CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒報道，瑞典TEXEL公司已成功開發(fā)出一種基于金屬氫化物、可由電加熱充電的熱能儲存裝置，可用于儲能以及向電網(wǎng)提供電力，未來計劃在美國將該技術(shù)推向市場化應(yīng)用。

據(jù)悉，TEXEL公司最初將應(yīng)用市場聚焦在光熱發(fā)電領(lǐng)域，后來發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在電池儲能方面具備較大的潛在經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，最終開始專注于獨立的熱能存儲研究。

目前，TEXEL已經(jīng)與澳大利亞的柯廷大學(xué)和美國的亞利桑那州立大學(xué)（ASU）建立了合作伙伴關(guān)系，正在進(jìn)行引入中試規(guī)模之前的市場可行性驗證。ASU助理教授Nathan Johnson正在領(lǐng)導(dǎo)一個在多個市場部署存儲系統(tǒng)的成本分析團(tuán)隊，預(yù)計下個月可出結(jié)果，將可為潛在的公用事業(yè)規(guī)模的試點項目做準(zhǔn)備。

Johnson表示：“ASU校園內(nèi)的微網(wǎng)格試驗臺將為該技術(shù)從驗證分析走向試點項目建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。我們現(xiàn)在正在進(jìn)行市場競爭分析，這將有助于我們在第一個試點項目中與公用事業(yè)公司和其他大型能源客戶更好地交流互動，并確定更多的商業(yè)機(jī)會和優(yōu)勢。我們現(xiàn)在正在估算美國市場上一系列部署選項的成本，通過增加儲存類型和商業(yè)模式，這項技術(shù)使可再生能源獲得更高的滲透率成為可能，而現(xiàn)有的傳統(tǒng)儲存形式則不太可能實現(xiàn)這一目標(biāo)。”

事實上，類似TEXEL公司這樣的熱能儲存技術(shù)在國際上剛剛開始應(yīng)用。Abengoa的卡諾電池、比爾蓋茨資助的熱電池Malta等幾個商業(yè)熱電池項目在歐洲只是剛剛起步，美國國家可再生能源實驗室(NREL)則正處于探索另一種熱電池概念的最后階段，該概念可能會被改造到退役的燃煤電廠上。

第一個基于金屬氫化物熱化學(xué)反應(yīng)的儲能裝置

據(jù)了解，TEXEL新技術(shù)基于美國薩凡納河國家實驗室（SRNL）授權(quán)的金屬氫化物研究，這些材料可以達(dá)到必要的工作溫度，以配合高效率的斯特林發(fā)動機(jī)功率轉(zhuǎn)換裝置，將熱量轉(zhuǎn)化為動力。

圖：熱化學(xué)電池的能量來源以及輸出均可以是熱能或電力

根據(jù)美國能源部對該技術(shù)展開的一項名為《提升電網(wǎng)靈活性和滲透性：金屬氫化物熱化學(xué)儲能與斯特林發(fā)動機(jī)集成用于電網(wǎng)儲能應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析》的技術(shù)研究，這種熱電池項目在選址和申請許可方面與目前常規(guī)的蓄電池類似，但它的成本有望大大降低，約為常規(guī)蓄電池技術(shù)的四分之一。

上述研究引用了Lazard（全球著名的金融咨詢和資產(chǎn)管理公司）發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)——目前該熱電池成本為10美分—30美分/kWh，如果按照運(yùn)行壽命25年—40年進(jìn)行測算，其資本與運(yùn)營成本將在2-7美分/kWh。

研究指出，新開發(fā)的TES材料的優(yōu)點是由低成本、易獲取的元素制成，這些元素可以在600-750°C的高溫條件下工作。這些材料比常見的潛熱和顯熱材料（如熔鹽）更具優(yōu)勢，因為它們具有非腐蝕性，且顯著地提高了能量密度，并且能夠幾乎無限期地儲存熱能（因為能量直接以化學(xué)鍵形式存在）。同時，建成的整個系統(tǒng)也不包含稀土和鉑族金屬，因此也不會阻礙技術(shù)的長期可持續(xù)性。

此外，將這些材料與斯特林發(fā)動機(jī)配對提供了一種高效的能源轉(zhuǎn)換途徑，且能夠接受各種熱輸入來為系統(tǒng)充電。同時，斯特林發(fā)動機(jī)的使用壽命近年來也在迅速提高。2016年，美國航天局展示了他們的兩個斯特林發(fā)動機(jī)在沒有維護(hù)或性能下降的情況下連續(xù)運(yùn)行了103000小時。此外，Kockums公司也已經(jīng)證明了斯特林機(jī)可以實現(xiàn)多達(dá)18000小時的免維護(hù)運(yùn)行時間；STC公司也證實了斯特林機(jī)可以實現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行超過67000小時。

工作原理

TEXEL基于可逆金屬氫化物的熱能儲存系統(tǒng)主要通過在兩個金屬氫化物床【高溫金屬氫化物（HTMH）和低溫金屬氫化物（LTMH）】之間轉(zhuǎn)移氫氣來運(yùn)行，氫氣釋放并流動則通過加熱HTMH（系統(tǒng)吸熱）或者LTMH（系統(tǒng)放熱）來實現(xiàn)。

圖：TEXEL熱能儲存技術(shù)原理

系統(tǒng)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(dǎo)管輸送至低溫金屬氫化物（LTMH）床，并與LTMH反應(yīng)。LTMH材料反應(yīng)產(chǎn)生的低品味能量通過熱交換排出系統(tǒng)，以保持LTMH床中較低的溫度和較低的平衡壓力。

系統(tǒng)往外放熱時，通過提高LTMH床的溫度以釋放氫氣，氫氣被連通導(dǎo)管輸送至高溫金屬氫化物（HTMH）床，并與HTMH反應(yīng)，由于該反應(yīng)的焓值較高，會產(chǎn)生大量熱量。熱量可以直接利用，也可以由斯特林機(jī)等裝置轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能進(jìn)行輸出。

金屬氫化物材料的平衡壓力是氫氣吸收（放熱）和釋放（吸熱）速率相等時的壓力?？赡娼饘贇浠锏钠胶鈮毫﹄S溫度降低而降低，而隨溫度升高而升高。

高溫金屬氫化物（HTMH）床所含的材料在所需的操作溫度下具有高焓值（反應(yīng)熱）和合理的平衡壓力（≤60 bar），低溫金屬氫化物（LTMH）在較低的工作溫度下具有較低的焓值和相稱的平衡壓力。

Lars Jacobsson表示，對我們來說最重要的是——這項技術(shù)是循環(huán)的。使用這項技術(shù)時，我們不會消耗任何資源。我們只是在循環(huán)系統(tǒng)中來回推動氫氣。而且它不使用稀土，沒有鋰，也沒有鈷。為了能夠擺脫化石燃料，我們需要能夠以低成本存儲能量超過12小時且可持續(xù)的解決方案。

像蓄電池一樣容易部署

這種熱能儲存裝置可以簡單地用集裝箱運(yùn)輸，并具有與蓄電池相同的模塊化安裝方法，使其更加易于部署和可擴(kuò)展，因此也可以存儲更大容量或更長時間的電能。

據(jù)TEXEL CEO Lars Jacobsson介紹，一臺容量為3.6MWh的機(jī)組（可儲存10小時功率為360kWh系統(tǒng)的能量）可裝在一個40英尺的集裝箱內(nèi)。

Lars Jacobsson指出：“這是一種電池，但它既可以充電，也可以充熱，因此我們可以儲存光伏發(fā)電場的能量，但我們也可以直接用其它任何熱源進(jìn)行充電，比如光熱發(fā)電、生物質(zhì)或氫氣。同時，這項技術(shù)還會在斯特林發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生少量廢熱以及動力，但你可以嘗試?yán)枚嘤嗟臒崃?，比如你可以將設(shè)備靠近建筑物，利用余熱來加熱水。當(dāng)你有熱量但身處茫茫荒野中時將很難利用它，但是該技術(shù)的巨大優(yōu)勢在于你可以將這些模塊帶進(jìn)建筑物，也可以利用廢熱?！?/p>

據(jù)悉，目前ASU團(tuán)隊正在探索各種規(guī)模的部署方案，大到電網(wǎng)規(guī)模，小到公寓樓。

圖：一種與光伏或風(fēng)電配套儲存間歇能源的部署方案

Lars Jacobsson表示，這在一定程度上取決于成本結(jié)構(gòu)和監(jiān)管環(huán)境，而這在不同國家/地區(qū)都會有所不同，甚至同一國家不同的州也可能有所不同。因為最小單元只有30千瓦，所以你可以選擇1個、10個或100個，并且它們可以模塊化的方式組合在一起，并具有可擴(kuò)展性。我們的初步分析表明，與鋰化學(xué)電池相比，較大規(guī)模的系統(tǒng)將具有更廣泛的成本優(yōu)勢。因此，我們認(rèn)為該技術(shù)更加適用于公用事業(yè)規(guī)模的太陽能發(fā)電廠，大型商業(yè)和工業(yè)客戶，數(shù)據(jù)中心，醫(yī)院，采礦或軍事基地。

Lars Jacobsson強(qiáng)調(diào)，與蓄電池相比，這種技術(shù)的成本效益在規(guī)模越大的情況下越明顯，比如它可以與現(xiàn)有的1000MW或規(guī)模更大的核電站進(jìn)行配套，使后者永遠(yuǎn)保持電力供應(yīng)，更好地適應(yīng)可再生能源比例越來越高的電網(wǎng)，同時使核能成為更靈活的資源，以更好解決光伏和風(fēng)電的間歇性問題。

總的來說，研究和部署經(jīng)濟(jì)上可行的循環(huán)儲能技術(shù)至關(guān)重要，因為建立一個零排放的能源系統(tǒng)將是人類長期生存的必要條件。