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！

一、住宅、商業和區域供暖

熱能儲存有助于提高城市地區電網需求轉換運行的運行性能。該調查還顯示了輸電系統的運營商（TSO）的一種新的市場選擇方案，將從日前電力交易中受益，并利用低價收益在當地區域供暖網絡中以熱能的形式銷售可再生能源。這樣，當需求較低且在高供應時區內時，可以通過將需求轉移到夜間來降低電網峰值需求。

1.1 土耳其辦公樓的脫碳

該系統具有直接應用于舊建筑和歷史建筑的優點，只需對建筑供暖系統進行微小的更改。這能夠用蓄熱單元取代化石鍋爐。當電網運營商可以通過儲熱機組作為電網的調峰產品直接參與供暖計劃時，該系統在經濟上變得可行。目前，土耳其的日均電價被監管機構限制在209.5歐元/MW，然而，隨著風力發電份額的增加，夜間的平均價格從30歐元/兆瓦降至20歐元/兆瓦。這些較低的可再生能源價格在示范在經濟上可行，這是由于加熱的電氣化增加并有助于降低峰值負荷。其目標之一是調查新的運營商向其當前電力客戶進行熱儲交易的收入流。這種方法可以通過提供部門一體化備選方案，為制定能源交易條例作出貢獻。

當地TSO的辦公樓是伊茲密爾市中心的創新中心，將被用作示范點。該地區的辦公樓高度密集，白天電力負荷峰值，使當地電網資源緊張。開發的0.6 MWe固態熱能儲存裝置將用于電網和熱力電網的集成，并作為當地電網的峰值轉移產品。TES的利用與電網集成以向地區或地方電網供熱的系統也支持《建筑能效和能源性能指令》。這是通過促進建筑行業的供暖和制冷脫碳，并支持歐盟在建筑翻新和綠化方面的努力來實現的。

伊茲密爾市中心

1.2. 利用扇形耦合減少風限幅

中國區域供暖方案中的TES一個合作項目是在中國新疆地區成功地將TES集成到使用復合相變材料（cPCM）的區域供暖方案的商業示范試點中。該項目的驅動因素是需要解決可再生能源的間歇性以及可再生風能和熱電聯產區域供暖計劃的高滲透率所帶來的網絡約束挑戰。新疆當地電力需求較低，大部分可再生能源發電都在地理位置遙遠的負荷中心使用然而，低需求和網絡限制意味著2016年削減率高達40%。因此，中央和地方政府調查了提高可再生能源利用率的途徑。供暖脫碳也在政府的議程上，并通過上網電價提供支持。電價波動也很大。他們解決方案的一個關鍵部分是最終將多余的可再生能源耦合并轉化為使用儲熱系統儲存的熱量。這是一個很好的例子，說明技術解決方案正被用于補救具有挑戰性的監管環境。自2016年10月以來，一個使用高溫cPCM的6兆瓦/36兆瓦時（MWh）示范工廠已經投入運行。這家工廠在非高峰時段收費，此時電價是正常時段的一半。此外，據估計，超過80%的電力，即超過5000兆瓦時。這是每年原本會減少的風力發電量。該設施成功地利用了當地風力發電機的多余電力，減少了棄風，緩解了電網壓力限制和儲存脫碳熱量。由于試點的成功，中國各地又建造了20座工廠并投入運營。

1.3. 智能制冷在商業零售場所提供需求側管理服務

該項目在零售場所提供智能制冷，以在美國提供調峰服務。一家美國創新公司正在使用相變材料為具有高制冷能源負荷的超市和商業建筑提供能源管理解決方案。他們的產品是一種制冷電池，其工作原理是在夜間將低成本的非高峰電力儲存在冷凍鹽水溶液中，然后在高峰時段，當電力和需求充電最高時，系統排放以提供冷卻。這顯著降低了建筑物的峰值負荷。云平臺評估能源使用和電價，以優化系統運行并最大限度地節省開支。事實上，加州需求響應拍賣機制允許該州最大公用事業公司的客戶在電網需求高的時期從他們可以可靠抵消的電力中產生收入。迄今為止，該產品已在美國兩家主要連鎖超市進行了兩次試點部署。

2. 熱能儲存余熱回收

在各個行業中，每年超過11000 TWh用于輸送500°C以下的熱量。TES可以與產生大量廢熱的工業中的廢熱回收系統相結合。熱能儲存廢熱回收是一個引人注目的商業案例，適用于制造業、石化、鋼鐵、紙漿和造紙等行業。制造過程通常涉及材料的生產、轉化或處理，這些材料會產生大量廢熱，通常會釋放到大氣或未利用的水中。通過捕獲和利用廢熱，該行業可以降低整體能源消耗并降低碳強度。

2.1. 荷蘭的鋼鐵生產和余熱回收

鋼鐵行業的廢熱是指各種工業過程的副產品所產生的余熱。荷蘭Ijmuiden鋼鐵廠的一個項目展示了充分利用該工廠廢熱能源潛力的潛力。整個設施的全面實施顯示出令人印象深刻的結果：500 MWh TES每年可節省230萬GJ的天然氣（6500萬Nm3）消耗量，并消除130000噸二氧化碳排放，投資回報不到三年。

TES系統需要可擴展，以滿足鋼鐵生產過程的密集能源需求。此外，在不中斷生產工作流程的情況下將存儲系統集成到現有的基礎架構和流程是一項技術挑戰，需要仔細規劃和設計。

實現脫碳需要國際合作和標準的統一。監管挑戰包括提供穩定的政策框架和長期規劃，以支持向脫碳的過渡。可以通過投資研發新技術來改善和加速鋼鐵行業的脫碳，以最大限度地減少鋼鐵生產中的碳排放，包括探索替代的鋼鐵生產方法，以及開發更高效和可持續的TES和利用系統。這可以通過引入支持性政策和財政激勵來實現（然而，這些政策和激勵應該是技術中性的，僅限于市場失靈的情況，為能源系統提供最佳的社會性價比，并通過競爭程序授予），以推動鋼鐵行業采用低碳技術，如碳定價機制、清潔技術稅收抵免、研發撥款.

   荷蘭Ijmuiden鋼鐵廠

3.紙漿和造紙工業中溫工業熱的脫碳

據評估，2021年紙漿和造紙行業的總價值為3515.3億美元，預計將增長。根據國際能源署的說法，在該行業內，熱量用于加工和干燥材料，約占總熱量需求的8%，約占全球工業二氧化碳排放量的2%。如今，天然氣熱電聯產循環或鍋爐為其工業過程產生大部分熱量。為了實現工業脫碳，熱量必須通電。該行業的直接電氣化，如果在需求現場沒有存儲，將直接暴露在電網和電價中。即使有有利的購電協議（PPA），電網在高峰時段也可能出現擁堵，這可能導致電力短缺，并使該行業面臨潛在的停產風險。

TES以“即熱即服務”（HaaS）的形式提供給客戶，沒有資本支出（CapEx）需求，但按每兆瓦時消耗的熱量支付。將安裝一個離網太陽能光伏發電廠，并將其連接到TES，以進一步降低電價。在這種情況下，總熱量需求為30 GWh/年，通過客戶的電氣化和脫碳，可以避免6667噸二氧化碳排放，與天然氣相比，每MWh可為客戶節省高達25%的熱量。通過從離網解決方案中獲得供暖所需的能量，可以降低與電網的連接成本。然而，該行業不能僅僅依賴離網光伏發電，因為目前該行業全面電氣化面臨的一些挑戰是對用電生產熱量的廣泛征稅和緩慢的公共融資過程。此外，電力市場的專業知識有限，以及未來發展和監管的高度不確定性，增加了該行業脫碳的挑戰。

針對成熟和其他TES技術推出TES的激勵措施可能會到位。如果將儲能系統置于需求側，將降低電價的運營費用補貼可以為商業案例提供額外的優勢，并加快行業的電氣化。SDE++已經在荷蘭推出了這樣的補貼計劃，如果在歐盟其他地方推廣，這些計劃可能會帶來社會經濟效益。

   造紙廠

4.農業

供暖在農業環境中有多種用途，包括畜牧業生產、可耕種作物的烘干和其他用途。將運營范圍擴大到辦公室、商業中心或休閑設施，有機會實施區域供暖系統。然而，為了充分利用可再生能源供熱的優勢并減少農業排放，至關重要的是要建立有效的方式在過程的不同階段之間傳遞熱量。

4.1. 農業產業園區太陽能溫室供暖方案

土耳其的al?kesir G?nen農業區將被開發為接近零排放區。與主要來自化石燃料的傳統農業供暖不同，該地區旨在通過可再生能源供熱。土耳其西部地熱資源豐富。以下挑戰給現有基礎設施的擴建工作帶來了壓力：

1.新地熱井的成本至少為150萬歐元，達到所需流動溫度和流速的成功率為50%。針對環境條件需要多個操作井來確保波動時的連續熱能。

2.土耳其西部當地居民反對地熱能，當地地熱源含有高達10%的不凝性氣體。不完整和錯誤的應用程序導致環境破壞，并危及廣泛出口的當地產品。

項目開發商選擇增加已開發的1MW TES裝置。新區占地800公頃，該系統與計劃為工業區供電的光伏電池板相結合。按需發電將作為熱能儲存，最高可達400°C。在這種情況下，儲熱系統以下方式支持當地地熱源：

1.通過提高最高作業能力消除新井鉆井

2.維護和操作緊急情況下的支持系統

存儲系統在電表后面工作，以符合電力市場法規。然而，仍然面臨的主要技術挑戰是不間斷的操作要求，如果沒有任何熟練的勞動力來支持遠程操作條件，可能會非常困難。不管怎樣，與使用單一地熱源或天然氣的情況相比，使用儲熱系統可將整個系統的資本支出減少45%。估計通過該TES應用的調峰操作防止了128噸CO2排放。

   土耳其農業區

5.食品和飲料

熱能儲存在食品和飲料行業發揮著重要作用，實現了高效和可持續的能源理。該行業在很大程度上依賴于食品保存、加工和儲存的制冷和加熱工藝。通過實施TES系統，可以捕獲和儲存生產某些階段產生的多余熱量，以備日后使用，從而減少能源浪費并優化能源消耗。在需求高峰期，儲存的熱能可用于補充供暖或制冷需求，確保整個生產和儲存設施的溫度一致且可控。此外，TES通過允許食品和飲料公司利用非高峰電價為儲熱系統充電，進一步提高能源效率和成本效益。

5.1. 貨運集裝箱的熱儲存

2018年，伯明翰大學（英國）儲能中心的學者與中國軌道運輸維護和制造公司中國中車石家莊合作，在可互換的公路和鐵路單元上演示了基于相變材料（PCM）的冷卻系統。

該系統將儲存溫度保持在5°C至12°C的目標溫度下長達120小時。冷藏集裝箱通過公路運輸了35000公里，通過鐵路運輸了1000公里，途經一系列氣候區。項目團隊注意到，其他運輸公司也對所研究的集裝箱表示了興趣。與機械替代品相比，新集裝箱的儲存溫度保持得更一致，從而滿足物流運營商的財務需求。此外，由于集裝箱不需要電源，它們可以在不同的運輸類型之間更有效地運輸，例如在這種情況下從鐵路到公路。

6、電網靈活性服務的脫碳

大型可再生能源容量及其固有可變性的快速整合給以化石發電固有慣性為標志的電力系統帶來了巨大挑戰。

100MWe同步泵送熱電儲能系統取代燃氣電網 ?馬耳他

6.1. 為電網增加運營靈活性

Sun2Store項目開發、實施和運營一種創新的公用事業規模的泵送熱電LDES系統，該系統具有100 MWe的凈交流同步放電功率、10 GWhe的太陽能電力和超過10小時的容量，可以存儲無碳可變太陽能電力，并每天將其轉換為可調度的同步電力。它將減少1777311噸二氧化碳當量的溫室氣體排放（1502934噸二氧化碳當量用于儲存排放的能量，加上274377噸二氧化碳當量，用于直接輸送到電網的太陽能光伏能源），以及 在其運營的前10年內，替代了7.8億立方米的天然氣。它可以在不受限制的循環中100%充電和放電，而不會降低存儲介質的性能。

與有限的長期收入確定性和反映TES資產交付價值的多重合同安排的需求相關的挑戰影響了吸引足夠投資的能力，尤其是在市場不景氣的時候。為了應對這些挑戰，根據當地電網環境和能源系統需求，以下措施可能值得考慮：

l 在超售電網節點的電網接入分配中給予LDES優先權

l 根據存儲資產的雙重功能（耗電設備和發電機），明確存儲資產的電網接入流程

l 協調儲能的市場激勵和連接規則

l 通過建立確保LDES長期收入流的市場機制吸引投資

l 建立市場機制，確保LDES資產的長期充電功率和成本，即優先考慮與鄰近和遠程可再生能源發電廠的混合

6.2. 釀造廠集中太陽能-熱能（CST）技術的熱能儲存

CST技術使用反射鏡配置將太陽的直接法向輻照度（DNI）反射并集中到接收器中，以加熱高溫流體。這種熱量可以用來產生蒸汽，驅動渦輪機發電，也可以直接用作重工業的熱量，稱為工業過程太陽能熱（SHIP）。由于TES，CST的產生可以在夜間和陰天進行，或者在任何需要熱量的時候（在總儲存熱量的限制范圍內）進行。TES使CST成為一種更靈活、更可調度的太陽能形式。

   西班牙一家釀造廠的30兆瓦CST工廠滿足了55%的熱量需求，其余45%由生物質提供。

CST裝置產生28,7 GWh/y的蒸汽，其中包括TES溶液（68MWh，占總需求的50%）。本案的總預算相當于2000萬歐元，其中700萬歐元為股權。CST本身可能難以參與系統的任何靈活性和輔助服務。對于SHIP，有兩種技術替代方案：CST與TES配對和/或電加熱器與TES耦合。SHIP與TES相關的挑戰主要集中在為具有高溫（>400oC）工藝的商業解決方案尋找新的儲能材料，并滿足空間要求（屋頂和地面）。

電力批發市場沒有提供足夠的投資信號，因此需要監管機制來吸引投資。還需要允許包括儲能在內的所有分布式能源參與靈活機制。關于SHIP，缺乏對“電力換熱”的監管激勵措施，例如，作為減少削減、銀行化以及從自我消費轉向能夠利用SHIP供應更大份額的工業熱需求的一種手段。

因此，更多的技術傳播和資本支出激勵措施將有助于TES的推出，這將最終加速我們能源系統的脫碳。然而，任何財政激勵措施都應該是技術中立的，僅限于市場失靈的情況，為能源系統提供優化的社會資金價值（以技術中立的經濟研究為支持，如成本效益分析），并在可能的情況下通過競爭過程來實現。

6.3. 用于光伏超濃縮技術的熱電儲能

光伏發電可用于在電網棄電期間為熱電池充電。在沒有太陽能的情況下，熱力發動機可以產生輸出到電網的電力，使其能夠每天24小時發電。太陽能既可以轉換成電能，也可以儲存成熱量，然后在Power-to-heat-to-Power應用程序中轉換回電能。

RayGen在維多利亞州新橋的項目是世界上首次部署安裝了額外儲熱器的PV Ultra。PV Ultra通過使用鏡子將陽光聚焦到包含高效PV Ultra模塊的塔頂部的光伏接收器上來共同發電和發熱。光伏接收器和閉環水冷卻系統產生電力，并將熱量作為有用的副產品儲存。Thermal Hydro將能量有效存儲為90?C兩個儲液罐之間的溫差。當需要時，通過熱驅動的有機朗肯循環（ORC）發動機輸送穩定的電力。每個PV Ultra接收器包含一組PV Ultra模塊，可產生1MW的電力和3MW的熱量。該技術的主要優點包括：

l 與標準光伏太陽能相比，PV Ultra的能量更強大4000倍（750千瓦vs 0.18千瓦/平方米），太陽能系統效率翻了一番（32%vs 15-17%）

l 長時間儲能時間（與傳統電池相比，10小時vs 1-4小時）

l 總往返效率（與其他ETES系統相比，>70%vs<50%）

l 它可以提供黑啟動、慣性和無功功率

 ;  位于澳大利亞Carwarp的項目，將4MWp的太陽能+3MW的交流電從熱機連接到50MWh的儲熱器

政策建議

低碳能源系統需要適應不斷變化的能源生產和消費模式，并加大對冷熱脫碳的努力。儲能將在提供所需的靈活性和為綜合能源系統提供平衡選擇方面發揮關鍵作用。這一點尤其適用于熱能儲存概念，它具有獨特的特點，可用于管理不同規模的供需變化。在提高電網容量和實現儲能的同時，制定一個監管框架至關重要，該框架將認可已取得的進步，并鼓勵TES與其他儲能技術一起進一步研發。

確保儲能稅費，反映能源系統的附加值

1.廢除對儲能項目的雙重征稅，以便稅收系統考慮到儲能的獨特服務，并在歐盟委員會即將提出的修訂能源稅收指令提案中消除不必要的市場壁壘。

2.TES應通過確保國家法規中反映成本的電網收費來保證在歐盟有一個公平的競爭環境。

消除潛在的扭曲性附加費將鼓勵這種轉變。

3、將儲能作為能源系統的新的基本支柱

使分拆規則更加一致，提供法律清晰度，并解決立法中的不一致之處。換言之，有必要認識到，（熱能）儲存既不屬于“發電”也不屬于“消費”，因為它目前在大多數法律體系中都是這樣。

揭示長期投資和收入流

1.建立資金支持機制

通過提供投資補貼和長期承購協議來激勵TES的推出，以促進可行的商業案例。例如，TES制造商可以與國家、地區和地方政府合作，嘗試租賃自有主張。Suchschemes可以改善TES的商業案例，并鼓勵客戶安裝TES，而不會帶來與前期投資相關的風險和節約。這些激勵措施應該是公正的，針對市場尚未充分鼓勵的有益使用案例，優化能源系統價值，并進行競爭性分配。

2.為余熱回收提供激勵措施

通過促進行業、供暖公司、公用事業公司和公民之間的合作，提高發電廠、工業、建筑、區域供暖和制冷的能源效率。廢熱回收可以為能源系統回收大量能源，并有助于減少歐盟供暖和制冷部門的浪費。Thoseincentives應該是公正的，針對市場尚未充分鼓勵的集體有益用例，優化能源系統價值，并進行有競爭力的分配。

3.為低碳系統中更長時間的存儲釋放投資信號

應對可再生能源滲透率的提高和電網頻率的提高約束。目前，市場條件還不能激勵熱能儲存能力長期轉移能源。

4.脫碳能力薪酬機制

熱能儲存有助于確保供應安全，尤其是從長期能源轉移的角度來看，這一點可能至關重要。應逐步改革現行立法，以確保產能市場與氣候保持一致，同時繼續確保供應安全。關于如何實現容量機制脫碳的更詳細建議，可在電力市場設計修訂的政策文件中找到

5.減少縮減

通過改革市場條件，使歐洲能夠利用能源儲存，從而有效地幫助限制廢棄能源，并加強歐盟對可再生能源削減的上限。此外，儲能，特別是熱能儲存，可以提供長期的能源轉換，在取代化石燃料發電廠時，應將其視為一種更安全、更具成本效益且（如果使用低碳能源發電）無排放的替代方案。

使電網連接過程適應（熱）儲能 ,加快并網進程

通過制定具體的歐盟級別要求。總的來說，歐盟網絡法規沒有充分解決儲能設施問題，這導致了各成員國之間的不平等待遇，尤其是在電網連接要求方面。目前的情況將部署時間延長了數月/數年，加劇了競爭，阻礙了儲能設施的發展。

為投資者提供長期愿景和戰略

1.重新評估歐盟供暖和制冷戰略

與氣候和能源安全的當務之急保持一致。歐盟供暖和制冷戰略沒有反映歐盟綠色協議和REPowerEU一攬子計劃的當前目標。必須通過金融和監管工具激勵建筑和工業中的可再生和清潔供暖技術，以吸收可再生和廢棄熱源以及高效供暖技術。這些措施必須通過其他歐盟立法機構進行精簡，并與成員國、地方當局和利益相關者一起進一步發展。

2.要求成員國制定指示性的國家儲能目標，并反映在其國家能源和氣候計劃中。

這些目標應該是技術中立的，并考慮不同的時間框架，即從秒到季節的儲能需求，以及由于年際變化而產生的需求。

改進能源系統的規劃和功能

1.規劃儲能開發的關鍵地點

以解決其在加快能源轉型計劃方面的潛力。繪制關鍵地點的地圖將突出潛在的發展機會，并為投資提供長期前景。

2.向成員國提供設定可再生能源削減上限的選項

以實現2030年可再生能源目標。應優先考慮基于市場的調度，盡管縮減仍將在經濟優化的系統中發揮重要作用。

加快熱能儲存技術的成熟和發展

1.進一步鼓勵歐盟層面的TES技術研發

將更先進的解決方案推向市場，并加快已經在降低的長期儲能成本。一般來說，除非由國家、地區或地方政府牽頭，否則公共和私營部門獲得新技術的機會有限。研發可以通過將新技術納入主流并使其更易于通用，來縮小新穎性和可及性之間的差距。

2.加強歐洲的儲能技術制造

雖然從研發的角度來看，歐洲在熱能儲存方面發揮著關鍵作用，但在制造方面仍有很大的改進空間。

3.提高TES項目和技術進步的數據可訪問性

在私營和公共部門。對TES技術信息的可用訪問提高了其可見性，并強調了對現有流程的改進將鼓勵行業在生產中部署資源。技術數據的可訪問性將對其成本產生積極影響，并使其更容易被更廣泛的公眾訪問。

歐洲聯盟一級目前正在討論若干立法和檔案。還有機會解決上述政策建議——以下文件與熱能儲存特別相關：

1.確保儲能在《凈零工業法》（NZIA）中發揮關鍵作用

根據歐洲委員會的建議，儲能應被視為新西蘭投資協定中的一項戰略性凈零技術。這是訪問的關鍵，例如，更快的許可、勞動力再培訓和監管沙盒。

2.修訂十年網絡發展計劃（TYNDP）中關于存儲潛力的假設

更好地發揮儲能設施的作用。重要的是要充分整合儲能的特性和潛在優勢，不要忽視TES的作用。應在部門一體化和跨境連接的背景下進一步研究儲能的作用。分銷網絡發展計劃也應考慮到這一點。

3.改進電力市場設計

通過考慮儲能的獨特服務，并取消長期投資和收入流（如容量和電網輔助服務）的映射，將儲能解鎖為未來氣候中性能源系統的重要催化劑。有關這方面的更多信息，請參閱關于電力市場設計修訂的政策文件

結論

隨著歐洲從化石燃料向以負擔得起的可再生和長期能源為主的能源系統過渡，TES可以幫助將當前的過渡能源系統過渡到未來的碳中和能源系統。EASE估計，到2030年，歐盟將需要達到約200 GW的儲能（現有和新建儲能的總和），到2050年，歐盟需要達到600 GW（其中三分之二以上涉及能源轉換技術，即電力到X到電力），以實現其可再生能源目標。此外，一旦能源系統的可再生能源滲透率達到60%以上，就可能需要增加更長時間的儲能，以保持供應安全，而TES是提供更長時間靈活性的關鍵解決方案。對TES用例的進一步經濟研究將非常有用，使決策者能夠建立支持性的監管框架，只要這些用例在滿足能源系統需求方面提供了社會經濟附加值。

用于加熱和冷卻的熱能的脫碳是TES獨特定位以幫助克服的能量轉換的一個特殊挑戰。它可以解決電氣化效率方面的差距，有助于使難以減少的部門更容易降低碳強度。目前，各種TES技術已經足夠成熟，而且還有更多的技術在醞釀中，已經為工業提供了熱靈活性，為電網提供了電靈活性。此外，某些TES還可以使消費者在脫碳的同時為熱能和電能系統提供服務。

熱能儲存技術將繼續發展，成為提供能源和熱靈活性的整體解決方案

歐洲能源體系由不斷增長的間歇性可再生能源構成。此外，盡管TES可能在往返效率和其他存儲/靈活性解決方案的競爭方面面臨挑戰，但在許多情況下，TES可以通過存儲本土可再生能源來幫助減少歐盟對化石燃料的依賴，并加強能源安全，否則其中一些可再生能源將被削減。

TES是提供大規模和更長時間儲能的關鍵解決方案，以促進未來幾十年的能源轉換。TES解決方案可能有助于解決歐洲一些排放量最高、最難減排的行業的排放問題，值得在歐盟政策中給予更明確的考慮。為了使歐盟實現其氣候中立目標，并使REPowerEU在應對能源危機方面取得長期成功，需要更好地利用TES等長期解決方案。