随着我们努力应对气候变化，对增加可再生能源依赖的需求不断涌现。最新的 COP28 协议明确提出了要求：到 2030 年将可再生能源装机容量增加两倍，并将能效改善提高一倍。这是一个大胆但必要的目标，才能在所需的时间范围内接近实现净零排放。
一个经常被忽视的话题是如何最好地管理可再生能源供应的不可预测性。而当这一话题被讨论时，通常聚焦于配电和国家电力供应等高层级问题。然而，电网输配电网络的扩建可能需要长达 15 年才能见效。鉴于限制气候变化影响需要立即采取行动，迫切需要超越集中式发电，着眼于本地化热能生产。
风能和太阳能资源供应的高峰和低谷，以及随着热能电气化而大幅增加的需求，意味着有必要寻找电力和热力部门之间新的协同机会。
储热（TES）和其他形式的长时储能（LDES）是最大化利用不断变化局势潜力的两条有前景的途径。
在我们继续迈向更可持续未来的旅程中，采用储热方法的必要性显而易见。随着技术的发展来满足这一需求，值得考虑这些选择可能对我们环境产生的更广泛影响，而不仅仅是资本成本、效率和能量输出等因素。在此，我们审视两种替代方案并考虑其中的一些问题。
用于供热的储能：传统电池
如今，最常见的热能储存形式是通过相变材料（PCM）进行的显热和潜热储存，以及热化学储存。电化学储存选项分为两类：电容器和电池。虽然电容器比电池具有更高的效率和更长的使用寿命，但其单位质量的电荷容量要低得多。
电池也是储能系统中大量研究的主题，包括与可再生能源技术系统的集成。 磷酸铁锂电池（LIPB）一直是多项评估其使用的研究对象，例如用于风力发电场储存风力不足时使用的能源。当使用多个电池时，其效率会显著提高，允许完成完整的充放电循环。 其他论文则侧重于改善其效率，例如通过使用加热垫控制其工作温度，或者通过生命周期评估（LCA）研究其对环境的影响。
一种新的替代方案：SteamBattery
在 Spirax Sarco，我们与 Chromalox 的同事共同开发了一种创新形式的储热技术：SteamBattery。它将浸入式电加热器产生的热量以高压热水的形式储存在隔热良好的容器中。
当需要从 SteamBattery 中提取蒸汽时，蒸汽从容器的气相空间取出，可以直接作为蒸汽使用，也可以通过换热器间接连接到”湿式”供暖系统。冷凝后的蒸汽返回容器。随着蒸汽的使用，压力下降，直到 SteamBattery 完全放电。 它通过浸入式电加热器重新充电，该加热器能够使用直接来自可再生能源的电力，或者在低成本可再生能源可用时使用电网电力。它可以同时放电蒸汽和充电，这使其在使用方式和作为缓冲储存方面具有灵活性。能够在 8 小时内完成充电，可以在夜间完成。
考虑更广泛的环境影响
利用现有的 LIPB 文献以及我们的模型，结合 SteamBattery 的现有研究，我们旨在比较这两种储能解决方案的环境影响。由于 LIPB 研究设定的边界条件，存在一些局限性；特别是采用从摇篮到大门的方法，未考虑运输或寿命终止时的处置。
在确定系统边界后，可以评估一系列比较性环境影响。由于 LIPB 研究和 SteamBattery 研究使用的模型存在差异，我们发现 LIPB 研究中的 18 项指标中有 10 项可以进行直接比较。
温室气体（GHG）：
这些与气候变化影响最为相关，以千克二氧化碳当量衡量。结果显示，SteamBattery 在整个使用寿命期间每储存 1000 千瓦时能量排放 8.58 千克二氧化碳当量，而 LIPB 在整个使用寿命期间每储存 1000 千瓦时能量排放 16.10 千克二氧化碳当量。实际上，SteamBattery 在整个使用寿命期间的二氧化碳排放量仅为 LIPB 的一半。
对生态系统的影响：
我们考察了六个环境影响类别，包括涵盖海洋和淡水环境中的生态毒性和富营养化，以及陆地环境中的酸化和生态毒性。对于淡水和海洋环境，发现 SteamBattery 的影响比 LIPB 低 95%。这主要是由于 LIPB 所需的阴极板制造工艺造成的。
在考察陆地影响时，情况有所不同。SteamBattery 的二氧化硫产生量比 LIPB 低 83%。然而，其二氯苯当量高于 LIPB。更仔细的检查，考虑到两种产品在不同环境类别中的影响负荷，得出结论认为这是一个潜在的改进领域，而不是一个严重的缺陷。
评估进一步凸显了 SteamBattery 对自然资源（如化石燃料和水）的影响较小。值得注意的是，最高环境负荷主要与 LIPB 相关，特别是在海洋和淡水生态毒性方面，而 SteamBattery 最显著的影响在陆地生态毒性方面要低得多。
随着对可持续蒸汽系统需求的增长，有一个明确的要求——不仅要考虑避免使用化石燃料。地球的韧性和未来取决于许多其他因素，环境考虑位居前列。 这项初步研究表明，在做出最终决定之前，应始终对潜在选择进行全面的调查。
来源：
Borbala Rebeka David, Sean Spencer, Jeremy Miller, Sulaiman Almahmoud, Hussam Jouhara:(Comparative environmental life cycle assessment of conventional energy storage system and innovative thermal energy storage system,2021).