在重点地区，政府已出台相关举措，加速工业脱碳技术的发展，例如碳捕获与封存（CCUS）、热泵和热能储存（TES）等，以及其他更直接的电气化技术。IDTechEx 在其最新市场报告《2024-2034 年热能储存：技术、参与者、市场和预测》中预测，到 2034 年，整个行业的热能储存装机容量将超过 40 吉瓦时（GWh）。.
热能存储的新兴市场
热交换器储能（TES）技术已广泛应用于各种应用和市场，例如与聚光太阳能发电（CSP）电站、区域供热、冷链以及建筑采暖等。然而，其在工业领域的渗透率要低得多，全球TES总装机容量中仅有1%安装在工业环境中。随着各国政府寻求减少工业排放以实现更广泛的净零排放目标，预计工业部署的TES总装机容量占全球TES总装机容量的比例将会增加。鉴于工业供热工艺的多样性，研究主要厂商正在开发的各种TES技术，以及系统设计和商业化水平将如何影响其在工业领域的应用，至关重要。.
工业热能存储领域的主要参与者和技术
热能存储领域的大多数工业企业都位于欧洲、美国和澳大利亚。正如IDTechEx市场报告所示，这些企业正在开发和商业化用于工业应用的显热和潜热储能系统，并且大多数企业已经部署了试点或商业示范项目。.
全球主要储热企业总部分布图。来源：IDTechEx
在显热储能系统中，诸如熔盐、混凝土或耐火砖等储热介质被加热到较高温度，储存热量直至需要时释放，并将其传递给工业过程。热量可以传递给传热流体（HTF），例如水、空气或导热油。在潜热系统中，诸如金属合金或硅等相变材料（PCM）在恒温下被加热，使其从固态转变为液态。.
利用潜热储存热能
与显热系统相比，潜热系统能够提供更高的能量存储密度，因为物质从固态转变为液态需要大量的热量。这在工业领域尤为重要，因为现有的生产环境可能已经存在空间限制。潜热系统的另一个优势在于其能够在恒温条件下供热，因为它们可以在等温条件下运行。这对于需要在恒定运行参数（例如温度、压力和/或流速）下供热的工业过程至关重要。.
然而，相变材料（PCM）的密封性和材料性能在长期循环中的变化是潜热储能系统若要延长使用寿命或减少整个生命周期内的材料更换次数，仍需进一步研究。此外，开发潜热储能系统的关键企业数量少于显热储能系统。例如，澳大利亚公司1414 Degrees正在开发一种基于硅的潜热储能技术（TES）。中期内，这些因素很可能导致潜热储能系统的商业化部署数量减少。.
利用显热储存热能
熔盐储热技术已广泛应用于传热回路，这可能是其在工业领域商业化应用领先于其他储热技术的原因。然而，在放电过程中，显热系统中使用的储热介质温度会降低，如果不进行额外的系统设计，将会导致工业过程的供热温度出现波动——这种情况既不实用，至少也是不理想的。.
熔盐系统，例如挪威京都集团开发的系统，可以通过引入连续循环回路来解决这个问题。这些循环回路能够将熔盐保持在工作温度范围内，同时持续地为工业过程提供恒温热量。熔盐换热器的主要缺点之一是，由于熔盐分解，这些系统无法在高于 600°C 的温度下储存热量。这限制了该技术的应用，尽管它在中低温工业过程中（例如干燥和加热工艺流体）仍将保持一定的应用需求。.
固态显热系统利用混凝土和耐火砖等材料，目前正由EnergyNest和Rondo Energy等领先公司进行研发。向工艺流程供应热空气的固态系统，可在排放时与环境空气或较冷的空气流混合，混合比例随时间变化，从而确保向工艺流程供应的空气温度恒定。然而，这会增加系统的复杂性和成本。更重要的是，固态系统能够提供超过1000°C的高温，这对于某些玻璃、金属和水泥制造工艺的脱碳至关重要。.
热能存储技术的未来前景
由于材料的机械和热稳定性存在局限性，许多正在研发的固态热能储存（TES）技术在1300°C以上的高温下仍难以有效供热。为了实现恒温供热，可能需要将较冷的流体与排放时离开系统的较热流体混合。因此，开发新型材料或改进现有材料成分对于实现某些高温工业加热应用（包括某些热处理和金属冶炼工艺）的脱碳至关重要。总部位于美国的Electrified Thermal Solutions公司正在开发一种利用导电陶瓷砖的TES技术。该公司对这些陶瓷砖的化学成分进行了改良，使其能够吸收电能并作为加热元件，储存电能产生的热量。利用这些陶瓷砖可以建造炉子，直接向工艺流程提供辐射热，温度最高可达1800°C。这将有助于大气脱碳，并使金属和玻璃行业中一些极端高温工业加热工艺实现脱碳。.
此外，热化学储能（TCES）技术未来有望进入市场。这些技术利用两种材料之间的吸附作用或化学反应，以化学势的形式储存能量。与潜热和显热储能系统相比，这些系统具有更高的理论能量密度和更低的长期热损失。这使其有望应用于未来的住宅和季节性储能领域。目前已研制出多种TCES原型，但理论上可用于这些系统的材料组合数量庞大，这可能会成为任何TCES技术商业化的障碍。要将这些技术推向市场，需要进行技术优化、提高公众认知度并增加资金投入。.
用于工业应用的热能存储 LCR。来源：IDTechEx
根据IDTechEx市场报告，未来十年，显热系统预计将主导工业储能市场。显热系统采用储量丰富且成本低廉的材料，固态系统更能提供超过1000°C的热量，使其成为各种工业加热应用的理想选择。尽管潜热和热电储能系统（TCES）在脱碳工业加热领域仍有望得到进一步发展，但更广泛的市场和应用领域也可能受益于这些具有更高能量密度的系统。.
作者：Conrad Nichols，IDTechEx 高级技术分析师
