Тепловые батареи могут сократить затраты на промышленное отопление в США вдвое

Секторы электроэнергетики и транспорта, как правило, доминируют в заголовках новостей, когда речь идет о сокращении загрязнения парниковыми газами (ПГ), но для достижения наших климатических целей нам необходимо заняться крупным и растущим источником выбросов: промышленностью.

Промышленные предприятия США несут прямую ответственность за примерно четверть выбросов парниковых газов в стране. Около 84% промышленных выбросов, связанных с энергетикой, приходится на сжигание ископаемого топлива для обеспечения тепла для производственных процессов, таких как плавка металлов, формирование пластмасс и проведение химических реакций. Декарбонизация промышленного тепла имеет решающее значение для выполнения обязательств США по сокращению выбросов.

К счастью, новая чистая технология – промышленные тепловые батареи – может стать решением для сокращения промышленных выбросов парниковых газов и снижения промышленных затрат на электроэнергию. Эти батареи могут снизить стоимость электроэнергии для промышленного отопления на 50–63%, фундаментально изменив процесс принятия решений предприятиями по электрификации технологического теплового оборудования, одновременно удовлетворяя до 90% потребностей промышленных процессов в тепле.

Термальная батарея преобразует электроэнергию в тепло, сохраняет тепло в течение нескольких часов или дней и может выдавать тепло при температуре до 1500–1700 °C, когда тепло необходимо промышленному потребителю, с КПД туда и обратно 95%. На рисунке ниже показано, как тепловая батарея заряжается с помощью электрического нагревателя, а затем выделяет тепло через горячий газ или видимый и инфракрасный свет.

Схема тепловой батареи

Новое исследование Energy Innovation моделирует затраты, экономию и производительность тепловых батарей. Исследование показывает, что эти батареи могут обеспечить надежное тепло по цене от 35 до 62 долларов за мегаватт-час (МВтч) тепловой мощности, снижая затраты на производство тепла из электричества до уровня, конкурентоспособного с продолжающейся эксплуатацией существующего газового оборудования.

Промышленные тепловые насосы оказывают аналогичное влияние на экономическую эффективность, но тепловые батареи работают в гораздо более широком диапазоне температур, чем тепловые насосы, что значительно расширяет типы процессов отопления, которые можно экономически эффективно электрифицировать.

Чтобы ускорить внедрение тепловых батарей, правительству следует использовать программы финансирования (такие как Кредит передового энергетического проекта и Программа развертывания передовых промышленных объектов), а IRS должно выпустить руководство, подтверждающее, что тепловые батареи имеют право на 45X Advanced Manufacturing Production. Кредит.

В 2022 году промышленность США использовала около 12 600 петаджоулей горючего топлива (без учета сырья), почти все для подачи тепла при температуре ниже 1000 °C для таких применений, как производство пара или отопительное оборудование, такое как печи или печи. Тепловые батареи хорошо подходят для обеспечения этого тепла. Хотя некоторые процессы создают проблемы для тепловых батарей (например, первичное производство стали) или требуют чрезвычайной точности (например, кислородно-ацетиленовая сварка), они составляют менее 5% промышленного потребления энергии в США. Таким образом, промышленные тепловые батареи имеют обширный охватываемый рынок и потенциал снижения выбросов парниковых газов.

Потребление энергии в промышленности США по температурному диапазону в 2022 г.

Существует два подхода к эксплуатации тепловых батарей. Аккумуляторы с отслеживанием генерации позволяют промышленным предприятиям более эффективно использовать автономную ветровую и солнечную генерацию. Термальные батареи, охотящиеся за ценами, позволяют объектам, подключенным к сети, покупать электроэнергию в те часы, когда она самая дешевая. Возможны также гибриды этих подходов.

Промышленности, покупающие электроэнергию из сети, должны платить по розничному тарифу, который покрывает не только затраты на производство электроэнергии, но и связанные с ней расходы на передачу, распределение электроэнергии и накладные расходы. Предприятие может покупать электроэнергию дешевле, работая напрямую с солнечным или ветровым проектом, используя тепловые батареи для компенсации колебаний солнечной и ветровой энергии, что делает дешевое тепло надежно доступным для промышленного использования.

Эта надежность зависит от количества часов хранения тепла аккумулятором и скорости сокращения электроэнергии или от готовности производить избыточную электроэнергию в самые солнечные и ветреные часы, чтобы ее было достаточно в течение длительных периодов меньшего выработки. Компоненты стоимости тепла, подаваемого тепловой батареей, показаны ниже для местоположения в Калифорнии, которое зависит исключительно от солнечной энергии, и местоположения в Техасе, которое зависит от смеси ветра и солнца. Затраты выше в том месте, где полностью используется солнечная энергия, поскольку для надежного снабжения теплом требуется более крупная тепловая батарея (и большее сокращение) по сравнению с местом, обслуживаемым смесью ветра и солнца.