▲ 中科院過(guò)程所研究員黃云在論壇上作主題報(bào)告
1、中國(guó)近幾年儲(chǔ)熱裝機(jī)約4GW
發(fā)展前景巨大
由于能量的不同存在形式以及不同的用途，發(fā)展了數(shù)種不同儲(chǔ)能技術(shù)，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能不僅僅是儲(chǔ)電，全球90%的能源預(yù)算圍繞熱能的轉(zhuǎn)換，輸送和存儲(chǔ)，儲(chǔ)熱應(yīng)該也必將在未來(lái)能源系統(tǒng)中起重要作用。
然而，儲(chǔ)熱雖然具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和巨大的應(yīng)用前景，所受到的重視程度卻仍需要加強(qiáng)。據(jù)報(bào)告統(tǒng)計(jì)介紹，全球儲(chǔ)能方向所發(fā)表的文章主要在鋰離子電池和儲(chǔ)熱兩個(gè)方向，這兩個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)方向在2009年以前每年發(fā)表的文章數(shù)相當(dāng)，但到2015年鋰離子電池方向的文章總數(shù)約為3500篇，是儲(chǔ)熱方向文章數(shù)的3.5倍。
而從近十年的專利趨勢(shì)來(lái)看，鋰電子方向現(xiàn)有專利數(shù)遠(yuǎn)超出儲(chǔ)熱方面專利，在2006年到2015年間的增速同樣超出儲(chǔ)熱方向，可見(jiàn)儲(chǔ)熱在近年全球儲(chǔ)能發(fā)展中還未得到爆發(fā)增長(zhǎng)，與抽水蓄能等其他成熟的儲(chǔ)能技術(shù)相比，還處于剛剛起步到初步應(yīng)用的階段。
不過(guò)，根據(jù)最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)熱的體量已經(jīng)有所上升，最新的全球統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，儲(chǔ)熱在儲(chǔ)能中占的比例越來(lái)越高，儲(chǔ)熱裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到14GW。同時(shí)因近幾年中國(guó)清潔供暖的需求，過(guò)去幾年中國(guó)已有約4GW以上的儲(chǔ)熱裝機(jī)。總的來(lái)看，全球儲(chǔ)能的市場(chǎng)接近千億美元量級(jí)，其中中國(guó)也具有很大的市場(chǎng)空間。
▲ 全球儲(chǔ)能裝機(jī)情況
2、儲(chǔ)熱功能不可替代
需選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)
關(guān)于為何要儲(chǔ)能的問(wèn)題，報(bào)告認(rèn)為，以電力系統(tǒng)為例，常規(guī)的電力系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷率和發(fā)電利用率較低，可再生能源因?yàn)橛虚g歇性、波動(dòng)性，所以也需要儲(chǔ)能，而分布式區(qū)域供能和大型核電同樣也有調(diào)峰需求，因此增加儲(chǔ)能系統(tǒng)就可以提高系統(tǒng)的安全性、增加效率，在經(jīng)濟(jì)性方面也會(huì)有所提升。
在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，儲(chǔ)能技術(shù)沒(méi)有最好的，只有最合適的，儲(chǔ)熱是二次能源，也是連接一次能源和二次能源的紐帶,能源的終端應(yīng)用形式中，熱能約占70%，因此儲(chǔ)熱集成應(yīng)用的益處在很多情況下是其他任何儲(chǔ)能技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的。
例如在傳統(tǒng)煤電中，系統(tǒng)儲(chǔ)熱動(dòng)態(tài)響應(yīng)的制約點(diǎn)在前端，磨煤/輸送/燃燒，附加儲(chǔ)熱可以大幅度提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。儲(chǔ)熱還是太陽(yáng)能熱發(fā)電和壓縮空氣/液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵，也是目前解決我國(guó)三北地區(qū)棄風(fēng)問(wèn)題(冬季供暖)和南方夏季空調(diào)制冷的最有效方法之一。
此外，在工業(yè)余熱中，大于30%的能量以廢熱的方式被排放出去，這部分的余熱同樣可以通過(guò)合適的儲(chǔ)熱技術(shù)加以應(yīng)用。
3、儲(chǔ)熱未來(lái)發(fā)展面臨技術(shù)與科學(xué)挑戰(zhàn)
當(dāng)前儲(chǔ)熱技術(shù)主要可分為四類：顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱、吸附/吸收的熱化學(xué)儲(chǔ)熱、可逆反應(yīng)的熱化學(xué)儲(chǔ)熱。據(jù)報(bào)告介紹，除顯熱儲(chǔ)熱已經(jīng)使用百年以上，潛熱儲(chǔ)熱(相變儲(chǔ)熱)才剛剛開(kāi)始使用，其他兩類熱化學(xué)技術(shù)還處于研發(fā)初期。
在當(dāng)前儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展中，儲(chǔ)熱技術(shù)在從材料、單元與裝置、優(yōu)化與集成等方面面臨著多項(xiàng)挑戰(zhàn)。
在儲(chǔ)熱材料方面，當(dāng)前需要追求更高能量密度、更寬溫域、更長(zhǎng)壽命、更高經(jīng)濟(jì)性的材料，為適應(yīng)太空技術(shù)需求，儲(chǔ)熱材料需要往低溫方向拓展，在高溫區(qū)同樣也需適應(yīng)更高的溫度以滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景需求，拓展溫區(qū)實(shí)現(xiàn)-200~1500℃。
在單元與裝置方面，材料模塊和單元需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)與排列組裝，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱換熱裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及材料模塊、單元、儲(chǔ)熱換熱裝置的規(guī)模化制造。
在系統(tǒng)集成與優(yōu)化方面，需要注意能源系統(tǒng)集成儲(chǔ)熱技術(shù)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬與優(yōu)化，以及復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制。
儲(chǔ)熱的基礎(chǔ)理論研究涵蓋從材料到單元操作再到系統(tǒng)的寬廣尺度范圍，其挑戰(zhàn)在于建立一個(gè)一個(gè)跨尺度的反饋機(jī)制，獲得從材料特性到系統(tǒng)性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中包括理解跨尺度的多相輸運(yùn)現(xiàn)象，從而建立分子層面特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系。
