一、欧洲零碳目标与能源转型现状

欧盟的目标是到2050年实现气候中和，实现温室气体净零排放。这一目标是欧洲绿色协议的核心，符合欧盟根据《巴黎协定》对全球气候行动的承诺，即将全球气温增幅控制在2°C以下。作为欧洲绿色协议的一部分，欧盟委员会已于2020年3月4日提出了第一部欧洲气候法，将2050年气候中立目标写入法律。¹

由英国气候智囊机构恩伯（Ember）收集和分析的欧盟数据代表着欧盟电力供应脱碳的迅速加速。就在五年前，欧洲的煤炭发电量是风能和太阳能的两倍。现在，煤炭仅占欧盟27国发电量的12％，而仅风能和太阳能就占21％。²

欧盟各国中可再生能源在总体能源结构中的占比³

二、英国可再生能源的利用与摆脱化石燃料进程

《泰晤士报》在头版的一篇报道中对碳的简要分析显示，英国到2050年实现碳中和的目标已经走了一半。”长期下降的最大因素是关闭燃煤发电站”，该报说，”去年，煤炭供应了英国1.6%的电力，而1990年为67%。计划今年11月在苏格兰格拉斯哥举行COP26峰会的英国团队还希望达成一项全球协议，停止建设新的燃煤发电站，并逐步淘汰现有的燃煤发电站”。⁴

早在2011年，苏格兰就为自己设定了一个与绿色能源相关的目标：到2020年，可再生能源发电量相当于该国总电力需求的100%。2020年的统计表明，其总电力消费的97.4%来自清洁可再生能源。苏格兰可再生能源行业的贸易机构Scottish Renewables表示，与2019年的数据相比，增长了8%。⁵

英国苏格兰可再生能源在电能中的占比⁶

三、储能与储热在能源结构转型中的重要作用

摆脱化石燃料的最大问题之一是可再生能源的间歇性。例如，太阳能和风力发电在每日和季节性时间尺度上是可变的，能源系统运营商可以通过储能等灵活形式来匹配能源供需。若想充分利用可再生能源，储能单元必不可少，并且储能量在很大程度上决定了可再生能源装机容量的上限。其中，热能储存（TES）有可能成为增加可再生能源在能源系统中渗透的重要推动因素。将热利用与发电分离将允许灵活和智能能源使用，并允许间歇性可再生能源满足持续需求。⁷

在过去十年中，英国在电力系统脱碳方面取得了重大进展。然而，最终家庭能源消耗中只有16%是电，81%是热。事实上，90%的英国家庭依赖天然气供暖，这意味着，总的来说，家庭供暖导致了25%的国家总碳足迹。 ⁷

因此，如果该国想要实现最近宣布的2050年实现净零排放的目标，一个重大挑战将是如何使制热脱碳。利用TES可以提高需求侧的灵活性，如果将热能储存广泛 用于电网削峰填谷，将对电网稳定起到至关重要的作用。

热能储存在可再生能源的利用与分布式能源网络中的重要作用

四、相变储热技术

使用相变材料（PCM）的蓄热模块可以构成解决方案的一部分。其中一种蓄能模块使用的是无机盐水合物PCM，可以运行41000次循环而不会出现任何退化。这种热电池的能量密度是用水蓄能的四倍，相比水蓄能可以节省3-4倍体积，无毒，不易燃。

蓄能成本方面，在不到电池潜在寿命一半的15年时间内，蓄热单元可提供约0.05美元/kWh的蓄能成本，这比电化学电池中储存的等效能量便宜得多。并且考虑到寿命预计将相当长，退化影响可忽略不计，蓄热是一种比电化学电池更具成本效益的提供热能的解决方案。

家庭用相变蓄能产品与传统水蓄能对比图⁸

五、工程应用案例与结果

PCM相变蓄能技术可以与屋顶光伏、电网电力或使用热泵结合使用。从2013年以来，结合峰谷电价差的利用，使用蓄热模块家庭供暖运行成本比燃气锅炉低50%。新的一代蓄热模块UniQ系列在苏格兰600户家庭中进行了大规模试验，其中404户家庭拥有屋顶太阳能光伏，结合可再生能源为家庭带节省了80%的能源费用。

在伦敦证券交易所上市的房屋建筑公司Taylor Wimpey将在太阳能光伏发电的家庭供暖试点项目中试用Sunamp生产的电池。Taylor Wimpey在英国毕肖普顿（Bishopton）的2020年住房项目的一部分住房将获得这项技术，Sunamp说，这项技术将通过减少燃气锅炉的使用，为房主节省资金，减少碳排放。

相变蓄热与热泵结合也受到了欧洲市场的青睐。去年，Sunamp与英国Gentoo住房协会的合作中，将364户家庭的壁挂炉进行了剔除，替换成了低运营成本的零碳热泵为热源，结合相变蓄热技术，为家庭提供热水与供暖。多种可再生能源互补的模式也进一步在欧盟零碳项目中得到验证与实施，表明零碳的能源结构是以储能为核心的多种可再生能源的综合利用。

英国Sunderland Towers项目中使用热泵与Sunamp蓄能热池项目提供热水与室内供暖

欧盟Heat4Cool项目中使用光伏与热泵为热源，搭载相变蓄能系统进行多能互补

Sunamp公司简介：

健康与可持续发展与是Sunamp企业文化的核心，Sunamp的发展始终围绕全面的贯彻与落实可持续发展与健康的理论。现代家庭中，81％家用能源是以热能形式消耗（制热或制冷），并且多为储水式的死水蓄能。因此，高效节能的蓄热技术（热池）可以有效帮助房主节省能源开支，实现可持续发展，并且通过活水技术提高生活水源品质。我们的蓄热产品使用无毒无害盐基相变材料，安全环保，获得德国RAL - PCM A级（顶级）的性能认证，可以在蓄能的同时产生即热式的新鲜活水，符合英国与欧洲的最高饮用级别水系统标准。我们始终致力于产生积极的社会和环境影响。

作者简介：

李天悦于英国爱丁堡大学获得博士学位，研究方向为前沿光伏与超级电容器材料，曾在国际高影响因子学术期刊上发表十余篇学术论文。目前就职于英国Sunamp相变蓄能科技公司，主要负责公司在中国区业务推进与项目合作。

参考资料：

1、5 facts about the EU's goal of climate neutrality (europa.eu)

2、European Renewables Just Crushed Fossil Fuels. Here’s How It Happened

3、Europe leads the global clean energy transition, latest Eurostat data confirms

4、UK halfway to hitting its carbon neutral target by 2050

5、Renewables met 97% of Scotland's electricity demand in 2020

6、Energy Statistics for Scotland Q4 2020 Figures

7、IRENA (2020), Innovation Outlook: Thermal Energy Storage, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.

8、www.sunamp.com

9、www.heat4cool.eu

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