編者按：本文來源于EASE，鳴謝自主研制NTC芯片的特普生儲能CCS集成溫度采集母排的技術支持，感謝特普生海外技術翻譯官林博女士！

EASE歐洲儲能協會準備了一篇論文報告，旨在通過概述技術、鼓舞人心的項目、業務案例和收入流來闡明熱能存儲 (TES) 的眾多優勢。還討論了政策建議。

預計到2030年，可再生能源將占歐盟電力結構的 69%，TES 成為解決能源需求、電網穩定性和脫碳挑戰的關鍵解決方案。隨著歐洲邁向碳中和的未來，TES致力于彌合當前能源格局與2030年和2050年設定的可再生能源目標之間的差距。

TES技術將在歐洲向可再生能源主導地位的過渡中發揮不可或缺的作用，提供更長時間的存儲解決方案并減少對化石燃料的依賴。隨著歐盟追求氣候中和和能源安全，TES值得更多的認可并融入能源政策，以支持歐盟的長期能源目標。

概述

2021年，可再生能源只占歐盟電力結構的37%，預計到2030年將達到69%。隨著歐洲聯盟（EU）努力實現氣候中和，解決供應安全問題，并應對高能源價格，可再生能源將逐步在能源前景中發揮更重要的作用。

可再生能源在現有電力、供暖和制冷基礎設施中所占比例不斷增加，這帶來了一系列獨特的挑戰。運營可變性、電網穩定、平衡和需求響應管理成為需要關注的關鍵領域。因此，必須探索有效的戰略來應對這些挑戰，并確保可再生能源與能源系統的無縫整合。

歐洲一半的能源消耗用于供暖和制冷，其中約89%的需求由化石燃料供應，尤其是天然氣。自烏俄戰爭和隨后的能源危機以來，天然氣消費發生了重大變化。然而，住宅部門仍然占其需求的大部分（50%），其次是天然氣和電力的工業使用，根據最新數據，自2000年以來下降了20%。

工業和家庭（包括建筑物）的能源需求通常遵循一種需求模式，這種需求模式在高峰時期可能會給電網帶來負擔，在某些情況下甚至可能導致能源供應中斷。熱能儲存與可再生能源一起，在解決這一問題方面發揮著關鍵作用 這些能源供應挑戰，同時使電網脫碳。

技術概述

在清潔能源一攬子計劃（CEP）中，歐盟委員會提供了能源儲存的定義。該定義涵蓋了當前可用的所有類型的能量存儲。就本文而言基于CEP中能量存儲的定義，提出了熱能存儲的具體定義：

熱能儲存，作為一種能量儲存技術，是指將熱能（或通過熱能的電能）的最終使用推遲到熱能產生后的某一時刻，或將任何形式的能量轉換為可儲存的能量，以及隨后將這種能量重新轉化為電能或熱能。

三種不同的熱能儲存原理為：顯熱儲存，潛熱儲存和熱化學儲熱。這些技術儲存的能量范圍很廣，能夠滿足各種能源系統對于不同的溫度以及時間范圍的需求。

圖1：熱能儲存的主要類型

1、感熱存儲（SHS）提高或降低液體或固體存儲介質（例如，水、沙子、熔鹽、石墨、巖石，其中水是最便宜的選擇）的溫度，以便存儲和釋放熱能用于低溫至極高溫度的應用。這是最常見的熱能存儲形式，并在住宅和工業規模上取得了商業成功。儲能溫度范圍為<0°C-2400°C，持續時間從幾分鐘到（在低溫儲能的情況下，如地下水儲能）幾個月不等。

2、潛熱儲存（LHS）使用相變材料在非峰值期間通過熔化在恒定溫度下吸收和儲存熱能，然后在峰值需求時間期間在其固化時釋放儲存的熱能。這可以在低于0°C-1600°C的溫度下儲存熱量數小時至數天。

3、熱化學儲熱（TCS）以兩種方式運行：化學反應和吸附過程。前者，能量儲存為可逆反應的反應熱。后者儲存熱能通過吸附（物理結合）或吸收（材料的吸收/溶解）。TCS技術可以在<0°C-900°C的溫度范圍內儲存熱能，通常持續數小時至數天，或者甚至可能長達數月。

熱能儲存在能源系統中的位置

儲能系統大致可分為集中式系統（儲能系統直接為電網或大規模應用提供服務）或分布式系統，儲能系統主要為能源系統中的最終用戶提供服務。

兩者的區別在于客戶。在集中式系統中客戶是TSO或公用事業公司，而對于分布式系統，客戶是工業/私營企業。集中式應用程序通常可以應用于區域供暖和制冷系統、大型工業工廠、熱電聯產工廠，發電機和工業級/公用事業規模的高溫熱泵（HTHP）。對于用于電源到X場景的集中式系統。

TES分布式系統主要應用于家庭、商業和工業建筑中，用于水和空間供暖或制冷，或與熱泵相結合。分布式系統利用鍋爐、熱交換器和管道等互連部件的網絡，在大型工業設施中高效地產生和分配熱量，從而改變了工業熱量的輸送方式。

此外，通過集成電表后的可再生能源，分布式系統也有助于減少碳足跡與促進環境可持續性。集中式和分布式熱能存儲系統都為能源部門的自我消費或生產消費者提供了動力，包括工業、住宅、社區、商業和公共生產消費者。

熱能儲存的附加值

TES在促進供暖和制冷系統電氣化方面具有獨特的地位，同時通過提供能源和供暖靈活性來推進可再生能源發電。下表概述了TES在不同市場中提供的服務：

1. 電力市場：

服務1： RES集成

• 加速可再生能源增長：TES補償了可再生能源的間歇性，使能源轉型得以繼續，甚至加速，以實現歐盟的可再生能源和氣候目標。某些TES可以將多余的可再生能源儲存數小時甚至數周，（對于某些技術，如地下水中的顯熱儲存，無需電力輸出）甚至長達數月，這可能是推動可再生能源整合超過60%的重要工具。TES可以將多余的可再生能源儲存數小時甚至數周，否則就會減少。

• 減少對化石燃料發電的依賴：在可再生能源發電量過多的情況下，TES通過用儲存的可再生能源取代碳排放的化石燃料發電，使這些能源系統能夠減少對日益昂貴和波動的化石燃料和歐盟碳市場的依賴。

• 減少縮減：根據往返效率，TES系統可以通過在高發電量期間儲存多余的能量，并在可再生能源發電量低或不可用時輸送，來固定間歇性可再生能源的容量。

• 減少電網堵塞：目前，由于生產過剩和電網堵塞，歐盟浪費了大量可再生能源。將TES技術與RES相結合將為歐洲的脫碳解決方案工具箱提供寶貴的補充，通過減少能源削減來支持系統效率。

服務2：網格規模靈活性

• 供應安全：TES通過存儲電網規模的可再生能源和優化使用本土能源來提供能源安全（尤其是在長期應用中）。

• 最大限度地利用現有電網基礎設施：如果以電網驅動（而不是市場驅動）的方式運行，TES可以穩定電網并推遲基礎設施的維護需求。

• 減少對化石燃料的依賴靈活性：化石燃料（主要是燃氣輪機）仍然廣泛提供靈活性。TES技術代表了一個不錯的替代方案。

服務3：輔助服務

• 能源套利：TES系統可以通過在低需求和低價格甚至負價格時期購買電力，并在高需求和高價格時期將其售回電網來參與能源批發市場。這種做法被稱為能源套利，允許TES從價格差異中受益。然而，不利的一面是，這里還需要考慮來自其他儲能技術的嚴重競爭，不僅是能源套利，而且是所有輔助服務。

• 頻率服務：某些TES可以在幾秒鐘內對電網波動做出快速響應，以保持電網頻率穩定。

• 負荷跟隨：通過調整其輸出，TES可以在需求下降時緩解局部擁堵。

• 穩定慣性：參與電網的各種輔助服務，如頻率控制儲備（FCR）、慣性等。

• 附加收入流：TES資產可以通過將輔助服務堆疊到其商業模式中來賺取收入。

2：供暖和制冷

服務1：工業過程脫碳

• 減少對化石燃料的依賴：TES可以使工業減少在其工業過程中使用揮發性化石燃料商品市場，并降低總體生產成本。

• 定制熱能需求：不同的工業過程需要不同的加熱能力和公用設施，如蒸汽、工藝空氣和熱水，可以應用不同的TES技術。

• 優化電氣化供暖和制冷：TES可以提供電氣化工業級供暖和制冷解決方案，利用非高峰定價來降低生產成本。

• 廢熱回收：TES可以優化工業過程排放的熱能，使其在能源系統中再次使用，而不是作為廢物排放。

服務2：脫碳加熱和冷卻

• 減少對化石燃料的依賴：TES和電氣化可以以成本競爭力消除用于供暖和制冷的化石燃料消耗。

• 單體建筑儲能系統：儲能系統可在建筑中的電表后面用于供暖和制冷，同時提供消費者能源管理服務，如最終用戶調峰、最大限度地提高生產-消費者參與度、需求側管理等。

• 安全的區域供暖和制冷：儲熱系統（地下儲熱系統、儲罐和地坑儲存）可用于在區域應用中提供大規模的熱靈活性和每小時、每天或季節性的供應安全性。

• 優化電氣化供暖和制冷：TES可以通過最大限度地減少過度使用和利用非高峰定價，允許電氣化供暖與制冷系統（熱泵、電加熱器等）優化其運營和成本效益。

• 廢熱回收：TES可以通過將熱能轉化為再利用來優化某些住宅和商業應用中的熱能浪費，并降低總體能耗。

3：合并/后化石市場

服務1：熱電聯產

• 組合產品：熱電聯產與儲熱系統相結合，可以同時參與電力和熱能市場，這有助于為消費者提供獨特、更清潔的能源產品。

• 收入的多樣化和疊加：熱電聯產服務使TES資產能夠疊加來自多個能源市場的收入，并根據多個能源需求調整產出。

• 因此，這使他們的收入來源多樣化，并緩解了單一市場對市場沖擊的過度暴露。

服務2：重新利用閑置資產

• 后化石發電廠：TES可以與退役化石發電廠的蒸汽循環集成，并為其他潛在擱淺資產注入第二生命。

• 地區的公正過渡：退役發電廠的重新利用使傳統上依賴化石燃料的地區能夠公正過渡到清潔能源地區。這使這些地區保持了能源生產，并限制了能源的遷移。