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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒報道，瑞典TEXEL公司(si)已成功開發出一種基于金屬氫化物、可由(you)電(dian)(dian)加熱(re)充(chong)電(dian)(dian)的熱(re)能儲(chu)(chu)存裝置，可用于儲(chu)(chu)能以及向電(dian)(dian)網提(ti)供電(dian)(dian)力，未(wei)來計(ji)劃(hua)在(zai)美國(guo)將該技術(shu)推向市(shi)場化應用。

據悉，TEXEL公司最初(chu)將應(ying)用市場聚焦在(zai)光(guang)熱發電領域，后(hou)來(lai)發現(xian)該(gai)技術在(zai)電池儲(chu)能(neng)方面(mian)具備較大(da)的(de)潛在(zai)經濟優勢，最終開始專注(zhu)于獨立的(de)熱能(neng)存儲(chu)研(yan)究(jiu)。

目前，TEXEL已經與澳大(da)利亞(ya)的(de)(de)柯廷大(da)學和美(mei)國的(de)(de)亞(ya)利桑那州立大(da)學（ASU）建(jian)立了合作(zuo)伙伴關系，正在(zai)進(jin)行(xing)引入中試規模之前的(de)(de)市場(chang)可(ke)行(xing)性驗證。ASU助理教(jiao)授Nathan Johnson正在(zai)領導一個在(zai)多個市場(chang)部(bu)署存儲系統的(de)(de)成本(ben)分析團隊(dui)，預計下個月可(ke)出結果(guo)，將可(ke)為(wei)潛在(zai)的(de)(de)公用(yong)事業規模的(de)(de)試點項目做準(zhun)備。

Johnson表示(shi)：“ASU校園內的(de)微(wei)網格試驗臺將為(wei)該(gai)技(ji)術從(cong)驗證分析(xi)走(zou)向試點項(xiang)目(mu)建設(she)奠定(ding)良好的(de)基礎。我們(men)(men)現在正(zheng)在進行市場競爭分析(xi)，這(zhe)(zhe)(zhe)將有助(zhu)于我們(men)(men)在第一個(ge)試點項(xiang)目(mu)中與公用事業公司和其他大型能(neng)源(yuan)客戶更好地(di)交流互動，并(bing)確定(ding)更多的(de)商業機會(hui)和優(you)勢。我們(men)(men)現在正(zheng)在估(gu)算(suan)美國市場上(shang)一系列部(bu)署(shu)選(xuan)項(xiang)的(de)成本，通(tong)過增(zeng)加儲存類(lei)型和商業模式，這(zhe)(zhe)(zhe)項(xiang)技(ji)術使可再(zai)生能(neng)源(yuan)獲(huo)得更高的(de)滲透(tou)率成為(wei)可能(neng)，而現有的(de)傳統儲存形式則不太(tai)可能(neng)實現這(zhe)(zhe)(zhe)一目(mu)標(biao)。”

事實上，類似TEXEL公司(si)這樣的熱能(neng)儲(chu)存技術在國際上剛(gang)剛(gang)開始應用。Abengoa的卡(ka)諾電(dian)池(chi)、比爾蓋茨資助的熱電(dian)池(chi)Malta等幾個商業熱電(dian)池(chi)項目在歐(ou)洲只是剛(gang)剛(gang)起步，美(mei)國國家可(ke)再生能(neng)源實驗室(NREL)則正處(chu)于(yu)探索另一種熱電(dian)池(chi)概念的最(zui)后(hou)階(jie)段，該概念可(ke)能(neng)會被改造到退役的燃煤電(dian)廠上。

第一個基于金屬氫化物熱化學反應的儲能裝置

據了解，TEXEL新技術基于(yu)美國(guo)薩凡納河國(guo)家(jia)實(shi)驗(yan)室（SRNL）授權的金(jin)屬氫化物研究，這(zhe)些材料可(ke)以(yi)達(da)到必要的工作溫度，以(yi)配合高效率的斯特(te)林發(fa)動(dong)機功率轉換裝置，將熱量轉化為動(dong)力(li)。

圖：熱化(hua)學電池的能量來源以及輸出均可以是(shi)熱能或電力

根據美(mei)國能(neng)源(yuan)部對該技(ji)術(shu)(shu)展開的(de)一項(xiang)名為(wei)《提升電(dian)網(wang)靈活性(xing)和滲透性(xing)：金屬(shu)氫化物熱(re)化學儲能(neng)與(yu)斯特林發動機(ji)集成用(yong)于電(dian)網(wang)儲能(neng)應用(yong)的(de)技(ji)術(shu)(shu)經濟分析》的(de)技(ji)術(shu)(shu)研究，這種熱(re)電(dian)池項(xiang)目(mu)在選址和申請許(xu)可方面與(yu)目(mu)前(qian)常(chang)規的(de)蓄電(dian)池類似，但它(ta)的(de)成本(ben)有望大大降(jiang)低(di)，約(yue)為(wei)常(chang)規蓄電(dian)池技(ji)術(shu)(shu)的(de)四分之(zhi)一。

上述研究引用了Lazard（全球(qiu)著名(ming)的金融(rong)咨(zi)詢和資產管理公司）發(fa)布的相關數(shu)據——目前(qian)該熱電池成本(ben)為10美(mei)分(fen)—30美(mei)分(fen)/kWh，如果(guo)按(an)照運(yun)(yun)行壽命25年(nian)—40年(nian)進(jin)行測算，其資本(ben)與運(yun)(yun)營成本(ben)將(jiang)在2-7美(mei)分(fen)/kWh。

研究指(zhi)出，新開發的(de)TES材(cai)(cai)料(liao)的(de)優點是(shi)由低(di)成(cheng)本、易獲取的(de)元(yuan)素制(zhi)成(cheng)，這些元(yuan)素可以在600-750°C的(de)高溫條件下工作。這些材(cai)(cai)料(liao)比常見的(de)潛熱(re)(re)和(he)(he)顯熱(re)(re)材(cai)(cai)料(liao)（如熔鹽）更具優勢，因(yin)為它們具有非腐蝕性，且顯著地(di)提高了(le)能(neng)量密(mi)度，并且能(neng)夠幾乎無限期(qi)地(di)儲存熱(re)(re)能(neng)（因(yin)為能(neng)量直接以化(hua)學鍵形式存在）。同時，建成(cheng)的(de)整個系統也不包含稀(xi)土和(he)(he)鉑族金屬，因(yin)此也不會阻礙(ai)技術的(de)長期(qi)可持續性。

此(ci)外(wai)，將這些(xie)材(cai)料(liao)與斯(si)特林發(fa)動機(ji)配對提供了(le)一(yi)種高效(xiao)的能(neng)源轉換途徑，且能(neng)夠(gou)接受各種熱輸入來為(wei)系統(tong)充電(dian)。同(tong)時，斯(si)特林發(fa)動機(ji)的使(shi)用壽(shou)命近年來也(ye)(ye)在迅速(su)提高。2016年，美國航天局展示了(le)他們的兩個斯(si)特林發(fa)動機(ji)在沒有維(wei)護或性能(neng)下降的情(qing)況下連(lian)續運(yun)行了(le)103000小(xiao)時。此(ci)外(wai)，Kockums公(gong)司(si)也(ye)(ye)已經證明了(le)斯(si)特林機(ji)可(ke)以實現(xian)多達18000小(xiao)時的免(mian)維(wei)護運(yun)行時間(jian)；STC公(gong)司(si)也(ye)(ye)證實了(le)斯(si)特林機(ji)可(ke)以實現(xian)穩定運(yun)行超過67000小(xiao)時。

工作原理

TEXEL基于(yu)可(ke)逆金屬(shu)(shu)氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)熱(re)能(neng)儲存系(xi)統主要通(tong)過(guo)在兩個金屬(shu)(shu)氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)床【高(gao)溫金屬(shu)(shu)氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)（HTMH）和低溫金屬(shu)(shu)氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)（LTMH）】之間轉(zhuan)移氫(qing)(qing)氣來運(yun)行，氫(qing)(qing)氣釋放(fang)并流動(dong)則通(tong)過(guo)加熱(re)HTMH（系(xi)統吸熱(re)）或者LTMH（系(xi)統放(fang)熱(re)）來實現。

圖：TEXEL熱(re)能(neng)儲存技術原理

系(xi)統儲熱時，高溫金屬氫化物（HTMH）床被加熱并釋放出氫氣，氫氣被連接導管輸送至(zhi)低(di)(di)溫金屬氫化物（LTMH）床，并與LTMH反應。LTMH材料反應產生的(de)(de)低(di)(di)品味(wei)能(neng)量通(tong)過熱交(jiao)換排出系(xi)統，以(yi)保持LTMH床中較低(di)(di)的(de)(de)溫度和較低(di)(di)的(de)(de)平衡壓力。

系(xi)統往(wang)外放(fang)熱時，通過提(ti)高LTMH床(chuang)的(de)溫度以釋(shi)放(fang)氫氣，氫氣被連通導管輸(shu)送(song)至(zhi)高溫金屬氫化物（HTMH）床(chuang)，并(bing)與HTMH反應，由于該(gai)反應的(de)焓值較高，會產生大量熱量。熱量可以直接(jie)利(li)用，也可以由斯(si)特(te)林機等裝置(zhi)轉化為機械能(neng)或電能(neng)進行(xing)輸(shu)出。

金屬(shu)氫(qing)化(hua)物材料的(de)平(ping)衡壓力是(shi)氫(qing)氣吸(xi)收(shou)（放(fang)熱）和(he)釋放(fang)（吸(xi)熱）速率相等時的(de)壓力。可逆金屬(shu)氫(qing)化(hua)物的(de)平(ping)衡壓力隨(sui)溫度降低而降低，而隨(sui)溫度升高而升高。

高(gao)溫(wen)金屬氫化(hua)(hua)物(wu)（HTMH）床所含(han)的(de)(de)材料在(zai)(zai)所需的(de)(de)操作溫(wen)度(du)下具有(you)高(gao)焓值（反應熱）和(he)合理的(de)(de)平衡壓力（≤60 bar），低(di)溫(wen)金屬氫化(hua)(hua)物(wu)（LTMH）在(zai)(zai)較低(di)的(de)(de)工作溫(wen)度(du)下具有(you)較低(di)的(de)(de)焓值和(he)相稱的(de)(de)平衡壓力。

Lars Jacobsson表(biao)示，對我們(men)(men)來說最(zui)重要(yao)(yao)的是——這(zhe)(zhe)項(xiang)技術是循(xun)環的。使(shi)用(yong)這(zhe)(zhe)項(xiang)技術時，我們(men)(men)不會消耗任(ren)何資源。我們(men)(men)只是在循(xun)環系統中(zhong)來回推動(dong)氫氣。而且(qie)它不使(shi)用(yong)稀土，沒(mei)有鋰(li)，也沒(mei)有鈷。為了能夠擺脫(tuo)化(hua)石燃料，我們(men)(men)需要(yao)(yao)能夠以低成本(ben)存儲能量超過12小(xiao)時且(qie)可持續的解決(jue)方案。

像蓄電池一樣容易部署

這種(zhong)熱能(neng)儲存(cun)裝置可(ke)以簡單地用集裝箱運輸(shu)，并具(ju)有(you)與(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)相同的模塊化安裝方法，使其更加易(yi)于部署和可(ke)擴展(zhan)，因此也可(ke)以存(cun)儲更大容量或(huo)更長時間的電(dian)能(neng)。

據(ju)TEXEL CEO Lars Jacobsson介(jie)紹(shao)，一臺容量(liang)為3.6MWh的機組（可(ke)儲存10小(xiao)時功率為360kWh系統(tong)的能(neng)量(liang)）可(ke)裝在一個40英(ying)尺(chi)的集裝箱內。

Lars Jacobsson指出：“這(zhe)是一種(zhong)電(dian)池，但它既可(ke)以充電(dian)，也(ye)可(ke)以充熱(re)(re)，因(yin)此我們(men)(men)可(ke)以儲(chu)存(cun)光伏發電(dian)場的(de)能量(liang)(liang)，但我們(men)(men)也(ye)可(ke)以直接用其它任何(he)熱(re)(re)源進(jin)行充電(dian)，比如(ru)光熱(re)(re)發電(dian)、生物質或氫(qing)氣。同時，這(zhe)項技術(shu)還(huan)會在(zai)(zai)斯特林發動(dong)機運行過程中(zhong)產生少量(liang)(liang)廢(fei)熱(re)(re)以及動(dong)力，但你可(ke)以嘗試利(li)(li)(li)(li)用多余的(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)，比如(ru)你可(ke)以將(jiang)設備靠近(jin)建筑物，利(li)(li)(li)(li)用余熱(re)(re)來加熱(re)(re)水。當你有熱(re)(re)量(liang)(liang)但身處茫(mang)茫(mang)荒野中(zhong)時將(jiang)很難(nan)利(li)(li)(li)(li)用它，但是該技術(shu)的(de)巨大優勢在(zai)(zai)于你可(ke)以將(jiang)這(zhe)些模(mo)塊帶進(jin)建筑物，也(ye)可(ke)以利(li)(li)(li)(li)用廢(fei)熱(re)(re)。”

據悉，目(mu)前ASU團隊正在探索各種規模(mo)(mo)的部署方(fang)案，大到電(dian)網(wang)規模(mo)(mo)，小到公寓樓(lou)。

圖：一種與光伏或(huo)風電配套儲(chu)存間歇能源(yuan)的部(bu)署方案

Lars Jacobsson表示，這在(zai)一(yi)定程度上取(qu)決(jue)于(yu)成(cheng)本(ben)結(jie)構和監管環境，而這在(zai)不同(tong)國家/地區都會(hui)有(you)所(suo)(suo)不同(tong)，甚至同(tong)一(yi)國家不同(tong)的(de)(de)州也可(ke)能有(you)所(suo)(suo)不同(tong)。因(yin)為最小(xiao)單元只有(you)30千瓦，所(suo)(suo)以你(ni)可(ke)以選擇(ze)1個(ge)(ge)、10個(ge)(ge)或100個(ge)(ge)，并且它們(men)可(ke)以模(mo)塊化(hua)的(de)(de)方式組合在(zai)一(yi)起，并具有(you)可(ke)擴展性。我們(men)的(de)(de)初步(bu)分析(xi)表明，與鋰化(hua)學電池相比(bi)，較大規模(mo)的(de)(de)系統(tong)將具有(you)更(geng)廣(guang)泛的(de)(de)成(cheng)本(ben)優勢(shi)。因(yin)此，我們(men)認為該技術更(geng)加適(shi)用(yong)于(yu)公用(yong)事業(ye)規模(mo)的(de)(de)太陽能發電廠，大型(xing)商(shang)業(ye)和工(gong)業(ye)客戶，數據中心，醫院，采礦或軍事基地。

Lars Jacobsson強調(diao)，與(yu)(yu)蓄(xu)電(dian)池相比，這種技術的(de)(de)成本效益在(zai)規模越(yue)大的(de)(de)情況(kuang)下越(yue)明顯，比如它可以(yi)(yi)與(yu)(yu)現有的(de)(de)1000MW或規模更(geng)大的(de)(de)核電(dian)站進行配套，使(shi)后者永遠保(bao)持電(dian)力供應(ying)，更(geng)好(hao)(hao)地適(shi)應(ying)可再生能(neng)源比例越(yue)來越(yue)高的(de)(de)電(dian)網，同時使(shi)核能(neng)成為(wei)更(geng)靈(ling)活的(de)(de)資源，以(yi)(yi)更(geng)好(hao)(hao)解(jie)決(jue)光伏和風電(dian)的(de)(de)間歇性(xing)問題。

總的來(lai)說，研究和部(bu)署經濟(ji)上可行的循環儲能技術至關重要(yao)，因為建立一個零排放的能源(yuan)系統(tong)將是(shi)人類長期生存的必要(yao)條件。