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前言

全球长时储能委员会与研究机构麦肯锡公司日前发布了一份名为《净零热储能：长时储能加速能源系统脱碳》的调查报告。报告指出，人类现在必须抓住现在的机会，构建能源净零排放系统。世界各国需要加快能源部门脱碳，以便实现将全球变暖限制在1.5℃以下净零目标。

然而，到2050年实现净零目标需要大规模开发和部署可再生能源、安装和改造电力基础设施，以及采用新的清洁能源技术。在这一转型过程中，将面临更加复杂的许多挑战，因为供应链需要扩展，设备需要更新和调整，基础设施需要部署和加强(例如输电网和配电网的改造和扩建可能需要长达15年才能实现)。世界各国必须立即采取行动，以实现减排目标，限制气候变化的影响，并最大限度地利用未来机会。

正如长时储能委员会发布的2021年净零能源报告所概述的那样，长时储能系统提供了低成本的灵活解决方案，以实现能源系统脱碳。长时储能系可用于长期存储能源，并更加经济高效地扩大规模，以维持数小时(10个小时或更多)、数天(多日存储)、数月和季节的能源供应。长时储能系统还能够以各种形式储存能量，包括机械能、热能、电化学能或化学能，并可对能源系统的低成本脱碳作出重大贡献。此外，它还有助于解决主要的能源转型挑战，如太阳能发电和风力发电的的可变性、电网基础设施供电瓶颈或化石燃料发电设施的碳排放。

这份报告提出了了长时储能系统在帮助到2050年实现净零电力和净零热量的作用方面的最新观点，重点关注热储能系统(TES)在实现净零热能方面的潜在作用。这份报告建立在长时储能委员会之前的研究和分析基础上，并根据其数据提出了最新成本观点。这份报告重点关注供热部门，这是实现全球脱碳和气候目标的关键组成部分。因此，它还侧重于热储能这种特殊的长时储能技术，热储能系统可以储存热量，使热能应用脱碳，并将可再生能源整合到能源部门和更广泛的能源系统中。

这份报告还强调了综合系统方法对于经济高效地实现能源系统脱碳的重要性。随着可再生能源的日益普及以及采用热泵和长时储能等技术组合，电力、热能和氢气的相互联系越来越紧密（图表1）。这就需要关注综合生态系统，而不是单一的能源部门，共同为成本优化的能源基础设施发展提供信息。这份报告中的分析考虑了电力、热能和氢气之间的相互依赖性，以评估热能和电力部门所需的成本优化的灵活性解决方案组合。它强调了基于电力的长时储能系统和热储能系统之间的关系，以加速能量转换，以及热储能系统在脱碳中的作用。

图1 电力、热能和氢气的相互联系

概要

·全球能源系统的脱碳需要采用一种综合方法，以便及时提供最佳的能源基础设施发展情况。

随着世界向主要由可变可再生能源供应的能源系统转变，要求进行系统性变革。为了到2050年实现全球变暖限制在1.5℃以下的净零目标，报告预测到2050年可再生能源总发电量将增加5倍，总电力需求将增加2倍。此外，还有一些迹象表明，通过采用热泵、电解槽或氢锅炉等部门耦合技术，电力、热能和氢气之间的联系越来越紧密。再加上可再生能源和电气化所占份额的不断增加，进一步增加了能源系统的复杂性。因此，综合办法可以帮助确保成本最优和及时的能源过渡。

·长时储能系统提供清洁灵活的解决方案，以确保电源和热可靠性。

长时储能系统包含了一系列技术，能够以具有竞争力的成本和规模长时间存储各种形式的电能。这些技术可以在需要的时候(数小时、数天或数季)释放电能，以满足长时间电力系统的灵活性需求，利用更多的可变可再生能源的电力以满足电力需求。这一报告建立在长时储能委员会发布2021年净零能源报告的基础上，重点关注长时储能系统在实现净零能源和热储能方面的作用，同时扩展了热储能系统在脱碳热应用中的作用。

·热储能系统为供电和储热提供长时储能解决方案。

考虑到热能行业约占目前所有能源相关排放的45%，对实现2050年能源系统的净零排放至关重要。热储能系统可以通过各种可再生能源的供电和储热来去除热量应用中的碳。此外，它可以优化工业过程中的热量消耗，并促进废热的再利用或清洁热源的整合(例如光热发电系统)。

·热储能涵盖了各种技术，可以解决范围广泛的持续时间(从日间储能到季节性储能)和温度(从零下到2400℃)。

根据“2022年长时储能系统基准测试结果”，热储能系统可实现最广泛使用的热应用(即蒸汽和热空气)的经济高效的电气化和脱碳。基准测试结果还表明，当最终需求是热量时，储热是非常经济有效的。

·一些热储能技术已经实现商业化运营，具有各种易于定制的用途。

迄今为止，最常用的热储能技术包括中压蒸汽，其应用范围广泛，包括化工或食品和饮料行业。此外，开发技术将扩大热储能解决方案空间的创新概念，并解决远高于1000℃的温度需求。

·热储能的商业案例显示，根据当地市场条件，其内部收益率(IRR)为16%至28%。

这包括最优的物理配置(获取可再生能源、热能或电网电力)和市场设计(包括更低的电网费用和灵活性)。热储能的商业案例评估涵盖了广泛的现实的热储能用例，例如：化工厂的中压蒸汽(内部收益率高达28%)，峰值发电厂提供的区域加热(内部收益率高达16%)，氧化铝精炼厂的高压蒸汽(内部收益率高达16%)，离网温室的热电联产设施(内部收益率高达22%)。所有与市场相关的业务案例都表明，一个认可灵活性价值的支持性生态系统(如辅助服务)可能对确保广泛的商业采用至关重要。用户侧可再生能源发电的商业案例表明，无论外部市场条件如何，热储能技术都已经具备商业可行性。

·随着市场的成熟，预计长时储能技术将变得越来越具有成本竞争力。

更新后的《2022年电力长时储能成本基准报告》证实了长时储能成本将在未来几年下降的预测，表明到2040年长时储能技术的总资本支出将且减少25%～50%。此外，2022年的热储能系统成本基准表明，到2040年，热储能系统资本支出预计也将下降，电力资本支出预计将下降5%～30%，电池储能系统资本支出预计将会下降15%～70%。

荷兰鹿特丹港的一个案例研究证明了长时储能系统在创造价值的同时对能源枢纽脱碳的重要性。该案例研究一个典型的工业枢纽，现场有大量的电力和热量需求，其中热储能系统和基于电力的长时储能系统的组合可以在能源系统脱碳中发挥作用。在鹿特丹港这样的工业地区，对工业供暖的需求可以从根本上改变净零能源系统的配置。热储系统可以将可变的海上风电转化成为更稳定的清洁热能供应，用于工业加热，其中包括高温加热。

·在实现净零目标的情景下，通过成本优化的净零能源途径，热储能系统可以使全球长时储能系统的装机容量翻倍。

基于集成系统建模，热储能系统可以在2040年前将长时储能系统的总装机容量扩大到2～8TW(如果没有采用热储能系统则时为1～3TW)，这意味着累计投资将达到1.6万亿至2.5万亿美元。热储能系统为脱碳加热和高温加热应用提供了一种具有成本效益的替代方案，从而实现了这一额外的长时储能的机会。据估计，这将每年减少高达5400亿美元的系统成本，同时通过加速可再生能源的建设和优化电网利用，创造更广泛的系统价值。

·关键的支持元素可以帮助推动采用更多的热储能系统。

而构建一个提高灵活性的支持性生态系统，促进像长时储能系统这样的灵活性解决方案在技术水平上的竞争环境，对于加速扩大热储能系统的规模至关重要。此外，提高人们对储能意识并为初期投资提供支持是至关重要的。商业领袖、政策制定者和投资者可以通过减少长期不确定性来释放热储能系统潜力，从而开辟一条通向未来净零能源系统的成本优化路径。

向净零的过渡需要综合能源系统的视角

要在所有能源部门实现成本优化的净零排放转型，需要大量部署可再生能源，增加电力、热能和氢气之间的互联，以及配套的基础设施。系统的灵活性对于确保能源系统的可靠性至关重要。

热脱碳是实现净零碳的关键，因为它占能源相关排放的45%左右。

长时储能系统可以实现成本优化的净零路径。

热储能系统可实现不同温度和持续时间需求的热应用的电气化。

热储能系统使得储存热量比储存电力更经济有效 。

由于没有电网接入费，因此，用户侧热储能系统的商业案例可能是积极的。

（未完待续）