中可再生能源滲透率的2030年2030年倍2太陽能和風力發(fā)電在每日和季節(jié)性時間范圍內(nèi)都在波動。能源系統(tǒng)運營商可以利用諸如儲能等靈熱化學儲能系統(tǒng)地下蓄熱(UTES)熔融鹽系統(tǒng)地下蓄熱(UTES)熔融鹽系統(tǒng)能源高峰供電時產(chǎn)生的熱能/蓄熱為城市所有能源需求部門提供到2050年，波動性可再生能源應(yīng)占發(fā)電量的60%以上，而蓄熱是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變從電力部門的角度來看，每年將有更高比例的波動性統(tǒng)運營而言至關(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超過234吉瓦時(GWh)的蓄熱可為整個能源鏈（從供應(yīng)到需求）提供靈活性太陽能和風能產(chǎn)生的過剩電力，減少棄電、緩解產(chǎn)量指通過加熱或冷卻儲能介質(zhì)暫時儲存能源，以便未來將儲存的能源用于發(fā)電、供熱和供冷。（歐而言都是一種互補。如今TES已在多種應(yīng)用中進行了測試和部署，例如并網(wǎng)發(fā)電、工業(yè)、區(qū)域供熱和供冷、建筑和冷鏈物流等。提升需求。通過負荷轉(zhuǎn)移可更好地利用可再生能源，存能源。夏季將可再生能源產(chǎn)生的過剩熱能儲存在TES系統(tǒng)中用于滿足冬季的方案，而不是著眼于發(fā)電、供熱或供冷等單個矢量。建筑等終端用能部門的能源需求受到季節(jié)性因素的強烈影響。蓄熱可將能源儲存數(shù)小時、數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)月，從而解決供求的季節(jié)性變化。諸如蓄熱罐（使用水）、固態(tài)（使用巖石、混凝土和陶瓷磚等儲能介剩發(fā)電量，用于冬季取暖。同樣，反過來可在冬季使 16創(chuàng)新展望圖圖1：TES在能源部門的關(guān)鍵應(yīng)用a轉(zhuǎn)向下游能源，TES有能力耦合不同部門及改善供熱和供冷負荷曲線。在確保本世紀全球升溫水平低輸?shù)碾姎饣瘶O大增加了電力負擔。最終能源中的電（IRENA，2020a）。僅依靠發(fā)電廠可能會消耗能源的智能方式幫助整合電力、供熱和供冷低成本和可靠的可再生電力為可再生能源部門與建筑和工業(yè)部門整合，實現(xiàn)跨部門脫碳戰(zhàn)略打開了大門。例如，在低谷時段為蓄熱系統(tǒng)充能并在需要時釋能，成本時段。這樣可以緩解電網(wǎng)擁堵、提高可再生能源工業(yè)部門同樣可以從TES應(yīng)用中受益匪淺。工業(yè)的特點是能源密集型過程，而TES技術(shù)的儲能介質(zhì)工作溫度范圍較廣，從而可以促進這一部門實現(xiàn)更廣泛的電氣化。例如通過化學循環(huán)和固態(tài)介質(zhì)等可達本能源用于高峰負荷時段，智能地管理能源需求，同蓄熱17 18創(chuàng)新展望工作溫度工作溫度圖圖2：本報告所研究的TES技術(shù)的工作溫度和時間范圍能源系統(tǒng)中使用了哪些TES技術(shù)？本報告將蓄熱技術(shù)分為：探討13種主流TES技術(shù)的現(xiàn)介紹了這些TES具體技術(shù)。中低高溫CPCM零度以下溫度PCMWTTES熔融鹽固態(tài)吸收式系統(tǒng)水合鹽液態(tài)空氣化學循環(huán)小時天月顯熱潛熱熱化學機械熱低溫高零度以下UTES冰能源系統(tǒng)正在尋找更多解決方案，以順利整合不斷增長的可再生能源比例。例如，近來電池儲能已成為電力、建筑和運輸部門實現(xiàn)靈活性的關(guān)鍵推動因素。所有這些解決方案的供應(yīng)鏈和應(yīng)用各不相同，儲能部門術(shù)的特性，例如季節(jié)性儲能、超大儲能容量、更高的儲放效率潛力及更長的生命周期使其成為能源市場極十年，預(yù)計用于電力和供冷TES應(yīng)用的TES在電力部門用于負荷轉(zhuǎn)移、產(chǎn)能穩(wěn)定和輔助服務(wù)。當前，熔融鹽TES憑借其先進的技術(shù)成熟度及部門應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。目前全球范圍內(nèi)的熔融鹽儲能裝機容量已超過21GWh。與當前趨勢、政策轉(zhuǎn)型情景”預(yù)計可再生能源的增長目標更為宏大，到2030年需要增加56吉瓦(GW)的C圖圖3：與《巴黎協(xié)定》一致的IRENA“能源轉(zhuǎn)型情景”中的TES裝機容量預(yù)測0注：由于缺乏含水層和小型分布式TES（例如住宅儲水罐）相關(guān)數(shù)據(jù)，本分析不涉及供熱預(yù)測。盡管如此，鑒于相關(guān)技術(shù)從短期到季圖圖4：熔融鹽TES裝機容量0蓄熱19建筑和區(qū)域供冷系統(tǒng)。未來幾年，這個數(shù)字可能還會氣溫水平即將達到極限，正在尋求更先進的大規(guī)模供合度。如圖5所示，為滿足2030年的供冷需求，預(yù)由于使用了大規(guī)模含水層蓄熱(ATES)和地埋管蓄熱大比例。當前約一半的區(qū)域供熱項目使用季節(jié)性儲能圖圖5：全球范圍內(nèi)TES空間供冷裝機容量和預(yù)測容量2019202020212022規(guī)劃能源情景能源轉(zhuǎn)型情景(TES)圖圖6：TES供熱應(yīng)用的裝機容量季節(jié)性儲能 20創(chuàng)新展望蓄熱21但其潛力尚未得到開發(fā)。仍需進一步創(chuàng)TES有助于引入更多可再生能源，并促進電力、工業(yè)、區(qū)域供熱和供冷、冷鏈應(yīng)用和建筑五大關(guān)鍵部門電力部門通過在CSP工廠使用熔融鹽儲能技術(shù)，將TES應(yīng)用擴展至商業(yè)規(guī)模。未來幾年，其他TES技術(shù)（例如儲存CSP、太陽能光伏和風能產(chǎn)生的過剩能量的固態(tài)和液態(tài)空氣儲能技術(shù)）可能如今，熔融鹽已用于通過白天充能、晚上釋能，以實為化學能，之后再通過化學反應(yīng)將這些存儲的太陽能破初期的技術(shù)成熟度水平，很有可能用來降低VRE供電的快速波動性，幫助電網(wǎng)接納越來越多的可再生能這些系統(tǒng)需要在未來幾年乃至數(shù)十年中取得突破，以使正在開發(fā)的技術(shù)成功實現(xiàn)商業(yè)化，同時進一步推廣未來五年，下一代熔融鹽的工作溫度范圍可提高至2提高至92％以上?？赡艹霈F(xiàn)更多固態(tài)儲能和新型獨到2030年，TES發(fā)電技術(shù)的成本可降能(A-CAES)和固態(tài)儲能系統(tǒng)的效率將進一步提高，化效率。同樣，熔融鹽儲能可為化石燃料發(fā)電廠帶來新的活力，將其重新利用于可再生能源儲存，從而節(jié)2儲放效率是指儲存能量與最后輸出能量之間的關(guān)系。它代表該 22創(chuàng)新展望顯熱潛熱熱化學機械熱?下一代熔融鹽具有更高的工作溫度范圍和性能，?可能出現(xiàn)固態(tài)儲能和新型獨立熔融鹽蓄熱電池試風能和太陽能光伏發(fā)電中的利用范圍，并且有望?熔融鹽儲能可為化石燃料發(fā)電廠帶來新的活力，年年50004000-5000圖圖7：TES在電力部門的技術(shù)現(xiàn)狀和創(chuàng)新展望蓄熱23工業(yè)中的熱能生產(chǎn)消耗大量能源，因此產(chǎn)生的低溫熱能。將熱能從發(fā)電中分離有助于實現(xiàn)靈活性和智能的能源應(yīng)用，并利用間歇性的可再生能源水罐蓄熱（WTTES或TTES）與太陽能熱電廠的結(jié)合剛剛興起，但當前正在不斷增長，主要用于生產(chǎn)和儲存采礦、食品和紡織子部門中使用的低溫熱能（圖8）。主要市場為奧地利、中國、法國、德國、印度、墨西哥和西班牙（Weiss和Spork-Dur，2到2030年，包括TTES在內(nèi)的顯熱儲熱技術(shù)成本預(yù)計將下降約30％，從35美元/kWh下降至25美元/kWh。結(jié)合現(xiàn)有TTES整合、管理和改進，這將鼓勵需要低溫熱能的工藝更多地部署太陽未來十年，固態(tài)儲熱技術(shù)可提供一種類似于當今熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的低成本儲能方范圍。長遠來看，還需進一步研究了解將化學循環(huán)和其他熱化學反應(yīng)儲熱系統(tǒng)整合到制造工藝中的潛力，水罐與太陽能熱電廠的結(jié)合將在低溫熱能的 24創(chuàng)新展望顯熱顯熱潛熱熱化學將鼓勵需要低溫熱能的工藝更多地部署太陽能熱?固態(tài)技術(shù)能夠提供一種成本相對較低的儲能形?高溫cPCM和水合鹽儲能解決方案將減統(tǒng)的占用空間，從而以極具競爭力的效率擴大其?可再生能源、以及整合到制造工藝中的化學循環(huán)和其他熱化學蓄熱系統(tǒng)，能夠幫助需要高溫熱能50005000注：放大鏡是指由于技術(shù)成熟度低而無法獲得相關(guān)圖圖8：TES在工業(yè)部門的技術(shù)現(xiàn)狀和創(chuàng)新展望蓄熱25了商業(yè)化，并應(yīng)用于整個冷鏈的冷藏車冷鏈是指將必須低溫儲存的產(chǎn)品從生產(chǎn)商處運往消費預(yù)計電力制冷的增長將極大增加相關(guān)電網(wǎng)需求，在氣候非常炎熱的新興經(jīng)濟體中尤其如此。隨著這些經(jīng)濟體的發(fā)展，他們將必須以清潔和經(jīng)濟的方式發(fā)展冷TES尤其能夠為冷鏈的生產(chǎn)、儲存、運輸和零售環(huán)節(jié)在一起。另一可能受益的領(lǐng)域是離網(wǎng)可再生能源發(fā)電例如，有幾家服務(wù)于非洲、中國、歐洲、印度和中東箱中以運輸和/或儲存食品和疫苗。例如，英國研究未來五年中，材料和運營方面的改進以及更好的整合可以提高其他PCM系統(tǒng)的應(yīng)用效率并降低成本系統(tǒng)）儲存可再生能源（例如太陽能和由于吸收式系統(tǒng)的能量密度高，熱能損失極小，可在短時間和長時間范圍內(nèi)（例如季節(jié)性地）儲存冷能，以在冷鏈中進行空間供冷。長遠來看，液態(tài)空氣可用儲熱可將可再生電力、供冷和移動性有效結(jié)合起來。 26創(chuàng)新展望圖圖9：TES在冷鏈部門的技術(shù)現(xiàn)狀和創(chuàng)新展望＞潛熱熱化學機械熱?材料和運營方面的改進以及更好的整合可以提高注：放大鏡是指由于技術(shù)成熟度低而無法獲得數(shù)值；旗幟指示范階段；喇叭筒指商業(yè)化階段；(1)用于蓄冷；(2)用于冷藏運輸；(3)用于冷能生產(chǎn)。?在低溫LAES中應(yīng)用液態(tài)空氣可以降低成本并開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，對于冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)而言更是如此。改造現(xiàn)有的化石燃料網(wǎng)絡(luò)以使用TES儲存可COP0.8蓄熱27TTES已在全球范圍內(nèi)廣泛部署，而冰蓄熱當前已應(yīng)用于區(qū)域供冷方案。其他PCM和熱化學儲熱技術(shù)也在研發(fā)之中，到2050年，熱化學系統(tǒng)將進入示范階段，以低至冷部門的部署機會，在冷電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用中更是如此。在這十年中，部門整合和智能控制技術(shù)將獲得更多的應(yīng)用機會，尤其應(yīng)促成從工業(yè)應(yīng)用中收集（和儲存）廢電加熱或季節(jié)性太陽能熱技術(shù)整合大量可再生能源，將儲能與區(qū)域供熱供冷網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)后， 28創(chuàng)新展望圖圖10：TES在區(qū)域供熱和供冷部門的技術(shù)現(xiàn)狀和創(chuàng)新>顯熱潛熱熱化學?預(yù)計PCM和熱化學系統(tǒng)將為冷電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用提供更?部門整合和智能控制技術(shù)將促進其他部門和應(yīng)用?正在進行的PCM供冷研究和示范項目有望推動更?TTES整合和管理系統(tǒng)方面的改進可顯著降低成本>蓄熱29態(tài)或更先進PCM技術(shù)的熱電池都可用于水罐蓄熱在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于建筑蓄熱，態(tài)熱電池及代替空調(diào)的冰儲能技術(shù)已經(jīng)過驗證，但當前僅進行了相對較小規(guī)模的部署。正處于研究中的熱化學技術(shù)可作為分布式季節(jié)性儲能的一種形式與燃氣鍋爐相比，基于PCM的系統(tǒng)已被證實可為消費者節(jié)省費用，應(yīng)該受到更目前正在進行與能源管理系統(tǒng)相結(jié)合的PCM熱電池試驗。這些試驗可以證明該類電池如何利用低谷期生產(chǎn)的電力實現(xiàn)供熱脫碳并幫助消費者節(jié)省費用。具有改良的熱性能及耐腐蝕性的材料也正在開發(fā)之中，90而整合和控制系統(tǒng)方面的改進創(chuàng)新則將提高其到2030年，下一代高低溫PCM及復(fù)合相變材料儲存低谷電力的熱電池有助于實現(xiàn)熱能脫碳， 30創(chuàng)新展望>顯熱潛熱熱化學?當前，正在進行PCM熱電池與能源管理系統(tǒng)耦合的相關(guān)測試，以示范利用低谷電力實現(xiàn)供熱/供冷?旨在改進罐體和固態(tài)TES技術(shù)熱性能和耐腐蝕性的材料開發(fā)可以提高效率，而整合和控制系統(tǒng)方注：放大鏡是指由于技術(shù)成熟度低而無法獲得相關(guān)?專注于實現(xiàn)熱化學TES技術(shù)的材料及系統(tǒng)改進研冰>>蓄熱31電力部門脫碳已經(jīng)取得進展，但需要制定相關(guān)政策充分解決供熱供冷部門面臨的脫碳挑戰(zhàn)，尤其是要進一步提高這些領(lǐng)域的終端用能部門的可再生能源滲透?某些TES技術(shù)缺乏技術(shù)成熟度，以及競爭性技術(shù)?對TES如何使社會、公共部門和工業(yè)受益缺乏相現(xiàn)高比例可再生能源所需靈活性的重要手段，而另一方面，對于電池儲能的研發(fā)工作的關(guān)注度卻相對?未來能源系統(tǒng)的發(fā)展存在不確定性，這導(dǎo)致人們不?不同能源矢量（即熱/冷和電）和不同部門的孤立思維，某些情況下會導(dǎo)致政策沖突及規(guī)劃效率低下。此外，與電力部門相比，供熱部門缺乏脫碳的一系列的技術(shù)推動、市場拉動及扶持機制有助于儲熱行業(yè)的政策制定者和主要參與者有效解決面臨的障?更多關(guān)注工業(yè)脫碳計劃以及供冷供熱部門。將這些領(lǐng)域作為整合能源政策開發(fā)的一部分進行開發(fā)，以?采用全系統(tǒng)方法進行能源系統(tǒng)脫碳對于實現(xiàn)經(jīng)濟高效的能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。考慮所有能源種類的各種的靈活性技術(shù)，以確定實現(xiàn)最具成本效益的能源系?為TES技術(shù)研發(fā)投入更多資金，與其幫助供熱、電力、供冷部門脫碳所具備的獨特潛力相匹配。為示范項目投入資金，以幫助建立市場意識、增強消?政策制定部門應(yīng)出臺全方位的能源政策，考慮取消?建立諸如分時定價的市場機制以促進需求側(cè)的靈活性、降低消費者支出并增加可再生能源的使用。建立技術(shù)中立的輔助服務(wù)市場幫助克服電池儲能方面通常遇到的困難，并為TES所有者/運營商提供額 32創(chuàng)新展望盡管有諸多優(yōu)勢，但是TES部署方面仍存在系統(tǒng)性障礙：跨能源矢量（即熱能/冷能和電能）的孤立思維導(dǎo)致的政策和規(guī)劃系統(tǒng)沖突技術(shù)和系統(tǒng)相對而言不夠?qū)τ谀茉聪到y(tǒng)未來發(fā)展的不確定性缺乏對于這些技術(shù)及其優(yōu)勢的認識技術(shù)推動、市場拉動以及關(guān)鍵的扶持機制蓄熱33表1.各終端用能部門中TES相關(guān)政策干預(yù)概述監(jiān)管/政策環(huán)境?將熱能市場作為整體多矢量能源監(jiān)管的一部分?為顯熱儲熱以及高溫cPCM的示范及試點項目投入資金，以向投資者和其他利益相關(guān)方證明該技術(shù)的優(yōu)勢和商業(yè)?為顯熱儲熱以及高溫cPCM的研發(fā)、示范及試點項目投入資金，以?為顯熱儲熱以及高溫及企業(yè)支持投入資金，?利用市場拉動政策推動?確保脫碳政策涵蓋工業(yè)?開展國際性合作，以克?取消化石燃料補貼，幫助提高TES的價值定?牽頭政府項目，與行業(yè)參與者共同進行技術(shù)試?利用示范項目和“冠軍”組織支持知識共享和傳播，降低技術(shù)應(yīng)用?為研發(fā)、示范和試點項目投入資金（特別是化學和潛熱儲能方面）以?為研發(fā)、示范和試點項目投入資金（特別是化學和潛熱儲能方面）以?一旦證明技術(shù)有助于克服財務(wù)障礙，為其提供投資和價格支持以作為?取消化石燃料補貼，以使冷鏈技術(shù)相比柴油替?共享潛熱儲熱示范項目?幫助企業(yè)向客戶展示傳助企業(yè)打入/創(chuàng)建冷鏈市?更全面地改善區(qū)域供熱?取消化石燃料補貼，幫助提高TES的價值定?共享潛熱儲能示范項目?為化學和潛熱儲能解決方案提供一系列技術(shù)推?為化學儲能解決方案提?通過市場拉動機制改善區(qū)域供熱和供冷部門的?共享相關(guān)知識，以增強?取消化石燃料補貼，幫助提高TES的價值定?頒布儲能指令、建筑法?提供生態(tài)系統(tǒng)支持，以?提供技術(shù)推動支持，以?提供市場拉動支持，以激勵家用/非家用消費者 34創(chuàng)新展望?建立平衡市場、推出分時定價機制或其他激勵措施，以了解定期儲能?引入長期儲能收入機制（例如電力購買協(xié)議）以滿足全天候需求（如?加速可再生能源的滲靈活性解決方案的需?建立平衡市場，推出分時定價機制或其他激勵措施，以了解需求靈活性帶來的價值，同時幫助開發(fā)蓄熱（和現(xiàn)場可再生能源）的價值定?引入可信賴的第三方技術(shù)認證/認可，以降低感?加快太陽能熱發(fā)電和熱?支持供應(yīng)鏈發(fā)展（例如?支持企業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)，以提高全新技術(shù)（例如?提供生態(tài)系統(tǒng)支持以強?作為整合系統(tǒng)方法的一部分，加快可再生能源區(qū)域供熱和供冷計劃的?確保制定正確的激勵措施，以實現(xiàn)有效的電網(wǎng)蓄熱35圖13：給政策制定者的建議政策制定部門為支持政策制定部門為支持TES發(fā)展可利用的工具：對研發(fā)活動和示范項目進行投資可以幫助克服技術(shù)難題，建立市場對于TES系統(tǒng)獨特能力的認識，并降低部署的預(yù)采用整體系統(tǒng)方法進行能源系統(tǒng)規(guī)劃和制定策略，確保在脫碳工作中考慮供熱、供冷和工業(yè)支持技術(shù)中立的市場結(jié)構(gòu)的發(fā)展，以便TES可以與其他靈活性來源競爭，以向能源系統(tǒng)提供服務(wù)。確保能源政策制定的連貫性，例如引入碳定價系統(tǒng)，取消化石燃料補貼，出臺建筑規(guī)范以使 冷鏈建筑供熱供冷提供補貼或其他技術(shù)推動干預(yù)措施，以改善財務(wù)價值定位并提高消費者對新技術(shù)的認識和接受度發(fā)展產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈和技能實行排放限額制度和碳交易制度，提高企業(yè)使用可再生能源和儲熱技術(shù)的財務(wù)效益，使其優(yōu)于化石燃料引入認證制度、媒體宣傳和示范項目，以提高認識并建立對新技術(shù)的信任作為整體能源政策的一部分，解決監(jiān)管框架中儲能的系統(tǒng)性障礙提供價格信號以提高靈活性，提升儲能技術(shù)的價值定位增加專門針對TES研發(fā)和示范項目的資金引入投資支持機制和指令與控制機制，例如通過政府采購加快可再生能源區(qū)域供熱/供冷計劃的發(fā)展增加用于研發(fā)和示范項目的資金，以幫助加速技術(shù)開發(fā)通過針對TES的媒體活動和價格支持機制或熱泵等使能基礎(chǔ)設(shè)施來鼓勵消費者采納新技術(shù)引入強制性建筑法規(guī)，以取代化石燃料供暖系統(tǒng) 36創(chuàng)新展望蓄熱37全球范圍內(nèi)的能源系統(tǒng)正在經(jīng)歷由脫碳全球能源的生產(chǎn)、儲存、輸送、分配和使用方式都在變化。這些變化受到各種因素推動，如擴大能源使用范圍、確保能源供應(yīng)更加低價和安全，以及非常關(guān)鍵的一點?減少與能源系統(tǒng)相關(guān)的溫室氣體排放。最近《巴黎協(xié)定》重申了國際上為緩解氣候變化所做的努力，并設(shè)定了一個目標，即將全球平均氣溫的上升典和英國已通過出臺法律，承諾到2050年實現(xiàn)溫室展望2050年，若要實現(xiàn)這些國際上減緩氣候變化的宏大目標，需要實現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳及整體經(jīng)濟轉(zhuǎn)新預(yù)測，設(shè)想如何以有助于實現(xiàn)這些目標的方式進行全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。近期報告給出了實現(xiàn)這些目標的?到2050年，可再生能源發(fā)電所占比例需要從目前能源廣泛應(yīng)用于人類活動的各個部門和領(lǐng)域，包括發(fā)這些部門當前與能源使用相關(guān)的全球溫室氣體排放比例，還列出了每個部門的減排預(yù)測，展示了“能源轉(zhuǎn)在電力部門中有效整合更高比例的可再當前的重點是電力部門脫碳。由于技術(shù)成本降低，人們越發(fā)關(guān)注利用可再生能源發(fā)電，這既促進了相關(guān)至2019年，全球并網(wǎng)規(guī)模太陽能光伏(PV)的平均％（2017年可再生能源發(fā)電所占比例為26％，預(yù)計到可再生能源技術(shù)將得到更廣泛的部署。然而，多變的天氣條件使這些技術(shù)本質(zhì)上具有波動性及間歇性應(yīng)對可再生能源的波動性將對電力系統(tǒng)運營商的規(guī)模擴大構(gòu)成獨特挑戰(zhàn)，尤其是需要確保電力分配有效性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電安全性。擴大可再生能源部署戰(zhàn)略管理的優(yōu)先事項將是避免棄電，即可再生能源發(fā)電廠必須停止發(fā)電以滿足電網(wǎng)平衡要求的情況 38創(chuàng)新展望蓄熱39圖圖14：2010-2050年各部門每年與能源相關(guān)的CO2排放量能源相關(guān)的CO2排放，2010-2050建筑運輸運輸區(qū)域供熱電力區(qū)域供熱工業(yè)電力能源轉(zhuǎn)型情景5可再生能源能源效率201020152020202520302035204020452050燃料轉(zhuǎn)換和其他規(guī)劃能源情景基準能源情景建筑工業(yè)0供熱和供冷部門的脫碳將是另一項重大空間供熱和工業(yè)工藝又各占一半?？稍偕茉茨壳皟H滿足全球熱能需求（包括熱水）的9％，相比之空間供冷是建筑部門增長最快的能源使用方式，這一趨勢在經(jīng)濟快速增長、氣溫較高的國家（例如印度、印度尼西亞、巴西和中東國家）尤為明顯。到2050年，全球約三分之二的家庭將擁有空調(diào)力，有效脫碳的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保可再生能源滿足電力其他終端用能部門的電氣化也有助于實隨著可再生能源發(fā)電裝機容量不斷增加，電力、運輸、建筑（供熱和供冷）和工業(yè)等其他部門的能源利用向電力的轉(zhuǎn)型可能有助于實現(xiàn)脫碳。其他終端用能部門的電氣化是更廣泛的部門整合戰(zhàn)略的一部分。電氣化供冷、供熱和運輸（例如通過空調(diào)、熱泵和電動車輛）可與可再生能源的直接部署相互補充以滿足工業(yè)工藝或老舊建筑等更復(fù)雜的需求。電氣化與可再生能源直接部署的精確公式因能源系統(tǒng)而異，具體取決需要針對特定部門和地理位置制定脫碳IRENA制定的“2050年能源轉(zhuǎn)型情景”闡明了其他汽車(EV)數(shù)量將從目前的790萬輛增長至11.09億范圍內(nèi)配套基礎(chǔ)設(shè)施的推廣促進了電動汽車銷量的持續(xù)增長，這為運輸部門脫碳提供了機會。但是，電力需求的增長可能對電力部門構(gòu)成挑戰(zhàn)。最近針對英國協(xié)調(diào)的非智能充電可能會給英國電網(wǎng)帶來風險。該研究發(fā)現(xiàn)，如果所有預(yù)測的一千萬輛車輛同時充電，則夜間尖峰需求可能增加3GW，而若鼓勵智能充電，和所有其他預(yù)期EV普及率較高的國家一樣，都需要工業(yè)是向可再生能源應(yīng)用轉(zhuǎn)型最緩慢的部門，當前可再生能源的占比僅為13％（主要是生物質(zhì)）。鑒于該部門與能源相關(guān)的CO2排放位列全球第二，需要大幅提高其可再生能源比例以幫助實現(xiàn)氣候變化目標（IRENA，2020a）。擴大規(guī)模意味著需要更多的太陽能熱泵滿足低溫熱能需求、可再生電力制氫和擴大生物質(zhì)的使用規(guī)模以滿足中高溫熱能需求。未來可能通過CSP滿足高溫熱能需求。但是，考慮到這些來源的間歇性，有效整合可再生能源與不同的工業(yè)工藝（包括通過燃料轉(zhuǎn)換或部門整合）對于該部門而言至建筑部門涵蓋商業(yè)和住宅用房，面積約為1500億平方米(m2)，到2050年預(yù)計將增加至2700億m2。到2050年，可再生能源在建筑部門的使用比例需要提高到81％，可再生能源的應(yīng)用與目前相比將有顯著增長，包括太陽能熱利用和熱泵（約10倍）、現(xiàn)例需要考慮一些重點領(lǐng)域，如擴大熱泵部署規(guī)模、有效管理用電高峰、加倍發(fā)展（可再生能源）區(qū)域供熱能源系統(tǒng)需要靈活性才能實現(xiàn)可再生能實現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳的艱巨挑戰(zhàn)顯而易見。隨著VRE發(fā)電及跨多個部門電氣化的迅速增長，開發(fā)靈活的能源系統(tǒng)以確保能源基礎(chǔ)設(shè)施的有效整合和使用非常重要。靈活性是指系統(tǒng)“面對供需的快速大幅波動時仍能可靠和持續(xù)地提供服務(wù)”的能力（IRENA，.供給側(cè)，主要根據(jù)需求變化及網(wǎng)絡(luò)擁堵情況增加或.需求側(cè)，能源使用隨時間而改變，可通過市場參與者遠程控制特定負荷或客戶響應(yīng)價格信號實現(xiàn)。這有助于管理尤其是智能系統(tǒng)中波動性可再生能源發(fā).市場設(shè)計，用于通過有效的價格信號調(diào)節(jié)發(fā)電或消費活動，并對其靈活性進行獎勵，從而幫助管理系.系統(tǒng)運營，系統(tǒng)運營商采用各種平衡服務(wù)確保供應(yīng)時刻滿足需求。隨著VRE來源越來越多，情況也將越發(fā)復(fù)雜，需要更加先進的市場規(guī)則、預(yù)測、溝 40創(chuàng)新展望.輸電和配電網(wǎng)絡(luò)運營商，管理連接供需的有形資.儲能基礎(chǔ)設(shè)施，用于儲存能源以供未來使用。許多技術(shù)都可提供儲能服務(wù)，這些技術(shù)在不同的儲能介中吸收不同的能源矢量（即電和熱[熱或冷]）。根據(jù)其地點和用途，儲能可用于實現(xiàn)供給側(cè)和/或需求側(cè)的靈活性以及提供額外的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而延遲儲能對于實現(xiàn)能源系統(tǒng)的靈活性至關(guān)重要作為能源系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，儲能技術(shù)已在全球范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注，該技術(shù)有助于能源系統(tǒng)整合更高比例的VRE并最大程度地減少棄電。儲能的基本原理是能夠吸收和儲存能量并在系統(tǒng)需要時釋放能量。由此可實現(xiàn)供需分離，從而為使用高比例VRE發(fā)電一般意義上，儲能指在時間和/或空間上以受控方式吸收、儲存和釋放能量。它與不同能源矢量有關(guān)，例如電力、熱能和合成燃料（包括天然氣）。儲能技術(shù)通常根據(jù)所涉及的矢量進行高級別分類。儲電技術(shù)吸收并釋放電力。該矢量或者直接以電力形式儲或者轉(zhuǎn)換為其他形式（即勢能、機械能、熱能、化學能、電化學能、靜電能或磁能）儲存。同時，儲熱通過加熱或冷卻儲能介質(zhì)儲存熱能，以便未來將儲存的熱能用于供熱和供冷應(yīng)用或發(fā)電（歐洲儲能協(xié)5可用的儲存和釋放矢量非常多樣，此外，儲能技術(shù)的應(yīng)用范圍也比較廣泛，可應(yīng)用于從發(fā)電廠到住宅的整個能源系統(tǒng)，還能夠根據(jù)系統(tǒng)需求應(yīng)用于從數(shù)秒到數(shù)根據(jù)美國能源部的全球能源儲存數(shù)據(jù)庫，抽水蓄能電站占全球當前儲能裝機容量的96％，其余部分為儲熱(1.6％)、電化學電池儲能(1.1％)意，這些數(shù)字不包括諸如家用熱水罐或電池等分布式電化學儲能（電池）最近已成為焦點，全球裝機容量大幅增加。由于成本的快速下降，鋰離子電池在最近主要來源于EV市場以及全球日益增長的風能和太陽市場估計表明，得益于有力的政策環(huán)境，部署規(guī)模將由于需要平衡供熱和供冷的供需關(guān)系，蓄熱的重要性也越發(fā)顯著。它還有可能提高純電應(yīng)用（包括火電廠步促進全球跨部門可再生能源整合，并更高效地滿足蓄熱41 42創(chuàng)新展望到能源系統(tǒng)中。儲電技術(shù)已成為靈活性的關(guān)鍵來特別是對于電力、建筑和運輸部門。但是，儲能部門需要多元化發(fā)展，以避免生產(chǎn)供應(yīng)鏈中可能出現(xiàn)的瓶解決方案在為電力部門以及供熱和供冷應(yīng)用提供靈活年底，電動汽車應(yīng)用的累計電池裝機容量約為200GWh，而固定式電池儲能應(yīng)用的裝機容量約為30GWh，包括用于并網(wǎng)發(fā)電和分布式系統(tǒng)（屋頂6圖圖15：截至2019年的TES裝機容量200250500本節(jié)重點探討三個主要部門（電力、空間供冷和供熔融鹽技術(shù)：非洲、美洲、亞洲和歐洲已投入運行和TES供冷項目大部分位于美國，還有一些TES供熱項目（不包括小型熱水罐）的大部分大型TES設(shè)施裝機容量來自中歐和北歐（尤其是丹麥、德TES已經(jīng)在電力部門應(yīng)用于負荷轉(zhuǎn)移及產(chǎn)能穩(wěn)固。根據(jù)IRENA數(shù)據(jù)庫，憑借其先進的技術(shù)成熟度及其為廣泛的TES技術(shù)。同時，固態(tài)材料（例如陶瓷或蓄熱43容量用于電力部門。全球目前的熔融鹽儲能裝機容量增加，熔融鹽儲能也會隨著CSP電廠的進一步建設(shè)而計劃到2030年，熔融鹽TES的裝機容量至少達到74GWh。為了在當前和規(guī)劃政策下與當年預(yù)測與當前趨勢、政策和規(guī)劃相比，與《巴黎協(xié)定》一的裝機容量增加四倍（與“能源規(guī)劃情景”相比），和激勵措施，以加快CSP和TES的慮到該部門因新冠疫情造成的增長放緩情況，并假設(shè)接下來三年（2020-2023年）需要建立正確的政策環(huán)圖圖16：全球熔融鹽TES裝機容量（吉瓦時）0.0440.004. 44創(chuàng)新展望圖圖17：熔融鹽TES裝機容量0元/kWh至40美元/kWh。假設(shè)TES的額定工作能力“能源轉(zhuǎn)型情景”），未來10年所需的熔融鹽TES但是，如果儲熱技術(shù)的成本繼續(xù)下降（假設(shè)到2030年成本為21.8-25.8美元/kWh那么所需投熔融鹽儲熱部署的進一步增長也可能來自電力部門的獨立大容量儲能，已有計劃將退役的燃煤發(fā)電廠改造全球范圍內(nèi)的空間供冷需求正逐步增加。家用空調(diào)銷通過提高能效措施（例如建筑保溫和改造）和可再生能源技術(shù)，到2030年，在“能源轉(zhuǎn)型情景”下的增量超過13.9GWh。未來十年這個數(shù)字可能會快速增長，尤其是在北非和撒哈拉以南非洲、東南亞和中東地區(qū)，因為這些地區(qū)的氣溫已達到極限水平，并已大規(guī)模采用更先進的供冷技術(shù)。TES可通過運營商提供額外的需求側(cè)管理作為這種增長的補冷需求的增長基于兩種情況：一種是當前的政策情景，即“能源規(guī)劃情景”；另一種是與氣候變化相協(xié)調(diào)的情況，即“能源轉(zhuǎn)型情景”，主要基于可再生能TES裝機容量與供冷需求比例增長。全同時，還需要技術(shù)進步（例如數(shù)字化和提高儲熱容如前文所述，2020-2023年將是政策實施的關(guān)鍵時期，這些政策可加快供冷中TES技術(shù)的應(yīng)用，使其在全球范圍內(nèi)與美國的部署率相匹配（請參閱域和建筑供冷技術(shù)的平均安裝成本為60-230美圖圖18：全球范圍內(nèi)空間供冷TES裝機容量和預(yù)測容量201920202021202220232024202520262027規(guī)劃能源情景能源轉(zhuǎn)型情景(TES)蓄熱45 46創(chuàng)新展望含水層蓄熱含水層蓄熱含水層蓄熱(ATES)項目具備最大的TES項目儲熱容量，因此非常適合季節(jié)性儲能。全球目前已安裝了超過2,800個ATES項目，大多數(shù)位于荷蘭和西歐（圖19）。這些項目每年提供超過2.5TWh的供冷和供熱能力全球最大的項目位于斯德哥爾摩的阿蘭達機場。含水層體積為2億立方米(m3)，最多可儲能9GWh。各季節(jié)使用相同水量用于供冷和供熱，例如融化跑道上的積雪及預(yù)熱通風系統(tǒng)。該項目使機場每年的能耗減少近年來，供熱系統(tǒng)（空間供熱和熱水供應(yīng)）效率迅速電力部門出臺了相關(guān)法規(guī)和政策，旨在將更高比例的可再生能源整合到電力系統(tǒng)中，這可能將會刺激工業(yè)TES比例的增加。盡管全球供熱需求保持穩(wěn)定，提高工業(yè)中的工藝加熱效率，同時將可再生能源整合由于熱水罐儲熱的普遍性及分布式小規(guī)模性質(zhì)，全球技術(shù)的持續(xù)進步可能促進整體裝機容量的大幅增從而為電網(wǎng)提供急需的靈活性和需求側(cè)管理功能。英國的一項研究預(yù)測，如果英國要在2050年之前實現(xiàn)碳凈零排放，則使用電力供熱的英國家庭可能需要安蓄熱47圖圖20：供熱應(yīng)用的TES裝機容量（占總裝機容量的百分比）季節(jié)性儲能另一項研究預(yù)測到2030年，在區(qū)域供熱儲能方2016年僅次于丹麥、德國和瑞典等歐盟領(lǐng)先國復(fù)合相變材料(cPCM)儲存過剩的可再生能源（否則將發(fā)生棄電）并用于清潔供暖。降低燃煤供熱產(chǎn)生的碳排放及造成的空氣質(zhì)量影響這一意愿推動了相關(guān)技信息有限，無法進行全球部署預(yù)測。盡管預(yù)計供熱需求將會下降，但新穎和成熟技術(shù)的不斷應(yīng)用證明人們?nèi)詫⒅匾昑ES供熱所帶來的優(yōu)勢。這對于將V合到電力系統(tǒng)及大規(guī)模電氣化至關(guān)重要。這些技術(shù)應(yīng)用能夠證明TES是未來需求側(cè)靈活性的重要源頭，有助于實現(xiàn)更高效和更廉價的能源系統(tǒng)（請參閱未來的電力系統(tǒng)需要儲能替代方案的組合，因為每種替代方案具有不同的價值定位（儲存期限、能源密度、具有不同響應(yīng)時間的市場服務(wù)及工作溫度等）。固定式儲能（用于并網(wǎng)規(guī)模和分布式屋頂PV發(fā)電裝總體而言，儲能技術(shù)前景廣闊。在“能源轉(zhuǎn)型情景”能裝機容量，幾乎是現(xiàn)在的三倍。必須強調(diào)的是，由）） 48創(chuàng)新展望0圖圖22.為滿足電力和供熱需求靈活性的并網(wǎng)式和分布式電力基礎(chǔ)設(shè)施概述分布式電力基礎(chǔ)設(shè)施混合電動供熱網(wǎng)絡(luò)供熱需求隨著能源系統(tǒng)終端用能部門的電氣化以及可再生能源發(fā)電技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于電力以外部門，促進部門整合有助于實現(xiàn)更加高效的能源系統(tǒng)。熱電耦合），一系列分布式電氣化供熱和儲能技術(shù)滿足供熱需求時稱為“智能能源系統(tǒng)”，它鏈接并協(xié)調(diào)電力、熱能和天然氣網(wǎng)絡(luò)以發(fā)揮協(xié)同作用，在為每個部門提供最佳結(jié)果的同時最大程度地提高整個系統(tǒng)的效率（TES還有助于提供更多方案，以實現(xiàn)供熱和供可再生電力供應(yīng)充足的情況下，應(yīng)用智能控制系統(tǒng)生需，同時幫助實現(xiàn)供熱（或供冷）脫碳。通過優(yōu)化家用熱泵熱水罐，蓄熱也有望在電力矢量方面發(fā)揮重要TES可帶來的效益取決于不同的能源系展，與可再生能源的利用以及熱能和運輸電氣化需求集成的系統(tǒng)中所扮演的角色有更深入的了解。在對效益進行了定義及背景說明。本報告還進一步運用示例介紹了哪些領(lǐng)域已經(jīng)以何種方式實現(xiàn)了這些效署所帶來的具體效益根據(jù)不同能源系統(tǒng)、氣候和地理蓄熱可用于調(diào)控波動性可再生能源的出力。有時將其稱為產(chǎn)能穩(wěn)固。用于緩解發(fā)電量的快速下降或升高，以及波動性可再生能源的長期供電變化，例如夜間或日間發(fā)生的變化。鑒于太陽光照和風力每分鐘都在變化，目前需要適當儲存由這些來源生產(chǎn)的電力作為常規(guī)發(fā)電（如煤炭、天然氣或抽水儲能）的補充，以彌補需求缺口。系統(tǒng)運營商使用各種平衡工具管理從亞秒、分到小時不等的時間范圍內(nèi)的波動。蓄熱尚不適合提供例如頻率管理等亞分鐘需求服務(wù)，而電力儲存蓄熱適合提供跨越數(shù)分鐘/小時的電力系統(tǒng)平衡服務(wù)，以及滿足跨越數(shù)小時的熱能需求變化。與電池相比，TES技術(shù)的循環(huán)使用壽命較長，且圖圖23.TES在能源系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用TES應(yīng)用推遲電網(wǎng)強化波動性能源供應(yīng)整合部門整合季節(jié)性儲能需求轉(zhuǎn)移蓄熱49TES可以通過部門整合減少棄電并提高可利用率。這指的是將過剩的電力轉(zhuǎn)化為熱能，從而將發(fā)電與其他部門（例如供熱）的需求聯(lián)系起來，以提高能源系統(tǒng)的靈活性。通常熱能需求遠遠高于電力需求（特別是終端供熱應(yīng)用），因此將能源儲存為熱能供熱和運輸部門的電氣化將極大增加電力系統(tǒng)的負擔，僅依靠電力部門設(shè)施可能使能源系統(tǒng)資源供應(yīng)緊荷）減少交通運輸部門對高比例可再生能源的電力系統(tǒng)的用電需求。TES還是用于有效部署熱泵等關(guān)鍵使能系統(tǒng)組成部分，可以優(yōu)化熱泵功率并以較低成本實現(xiàn)高效滿負荷工作。這有助于提高諸如電制熱（有助于可再生能源整合）等戰(zhàn)略潛力，從而促進了能，需要時釋能，可以將諸如建筑空間供熱和/或供冷等高峰重合電力負荷轉(zhuǎn)移至較低成本時段。這使得現(xiàn)場需求模式保持不變，但將熱能或冷能的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到更有利的時段（例如電網(wǎng)無擁堵、可再生能源發(fā)電量高、低價格時段）。此外，還可在可再生能源可用性較高時為蓄熱系統(tǒng)充能，未來需求較高時則將其釋放，通過提高利用率改善整體系統(tǒng)效率。從系統(tǒng)角度來看，通過儲存管理過剩的可再生能源發(fā)電量相較于棄電而言效率更高，因其通過避免能源浪費、提高可再生能源的利用率降低了消費者的總體成本。需求轉(zhuǎn)移也是有效實行部門整合的關(guān)鍵推動力，否則將需要負荷轉(zhuǎn)移不僅有助于提高可再生能源的利用率，使其滿足更高的需求比例，同時有助于推遲或避免昂貴的電網(wǎng)改進需求。由于面臨高供應(yīng)低需求時段分布式發(fā)電給網(wǎng)絡(luò)運營商造成壓力。如果不強化或增加電網(wǎng)容量，高峰供應(yīng)時期則必須將電力從本地網(wǎng)絡(luò)中輸出。此外，電網(wǎng)的建設(shè)是為了滿足高峰需求；供熱和交通運輸?shù)碾姎饣赡軙剐枨笤黾?，從而引發(fā)蓄熱可將能源儲存數(shù)天甚至數(shù)月，從而解決供求的季源系統(tǒng)尤其有利。夏季將太陽能光伏或風能等可再生冬季供熱需求。這一舉措將減少高峰時期對不可再生能源的需求。蓄熱系統(tǒng)還可在冬天儲存自然冷能，以在夏季提供空間供冷。雖然這種特殊的能源利用方式并不直接促進可再生能源整合，但有助于減少夏季高 50創(chuàng)新展望越來越多證據(jù)表明，采用系統(tǒng)方法以更具成本效益的方式整合可再生能源并幫助能源系統(tǒng)脫碳具有極大優(yōu)熱系統(tǒng)可通過提高風能利用效率增強脫碳能力。采用熱泵、電鍋爐和TES的整合試點系統(tǒng)替代天然氣鍋爐，與未采用這些技術(shù)的對照系統(tǒng)相比，實現(xiàn)了30此外，隨著風能太陽能在能源結(jié)構(gòu)中的比例開始增蘭州能源市場區(qū)域的一項研究發(fā)現(xiàn)，使用配備蓄熱系統(tǒng)的熱泵或分布式電阻加熱器將使可再生能源棄電減取決于某些輔助性設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的部署。因此，規(guī)劃能源系統(tǒng)靈活性和整合性的整體系統(tǒng)方法可帶來眾由伯明翰儲能中心領(lǐng)導(dǎo)、英國工程與物理科學研究理事會和中國國家自然科學基金委員會資助的英中合作項目報告了一項成功的商業(yè)示范試點?中國新疆地區(qū)使用cPCM將蓄熱系統(tǒng)整該項目一方面由于需要亟待解決可再生能源的間歇性，另一方面與可再生風能的高滲透率以及熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱計劃造成的電網(wǎng)限制挑戰(zhàn)相關(guān)。新疆當?shù)仉娏π枨筝^低，大部分可再生能源（風能和太陽需求低迷及電網(wǎng)限制導(dǎo)致2016年的棄風率高達40％。為此主要解決方案是將終端用能部門耦合，以及將過剩的可再生能源轉(zhuǎn)化為熱能儲存在儲熱系統(tǒng)中。該電廠在低谷時段（此時電價僅為平常一半）進行蓄熱。據(jù)估計，其中超過80％的電力（即每年超過該設(shè)施已成功利用當?shù)仫L力發(fā)電機產(chǎn)生的過剩電力降低棄風率、緩解電網(wǎng)限制及儲存脫碳熱能。由于試蓄熱51從根本上講，蓄熱是更廣泛的靈活性方案組合的一部的優(yōu)點和應(yīng)用。其他選擇包括氫氣，氫氣作為能源儲存載體這一方案也正日益受到重視。其優(yōu)點在于它是一種靈活的燃料來源，需要時可用于供熱、發(fā)電或運輸。人們對各種儲能和靈活性技術(shù)在未來能源系統(tǒng)中但是，鑒于越來越多的變量正在增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此仍然需要大量工作來開發(fā)、設(shè)計和落實集成能源系統(tǒng)的策略。齊心協(xié)力采用系統(tǒng)方法找到基礎(chǔ)設(shè)施和通過全系統(tǒng)范圍內(nèi)協(xié)調(diào)整合蓄熱減少了 52創(chuàng)新展望基于不同的基本科學原理，蓄熱(TES)所涵蓋的技術(shù)非常廣泛。本報告針對了29種TES技決方案能夠推動減少輸電網(wǎng)的棄電、調(diào)峰、系統(tǒng)慣興趣的主要技術(shù)進行了概述。根據(jù)基本工作原理，這?固態(tài)蓄熱（例如陶瓷磚、巖石、混凝土、填充以下各節(jié)將針對每個分組進行概述，并闡明每種技術(shù)的范圍及其工作原理。若要了解更多關(guān)于各項技術(shù)的顯熱蓄熱是TES最常用、也是最先進的商用技術(shù)類型。它通過加熱或冷卻儲存介質(zhì)（液體或固體）儲存熱能，但不發(fā)生相變。工作溫度范圍內(nèi)，儲存的能量與充能時的溫度變化（上升或下降）以及材料的熱能蓄熱53裝機容量，儲熱效率為50％至98％，具體取決于儲存介質(zhì)的比熱及隔熱技術(shù)。工作溫度范圍可介于與其他蓄熱技術(shù)相比，顯熱儲熱為最簡單、通常也是最廉價的儲熱形式（通常僅使用水）。因此，當前顯熱技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，通常以住宅水罐或聚光太陽顯熱蓄熱可應(yīng)用于電力部門、工業(yè)、建筑以及區(qū)域供熱和供冷。顯熱技術(shù)的主要缺點包括：所占物理空間較大、較高溫度或較長儲存時間要求下需要進一步隔熱以及需要（能源）投入以維持儲存目標溫度的潛在罐式蓄熱罐式蓄熱TTES使用流體（通常是水）作為儲能介質(zhì)儲存熱能。在本報告中，以下所稱的所有TTES僅指以水作為儲能介質(zhì)（與熔融鹽或其他流體相對）的系統(tǒng)。通過太陽能板、電力或環(huán)境溫度加熱或冷卻水，然后根據(jù)需要進行輸送（Stine和Geyer，2001年）。TTES代表最簡單的蓄熱形式，也是應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最成熟和容器結(jié)構(gòu)限制，其大型應(yīng)用（商業(yè)、工業(yè)和區(qū)域供熱）的最大尺寸約為80,000m3。該系統(tǒng)通常提供日間/全天蓄熱。家庭應(yīng)用中的系統(tǒng)組件為蓄熱水罐和熱水器，專用于生產(chǎn)熱水，某些情況下還用于空間供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)等。輸送水溫范圍通常為55-60°C。此外還開發(fā)了基于儲罐的季節(jié)性TES系統(tǒng)。有些建成的系統(tǒng)可將90°C左右的高溫熱能儲存超過6個月的時間，且能量損失小于10BEIS，2016年）。大規(guī)模應(yīng)用中的熱水罐用于季節(jié)性儲能。它們通常利用太陽能熱技術(shù)充能將水加熱到約80-90°C。在 54創(chuàng)新展望固態(tài)蓄熱固態(tài)蓄熱磚。其他材料也在考慮范圍內(nèi)，例如具備更高熱性能的混凝土（Xu和Chung，2000年）和Cofalit等工業(yè)蓄熱55 56創(chuàng)新展望熔融鹽熔融鹽用于儲存高品味熱能。但是它容易固化，因而有可能嚴重損壞輔助設(shè)備。因此，熔融鹽的應(yīng)用僅限能，晚上則將其釋放以驅(qū)動渦輪機并保證持續(xù)發(fā)電（圖24）。圖圖24.直接熔融鹽蓄熱系統(tǒng)?550°C550°C蒸汽輪機290°C冷凝器蒸汽發(fā)生器太陽能發(fā)電場290°C兩罐式熔融鹽蓄熱系統(tǒng)是最常用的配置之一（圖25）。熔融鹽通過儲冷罐和蓄熱罐之間的泵送進行充能釋能。間接系統(tǒng)使用配備傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)的熱交換器，而在直接系統(tǒng)中，鹽既用作儲能介質(zhì)，又用作傳熱圖圖25.間接熔融鹽蓄熱系統(tǒng)?390°C蒸汽輪機蒸汽發(fā)生器熱交換器 290°C太陽能發(fā)電場?375°C冷凝器290°C380°C蓄熱蓄熱57地下蓄熱UTES將熱能或冷能儲存在地下。儲能介質(zhì)可能是由土壤、沙子、堅實基巖、人工井或含水層中的水組成的地質(zhì)層。UTES的關(guān)鍵技術(shù)有含水層蓄熱(ATES)、地埋管蓄熱(BTES)和熱井蓄熱(PTES)（圖26）。圖圖26.地下儲能概念地埋管蓄熱(BTES)含水層蓄熱(ATES)熱井蓄熱(PTES)3)熔化熱(熔化熱(kJ/kg)報告重點介紹在每個關(guān)鍵溫度范圍內(nèi)對可再生能源整選擇PCM的主要標準是應(yīng)用所需的相變溫選擇還應(yīng)考慮如熔化潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)等其他熱物理性下面將針對所分析的技術(shù)及其工作溫度范圍進行概共晶混合物，包括儲存在陶瓷支撐材料（稱為復(fù)合這種額外控制對敏感性應(yīng)用（例如冷鏈中的藥物或食圖圖27.本報告中分析的PCM的性質(zhì)，揭示了熔化熱和熔點方面的差異鹽及其共晶冰溫度(℃)零下溫度冰低溫PCM晶混合物高溫PCM水合鹽鹽水共蠟石0 58創(chuàng)新展望輸出輸入輸出輸入零度以下的PCM零度以下的PCM既可以是單組分材料，也可以是由兩種或多種材料組成的混合物，例如共晶混合物。共晶大多數(shù)應(yīng)用會將PCM封裝以避免泄漏，如圖28所示。大容量儲能裝置模塊中充滿了PCM并固定在罐中。圖圖28.大容量蓄熱系統(tǒng)中的PCM封裝蓄熱59冰蓄熱冰具備卓越的儲冷屬性，如高熔化熱(334kJ/kg)、高熱容量（4.2kJ/kg·K）及無腐蝕性。作為水的固體形部循環(huán)將冷能從儲罐輸送到負荷處（圖29）。儲熱蓄冰罐儲熱蓄冰罐圖29.冰盤管系統(tǒng)外融式冰盤管Araner乙二醇?水冷卻器儲熱蓄冰罐輸入負荷輸入負荷輸出負荷乙二醇-水熱交換器乙二醇熱水冷水Araner乙二醇?水冷卻器內(nèi)融式冰盤管輸出負荷 60創(chuàng)新展望蓄熱61低溫低溫PCM低溫PCM的相變溫度為0°C至120°C。該溫度范圍內(nèi)使用的兩種常見PCM是石蠟和無機鹽水合物。石蠟因其多功能性和穩(wěn)定的化學特性（無毒且無腐蝕性）而成為低溫PCM的關(guān)鍵材料之一。諸如溴化鍶等鹽水合由于價格低廉、潛熱適中（約200kJ/kg）及熔融溫度范圍較廣（針對商業(yè)石蠟的相關(guān)研究數(shù)量最多。但是，其導(dǎo)熱系數(shù)低（每米開爾文0.2瓦特[W/mK]）且易燃，因此應(yīng)用受到限制?？赏ㄟ^添加高導(dǎo)熱系數(shù)的顆粒及填料（例如石墨或金屬）以有效提高其導(dǎo)熱率（Karaipekli等無機鹽作為高溫相變材料部分無機鹽混合物的相變溫度較高（超過500°C）。無機鹽二元和三元混合物已針對蓄熱應(yīng)用開展了廣泛的研究。堿金屬的碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物和硫酸鹽以及堿金屬（例如鎂、鉀、鋰和鈣）是用于生產(chǎn)共晶混合物的主要化合物（PereiradaCunha和Eames，2016年）。熔融碳酸鹽（與硝酸鹽一當前針對這些問題已提出各種方法，例如使用多孔支撐材料（金屬泡沫、多孔碳材料和陶瓷結(jié)構(gòu)）避免泄漏，以及添加例如石墨材料等高導(dǎo)熱系數(shù)的增強劑。包含多孔支撐材料的解決方案稱為高溫復(fù)合PCM(HT-熱化學蓄熱的能量密度相比顯熱和潛熱蓄熱更高。它非吸收式熱化學系統(tǒng)基于兩種獨立化學物質(zhì)的可逆反吸收式蓄熱則從化學勢的角度通過破壞吸附劑與吸附式熱化學系統(tǒng)可在更高溫度下工作并提供更高的儲能密度。由于吸收式系統(tǒng)在環(huán)境溫度下能夠盡可能長時間地保存熱能而不發(fā)生熱量損失，因此熱化學蓄熱技術(shù)成為低溫下季節(jié)性儲能(用于建筑）的廣泛研究對 62創(chuàng)新展望圖圖30.熱化學蓄熱方法和材料熱化學蓄熱基于可逆反應(yīng)的蓄熱基于液體金屬氫化物水合鹽SrBr2/H20基于吸收的蓄熱鈣循環(huán)(CaL)LiBr溶液/H20氧化還原多孔固體水合/脫水化學循環(huán)雙相吸收化學循環(huán)化學循環(huán)針對化學循環(huán)系統(tǒng)的研究主要是將其作為潛在的碳捕獲技術(shù)。示例之一是利用氧化鈣(CaO)和二氧化碳(CO2)之間的可逆反應(yīng)形成碳酸鈣(CaCO3)，這稱為鈣循環(huán)(CaL)。該反應(yīng)中，CaCO3吸收大量熱能，分解為其組成成分（CaO和CO2）并將熱能提供的能量儲存在CaO和CO2分子內(nèi)的化學鍵中。然后將CaO和圖31.CaL工藝方案2332CaL系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其所涉及的所有材料成本極低，且儲能密度極高，為每立方米3.2吉焦耳（Chang等），3水合鹽如TTES）結(jié)合使用的季節(jié)性住宅建筑熱電池，如圖32所示。然而，水合鹽蓄熱技術(shù)侵蝕性材料、安全殼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題、材料穩(wěn)定性圖圖32.CREATE演示蓄熱系統(tǒng)圖注：該圖展示了如何將基于鹽水合物技術(shù)的季節(jié)性熱電池與日間儲存以及熱泵和太陽能集熱器結(jié)合 蓄熱63 64創(chuàng)新展望吸收式系統(tǒng)吸收式系統(tǒng)的原理是：濃縮制冷劑溶液（例如氯化鈣[CaCl2]、氯化鋰[LiCl]、溴化鋰[LiBr]、氫氧化鈉[NaOH]、氫氧化鉀[KOH]或氨的水溶液）[Lele，2016年]）吸收水分并在這一過程中釋放熱能。釋放出的熱量就是吸收的熱能，是一定體積的液體吸收水蒸氣釋放出的能量。該系統(tǒng)通過額外熱能充能，而使水存，需要熱能時再將其組合。圖33展示了吸收式系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)配備一個太陽能熱源、一個吸收熱泵圖圖33.配備分離器反應(yīng)器的吸收式系統(tǒng)配置太陽能供應(yīng)水蒸氣解吸器/吸收器冷凝器/蒸發(fā)器與環(huán)境進行熱交換溶液罐液態(tài)水建筑供熱LiBr溶液水罐絕熱壓縮空氣儲能氣驅(qū)動渦輪機發(fā)電。該過程中，冷卻裝置將壓縮熱能移出，利用額外熱能加熱膨脹前的空氣。二者都會造成能量損失。當前已提出A-CAES系統(tǒng)通過添加高溫TES裝置（例如鵝卵石、陶瓷磚或PCM）提高總體效率，該裝置用于儲存壓縮熱能（否則會在氣體壓縮階段損失）以備之后的膨脹使用。圖34展示了可能實現(xiàn)的A-CAES裝置。圖圖34.A-CAES提議現(xiàn)場裝置圖蓄熱65液態(tài)空氣儲能目前正在針對LAES開發(fā)一種新穎儲能形式，與CAES相似，它使用儲存的壓縮空氣驅(qū)動渦輪機釋放能量。二者主要區(qū)別在于空氣冷卻和壓縮至液化的程度，這意味著可以將其應(yīng)用于其他位置和應(yīng)用的儲存和運輸。充能時使用低谷或可再生電力將空氣壓縮到高壓(>60bar)，壓縮過程中產(chǎn)生的熱能儲存在蓄熱系統(tǒng)(>300°C)中。通過儲冷裝置將壓縮空氣冷卻（至-145°C），然后將壓力降低至環(huán)境水平獲得液態(tài)空氣(-196°C)。需要釋能時，液態(tài)空氣通過蒸發(fā)返回為氣體，部分“廢棄”進一步加熱空氣，可用于驅(qū)動渦輪機發(fā)電。圖35對此進行了總結(jié)。圖圖35：發(fā)電應(yīng)用LAES的通用系統(tǒng)配置釋能部分儲冷儲熱電力輸入電力輸出空氣儲能充能部分膨脹泵利用廢棄熱源可以實現(xiàn)70％的交流往返效率。LAES可用于電力儲存，進行充電和放 66創(chuàng)新展望本節(jié)概述了本報告中考慮技術(shù)的關(guān)鍵特性和技術(shù)屬所需的工作溫度范圍及儲存時間（圖36）。表2和.適用規(guī)模是指TES在能源系統(tǒng)不同部門以不同成本效益方式從小規(guī)模到大規(guī)模的應(yīng)用能力?！靶∫?guī)?！睉?yīng)用是指為單個建筑提供服務(wù)的住宅和商業(yè)解決方案，“區(qū)域/工業(yè)”是指通過區(qū)域供熱和/或供冷網(wǎng)絡(luò)連接的本地建筑群或工業(yè)場地，其電力儲存能力為兆瓦時級別，“公用事業(yè)”是指大規(guī)模蓄熱需求情景，例如通過大型區(qū)域供熱/供冷網(wǎng)絡(luò)提供供熱/供冷服務(wù)或發(fā)電，或者用于熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施。.儲存時長是每種技術(shù)在用于有效供熱、供冷或發(fā)電之前可能的儲能時間。儲存時長可能是幾個小時(.潛在矢量是指每個蓄熱系統(tǒng)能源輸入及輸出的形.容量范圍是指完全充能后（即顯熱TES中達到儲相變轉(zhuǎn)變；或熱化學儲能中的轉(zhuǎn)化率達到100%)蓄熱系統(tǒng)中可用的能源數(shù)量。容量范圍是能量密度.功率范圍描述了能量從系統(tǒng)充能和釋能的速率，這?每種技術(shù)只能在特定工作溫度范圍工作，該工作溫.充放效率是輸入能量與從蓄熱系統(tǒng)中取回能量之間的關(guān)系，表示利用該技術(shù)儲能后維持和釋放熱能方面的有效性。此參數(shù)可能很大程度上取決于系統(tǒng)的.能量密度表示每單位體積儲能裝置累計儲存的最大能源量。該值取決于工作條件（最高和最低工作溫?所有蓄熱系統(tǒng)都會隨著使用時間的推移出現(xiàn)疲勞和磨損，從而導(dǎo)致老化和熱劣化。使用壽命是指儲能裝置在特定工作條件下使用的預(yù)期年限，或者儲能裝置可以執(zhí)行的循環(huán)數(shù)量。例如，若預(yù)計某儲能資產(chǎn)每天需要執(zhí)行一個完整的充能/釋能循蓄熱67圖圖36.所研究TES技術(shù)的工作溫度和時間范圍中低天月高冰表表2.所選TES技術(shù)的適用規(guī)模、工作時間和相關(guān)能量矢量HCPHCPHCPHCPHCPHCP 68創(chuàng)新展望表3.所選TES技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)屬性環(huán)次數(shù)）(2)(4)70-20030-85kWh/356-60kWh/3300-3,00030-85kWh/500至月月200-35020-40年注：(1)水罐蓄熱和UTES的能量密度基于20°C的參考溫度；潛熱能量密度計算中不考慮顯熱；(2)固態(tài)能量密度由工作溫差決定；能量密度=熱能容量x溫差；(3)用于“太陽能鹽”（60%NaNO3和40％KNO3(4)僅指鈣循環(huán)（而非其他化學循環(huán)示例蓄熱69本節(jié)概述了如何利用蓄熱推動五個耗能關(guān)鍵部門引入更高比例的可再生能源，即：電力、工業(yè)、區(qū)域供熱和供冷、冷鏈和建筑。部門是指部署TES用在什么地可作為為供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)提供靈活性的一種形式。電力部門一節(jié)僅將TES視為供應(yīng)側(cè)靈活性的推動者，而其他各節(jié)（工業(yè)、區(qū)域供熱和供冷、冷鏈和建筑部圖圖37.TES在各部門的主要應(yīng)用概述當前正在開發(fā)以推動實現(xiàn)相關(guān)益處的技術(shù)。 區(qū)域供熱/供冷 70創(chuàng)新展望風能和太陽光伏能源正迅速成為電力部門的主流和富來源：到2050年，預(yù)計風能和太陽能光伏合計將占％（地熱和生物質(zhì)等其他可再生能源不同，太陽能和風能于緩解可再生能源波動性帶來的問題，同時還能夠提TES對電力部門所起到的主要作用（在此太陽能光伏發(fā)電。該應(yīng)用的重點是幫助緩解短期和周期性電力供應(yīng)波動，即太陽能發(fā)電的陰天或