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一些初創(chuàng)公司認為，對于許多高碳排放的國家來說，能夠儲存熱量的磚塊可能是實現(xiàn)能源可再生化的關鍵。

無論是生產(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，而我們熟知的風能和太陽能，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，并將其儲存在成堆的磚塊中。這些系統(tǒng)有的并不復雜，其設計甚至稱得上簡單，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。

今年早些時候，加州進行了一場有關蓄熱系統(tǒng)的演示，其他測試系統(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。

未來的“烤面包機”

蓄熱電池（系統(tǒng)）的關鍵潛力是它們的簡單性。加州熱能存儲初創(chuàng)公司 Rondo Energy 公司的 CEO 約翰·奧唐納（John O’Donnell）說：“如果你想達到更大的規(guī)模，那么每個人都應該認可它既可靠，又無趣。”

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商業(yè)試點項目。它本質上是一堆精心設計的磚塊。在 Rondo 的系統(tǒng)中，電能會經(jīng)過一個加熱元件，在那里它被轉化為熱量。奧唐納說，這和烤面包機使用的機制是一樣的，只是尺寸更大、溫度更高。熱量會通過磚塊堆散發(fā)出來，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數(shù)小時，甚至數(shù)天。當需要使用捕獲的熱量時，再用風扇將空氣吹過磚塊。當空氣通過縫隙時，其溫度最高可升至 1000 攝氏度。奧唐納說，如何使用這些熱量將取決于商業(yè)過程，許多設施可能會利用它將水轉化為高壓蒸汽。

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

許多工業(yè)流程每天 24 小時運行，所以它們需要持續(xù)加熱。通過嚴格控制傳熱過程，Rondo 的系統(tǒng)可以快速充電，可以在短時間內充分利用可再生能源的廉價特性。這家初創(chuàng)公司的電池可能需要大約 4 個小時充電，才能晝夜不停地提供熱量。

“海量”的熱能

蓄熱技術面臨的主要挑戰(zhàn)之一將是建立足夠的系統(tǒng)來滿足重工業(yè)巨大的能源需求。ClimateWorks 的行業(yè)高級總監(jiān)麗貝卡·戴爾（Rebecca Dell）說，該行業(yè)使用了“海量”的熱能。在工業(yè)領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)過程提供動力的最經(jīng)濟的方式，但風能和太陽能的價格在過去幾十年里下降了 90% 以上。戴爾表示，這為電力在整個行業(yè)發(fā)揮更大作用打開了大門。奧唐納說：“我們正處于這個重要的時刻，我們可以停止燃燒物質來獲取熱量，還能讓熱量獲取更便宜。”

要想在工業(yè)中使用廉價的可再生能源，還有其他的潛在選擇。一些設施可以調整為直接使用電力，而不是高溫。例如，一些公司正在研究用電化學工藝來制造水泥和鋼鐵，盡管替換現(xiàn)有工廠的所有基礎設施可能需要幾十年的時間。利用電力產(chǎn)生氫氣是另一種潛在的途徑，因為氫氣反過來可以用來燃燒發(fā)電，但在許多情況下，它仍然成本過高，而且效率低下。

任何滿足工業(yè)領域巨大熱量需求的努力都需要大幅擴大發(fā)電規(guī)模。戴爾說，一個標準的水泥廠需要持續(xù)使用大約 250 兆瓦的能源，主要以熱量的形式維持。這相當于大約 25 萬戶居民所用的電力，因此為一個大型工業(yè)設施通供電意味著增加相當于一個小城市的電力需求。

一次一塊磚

Rondo 并不是唯一一個尋求在工業(yè)領域中部署蓄熱系統(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)始人兼首席運營官賈斯汀·布里格斯（Justin Briggs）說：“這超級簡單，簡直就像是實體積木。”

Antora 的系統(tǒng)不會使用單獨的加熱元件（Rondo 系統(tǒng)里的“烤面包機線圈”）將電力轉化為熱量，而是使用碳塊作為電阻性加熱器，這樣它們就會產(chǎn)生和儲存熱量。

布里格斯解釋說，這可以降低成本和復雜性。但這一選擇也意味著該系統(tǒng)需要更強的密封性，因為石墨和其他形式的碳可以高溫空氣中降解。

Antora 計劃不僅為工業(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——類似于太陽能電池板的設備。Antora 的設備可以捕獲從熱碳塊輻射出來的熱量，將其轉化為電能。

雖然熱存儲系統(tǒng)的效率可以超過 90%，但將熱量轉化為電力要困難得多。Antora 的設備在供電時的效率下降到不到 50%，與目前使用的許多傳統(tǒng)燃氣渦輪機一樣。Antora 目前正在加州弗雷斯諾建造其第一個試點系統(tǒng)。該系統(tǒng)將達到一個集裝箱的大小，并將在今年晚些時候投入使用。

即使使用商業(yè)上成熟的材料，蓄熱系統(tǒng)也需要一段時間才能向制造商證明其作用，并對工業(yè)排放產(chǎn)生有意義的影響。但這項技術可能成為一個新的、氣候友好型工業(yè)領域的基石。奧唐納說：“我們擁有向零碳經(jīng)濟轉型所需的所有工具。現(xiàn)在是時候建造它們了。” 

原標題：磚塊也能儲能？美國初創(chuàng)公司打造新型儲能系統(tǒng)，原理類似烤面包機