大型热能存储 （LTES） 成为能源转型的关键，为区域供热和其他大规模应用提供经济高效且可靠的可再生供暖和制冷。此外，它还实现了行业耦合，利用了多余的热量，并增强了电网的灵活性。在可再生电力过剩期间，可以产生、储存热量或冷力，然后在需求高峰期进行部署，从而抑制额外的电力消耗。同样，基于可再生能源的热电联产厂产生的多余热量可以储存在 LTES 中以备后用，从而缓解需求高峰，同时为工厂运营商创造更多利润。这种用途是 Høje Taastrup 的 Pit 热能存储 （PTES） 背后的商业模式的关键。

作者：Geoffroy Gauthier，PlanEnergi 能源和计算工程师 - 项目经理

发表于 Hot Cool，第 6/2024 版 |国际标准刊号：ISSN 0904 9681 |

LTES 对于能源转型至关重要

供暖和制冷占全球能源消耗的近一半，这凸显了热能储存在使可再生能源生产与能源需求保持一致方面的关键作用。IEA-ES 任务 39 的结果揭示了重要的见解：

经济性和效率：与电力存储解决方案相比，大规模热能存储 （LTES） 具有成本效益，具体投资成本从 4 欧元/kWh 容量骤降至 1 欧元/kWh 以下。相比之下，大型抽水蓄能的运行容量在 100 至 200 欧元/kWh 之间。此外，比热损失随着存储量的增加而减少，这意味着效率提高。

长期存储能力：LTES 系统擅长以最小的损失长时间储存热量和冷量。

利用低技术解决方案：LTES 技术利用现成且易于生产的材料，确保可访问性。

来自 IEA-ES 任务 35（国际能源署储能部门的另一项任务）的见解强调了 LTES 在区域供热系统中在优化能源系统成本和提高能源效率方面不可或缺的作用。一项研究的结果表明，在德国的参考情景中，将储热容量增加一倍将降低一次能源的使用，同时降低能源生产总成本。

热能存储技术的进步

任务的可交付成果针对不同的利益相关者，包括政策制定者、研究人员和工程师以及项目开发人员。可交付成果包括：

  • 在线和实体传单，作为 LTES 的介绍并提供用例

  • 关于如何将 LTES 项目从构思变为实施、促进明智决策并促进项目实施的综合报告

  • 报告内容：LTES 项目开发阶段材料和组件数据库的开发专为 LTES 开发的建模工具比较方法

  • LTES 技术主要类型的项目参考列表

  • 材料和组件数据库

  • 政策研讨会（录音和演示文稿可在线获取）

所有这些可交付成果都可以在 IEA-ES 任务 39：https://iea-es.org/task-39/deliverables/ 的网站上找到。

图 2.任务 39 中确定的 LTES 项目的主要阶段和主要利益相关者

IEA-ES 任务 39 于 2023 年 12 月以政策研讨会结束，重点关注每年能够储存超过 1 GWh 热能的四种主要技术：储罐、坑、钻孔和含水层热能储存。该任务旨在提供参考资料，以利用能源系统模拟、存储材料和施工方面的专业知识，加速 LTES 在区域供热 （DH） 和工业环境中的实施。

任务 39 中研究的系统被定义为大型显热储能，旨在在大气压下每年至少储存 1 GWh。储存的热量应适合排放到区域供热网络中，将温度保持在 50°C 至 100°C 之间。这些技术具有多功能性，可用作日常、季节性或多功能热能存储，适用于各种热源和负载曲线。

图 3.LTES 技术的主要类型可以在水或地下储存热量或冷量。

坑式热能存储 （PTES）：丹麦的创新解决方案

丹麦已成为坑式热能存储 （PTES） 的先驱，特别是与太阳能区域供热 （SDH） 相结合进行季节性存储。PTES 现在用于区域供热网络中的短期储热，为供暖行业的脱碳带来巨大希望。

图 4.季节性存储的概念可以用太阳能热能生产之间的不匹配来说明，太阳能热能生产在夏季达到顶峰，此时热量需求最低：然后可以使用 LTES 在不匹配期间储存大量热量，以便在一年中的晚些时候重复使用（因此称为“季节性”存储）。

位于丹麦 Høje Taastrup 的 PTES 项目展示了 PTES 技术的这种新用途，展示了可节省大量燃料和减少二氧化碳排放。这个 70,000 m3 PTES 由 Høje Taastrup 区域供热和 VEKS（哥本哈根西郊输电公司）拥有，正在促进哥本哈根地区的电力生产优化，并用于当地配电 DH 网络进行调峰，产生显着的环境和经济效益。在2023年11月14日至15日于比利时布鲁塞尔举行的Euroheat与电力峰会上，位于Høje Taastrup的PTES获得了全球区域能源气候奖的行业耦合类别。

丹麦公司和咨询公司实施的 PTES 列表见表 1。

表 1.丹麦 PTES 发展历史表或由丹麦公司和咨询公司发起的 PTES 发展历史表。最后一行是唯一不用作太阳热能季节性存储的存储。

展望未来：加速 LTES 的采用

根据奥尔堡大学最近的一项研究，为减少化石燃料进口和消耗而扩展 DH 具有巨大的潜力，例如，利用大量可用的废物和地热。“区域供热是整合可再生能源的下一个使能技术。”只有使用 LTES 才能支持这种潜力，而 LTES 反过来又需要广泛实施。

在任务 39 中，政策研讨会强调了大规模部署 LTES 的主要挑战和机遇：

  • 提高对 LTES 技术的认识，展示其稳健性，并说明从构思到调试的典型实施过程

  • 通过促进许可流程和提高标准化来减少不确定性

  • 通过分享经验并让所有利益相关者参与，缩短 LTES 的实现时间

  • 通过材料和工艺开发以及工业网络扩展来降低成本

这些问题将由 IEA-ES 任务 39 的后续任务 45 解决。这个新项目将于 2024 年至 2027 年运行，旨在利用之前任务的见解。与此同时，欧盟资助的“TREASURE”项目将专注于在五个欧洲国家展示 PTES，以 Høje Taastrup 的 PTES 等参考举措为基础。

图 5.PTES 在 Høje Taastrup 中的功能.资料来源：Høje taastrup fjernvarme and VEKS

什么是 IEA-ES 任务 35 和任务 39？

任务是国际能源署 （“IEA-ES”） 储能技术合作计划 （“TCP”） 中的一项活动。它正在研究一个特定主题：任务 39 的大型热能存储 （LTES）。

Task 39 聚集了来自 36 个机构和 11 个国家/地区的 60 名专家：奥地利、加拿大、丹麦、法国、德国、意大利、荷兰、瑞典、土耳其、英国和美国。他们可以在这里找到：https://iea-es.org/task-39/institutes-companies-and-experts/。专家在研发和工业领域工作。

1 GWh （1,000 MWh） 的热量足以满足 62 户家庭一年的需求。到 2020 年，丹麦家庭平均每年消耗 16 MWh 的空间供暖和热水。（来源：丹麦能源署）

位于 Høje Taastrup 的 PTES 为三家热电联产工厂和三家垃圾焚烧发电厂（该项目的合作伙伴）提供服务。优化哥本哈根地区的电力生产（行业耦合）和减少峰值生产预计每年可节省 27.4 TJ 的燃料，并减少 6,200 吨/年的二氧化碳排放总量。

总投资为 10.7 Mio €。简单的投资回收期为 12 年。

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