建筑儲(chǔ)能技術(shù)

建筑儲(chǔ)能技術(shù)

作者:朱宇航

圖1

一、建筑儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介

建筑儲(chǔ)能技術(shù)是在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在能源存儲(chǔ)和管理方面展現(xiàn)了巨大的潛力。隨著人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展和能源效率的關(guān)注日益增加，建筑儲(chǔ)能技術(shù)成為了促進(jìn)綠色建筑發(fā)展的重要組成部分。背景上，全球能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)可再生能源的需求也日益迫切。然而，傳統(tǒng)能源供應(yīng)方式無法滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，同時(shí)也面臨著環(huán)境和氣候變化等挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，太陽能作為一種可再生能源，被視為解決能源危機(jī)和減少碳排放的關(guān)鍵技術(shù)之一。

然而，太陽能的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性限制了其實(shí)際應(yīng)用。尤其是在建筑領(lǐng)域，能源供應(yīng)的可持續(xù)性和連續(xù)性是至關(guān)重要的。為了克服太陽能波動(dòng)性的挑戰(zhàn)，建筑儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的熱能或電能，并在需要時(shí)進(jìn)行釋放，以滿足建筑的能源需求。通過儲(chǔ)存能源，建筑可以在夜間、低光條件下或其他能源供應(yīng)中斷的情況下持續(xù)供能。目前，建筑儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展與應(yīng)用。在熱儲(chǔ)能方面，熱水儲(chǔ)存系統(tǒng)、相變材料和熱泵等技術(shù)在供暖、制冷和熱水方面展示了良好的效果。在電儲(chǔ)能方面，鋰離子電池、鈉硫電池和超級(jí)電容器等技術(shù)被廣泛用于將電能存儲(chǔ)起來，并在需要時(shí)供電。然而，建筑儲(chǔ)能技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，包括成本高昂、儲(chǔ)能效率不高、儲(chǔ)能設(shè)備的可靠性等。此外，缺乏政策支持和標(biāo)準(zhǔn)化也限制了建筑儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。通過進(jìn)一步的研究和創(chuàng)新，建筑儲(chǔ)能技術(shù)有望為建筑行業(yè)提供可持續(xù)、環(huán)保且可靠的能源解決方案，推動(dòng)建筑行業(yè)向碳中和和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)邁進(jìn)。

二、建筑儲(chǔ)能技術(shù)的兩種方法

1、電儲(chǔ)能技術(shù)

（1）原理：電儲(chǔ)能的基本原理是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并在需要時(shí)再次轉(zhuǎn)化回電能。電儲(chǔ)能系統(tǒng)通常由電池組成，電池中的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換。在充電過程中，電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，儲(chǔ)存在電池中；在放電過程中，儲(chǔ)存的化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能，供應(yīng)電網(wǎng)或建筑的能源需求。

（2）優(yōu)勢(shì)：第一，電儲(chǔ)能系統(tǒng)可以根據(jù)建筑的能源需求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，適應(yīng)電能的波動(dòng)性。第二，它具有可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要增加或減少儲(chǔ)能容量，以滿足不同規(guī)模的能源存儲(chǔ)要求。第三，電儲(chǔ)能技術(shù)與可再生能源（如太陽能和風(fēng)能）高度兼容，可以存儲(chǔ)可再生能源產(chǎn)生的電能，并在需要時(shí)進(jìn)行供應(yīng)，這有助于解決可再生能源的波動(dòng)性和間歇性問題，提高可再生能源的可靠性和可持續(xù)性。第四，電儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，可以實(shí)現(xiàn)較高的充放電效率，減少能量損失。

（3）挑戰(zhàn)：第一，電儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本相對(duì)較高，主要是由于電池技術(shù)和制造技術(shù)的限制。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，預(yù)計(jì)電儲(chǔ)能的成本將逐漸下降。第二，電儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電和放電過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。由于電池材料的化學(xué)特性，電池的過充、過放、短路等問題可能導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。因此，安全性是電儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展中需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。第三，電儲(chǔ)能系統(tǒng)依賴于有限的資源，如稀缺金屬、稀土元素等。此外，電池的壽命有限，需要考慮電池的回收和再利用問題，以減少對(duì)資源的需求和環(huán)境的影響。

綜上，電儲(chǔ)能技術(shù)具有靈活性、可再生能源集成和能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)。如圖2所示，儲(chǔ)能電站的設(shè)立，更代表著科技進(jìn)步和創(chuàng)新的推動(dòng)，電儲(chǔ)能技術(shù)有望在未來發(fā)揮更重要的作用，為可持續(xù)能源發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

圖2 西北某儲(chǔ)能電站

2、熱儲(chǔ)能技術(shù)

（1）原理：熱儲(chǔ)能通過將熱能以不同的形式儲(chǔ)存起來，當(dāng)需要時(shí)釋放出來。常見的儲(chǔ)熱材料包括高溫水、熱媒體和相變材料等。當(dāng)有多余的熱能可利用時(shí)，這些儲(chǔ)熱材料可以吸收和儲(chǔ)存熱能。當(dāng)建筑需要熱能時(shí)，儲(chǔ)熱材料會(huì)釋放儲(chǔ)存的熱量，滿足建筑的熱能需求。

（2）優(yōu)勢(shì)：第一，它提高能源利用效率。熱儲(chǔ)能可以將多余的熱能儲(chǔ)存起來，避免熱能的浪費(fèi)。通過儲(chǔ)存和利用熱能，可以提高能源利用效率，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。第二，熱儲(chǔ)能可以穩(wěn)定能源供應(yīng)的波動(dòng)。當(dāng)可再生能源的供應(yīng)不穩(wěn)定或建筑負(fù)荷需求發(fā)生變化時(shí)，熱儲(chǔ)能可以提供穩(wěn)定的熱能供應(yīng)，保證建筑能源的平衡。第三，熱儲(chǔ)能同時(shí)也可以作為備用能源系統(tǒng)，提供緊急情況下的備用能源供應(yīng)。這有助于增強(qiáng)建筑的能源安全性，提高建筑的應(yīng)急響應(yīng)能力。

（3）挑戰(zhàn)：目前熱儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如儲(chǔ)熱材料的選擇、熱傳導(dǎo)損失的控制和熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。進(jìn)一步的研究和創(chuàng)新將有助于提高技術(shù)成熟度并降低成本。熱儲(chǔ)能系統(tǒng)通常需要一定的空間來安裝儲(chǔ)熱材料和設(shè)備。在有限的空間內(nèi)如何合理布局和設(shè)計(jì)熱儲(chǔ)能系統(tǒng)是需要考慮的問題。熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本和回報(bào)周期也是一個(gè)重要的考慮因素。就目前而言，熱儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性仍然面臨一些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)和成本降低。

綜上，熱儲(chǔ)能作為一種建筑儲(chǔ)能技術(shù)，具有提高能源利用效率、穩(wěn)定能源波動(dòng)和增強(qiáng)能源安全性的優(yōu)勢(shì)。如圖3所示。熱儲(chǔ)能技術(shù)在調(diào)峰工程上已有初步應(yīng)用，如天津 ＳＭ 城市廣場(chǎng)清潔供暖項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用相變儲(chǔ)熱罐與電鍋爐耦合的技術(shù)，日均供熱量可達(dá)１５０．４８ ＭＷ·ｈ，儲(chǔ)熱系統(tǒng)效率可達(dá)９２．８２％，在實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負(fù)荷“移峰填谷”方面有著重要作用。隨著進(jìn)一步的研究和發(fā)展，熱儲(chǔ)能有望成為建筑領(lǐng)域的重要能源管理解決方案，并為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)建筑的目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。

圖3 將高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)引入火電廠方案

三、總結(jié)與展望

建筑儲(chǔ)能作為一項(xiàng)新興技術(shù)，具有廣闊的前景和巨大的潛力。建筑行業(yè)是能源消耗量巨大的領(lǐng)域，而建筑儲(chǔ)能正是為了提高能源利用效率、優(yōu)化能源管理而誕生的解決方案?？稍偕茉吹目焖侔l(fā)展將為建筑儲(chǔ)能的前景提供巨大的推動(dòng)力。隨著太陽能和風(fēng)能等可再生能源的成本不斷降低和技術(shù)的不斷進(jìn)步，它們已經(jīng)成為可靠、廉價(jià)并且清潔的能源選擇。然而，可再生能源的波動(dòng)性卻給供應(yīng)穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)，建筑儲(chǔ)能能夠?qū)⑦^剩的能源存儲(chǔ)起來，在能源需求高峰期釋放能量，以實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。其次，隨著城市化和人口增長(zhǎng)，能源需求不斷上升。建筑儲(chǔ)能可以幫助建筑行業(yè)更好地管理和優(yōu)化能源使用，進(jìn)一步提高能源效率。通過儲(chǔ)能技術(shù)，建筑物可以在能源供應(yīng)充足時(shí)儲(chǔ)存能量，并在能源供應(yīng)不足時(shí)釋放能量，實(shí)現(xiàn)能源需求的平衡。這不僅有助于降低能源成本，還能夠減輕對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，推動(dòng)綠色發(fā)展與可持續(xù)建筑的實(shí)現(xiàn)。此外，建筑儲(chǔ)能的技術(shù)和成本不斷改進(jìn)也對(duì)其前景帶來積極影響。電池技術(shù)作為主要的建筑儲(chǔ)能技術(shù)，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。新一代的鋰離子電池更加安全可靠，并且成本不斷下降，使得建筑儲(chǔ)能技術(shù)更具吸引力和經(jīng)濟(jì)性。此外，其他形式的儲(chǔ)能技術(shù)，如壓縮空氣儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能等，也在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)一步拓寬了建筑儲(chǔ)能的應(yīng)用領(lǐng)域.

總之，建筑儲(chǔ)能技術(shù)作為一項(xiàng)發(fā)展迅速的能源管理技術(shù)，具有巨大的前景。通過整合可再生能源、優(yōu)化能源管理和提高能源供應(yīng)的穩(wěn)定性，建筑儲(chǔ)能有望為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力，并為實(shí)現(xiàn)清潔能源的目標(biāo)做出積極貢獻(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的逐漸成熟，建筑儲(chǔ)能將在未來發(fā)揮越來越重要的作用，為構(gòu)建更可持續(xù)、高效的建筑環(huán)境做出重要貢獻(xiàn)。