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一些初創(chuàng)公司認(rèn)為，對(duì)于許多高碳排放的國(guó)家來(lái)說(shuō)，能夠儲(chǔ)存熱量的磚塊可能是實(shí)現(xiàn)能源可再生化的關(guān)鍵。

無(wú)論是生產(chǎn)鋼鐵還是制作嬰兒食品，許多產(chǎn)品制造行業(yè)都需要大量的熱量——目前大部分熱量都是通過(guò)燃燒天然氣等化石燃料產(chǎn)生的。重工業(yè)約占全球排放量的四分之一，而我們熟知的風(fēng)能和太陽(yáng)能，雖然產(chǎn)生的溫室氣體較少，但它們并不能持續(xù)產(chǎn)生工廠生產(chǎn)其產(chǎn)品所需的熱量。

越來(lái)越多的公司正在努力部署一種系統(tǒng)，可以捕獲清潔電力產(chǎn)生的熱量，并將其儲(chǔ)存在成堆的磚塊中。這些系統(tǒng)有的并不復(fù)雜，其設(shè)計(jì)甚至稱得上簡(jiǎn)單，所用材料也已經(jīng)商用多年，它們可以在任何需要的地方快速建造。

今年早些時(shí)候，加州進(jìn)行了一場(chǎng)有關(guān)蓄熱系統(tǒng)的演示，其他測(cè)試系統(tǒng)也正緊鑼密鼓地鋪開。盡管蓄熱系統(tǒng)還處于早期階段，但它們有潛力幫助工業(yè)擺脫化石燃料。

未來(lái)的“烤面包機(jī)”

蓄熱電池（系統(tǒng)）的關(guān)鍵潛力是它們的簡(jiǎn)單性。加州熱能存儲(chǔ)初創(chuàng)公司 Rondo Energy 公司的 CEO 約翰·奧唐納（John O’Donnell）說(shuō)：“如果你想達(dá)到更大的規(guī)模，那么每個(gè)人都應(yīng)該認(rèn)可它既可靠，又無(wú)趣。”

2023 年 3 月，這家初創(chuàng)公司在加州的一家乙醇工廠部署了首個(gè)商業(yè)試點(diǎn)項(xiàng)目。它本質(zhì)上是一堆精心設(shè)計(jì)的磚塊。在 Rondo 的系統(tǒng)中，電能會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)加熱元件，在那里它被轉(zhuǎn)化為熱量。奧唐納說(shuō)，這和烤面包機(jī)使用的機(jī)制是一樣的，只是尺寸更大、溫度更高。熱量會(huì)通過(guò)磚塊堆散發(fā)出來(lái)，使它們升溫到 1500 攝氏度以上。

磚塊所在的絕緣鋼容器可以讓它們保持高溫?cái)?shù)小時(shí)，甚至數(shù)天。當(dāng)需要使用捕獲的熱量時(shí)，再用風(fēng)扇將空氣吹過(guò)磚塊。當(dāng)空氣通過(guò)縫隙時(shí)，其溫度最高可升至 1000 攝氏度。奧唐納說(shuō)，如何使用這些熱量將取決于商業(yè)過(guò)程，許多設(shè)施可能會(huì)利用它將水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽。

Rondo 在加州一家生物燃料工廠的試點(diǎn)項(xiàng)目中，生產(chǎn)乙醇的發(fā)酵過(guò)程中會(huì)用到生成的蒸汽。許多其他工業(yè)過(guò)程使用蒸汽來(lái)控制反應(yīng)器中的溫度或者用于凈化過(guò)程。蓄熱系統(tǒng)也可用于目前不使用蒸汽的高溫制造過(guò)程，比如水泥和鋼鐵生產(chǎn)，它們所需的溫度也超過(guò) 1000 攝氏度。

許多工業(yè)流程每天 24 小時(shí)運(yùn)行，所以它們需要持續(xù)加熱。通過(guò)嚴(yán)格控制傳熱過(guò)程，Rondo 的系統(tǒng)可以快速充電，可以在短時(shí)間內(nèi)充分利用可再生能源的廉價(jià)特性。這家初創(chuàng)公司的電池可能需要大約 4 個(gè)小時(shí)充電，才能晝夜不停地提供熱量。

“海量”的熱能

蓄熱技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一將是建立足夠的系統(tǒng)來(lái)滿足重工業(yè)巨大的能源需求。ClimateWorks 的行業(yè)高級(jí)總監(jiān)麗貝卡·戴爾（Rebecca Dell）說(shuō)，該行業(yè)使用了“海量”的熱能。在工業(yè)領(lǐng)域每年使用的能量中，大約四分之三是熱量形式的，剩下的四分之一才是電力，而工業(yè)熱能約占全球能源需求的 20%。

顯而易見的是，化石燃料是為這些大規(guī)模工業(yè)過(guò)程提供動(dòng)力的最經(jīng)濟(jì)的方式，但風(fēng)能和太陽(yáng)能的價(jià)格在過(guò)去幾十年里下降了 90% 以上。戴爾表示，這為電力在整個(gè)行業(yè)發(fā)揮更大作用打開了大門。奧唐納說(shuō)：“我們正處于這個(gè)重要的時(shí)刻，我們可以停止燃燒物質(zhì)來(lái)獲取熱量，還能讓熱量獲取更便宜。”

要想在工業(yè)中使用廉價(jià)的可再生能源，還有其他的潛在選擇。一些設(shè)施可以調(diào)整為直接使用電力，而不是高溫。例如，一些公司正在研究用電化學(xué)工藝來(lái)制造水泥和鋼鐵，盡管替換現(xiàn)有工廠的所有基礎(chǔ)設(shè)施可能需要幾十年的時(shí)間。利用電力產(chǎn)生氫氣是另一種潛在的途徑，因?yàn)闅錃夥催^(guò)來(lái)可以用來(lái)燃燒發(fā)電，但在許多情況下，它仍然成本過(guò)高，而且效率低下。

任何滿足工業(yè)領(lǐng)域巨大熱量需求的努力都需要大幅擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。戴爾說(shuō)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的水泥廠需要持續(xù)使用大約 250 兆瓦的能源，主要以熱量的形式維持。這相當(dāng)于大約 25 萬(wàn)戶居民所用的電力，因此為一個(gè)大型工業(yè)設(shè)施通供電意味著增加相當(dāng)于一個(gè)小城市的電力需求。

一次一塊磚

Rondo 并不是唯一一個(gè)尋求在工業(yè)領(lǐng)域中部署蓄熱系統(tǒng)的公司?？偛课挥诩又莸?Antora Energy 公司正在利用碳建造蓄熱系統(tǒng)，其聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營(yíng)官賈斯汀·布里格斯（Justin Briggs）說(shuō)：“這超級(jí)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)直就像是實(shí)體積木。”

Antora 的系統(tǒng)不會(huì)使用單獨(dú)的加熱元件（Rondo 系統(tǒng)里的“烤面包機(jī)線圈”）將電力轉(zhuǎn)化為熱量，而是使用碳?jí)K作為電阻性加熱器，這樣它們就會(huì)產(chǎn)生和儲(chǔ)存熱量。

布里格斯解釋說(shuō)，這可以降低成本和復(fù)雜性。但這一選擇也意味著該系統(tǒng)需要更強(qiáng)的密封性，因?yàn)槭推渌问降奶伎梢愿邷乜諝庵薪到狻?br />
Antora 計(jì)劃不僅為工業(yè)提供熱量，還要提供電力。這家初創(chuàng)公司的方法依賴于熱光伏——類似于太陽(yáng)能電池板的設(shè)備。Antora 的設(shè)備可以捕獲從熱碳?jí)K輻射出來(lái)的熱量，將其轉(zhuǎn)化為電能。

雖然熱存儲(chǔ)系統(tǒng)的效率可以超過(guò) 90%，但將熱量轉(zhuǎn)化為電力要困難得多。Antora 的設(shè)備在供電時(shí)的效率下降到不到 50%，與目前使用的許多傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪機(jī)一樣。Antora 目前正在加州弗雷斯諾建造其第一個(gè)試點(diǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將達(dá)到一個(gè)集裝箱的大小，并將在今年晚些時(shí)候投入使用。

即使使用商業(yè)上成熟的材料，蓄熱系統(tǒng)也需要一段時(shí)間才能向制造商證明其作用，并對(duì)工業(yè)排放產(chǎn)生有意義的影響。但這項(xiàng)技術(shù)可能成為一個(gè)新的、氣候友好型工業(yè)領(lǐng)域的基石。奧唐納說(shuō)：“我們擁有向零碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型所需的所有工具?，F(xiàn)在是時(shí)候建造它們了。” 

原標(biāo)題：磚塊也能儲(chǔ)能？美國(guó)初創(chuàng)公司打造新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，原理類似烤面包機(jī)