在可再生能源的利用中，不可回避的是可再生能源的季節(jié)波動(dòng)性和不穩(wěn)定性。
隨著風(fēng)電、光電等可再生能源的推廣和普及，兩大矛盾日益突出：一是可再生能源供給的不穩(wěn)定性和需求穩(wěn)定性之間的矛盾；二是太陽(yáng)能季節(jié)分布和能耗需求季節(jié)分布之間不匹配的矛盾。
如何解決可再生能源供需不平衡的問題？在可再生能源裝機(jī)量上升，火電逐漸退為配角的環(huán)境下，儲(chǔ)能技術(shù)將成為可再生能源并網(wǎng)的潤(rùn)滑劑和緩沖墻。而在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，能滿足“夏儲(chǔ)冬用”的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)熱技術(shù)則是解決季節(jié)供需不平衡問題的不二法寶。
跨季節(jié)儲(chǔ)熱解決供需矛盾
利用太陽(yáng)能進(jìn)行供熱，太陽(yáng)能資源冬天少，夏天盈余；能源需求則是相反，采暖需求在冬天比較旺盛。因此，需要一種能源的儲(chǔ)存方式，將夏季盈余的太陽(yáng)能資源儲(chǔ)存到冬季使用。跨季節(jié)儲(chǔ)熱正是解決上述兩大矛盾的關(guān)鍵技術(shù)。
通過大容量?jī)?chǔ)熱技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)熱電解耦，增加火電廠靈活性，同時(shí)可以將風(fēng)電、光電、光熱、熱泵等多種能源有機(jī)耦合，實(shí)現(xiàn)能源的長(zhǎng)期高效存儲(chǔ)，達(dá)到最優(yōu)化清潔供熱供電的目的。
在上圖中，通過太陽(yáng)能集熱器給跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體加熱，熱電聯(lián)產(chǎn)的余熱也可以儲(chǔ)存在跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體中，通過熱泵可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱水體的熱量充分回收和利用，實(shí)現(xiàn)可再生能源供熱的目標(biāo)，同時(shí)提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
增大儲(chǔ)熱體體積可有效降本
目前，世界前沿的跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)主要包括鋼罐、大容積水池儲(chǔ)熱、土壤源儲(chǔ)熱體、地下水體儲(chǔ)熱、大型相變儲(chǔ)熱。
其中，鋼罐儲(chǔ)熱并不是嚴(yán)格意義上的跨季節(jié)儲(chǔ)熱。鋼罐儲(chǔ)熱技術(shù)有其特殊性，適用的儲(chǔ)熱體積一般不大于7000立方米，如果繼續(xù)增加儲(chǔ)熱體體積，相關(guān)的投資、系統(tǒng)的費(fèi)用等將大幅增加。一般在北歐國(guó)家鋼罐體積在7000立方米以內(nèi)。
而對(duì)于常規(guī)的儲(chǔ)熱技術(shù)而言，儲(chǔ)熱體的大型化是發(fā)展趨勢(shì)。隨著儲(chǔ)熱體積的增大，單位儲(chǔ)熱體造價(jià)降低的同時(shí)儲(chǔ)熱性能大幅提高，單位儲(chǔ)熱體對(duì)應(yīng)的散熱表面積在快速降低。
當(dāng)儲(chǔ)熱體體積從100立方米增加到10萬立方米，單位儲(chǔ)熱體對(duì)應(yīng)的散熱表面積降低到1/12，同時(shí)造價(jià)也在大幅下降，達(dá)到1/25。因此，對(duì)于跨季節(jié)儲(chǔ)熱項(xiàng)目而言，儲(chǔ)熱體體積越大，經(jīng)濟(jì)性越好。
丹麥的跨季節(jié)相變儲(chǔ)熱應(yīng)用
丹麥科技大學(xué)非常重視高性能儲(chǔ)熱技術(shù)的研究與示范，早在1983年就建立了世界首例500立方米大型儲(chǔ)熱水體，在學(xué)術(shù)界引起了轟動(dòng)。
丹麥?zhǔn)侨蜃钤缤苿?dòng)太陽(yáng)能相變儲(chǔ)熱區(qū)域供熱的國(guó)家，也是當(dāng)今世界上最大的太陽(yáng)能相變儲(chǔ)熱區(qū)域供熱市場(chǎng)。早在1983年，丹麥科技大學(xué)就建立了世界首例500立方米大型儲(chǔ)熱水體，在學(xué)術(shù)界引起了轟動(dòng)。
2016年底，丹麥的大型太陽(yáng)能相變儲(chǔ)熱區(qū)域供熱系統(tǒng)集熱器安裝量占全球該類系統(tǒng)的80%，約131.8萬平方米，總?cè)萘?22MWth，太陽(yáng)能相變儲(chǔ)熱區(qū)域供熱廠數(shù)量110個(gè)。此外，規(guī)劃的太陽(yáng)能相變儲(chǔ)熱區(qū)域供熱集熱器面積達(dá)到269.2萬平方米。
丹麥的跨季節(jié)相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)大多數(shù)屬于熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐+太陽(yáng)能+相變儲(chǔ)熱+區(qū)域供熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的有效消納和火電廠調(diào)峰負(fù)荷的降低。目前，丹麥大型相變儲(chǔ)熱區(qū)域供熱技術(shù)發(fā)展較為成熟。
發(fā)展跨季節(jié)儲(chǔ)熱是碳中和的必經(jīng)之路
目前，我國(guó)正在大力實(shí)施和發(fā)展清潔供熱，但煤改電、煤改氣大規(guī)模推廣有一定弊端：熱電廠以熱定電，夏季產(chǎn)能閑置，造成資源浪費(fèi)；熱電解耦特性限制了電廠調(diào)峰能力，不利于推廣可再生能源發(fā)電。
因此，儲(chǔ)熱、尤其是跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)不可或缺。通過跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱電解耦，增加電廠靈活性，電廠余熱夏存冬取，避免熱能浪費(fèi)，提高電廠經(jīng)濟(jì)性，風(fēng)電、光熱、熱泵、余熱等多能互補(bǔ)，提高可再生能源利用率，才能建立以可再生能源為主體的新型低碳電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的碳達(dá)峰、碳中和。
