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在熱電聯(lián)產(chǎn)廠中使用蓄熱的可能性，以支持可再生能源資源的整合
熱能儲(chǔ)存可以提高熱電聯(lián)產(chǎn)廠的運(yùn)行靈活性，更高水平地參與平衡電力市場。在區(qū)域供熱中，蓄熱是指將熱量以熱水等形式儲(chǔ)存，在常壓蓄熱系統(tǒng)中，水溫略低于沸點(diǎn)，約為 95°C 至 98°C。加壓水箱的水溫通常在 120°C 至 130°C 之間。這種儲(chǔ)水罐的體積從 100 立方米到 50 000 立方米不等，相當(dāng)于每個(gè)負(fù)載周期大約 10 兆瓦時(shí)（MWh）到 2 千兆瓦時(shí)（GWh）的儲(chǔ)熱量。
在大氣壓力下儲(chǔ)存能源的儲(chǔ)存設(shè)施投資成本相對低于加壓儲(chǔ)存設(shè)施。 不過，加壓存儲(chǔ)技術(shù)的單位體積具體存儲(chǔ)容量要高出 30% 至 40%。
如今，蓄熱設(shè)施的重點(diǎn)是減少高峰負(fù)荷鍋爐的運(yùn)行，避免成本高昂的重啟過程。 此外，在存在區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的情況下，熱價(jià)對熱電聯(lián)產(chǎn)廠商業(yè)模式的選擇也會(huì)產(chǎn)生重大影響。在可再生能源利用迅速增加的情況下，熱電聯(lián)產(chǎn)將主要以兩種策略運(yùn)行。
案例a高電價(jià)
高剩余負(fù)荷* 主要側(cè)重于電力生產(chǎn)，剩余熱量在可用時(shí)被輸送到區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)。然而，在許多熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施中，熱量和電力生產(chǎn)是硬性耦合的。因此，中度或低度的熱需求會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量下降。在這種情況下，蓄熱系統(tǒng)可以作為散熱器，在熱需求低時(shí)增加發(fā)電量（反之亦然）。
案例b低電價(jià)
低剩余負(fù)荷或負(fù)剩余負(fù)荷 在這種情況下，電價(jià)低于熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電成本。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)要么停機(jī)，要么以防止停機(jī)所需的最低水平運(yùn)行，任何熱量需求都由先前充好電的蓄熱系統(tǒng)來滿足。在這種情況下，如果電力沒有更高的應(yīng)用價(jià)值，熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施可替代性地集成輔助電加熱系統(tǒng)（電加熱）。將熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備、蓄熱設(shè)備和電力供熱系統(tǒng)結(jié)合起來，可將可再生能源產(chǎn)生的多余電力直接整合到區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)中。
優(yōu)勢堆疊
一種技術(shù)或系統(tǒng)通過提供多種兼容應(yīng)用獲得收益的能力被稱為 "效益堆疊"，是許多儲(chǔ)能技術(shù)價(jià)值主張的關(guān)鍵。兼容性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)技術(shù)在技術(shù)上提供和運(yùn)營管理效益堆棧中包含的應(yīng)用的能力。
可以從技術(shù)潛力的角度對某項(xiàng)技術(shù)是否適用于個(gè)別應(yīng)用進(jìn)行大致評估。對于蓄電而言，放電時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和額定功率是衡量其適用性的首要指標(biāo)。對于熱存儲(chǔ)，存儲(chǔ)輸出溫度和容量可作為確定特定應(yīng)用適用性的起點(diǎn)。在圖 1 中，功率要求與能量要求的關(guān)系圖說明了最適合某些應(yīng)用的組合。
如表 4 所示，還可以通過考慮當(dāng)前能源系統(tǒng)的特點(diǎn)來大致確定近期的適用性。
位置
能源存儲(chǔ)的部署可以在能源系統(tǒng)的供應(yīng)、傳輸和分配以及需求（最終用途）部分中實(shí)現(xiàn)（圖 2）。個(gè)別儲(chǔ)能技術(shù)的最佳部署位置取決于這些技術(shù)將為能源系統(tǒng)中的特定位置提供的服務(wù)。此外，智能電網(wǎng)和其他新型能源基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的引入也會(huì)影響未來儲(chǔ)能技術(shù)的最佳部署位置。圖 2 所示的假設(shè)儲(chǔ)能部署說明了在整個(gè)電力系統(tǒng)中廣泛部署各種儲(chǔ)能技術(shù)的情況。該示例包括在電網(wǎng)的供應(yīng)、輸配和需求部分的部署，以及不同規(guī)模和類型的儲(chǔ)能技術(shù)。
當(dāng)今儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀
目前，電力和熱能存儲(chǔ)技術(shù)處于不同的發(fā)展水平，從早期的研發(fā)階段到成熟的部署技術(shù)：《國際能源署技術(shù)路線圖：儲(chǔ)能技術(shù)附件》包括許多儲(chǔ)能技術(shù)的深入描述和項(xiàng)目實(shí)例。圖 3 顯示了一些關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)初始資本投資要求和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，以及其當(dāng)前的發(fā)展階段（即研發(fā)、示范和部署或商業(yè)化階段）。
目前的裝機(jī)容量
雖然有一些數(shù)據(jù)集對當(dāng)今能源系統(tǒng)中的儲(chǔ)能能力進(jìn)行了量化，但由于缺乏廣泛且可獲取的數(shù)據(jù)，以及對基準(zhǔn)線應(yīng)包括哪些內(nèi)容的定義存在沖突，因此試圖全面總結(jié)當(dāng)前全球儲(chǔ)能裝機(jī)容量的努力舉步維艱。如今，為一些國家（包括美國和日本以及歐洲的一些地區(qū)）的特定儲(chǔ)能技術(shù)子集建立基準(zhǔn)線要容易一些。
在這些情況下，可以找到大規(guī)模并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)顯示，目前全球電網(wǎng)至少安裝了 140 千兆瓦（GW）的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。其中絕大部分（99%）是 PSH 技術(shù)（圖 4）。另外 1%則包括電池、CAES、飛輪和氫儲(chǔ)能。
數(shù)據(jù)缺口依然存在，這對為當(dāng)前裝機(jī)容量建立可靠基線的嘗試以及分析聯(lián)網(wǎng)和離網(wǎng)系統(tǒng)未來潛力的工作提出了挑戰(zhàn)。尚未對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中分布式儲(chǔ)能的潛力進(jìn)行評估；不過，歐洲可再生能源中心 IA 最近就這一主題啟動(dòng)了一項(xiàng)新活動(dòng)（附件 28，"通過分布式儲(chǔ)能整合可再生能源"）。
就熱能儲(chǔ)存而言，目前最常見的技術(shù)之一是家用熱水箱。在澳大利亞、美國、中國和日本等多個(gè)國家，隨著公用事業(yè)公司尋求降低峰值負(fù)荷和消費(fèi)者尋求降低電費(fèi)，其他技術(shù)，如冰水和冷水儲(chǔ)存，也發(fā)揮著重要作用。在加拿大、德國和許多其他歐洲國家，地下熱能儲(chǔ)存（UTES）系統(tǒng)也經(jīng)常出現(xiàn)（見下文）。
有關(guān)熱能和電力存儲(chǔ)技術(shù)的簡要技術(shù)描述和現(xiàn)有項(xiàng)目實(shí)例，請參見國際能源署儲(chǔ)能技術(shù)附件。表 6 從幾個(gè)技術(shù)特征方面描述了一系列儲(chǔ)能技術(shù)。由于這些技術(shù)不能無損耗地存儲(chǔ)和釋放能量，因此表中包含了效率值。
儲(chǔ)能技術(shù)說明
抽水蓄能水力發(fā)電（PSH）系統(tǒng)利用海拔高度的變化來儲(chǔ)存非高峰期的電力，以供日后使用。在非高峰期，水從低處的水庫抽到高處的水庫。隨后，讓水流回較低的水庫，以類似于傳統(tǒng)水電站的方式發(fā)電。
地下熱能儲(chǔ)存（UTES）系統(tǒng)將加熱或冷卻后的水抽入地下，供日后用作供熱或制冷資源。這些系統(tǒng)包括含水層和鉆孔熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，將水抽入（或抽出）現(xiàn)有含水層或人造鉆孔。
壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）系統(tǒng)利用非峰值電力壓縮空氣，將其儲(chǔ)存在地下洞穴或儲(chǔ)氣罐中。這些空氣隨后被釋放到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器中，在用電高峰期發(fā)電。
地坑儲(chǔ)能系統(tǒng)使用淺坑，這些淺坑被挖開并填滿儲(chǔ)能介質(zhì)（通常是礫石和水），然后覆蓋一層絕緣材料。
熔鹽在室溫和大氣壓力下是固體，但在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生相變。這種液態(tài)鹽常用于在 CSP 設(shè)施中儲(chǔ)存熱量，以便隨后用于發(fā)電。
電池利用兩個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電子流動(dòng)。例如鋰電池（如鋰離子電池、鋰聚合物電池）、硫化鈉電池和鉛酸電池。
熱化學(xué)儲(chǔ)能利用可逆的化學(xué)反應(yīng)，以化合物的形式儲(chǔ)存熱能。根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)的特性，這種能量可在不同溫度下釋放。
化學(xué)儲(chǔ)氫利用氫作為能量載體，通過電解等方式儲(chǔ)存電能。電能經(jīng)過轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存，然后重新轉(zhuǎn)換為所需的最終使用形式（如電能、熱能或液體燃料）。
飛輪是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，可將電能儲(chǔ)存為旋轉(zhuǎn)能。 隨后，飛輪轉(zhuǎn)子減速，釋放出快速爆發(fā)的能量（即釋放功率大、持續(xù)時(shí)間短）。
超級電容器將能量儲(chǔ)存在相隔較小距離的兩塊導(dǎo)電板之間的大靜電場中。 利用這種技術(shù)可以快速儲(chǔ)存和釋放電能，從而產(chǎn)生短時(shí)間的能量爆發(fā)。
超導(dǎo)磁能儲(chǔ)能（SMES）系統(tǒng)將能量儲(chǔ)存在磁場中。 這個(gè)磁場是通過直流電流入超冷線圈產(chǎn)生的。在低溫超導(dǎo)材料中，電流幾乎不會(huì)遇到任何阻力，因此可以在超導(dǎo)線纜線圈中長時(shí)間循環(huán)而不會(huì)損失能量。
固體介質(zhì)儲(chǔ)能系統(tǒng)將能量儲(chǔ)存在固體材料中，以便日后用于加熱或冷卻。 在許多國家，電加熱器包括固體介質(zhì)存儲(chǔ)（如磚塊或混凝土），以幫助調(diào)節(jié)熱量需求。
冰蓄能是潛熱蓄能的一種形式，即能量儲(chǔ)存在一種材料中，這種材料在儲(chǔ)存和釋放能量的過程中會(huì)發(fā)生相變。相變是指介質(zhì)在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)變可以發(fā)生在任一方向（即從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)或反之），這取決于能量是被儲(chǔ)存還是被釋放。
