CSPPLAZA光热发电网讯：据外媒报道，瑞典TEXEL公司已成功开发出一种基于金属氢化物、可由电加热充电的热能储存装置，可用于储能以及向电网提供电力，未来计划在美国将该技术推向市场化应用。

据悉，TEXEL公司最初将应用市场聚焦在光热发电领域，后来发现该技术在电池储能方面具备较大的潜在经济优势，最终开始专注于独立的热能存储研究。

目前，TEXEL已经与澳大利亚的柯廷大学和美国的亚利桑那州立大学（ASU）建立了合作伙伴关系，正在进行引入中试规模之前的市场可行性验证。ASU助理教授Nathan Johnson正在领导一个在多个市场部署存储系统的成本分析团队，预计下个月可出结果，将可为潜在的公用事业规模的试点项目做准备。

Johnson表示：“ASU校园内的微网格试验台将为该技术从验证分析走向试点项目建设奠定良好的基础。我们现在正在进行市场竞争分析，这将有助于我们在第一个试点项目中与公用事业公司和其他大型能源客户更好地交流互动，并确定更多的商业机会和优势。我们现在正在估算美国市场上一系列部署选项的成本，通过增加储存类型和商业模式，这项技术使可再生能源获得更高的渗透率成为可能，而现有的传统储存形式则不太可能实现这一目标。”

事实上，类似TEXEL公司这样的热能储存技术在国际上刚刚开始应用。Abengoa的卡诺电池、比尔盖茨资助的热电池Malta等几个商业热电池项目在欧洲只是刚刚起步，美国国家可再生能源实验室(NREL)则正处于探索另一种热电池概念的最后阶段，该概念可能会被改造到退役的燃煤电厂上。

第一个基于金属氢化物热化学反应的储能装置

据了解，TEXEL新技术基于美国萨凡纳河国家实验室（SRNL）授权的金属氢化物研究，这些材料可以达到必要的工作温度，以配合高效率的斯特林发动机功率转换装置，将热量转化为动力。

图：热化学电池的能量来源以及输出均可以是热能或电力

根据美国能源部对该技术展开的一项名为《提升电网灵活性和渗透性：金属氢化物热化学储能与斯特林发动机集成用于电网储能应用的技术经济分析》的技术研究，这种热电池项目在选址和申请许可方面与目前常规的蓄电池类似，但它的成本有望大大降低，约为常规蓄电池技术的四分之一。

上述研究引用了Lazard（全球著名的金融咨询和资产管理公司）发布的相关数据——目前该热电池成本为10美分—30美分/kWh，如果按照运行寿命25年—40年进行测算，其资本与运营成本将在2-7美分/kWh。

研究指出，新开发的TES材料的优点是由低成本、易获取的元素制成，这些元素可以在600-750°C的高温条件下工作。这些材料比常见的潜热和显热材料（如熔盐）更具优势，因为它们具有非腐蚀性，且显著地提高了能量密度，并且能够几乎无限期地储存热能（因为能量直接以化学键形式存在）。同时，建成的整个系统也不包含稀土和铂族金属，因此也不会阻碍技术的长期可持续性。

此外，将这些材料与斯特林发动机配对提供了一种高效的能源转换途径，且能够接受各种热输入来为系统充电。同时，斯特林发动机的使用寿命近年来也在迅速提高。2016年，美国航天局展示了他们的两个斯特林发动机在没有维护或性能下降的情况下连续运行了103000小时。此外，Kockums公司也已经证明了斯特林机可以实现多达18000小时的免维护运行时间；STC公司也证实了斯特林机可以实现稳定运行超过67000小时。

工作原理

TEXEL基于可逆金属氢化物的热能储存系统主要通过在两个金属氢化物床【高温金属氢化物（HTMH）和低温金属氢化物（LTMH）】之间转移氢气来运行，氢气释放并流动则通过加热HTMH（系统吸热）或者LTMH（系统放热）来实现。

图：TEXEL热能储存技术原理

系统储热时，高温金属氢化物（HTMH）床被加热并释放出氢气，氢气被连接导管输送至低温金属氢化物（LTMH）床，并与LTMH反应。LTMH材料反应产生的低品味能量通过热交换排出系统，以保持LTMH床中较低的温度和较低的平衡压力。

系统往外放热时，通过提高LTMH床的温度以释放氢气，氢气被连通导管输送至高温金属氢化物（HTMH）床，并与HTMH反应，由于该反应的焓值较高，会产生大量热量。热量可以直接利用，也可以由斯特林机等装置转化为机械能或电能进行输出。

金属氢化物材料的平衡压力是氢气吸收（放热）和释放（吸热）速率相等时的压力。可逆金属氢化物的平衡压力随温度降低而降低，而随温度升高而升高。

高温金属氢化物（HTMH）床所含的材料在所需的操作温度下具有高焓值（反应热）和合理的平衡压力（≤60 bar），低温金属氢化物（LTMH）在较低的工作温度下具有较低的焓值和相称的平衡压力。

Lars Jacobsson表示，对我们来说最重要的是——这项技术是循环的。使用这项技术时，我们不会消耗任何资源。我们只是在循环系统中来回推动氢气。而且它不使用稀土，没有锂，也没有钴。为了能够摆脱化石燃料，我们需要能够以低成本存储能量超过12小时且可持续的解决方案。

像蓄电池一样容易部署

这种热能储存装置可以简单地用集装箱运输，并具有与蓄电池相同的模块化安装方法，使其更加易于部署和可扩展，因此也可以存储更大容量或更长时间的电能。

据TEXEL CEO Lars Jacobsson介绍，一台容量为3.6MWh的机组（可储存10小时功率为360kWh系统的能量）可装在一个40英尺的集装箱内。

Lars Jacobsson指出：“这是一种电池，但它既可以充电，也可以充热，因此我们可以储存光伏发电场的能量，但我们也可以直接用其它任何热源进行充电，比如光热发电、生物质或氢气。同时，这项技术还会在斯特林发动机运行过程中产生少量废热以及动力，但你可以尝试利用多余的热量，比如你可以将设备靠近建筑物，利用余热来加热水。当你有热量但身处茫茫荒野中时将很难利用它，但是该技术的巨大优势在于你可以将这些模块带进建筑物，也可以利用废热。”

据悉，目前ASU团队正在探索各种规模的部署方案，大到电网规模，小到公寓楼。

图：一种与光伏或风电配套储存间歇能源的部署方案

Lars Jacobsson表示，这在一定程度上取决于成本结构和监管环境，而这在不同国家/地区都会有所不同，甚至同一国家不同的州也可能有所不同。因为最小单元只有30千瓦，所以你可以选择1个、10个或100个，并且它们可以模块化的方式组合在一起，并具有可扩展性。我们的初步分析表明，与锂化学电池相比，较大规模的系统将具有更广泛的成本优势。因此，我们认为该技术更加适用于公用事业规模的太阳能发电厂，大型商业和工业客户，数据中心，医院，采矿或军事基地。

Lars Jacobsson强调，与蓄电池相比，这种技术的成本效益在规模越大的情况下越明显，比如它可以与现有的1000MW或规模更大的核电站进行配套，使后者永远保持电力供应，更好地适应可再生能源比例越来越高的电网，同时使核能成为更灵活的资源，以更好解决光伏和风电的间歇性问题。

总的来说，研究和部署经济上可行的循环储能技术至关重要，因为建立一个零排放的能源系统将是人类长期生存的必要条件。