解锁废物中的能量：储能解决方案的全球视角

世界正面临着双重挑战：管理日益增长的废物量和向可持续能源转型。幸运的是，这两个挑战可以汇聚成一个强大的解决方案：废物储能。这篇博文将探讨将废物转化为宝贵能源的各种技术、全球倡议和潜力。

日益增长的储能需求

将太阳能和风能等可再生能源整合到电网中，对于减缓气候变化至关重要。然而，这些能源是间歇性的，意味着其可用性会随天气条件而波动。储能系统对于平滑这些波动、确保可靠的能源供应至关重要。此外，储能还能利用非高峰时段或发电过剩期间产生的能源，从而减少浪费并提高电网效率。

作为能源的废物：一种多方位的途径

废物通常被视为一种负担，但它含有大量的储存能量。各种技术可以释放这些能量，将废物转化为宝贵的资源。这些技术包括：

• 垃圾焚烧发电 (WtE): 该过程涉及在高温下焚烧城市固体废物 (MSW)，以产生热量，然后用于生产蒸汽发电或区域供暖。现代 WtE 工厂采用先进的排放控制技术，以最大限度地减少对环境的影响。例如，丹麦、德国和日本等国的设施已成功将 WtE 整合到其能源基础设施中长达数十年。
• 厌氧消化 (AD): AD 是一种生物过程，微生物在无氧条件下分解有机废料，如厨余、农业残留物和污水污泥。该过程产生沼气，这是一种甲烷和二氧化碳的混合物，可用作发电、供暖或交通运输的可再生燃料。AD 工厂在欧洲广泛使用，尤其是在德国和荷兰，并在北美和亚洲等其他地区日益普及。
• 气化: 气化是一种热化学过程，在高温和受控条件下将有机材料转化为合成气，即一氧化碳、氢气和其他气体的混合物。合成气可用于发电、生产化学品或转化为运输燃料。气化技术正在美国、中国和印度等多个国家得到开发和部署。
• 热解: 热解是在无氧条件下分解有机材料的热分解过程。该过程产生生物油、生物炭和合成气，所有这些都可用作燃料或化学原料。热解尤其适用于处理废塑料和生物质。全球各地的公司正在探索先进的热解方法。
• 垃圾填埋气 (LFG) 回收: 垃圾填埋场在有机废物分解时会产生甲烷。LFG 回收系统捕获这些甲烷，并用其发电或生产管道级天然气。全球许多垃圾填埋场，尤其是在发达国家，已经实施了 LFG 回收项目。

适用于废物衍生能源的储能技术

一旦从废物中产生能量，就需要高效的储能解决方案来最大限度地利用它并将其整合到能源网中。这些技术可以分为：

热能储存 (TES)

TES 系统以热或冷的形式储存能量。这对于产生热量或蒸汽的 WtE 工厂尤其重要。TES 技术包括：

• 显热储存: 这涉及通过提高储存介质（如水、油或混凝土）的温度来储存热量。例如，WtE 工厂在电力需求低谷期产生的多余热量可以储存在大型绝热水箱中，然后在需求高峰期用于发电或提供区域供暖。
• 潜热储存: 这涉及通过改变储存介质的相态（如熔化固体或蒸发液体）来储存热量。与显热储存相比，潜热储存提供更高的能量密度。相变材料 (PCM) 通常用于潜热储存系统。
• 热化学储能: 这涉及利用可逆化学反应来储存能量。这些系统提供最高的能量密度，但通常比显热或潜热储存更复杂、更昂贵。

示例: 在瑞典，一些区域供暖系统利用大型地下热能储存系统来储存夏季产生的多余热量，以供冬季使用。这减少了对化石燃料的依赖，并提高了能源系统的整体效率。

化学储能

化学储能涉及将电力转化为化学燃料，如氢气或合成天然气 (SNG)。这些燃料可以被储存起来，在需要时用于发电或供热。

• 通过电解制氢: 电解利用电力将水分解为氢和氧。然后，氢气可以被储存并在燃料电池中用于发电或用于工业过程。来自废物的电力可以为电解过程提供动力，从而创造一条绿色氢气生产路径。
• 甲烷化: 甲烷化是将二氧化碳和氢气转化为甲烷 (SNG) 的过程。二氧化碳可以从沼气或工业源中捕获。这种 SNG 随后可以注入天然气管网，提供一种可再生的天然气来源。

示例: 欧洲正在进行多个项目，利用包括废物衍生电力在内的可再生能源生产氢气，并用其为交通和工业脱碳。

机械储能

机械储能系统通过物理改变物体的位能或速度来储存能量。这些系统包括：

• 抽水蓄能 (PHS): PHS 涉及在电力需求低谷期将水泵送到高处的蓄水库，在需求高峰期通过涡轮机放水发电。虽然传统上与大型水电站一起使用，但 PHS 也可以通过利用多余的电力来抽水与 WtE 工厂集成。
• 压缩空气储能 (CAES): CAES 涉及压缩空气并将其储存在地下洞穴或储罐中。需要电力时，释放压缩空气以驱动涡轮机。
• 飞轮储能: 飞轮通过高速旋转转子来储存能量。这些系统可以提供快速响应，适用于短时储能应用。

示例: 尽管由于地理限制，与垃圾发电设施的直接集成不太常见，但某些地区可能会发现抽水蓄能是管理发电量变化的可行选择。随着技术的进步，CAES 也重新引起了人们的兴趣。

全球倡议与政策

一些国家和地区正在通过政策、激励措施以及研发计划积极推动废物储能。这些举措旨在：

• 减少填埋废物并促进回收: 填埋禁令、生产者责任延伸 (EPR) 计划和回收目标等政策，激励减少废物并将其从填埋场转移，从而为能源回收提供更多废物。
• 支持 WtE 基础设施的发展: 政府正在提供财政激励措施，如税收抵免、补贴和上网电价，以支持 WtE 工厂的建设和运营。
• 鼓励采用储能技术: 针对储能部署的激励措施，如税收抵免、拨款和贷款担保，有助于降低储能系统的成本，使其在经济上更具可行性。
• 促进研究与开发: 用于研发活动的资金对于开发创新的废物能源和储能技术至关重要。

示例:

• 欧盟: 欧盟的《循环经济行动计划》促进废物预防、回收和废物能源回收。欧盟还设定了可再生能源和温室气体减排目标，这激励了 WtE 和储能项目的发展。
• 中国: 中国正在大力投资 WtE 基础设施，以应对其日益严峻的废物管理挑战并减少对化石燃料的依赖。该国还为可再生能源和储能部署设定了宏伟目标。
• 美国: 美国为可再生能源和储能项目提供了各种激励措施，包括税收抵免和拨款计划。一些州也实施了促进废物减量和回收的政策。

挑战与机遇

虽然废物储能潜力巨大，但也需要解决几个挑战：

• 技术挑战: 开发具有成本效益和高效的 WtE 及储能技术需要持续的研究与开发。
• 环境问题: WtE 工厂可能会产生负面环境影响，如空气污染和温室气体排放。然而，现代 WtE 工厂采用先进的排放控制技术来最大限度地减少这些影响。此外，将废物转化为能源可以避免与垃圾填埋相关的甲烷排放。
• 经济可行性: WtE 和储能项目的经济可行性取决于废物成分、能源价格和政府政策等因素。
• 公众接受度: 由于对空气污染和噪音的担忧，WtE 工厂可能会面临公众反对。有效的沟通和社区参与对于获得公众接受至关重要。

尽管存在这些挑战，但废物储能的机遇是巨大的。通过克服这些挑战并利用废物作为能源的潜力，我们可以创造一个更可持续、更有韧性的能源未来。

废物储能的未来

废物储能的未来前景广阔。随着技术的不断进步和成本的降低，WtE 和储能将变得越来越能与传统能源竞争。此外，对循环经济原则和可持续废物管理实践的日益关注将推动 WtE 技术的更广泛采用。

值得关注的关键趋势包括：

• 先进的 WtE 技术: 气化和热解等新兴技术有潜力将更广泛的废料转化为能源，并减少排放。
• WtE 与储能的集成: 将 WtE 与储能系统相结合将增强能源网的可靠性和灵活性。
• 开发新的储能技术: 持续的研发工作专注于开发新的和改进的储能技术，如先进电池、液流电池和热能储存系统。
• 增加沼气的使用: 厌氧消化产生的沼气将在能源结构中扮演越来越重要的角色，为发电、供暖和交通运输提供可再生的天然气来源。
• 对 WtE 和储能的政策支持: 政府将继续通过政策和激励措施，在支持 WtE 和储能技术的开发和部署方面发挥关键作用。

可行的见解

对于政策制定者、企业和个人，以下是一些可供参考的可行见解：

• 政策制定者: 实施支持性政策，促进废物减量、回收和废物能源回收。为 WtE 和储能项目提供财政激励。投资于先进 WtE 和储能技术的研发。
• 企业: 探索投资 WtE 和储能项目的机会。开发促进循环经济原则的创新废物管理解决方案。采取可持续的商业实践，最大限度地减少废物产生。
• 个人: 通过实践 3R 原则（减少、再利用、回收）来减少废物产生。支持促进废物减量和废物能源回收的政策。教育自己和他人了解废物储能的好处。

结论

废物储能代表着一个解决两个关键全球性挑战的重大机遇：废物管理和向可持续能源转型。通过拥抱创新技术、支持性政策和协作伙伴关系，我们可以释放废物作为能源的巨大潜力，为所有人创造一个更清洁、更有韧性、更可持续的未来。这一转型需要全球共同努力，分享最佳实践，并根据当地情况调整解决方案，以确保每个社区都能从废物管理和能源生产之间的这种强大协同作用中受益。