创新的长效系统提供“迄今为止最便宜的储能”

一种以沙子、水和二氧化碳为核心成分的创新热能储存系统有望成为成本最低的长期选择之一，并有望改变可再生能源后备的游戏规则。

总部位于俄亥俄州的 Echogen 表示，一旦 100 兆瓦设施在 2030 年左右达到商业成熟度，其 PTES(泵浦热能储存)系统将为 100 兆瓦设施提供 50-60 美元/兆瓦时的平准化储存成本(LCOS)——价格同样适用于 8或 100 小时的存储。

该公司表示，这将使其成为市场上成本最低的随处建造的储能系统。相比之下，据投资银行 Lazard 称，一个四小时 100MW/400MWh 锂离子电池系统目前的 LCOS 为 132-245 美元/MWh。

长时间的能量存储市场的领导者仕鋐电源提供了它的液气系统，这是目前约为$ 100 /兆瓦时100兆瓦的系统，并可能在2030年下降至50 $ /兆瓦时相对较低的LCOS，其首席执行长哈维尔Cavada告诉充值的2019。西门子歌美飒在 2 月份告诉Recharge，其热能存储系统在改造现有燃煤发电厂时将以 48-60 美元/兆瓦时的价格提供电力，但这不适用于新建项目。

未来的 LCOS 计算取决于广泛的假设——从资本成本到系统每年运行的小时数——因此很难进行比较。Echogen 表示，其自己的计算表明，其 PTES 系统的 LCOS 将比 Highview 的 100MW/1GWh 低 20-30%，这主要是由于设备成本较低且系统复杂性较低。

Echogen 系统如何工作?

与其他热能储存系统一样，Echogen 将电能转换为热能，热能可储存数小时或数天直至需要，并在需要时转换回电能。

Echogen 的系统使用电力将热量从充满水/冰的冷蓄水池转移到使用热泵包含沙粒(或可能是混凝土)的热蓄水池。热量储存在沙子中直到需要时，然后通过热机运行以在需要时发电。

Echogen 的技术是独一无二的，因为它使用超临界二氧化碳 (sCO2) 作为其传热介质或工作流体——比传统上用于热能转换的水/蒸汽效率高 15-30%。

在 Echogen 的闭环系统中，廉价的饮料级二氧化碳使用压缩机泵热交换器在高压下加热，直到它变成超临界流体——一种奇怪的物理状态(见下面的视频)，它既不是液体也不是气体，而是介于两者之间.超临界 CO2会像气体一样膨胀以填充其罐，但其密度类似于液体。

在装料阶段，sCO2被加热到高达 300-350°C，通过流化床热交换器将热量传递给沙子。

在发电阶段，来自沙子的热量被用来重新加热 sCO2，然后被来自冷库的“冷能”快速冷却，使其迅速膨胀并驱动燃气轮机，该燃气轮机比sCO2小约 20 倍。相同容量的汽轮机。

“由于 CO2的高密度，涡轮机械真的很小。我可以将 10MW 涡轮机的旋转部件，即叶轮，放在您的手中，”Echogen 首席技术官 Tim Held 告诉Recharge。

由于其储存热量的方式，Echogen 使用 sCO2作为其工作流体。与沸水不同，sCO2随着热量的增加而均匀地升高温度，而随着热量的去除，其温度均匀地下降，这使其比蒸汽更节能。

十多年来，该公司一直在使用其久经考验的闭环 sCO2系统进行余热回收，这是其迄今为止的核心业务。

如果PTES项目与废热源(如钢铁厂)并置，其LCOS甚至会低于$ 50 / MWh。

通过添加更多的沙罐和水/冰罐，可以轻松增加存储持续时间，同时可以通过从电网获取更多电力和使用更大的 CO2涡轮机来提高功率。由于该设备的低成本，随着增加的存储容量，LCOS几乎不会增加。

“没有上限，”首席执行官 Phil Brennan 告诉Recharge，他解释说，从技术上讲，存储时间可以增加到几天或几周。

发展阶段

Echogen 已经与奥地利维也纳技术大学合作，在其位于俄亥俄州阿克伦的研究设施中建造并测试了一个小型 200kW PTES 系统，该系统由美国政府的能源创新计划高级研究计划署能源部资助(ARPA-E)。

布伦南说，这家美国公司现在已经为一个 25MW/250MWh 的商业项目做好了准备，并且正在与有兴趣建造它的开发商进行“非常后期的讨论”——从德克萨斯州到中国和新加坡的地点。

他说：“我们希望在今年第三季度进行这些商业承诺，然后通知我们将能够在 2022 年底进行部署。”

根据 Echogen 的计算，如果第一个 25MW/250MWh ETES 系统安装在德克萨斯州西部——该地区需要大量储能，根据最近极端寒冷时期电网的崩溃来判断——这将是非常有利可图的。

基于低电价买批发电、高电价售电、空闲时间向电网提供辅助服务的商业模式，该项目将产生30年的内部收益率(IRR) Echogen 说，高达 16.2%。