CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒報道，瑞典TEXEL公司已成功開發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提供電力，未來計劃在美國將該技術推向市場化應用。

據悉，TEXEL公司最初將應用市場聚焦在光熱發電領域，后來發現該技術在電池儲能方面具備較大的潛在經濟優勢，最終開始專注于獨立的熱能存儲研究。

目前，TEXEL已經與澳大利亞的柯廷大學和美國的亞利桑那州立大學（ASU）建立了合作伙伴關系，正在進行引入中試規模之前的市場可行性驗證。ASU助理教授Nathan Johnson正在領導一個在多個市場部署存儲系統的成本分析團隊，預計下個月可出結果，將可為潛在的公用事業規模的試點項目做準備。

Johnson表示：“ASU校園內的微網格試驗臺將為該技術從驗證分析走向試點項目建設奠定良好的基礎。我們現在正在進行市場競爭分析，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，并確定更多的商業機會和優勢。我們現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模式，這項技術使可再生能源獲得更高的滲透率成為可能，而現有的傳統儲存形式則不太可能實現這一目標。”

事實上，類似TEXEL公司這樣的熱能儲存技術在國際上剛剛開始應用。Abengoa的卡諾電池、比爾蓋茨資助的熱電池Malta等幾個商業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反應的儲能裝置

據了解，TEXEL新技術基于美國薩凡納河國家實驗室（SRNL）授權的金屬氫化物研究，這些材料可以達到必要的工作溫度，以配合高效率的斯特林發動機功率轉換裝置，將熱量轉化為動力。

圖：熱化學電池的能量來源以及輸出均可以是熱能或電力

根據美國能源部對該技術展開的一項名為《提升電網靈活性和滲透性：金屬氫化物熱化學儲能與斯特林發動機集成用于電網儲能應用的技術經濟分析》的技術研究，這種熱電池項目在選址和申請許可方面與目前常規的蓄電池類似，但它的成本有望大大降低，約為常規蓄電池技術的四分之一。

上述研究引用了Lazard（全球著名的金融咨詢和資產管理公司）發布的相關數據——目前該熱電池成本為10美分—30美分/kWh，如果按照運行壽命25年—40年進行測算，其資本與運營成本將在2-7美分/kWh。

研究指出，新開發的TES材料的優點是由低成本、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鍵形式存在）。同時，建成的整個系統也不包含稀土和鉑族金屬，因此也不會阻礙技術的長期可持續性。

此外，將這些材料與斯特林發動機配對提供了一種高效的能源轉換途徑，且能夠接受各種熱輸入來為系統充電。同時，斯特林發動機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動機在沒有維護或性能下降的情況下連續運行了103000小時。此外，Kockums公司也已經證明了斯特林機可以實現多達18000小時的免維護運行時間；STC公司也證實了斯特林機可以實現穩定運行超過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）】之間轉移氫氣來運行，氫氣釋放并流動則通過加熱HTMH（系統吸熱）或者LTMH（系統放熱）來實現。

圖：TEXEL熱能儲存技術原理

系統儲熱時，高溫金屬氫化物（HTMH）床被加熱并釋放出氫氣，氫氣被連接導管輸送至低溫金屬氫化物（LTMH）床，并與LTMH反應。LTMH材料反應產生的低品味能量通過熱交換排出系統，以保持LTMH床中較低的溫度和較低的平衡壓力。

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

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。可逆金屬氫化物的平衡壓力隨溫度降低而降低，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——這項技術是循環的。使用這項技術時，我們不會消耗任何資源。我們只是在循環系統中來回推動氫氣。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展，因此也可以存儲更大容量或更長時間的電能。

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

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電場的能量，但我們也可以直接用其它任何熱源進行充電，比如光熱發電、生物質或氫氣。同時，這項技術還會在斯特林發動機運行過程中產生少量廢熱以及動力，但你可以嘗試利用多余的熱量，比如你可以將設備靠近建筑物，利用余熱來加熱水。當你有熱量但身處茫茫荒野中時將很難利用它，但是該技術的巨大優勢在于你可以將這些模塊帶進建筑物，也可以利用廢熱。”

據悉，目前ASU團隊正在探索各種規模的部署方案，大到電網規模，小到公寓樓。

圖：一種與光伏或風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構和監管環境，而這在不同國家/地區都會有所不同，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，并具有可擴展性。我們的初步分析表明，與鋰化學電池相比，較大規模的系統將具有更廣泛的成本優勢。因此，我們認為該技術更加適用于公用事業規模的太陽能發電廠，大型商業和工業客戶，數據中心，醫院，采礦或軍事基地。

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

總的來說，研究和部署經濟上可行的循環儲能技術至關重要，因為建立一個零排放的能源系統將是人類長期生存的必要條件。