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2040年长时储能市场扩大400倍!储热技术优势正逐渐浮出水面

日期:2021-12-18    来源:CSPPLAZA太阳能光热发电

国际储能网

2021
12/18
10:55
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关键词: 储热技术 储能市场 长时电储能技术

全球气候变化形势之下,碳中和成为了各国的主要议题。在前不久举办的第26届联合国气候变化大会(COP26)上,一个名为“长时储能委员会”的组织把长时储能这个概念进一步推到了关注者面前。

而在此后不久,长时储能委员会就一语惊人:如果想要建设最优化的全球零碳能源系统,到2040年全球长时储能装机容量要扩大400倍!

何为长时储能?

实现碳中和需要用更高比例的可再生能源代替传统化石能源,而重要的可再生能源——太阳能、风能等都无法让人们随心所欲地使用:天气和地理条件等因素让它们在时间和空间两个维度上存在着明显的不均衡性。

因此,储能被视为解决可再生能源波动的核心武器。通过将用电低谷时期的新能源电力加以储存,并在用电高峰时期释放,实现更高效的可再生能源利用,是未来能源低碳利用的核心理念之一。

然而,仅仅是“白天光伏夜间用”这种程度的储能,并不足以解决新能源电力波动的问题。可再生能源存在以天为单位,甚至是以季度为单位的长时间不均衡,需要用储存能量时间更长的技术来解决——这就是长时储能。

长时储能报告:爆炸式增长的长时储能市场

长时储能委员会由能源技术开发商、能源终端用户和投资商共同组建,初始成员共有25家,其中有16家长时储能技术企业。

成立不久后,长时储能委员会就发布了第一份报告《Net-zero power:Long duration energy storage for a renewable grid》。长时储能装机容量需要扩大400倍的说法正是写在这份报告中。

除此之外,报告还指出,近年来,投资者对长时储能的兴趣有所增加,对长时储能技术公司的投资超过25亿美元。但这还远远不够,从2022年到2040年,全球长时储能所需要的投资规模是1.5万亿美元到3万亿美元。

如此“爆炸式”增长的市场现在发展如何?

多种储能技术路线竞争,热储能前景良好

报告中对多种长时储能技术路线进行了梳理。与常规短时储能类似,长时储能也可分为电储能、热储能、化学储能、机械储能四大类。

逐步发展的巨大市场下,长时储能技术该走哪条路?多种长时储能技术路线各自有何优劣?

从目前各国长时储热技术的科研和应用情况来看,目前电储能仍然是主流技术路线。然而,长时储能委员会指出,对于超过8小时的储能时间而言,电储能技术的成本将成为巨大的绊脚石,其他储能技术的开发也是必要的。

报告中提出了一个评价储能技术经济性的参数:学习率(LearningRate),指在一项储能技术目前的规模与成本的基础上,规模每翻一倍,其成本的预期下降空间。

从上图不难看出,电储能的学习率低于长时储能技术平均值,并远低于机械储能和热储能。在长时电储能技术本身成本就较高的前提下,未来长时储能产业加速发展带来的不同储能技术的经济性差异将进一步拉大。

因此,发展长时机械储能和长时热储能是必要的。抽水蓄能、压缩空气储能、大规模地下水储热等技术有着远大于电储能的储能规模和储能时长,是未来长时储能的重要角色。

从近期动态来看,成立长时储能委员会的成员在COP26前后均有一些商业动作,而其中几家长时储热技术厂商的成果颇为丰厚。

Azelio铝储热技术:光热电站的潜在新技术

Azelio近日获得了南非公司Wee Bee Ltd的订单,将为其提供1.3MWh规模的8台储热机组。其主打的铝储热技术具有储热温度高、总能量转化率高的优势,已投建了十余个项目。

Azelio的前身是全球领先的碟式斯特林技术公司Cleanergy。早在2012年9月,尚未更名的Azelio就在中国内蒙古鄂尔多斯参与建成了首个110kW级的碟式斯特林光热示范电站,并在该示范项目的成功基础上积极推进大规模商业化碟式斯特林光热电站的开发。

目前大多数光热发电项目使用的储热材料均为熔融盐,其中名为Solar Salt的硝基混合熔盐是主要材料。熔融盐的储热性能优秀,但具有一定的腐蚀性,同样储热性能优秀的铝合金将是未来具有一定可行性的替代技术。

Malta熔盐储热技术:与热泵结合的冷热双储新尝试在今夏完成6000万美元融资之后,Malta近日宣布与Bechtel Corporation建立合作伙伴关系,进一步推动其熔盐储热技术的落地。

基于其熔盐储热技术,Malta提出了一种利用两个储热罐实现冷热双储,并通过热泵进行热量交换,实现区域内储热冷热联供的技术。Malta称该技术路线可实现10~150小时的储能。

目前,Malta正在与加拿大能源公司NB Power携手筹建规模达1000MWh的长时储热项目,若顺利建成,将成为世界最大规模的长时储热项目。这家熔盐储热技术公司的探索将为全球长时储热技术的应用探索一条重要的路径。

Energy Dome:新型发电技术的探索者

正如其公司名称中的Dome(穹顶)一词,Energy Dome的储能核心技术路线是将二氧化碳储存在一个类似穹顶的大型圆顶建筑内。在储能时,从其圆顶建筑抽取空气中的二氧化碳并冷凝,冷凝过程产生的热量则存储在热储能系统中;在释放能量时,使用热储能系统加热液态二氧化碳使其蒸发膨胀,驱动涡轮机发电。

这项技术类似压缩空气和液化空气储能,但二氧化碳在高温高压时呈现的优质的流体力学性能将使发电机组拥有更高的效率。实质上,这项技术技术与近期我国西安热工研究院研发并投运的投运的超临界二氧化碳循环发电机组相似。

本次Energy Dome获得1100万美元的融资后,将加速筹建其二氧化碳储能发电项目。其第一个示范系统正在意大利南部的撒丁岛建造,据称可实现4~24小时储能时长的最优储能效率。

二氧化碳储能的技术路线属于机械储能,但与压缩空气和液化空气储能相同,该技术路线本身需要结合储热,而储热模块的效率提升和成本降低将是二氧化碳储能的核心增长点。未来二氧化碳储能的发展同样需要储热技术的优化改进。

长时储热有望迎来爆炸式增长

Azelio在南非斩获订单,进一步扩充业务规模;Malta与柏克德工程公司展开合作,并即将在加拿大部署1000MWh的储热项目;Energy Dome则获得了1100万美元的融资,开始筹划首次商业部署——这些还只是长时储能委员会中热储能委员企业的近期动向,整个长时储能行业的活跃程度显然不止于此。

与短时储能不同,长时储能更加重视储能时长和储能规模,在诸多在研或已商业化的项目动态中,我们可以看到,储热技术的诸多优势已经逐渐浮出水面,即将迎来新一阶段的发展。

“十四五”的第一年,我国的太阳能光热发电行业就迎来了诸多项目的筹建和落地,可以说是光热行业里程碑式的一年。光热是储热技术的最重要应用场景之一,我们同样也可以期待储热技术在其他领域的发展。正如近十年锂电行业的爆炸式增长,未来十年的储热行业也让我们充满希望。


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