鉴于大多数工业加热过程使用化石燃料来产生热量，这导致工业加热过程约占全球排放量的 25%。根据其新的市场报告《热能存储 2024-2034：技术、参与者、市场和预测》，IDTechEx 预测，到 2034 年，整个行业将安装超过 40GWh 的 TES 容量。
热能存储的新兴市场
TES 技术已广泛部署在各种应用和市场中，包括与聚光太阳能发电厂 (CSP)、区域供热、冷链和建筑物空间供暖配合使用。它们在工业领域的渗透率要低得多，安装在工业环境中的系统仅占全球 TES 容量的约 1%。随着各国政府寻求减少工业排放以帮助实现更广泛的净零排放目标，工业部署所代表的全球 TES 产能比例预计将会增加。鉴于工业加热过程种类繁多，研究主要参与者正在开发的不同 TES 技术以及系统设计和商业化水平将如何影响其在工业中的应用非常重要。
主要工业热能存储参与者和技术
大多数工业 TES 参与者分布在欧洲、美国和澳大利亚。如报告所示，这些参与者正在开发用于工业应用的显热和潜热 TES 系统并将其商业化，其中大多数已经部署了试点或商业示范项目。
显热 TES 系统将热存储介质（例如熔盐、混凝土或耐火砖）加热到更高的温度，存储这些热量直到以后需要，并将这些热量释放到工业过程中。热量可以传递到传热流体 (HTF)，例如水、空气或导热油。
潜热系统将采用相变材料 (PCM)，例如金属合金或硅，在恒温下加热以将其相从固态变为液态。鉴于需要大量的热量将材料从固态转变为液态，潜热系统可以表现出比显热系统更高的能量存储密度。这在现有制造环境可能已经受到空间限制的工业中可能很有用。潜热系统的另一个优点是能够在恒温条件下提供热量，因为它们可以在等温条件下工作。这对于寻求在恒定工作参数（即温度、压力和/或流量）下供热的工业过程非常重要。然而，如果潜热系统要在系统生命周期内具有更长的使用寿命或更少的材料更换，则相变材料的遏制和延长循环下材料性能的变化是需要进一步开发的因素。此外，与显热系统相比，开发潜热系统的主要参与者数量较少，其中一个例子是澳大利亚的 1414 Degrees 开发的硅基潜热 TES 技术。这些因素可能会导致中期内商业规模的潜热 TES 部署水平较低。
显热热能储存,熔盐 TES 技术已在 CSP 应用中广泛部署，这可能比其他 TES 技术更早地促进其在工业中的商业应用。然而，在放热时，显热系统中使用的热存储介质的温度降低，如果没有进一步的系统设计，这将导致提供给工业过程的温度变化，这是不可行的或至少是不期望的。熔盐系统，例如由挪威京都集团开发的系统，可以通过结合连续再循环回路来解决这个问题，这将使盐保持在其工作温度范围内，同时仍然为工业过程提供恒温热量。熔盐 TES 的一个主要缺点是，由于发生盐分解，这些系统无法在 600°C 以上的温度下储存热量。尽管干燥和工艺流体加热等低温和中温工业过程仍然需要这些技术，但这限制了该技术的应用案例。
固态显热系统使用混凝土和耐火砖等材料，由 EnergyNest 和 Rondo Energy 等主要参与者开发。向过程提供热空气的固态系统可以在排放时与周围环境或较冷的空气流混合，并随着时间的推移以变化的比例，使得空气以恒定的温度供应到过程。然而，这将增加系统复杂性和成本。重要的是，固态系统可以保证提供 1,000°C 以上的高温热量，这对于某些玻璃、金属和水泥制造工艺的脱碳至关重要。
未来储热技术展望
至关重要的是，由于材料机械和热稳定性的限制，许多正在开发的固态 TES 技术仍然难以提供超过 1,300°C 的热量，并且为了在恒定温度下提供热量，可能需要将较冷的流体与较热的流体在排出时离开系统。因此，需要开发新型材料或改变材料成分来使一些最高温度的工业加热应用脱碳，包括一些金属热处理和熔化过程。一种采用导电陶瓷砖的 TES 技术。这些砖块的化学成分发生了变化，因此它们能够将电力作为能量输入，并兼作加热元件，储存电力产生的热量。可以用砖建造一个熔炉，直接向工艺过程提供辐射热，温度可能高达 1,800°C。这将使金属和玻璃行业中一些更极端的工业加热过程脱碳。
此外，未来热化学储能（TCES）技术有可能渗透市场。这些技术可以利用两种材料之间的吸附（吸附或吸收）或化学反应来将能量存储为化学势。与潜热和显热系统相比，这些系统具有更高的理论能量密度和更低的热损失。这可以使它们适合未来的住宅和季节性存储应用。
尽管假设可用于此类系统的大量材料组合可能会阻碍任何一种 TCES 技术的商业开发，但已经创建了许多 TCES 原型。这些技术需要精细优化、提高认识和资金支持才能将其推向市场。
来源：Aienergy 能源
