热储能（TES）如何使可再生能源蒸汽在经济上可行

蒸汽对许多工业过程至关重要，而热能储能是减少其排放和降低成本的一种解决方案，Kraftblock首席执行官Martin Schichtel写道。

在化工行业，能源价格和供应可靠性比大多数其他行业更为关键。蒸汽几乎是每个生产过程的核心，其成本显著影响最终产品价格。

这使得向可再生能源的转变绝非一帆风顺：客户不愿支付绿色溢价，使行业陷入碳价格上涨与看似更昂贵的脱碳路径之间的夹缝。

热储能（TES）正成为一种有前景的替代方案，为蒸汽生产电气化提供稳定且可扩展的方法，同时减少对高电价的风险敞口。

使用电力——但仅在电价低时使用

生物质并非总是足够可用且成本高昂，而在化工行业，绿氢或蓝氢并非过程热实际可行的选项。这使得电力成为替代化石燃料锅炉最现实的选择。电力可以非常具有成本效益，特别是当来自可再生能源时。使其商业上可行的关键是在低成本时段使用它，避免峰值电价。

热储能（TES）提供了这种方法所需的灵活性。这些系统将低成本电力转化为高温热能，可储存以供以后使用。它们还可以整合来自现场光伏或风电装置的剩余能源。

与电池储能相比，热储能在热应用方面具有多项优势，包括在提供热输出时的高效率、以及显著低于锂离子解决方案的成本。

储存时长从数小时到数天不等。储存的热能可通过余热锅炉按需释放以产生蒸汽，使运营商能够度过高电价或低可再生能源发电的时期。由于充电功率与蒸汽需求解耦，运营商可以在最有利的价格时段安排用电。

灵活性——从温度到需求功率

蒸汽是化工行业过程的支柱，为干燥、反应器加热、蒸馏塔和高温裂解装置提供动力。正如蒸汽本身具有多功能性，任何新系统也必须提供同等程度的灵活性，无缝集成而不干扰现有运营。

高温储能解决方案可将热量储存至1300°C，并在从低温到很高的宽温度范围内释放。通过使用余热锅炉，蒸汽特性可精确适应过程或网络要求。这种方法不仅支持极端过程条件，还能确保卓越的能量密度，显著减少所需储能单元的数量。

将余热锅炉置于储能系统末端，可与现有蒸汽网络形成单一接口。它可以与传统锅炉并行运行，用于化石燃料与电气化混合使用场景，或在完全电气化配置中以传统锅炉作为备用。这种设计增强了能源供应韧性，同时实现了具有成本效益的过渡。

“逐块”：安全且有韧性的过渡

模块化热能储能系统由多个可独立充放电的单元组成，允许灵活集成到现有蒸汽网络中。

这种模块化使公司能够逐步实现蒸汽需求脱碳，同时利用电价低甚至负电价的时段来优化运营成本。

公司可以从蒸汽网络的一部分脱碳开始，随着时间推移通过增加单元来扩展规模，提高清洁蒸汽的占比。随着可再生能源渗透率的提高，带来更多波动的价格和发电量，热储能在降低运营成本方面的优势变得更加明显。

针对过程特定供热的模块化

每个单元由专门的充电、储存和放电模块组成。这些模块在功率输入、储能容量、输出温度和传热介质方面均可调整。最初，热储能储存和释放热空气；如果不直接使用，热量可通过模块传递给蒸汽、导热油或水。

例如，荷兰一个涉及Eneco和百事可乐的项目应用高温热能储能为薯片油炸提供300°C导热油。该场地预计将成为全球最大的商用高温储能系统之一，初始容量为70MWh，并扩展至150MWh。该系统可通过仅更换单个组件轻松配置为蒸汽生产。向可再生能源的转变将在第一阶段消除51%的范围1排放，后期最高可达98%。

这种灵活性使生产商能够在更广泛的工业过程中替代化石燃料。热空气可支持干燥和助燃空气预热，而导热油可替代用于生产邻苯二甲酸酯、聚合物、油漆和其他材料的化石燃料加热回路，对现有管道基础设施的改动极小。

热储能转换过程示意图。来源：Kraftblock

迈向可持续化工生产

高温热储能的适应性和成本效益使其成为化工行业能源转型的基石。通过缓解与可变可再生能源供应和电网约束相关的挑战，热储能使绿色蒸汽和可持续过程热成为现实。

上述例子展示了一条通往低碳热能的实用路径。该项目由德国联邦经济与能源部在德国能源解决方案倡议的可再生能源解决方案计划下提供支持。

关于作者

Martin Schichtel是Kraftblock的首席执行官兼联合创始人，该公司成立于2014年，开发设计用于长时储能的热电池技术。他具有材料科学、产品开发和知识产权战略背景。

（素材来自：Kraftblock 物理储能网、全球储能网、新能源网综合）