中国储能网讯:2月5日,中共广东省委办公厅、广东省人民政府办公厅正式发布《广东省建设现代化产业体系2025年行动计划》,其中提到,强化电化学储能产业集群优势,开展相变储能、飞轮储能、压缩空气储能等多元技术示范应用。
此前,已有两个城市明确推动相变储能技术应用,这也意味着,相变储能这一长时储能重要分支示范应用的步伐加速。
2024年7月,青岛市人民政府发布的《关于印发国家碳达峰试点(青岛)实施方案》要求,推动智能微电网、光储直柔、相变储能等技术在建筑领域的应用。
2024年9月,长春市科学技术局发布《长春市碳达峰碳中和科技创新行动方案》明确,探索超级电容储能、新能相变储能材料及混合储能技术、液流电池等技术的示范应用。
在储能的诸多技术路线中,储热是重要的储能形式之一,是指将热能储存在特定的介质中,并在需要时转化为电能或其他形式能源的技术。
储热技术又分为显热储能、相变储能、热化学储能。
相变储能通过自身物理相态转变过程中潜热的吸收和释放进行热能存储与供能。
这一储能技术的核心是相变储能材料,在物相变化过程中,可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量),从而达到控制环境温度和利用能量目的的材料。
相变材料吸收热量从固态变为液态,当释放热量时,由液变为固态。相变材料在熔化或凝固过程中虽然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大。伴随材料的相变过程,能量相应地被储存与释放。
相变材料又分为低温、中温、高温三类。
其中,低温相变材料主要是由有机相变材料组成,如石蜡、脂肪酸及其衍生物类、多元醇、聚乙烯类等。目前,低温相变材料在建筑物温度调控领域较为广泛的应用。
中高温相变材料主要由无机相变材料组成,大致分为无机盐类和合金类,其中无机盐相变材料具有更大的储热温区和更便宜的价格,因而在中高温储热领域具有更大的优势。
相变储能材料建立在相变的基础上,并依赖于热效应,因此其储能形式主要为热量,因此,相变储热又被称为潜热储热。
得益于潜热储热的方式,其储热过程近似恒温,具有优异的平衡性和稳定性。相变材料的储热过程可逆且寿命长,易于维护,单位能量储存成本介于显热储热和化学储热之间。
此外,由于相变本质上是一种物理变化,材料在使用过程中不易产生有害物质,具备较高的安全性。
相比于成本较高且依赖化学反应的化学储热,相变材料的优势更加明显,且在环保方面更符合新能源发展和“双碳”目标的要求。
目前,相变储能材料已经广泛应用于分时电价用户侧冷热储能、光热余热储能、电信基站、冷冻冷藏、零碳建筑、工业余热的回收利用、电力的“移峰填谷”、电子器件的冷却等。
尤其是在全球能源转型和构建新型电力系统的过程中,相变储能材料可以直接应用于“调峰填谷”技术,在电力需求高峰时段,利用低谷电价时段吸收电网过剩的电能,将其转化为潜热储存,当电力需求增加时,则可以释放储存的潜热,供应给电网,从而平衡电力供需差异。
另外,随着长时储能需求增多,储热凭借其独特优势,将在这一赛道占据着越来越重要的地位。
作为储热技术的分支,相变储能的优势也将更加凸显,包括具备长时储能能力,能够有效满足不同时段的能源需求;其灵活的应用环境适应性使其能够在多种条件下运行;相比于其他储能方式,相变储能具有更为经济的应用成本,以及较低的火灾和爆炸风险等。
其实,从政策支持层面看,相变储能并非新鲜事物,政策支持力度和方向也逐渐加大和清晰。
2017年,国家发改委、财政部、科技部、工信部和国家能源局就联合发布了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》(简称《意见》),其中提到,要集中攻关包括相变储热材料与高温储热技术及储能系统集成技术在内的储能技术和材料、试验示范一批包括大容量新型熔盐储热装置在内的具有产业化潜力的储能技术和装备。
2020年,教育部、国家发改委、国家能源局联合发文决定实施储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024年),其中提到,重点推进压缩空气储能、化学储能、各类新型电池、燃料电池、相变储能、储氢、相变材料等基础理论研究,强化储能技术的原始创新能力,为开发高效率、低成本、安全可靠的大规模储能系统提供理论支撑。
2023年8月,国家能源局对于《关于大力发展热储能电能智慧供热,实现供热电能化的提案》进行了答复,对于相变储能,国家能源局在回复中也重点表明,支持电力企业开展高效电转热、相变蓄热站优化运行与协同控制、电网-热网耦合的市政供暖、电采暖负荷参与电网互动响应等技术研究与示范应用。
2024年1月,工信部等十部门联合印发《绿色建材产业高质量发展实施方案》(以下简称“方案”),在《方案》重点任务中提出,围绕低碳零碳 负碳工程、绿色低碳建造等需求,发展新型低碳胶凝材料、 低(无)挥发性有机物(VOCs)含量材料、相变储能材料、 固碳材料、全固废胶凝材料等新型绿色建材。
2024年12月,中国工程院发布的《全球工程前沿2024》报告,相变储能被正式列入2024年全球工程研究前沿榜单。
这表明,作为一种极具潜力的新型储能技术,相变储能在冷热能储存以及谷时段电力的热转化应用等诸多关键领域扮演着至关重要的角色,对于我国解决清洁供能和电力调峰等重大问题具有极其深远的意义。
从产业链情况看,中国化学赛鼎工程有限公司、相变储能(北京)科技有限公司、零碳未来(重庆)能源发展有限公司、北京宇田相变储能科技有限公司等一批专注于新型功能相变材料研发、生产及销售的企业正在崛起。
2024年12月,由中国化学赛鼎工程有限公司建设的清徐相变储能材料生产基地首车产品顺利装车出厂,正式交付客户。
该项目总投资2.5亿元,分两期建设,一期建设相变材料生产装置,二期规划建设相变凝胶和相变微胶囊生产装置,建成投运后可年产3万吨有机相变储能材料,是目前国内最大有机相变储能材料生产项目。
近半年来,广东、济南、长春相继发文明确开展相变储能技术示范应用势必助推这项长时储能技术的重要分支进入发展的快车道。
尽管如此,相变储能未来的发展仍面临一系列挑战,包括如何进一步提高储热密度和储热效率、降低系统初始投资成本,以及优化系统设计以增强系统的可靠性和安全性等诸多问题。