解决清洁热量的难题

在构成英国实现净零目标的道路的诸多拼图中，我们取暖的方式正成为一个越来越令人担忧的领域。英国用于供暖的能源约占碳排放的17%，其中大部分来自家用天然气锅炉供暖的建筑。

为解决这一问题所做的努力，引发了有关可能禁止使用传统燃气锅炉的讨论。2020年7月，英国工业联合会呼吁政府最早从2025年开始实施禁止销售新的天然气锅炉的提议。在撰写本文时，英国仍在等待政府预期的高温和建设策略，这似乎将确定建议的禁令的命运。

目前正在探索一系列的解决方案，从安装热泵到在全国范围内改用氢燃料锅炉。汉普郡供暖技术公司的首席执行官詹姆斯·麦克纳格滕说，虽然看起来各种创新将是实现这一雄心勃勃的目标的关键火山口-认为他的公司的零碳热电池也可以发挥关键作用。

三年前，Macnaghten和COO Guy Winstanley成立了Caldera公司，他们之前都花了大约10年的时间探索大型热存储系统。Macnaghten描述了一个午夜的灯泡时刻，他想到了一种“合理的、固体的”蓄热材料，这种材料可以加热到高温——这就是现在卡尔德拉公司专利的“暖石”材料的基础，热电池就是由这种材料制成的。

Macnaghten说:“这种材料密度大，是固体，不易燃，而且导电性很好。”他指出，这种可持续材料也是由可回收材料和自然材料混合制成的，在使用结束后可以重复使用。

他解释说:“我希望我们十年前就知道这一点，但它让我们能够做的是研究家庭的热量储存，我们认为这是能源组合的重要组成部分。”

该热电池最初用于替代燃油或液化石油气锅炉，由一块重1.7吨、直径1.0米、高1.7米的温姆斯通材料组成。嵌在块中的电子元件被加热到500°C，并通过热交换器存储热量以备需要时使用。该热电池被设计在外部，或在物业的车库中，可以容纳100千瓦时的热量，可以安装在家里现有的散热器或管道系统的干扰。

我们有点觉得我们是一举两得……帮助可再生能源所需的灵活性，并解决家庭，政府将努力说服人们花他们需要花的钱安装热泵

James Macnaghten - Caldera首席执行官

Macnaghten说:“对我们来说，最关键的是不要有太大的热损失。”他解释说，他们从一开始就采用了真空隔热方法。“我们围绕这个问题做了很多工作，因为制造一个能在500°C下持续20年的真空并不容易……如果你不处理它，从500°C冷却到200°C，需要19天。”对于这么热、这么大的东西来说，这是一个非常好的数字。”

Macnaghten强调，向绿色能源部门转型的关键是优先考虑灵活的需求，优化我们使用能源的方式和时间。他认为，沃姆斯通电池将通过降低电网压力，在夜间使用廉价的非高峰电力加热，然后在白天释放热量，从而提供重要的支持。

Macnaghten说:“我们的每个设备都有智能控制，可以感知价格低的时候，也可以对来自能源供应商的信号做出反应。”“这意味着数以千计的热电池可以在需要时充电和吸收廉价的电力——例如，100万个热电池可以提供20吉瓦的灵活需求，5小时，即100吉瓦时。

他说:“我们有点觉得我们是一举两得……帮助提高可再生能源所需的灵活性，并解决政府将很难说服人们花钱安装热泵的家庭，”他补充说，他认为Caldera的技术是热泵的补充，而不是替代方案。

他声称，如果一个家庭需要65°C或以上的水温，沃姆斯通热电池“几乎肯定”会是比热泵更好的解决方案，但对于一些家庭来说，比如安装了地下供暖的隔热房屋，热泵可能是首选。

虽然这两种无碳加热方式都有各自的好处，但没有单一的解决方案是独立的答案。Macnaghten指出，空气源热泵产生的噪音可能是破坏性的，而且更换散热器的过程是对家庭的干扰。

他说:“这不是简单的一举多得，因为你可能必须改变所有的管道……人们对供暖的参与度非常低，要要求别人做一些真正重要的措施，我认为大多数人会说‘不’，这就是为什么我认为我们如何使家庭脱碳是一个非常棘手的问题，因为每个家庭都是不同的。”

Macnaghten说，由于安装热泵比安装锅炉的任务更复杂，热泵的其他障碍包括成本和广泛安装热泵所需的必要培训。

在六月的月度调查中，由工程师,我们就2025年燃气锅炉禁令的可行性征求了读者的意见。大部分(百分之五十一)的被访者认为有必要但不切合实际。

观点:明天的热度就是今天的机会

建造氢家园

这一观点似乎得到了许多专家的认同，包括诺丁汉大学教授、热泵技术专家、世界可持续能源技术协会主席萨法·里法特。里法特表示，2025年的禁令是“不可能的”，他指出，房屋隔热性能差和成本是供暖脱碳的一些最大挑战。

他说:“英国每年将需要60万台热泵来逐步取代燃气锅炉。的工程师。“假设每台设备耗资1万英镑，全年总成本为60亿英镑。我认为目前燃气锅炉大部分是英国制造的，热泵是进口的。我建议政府认真考虑推广英国热泵产业。”

人们对供暖的参与度非常低。我们如何使房屋脱碳是一个棘手的问题，因为每个房屋都是不同的

里法特继续建议，英国政府应该鼓励大金(Daikin)和三菱(Mitsubishi)等大公司在英国建立制造业，而且这种热泵技术也应该被设计为可逆的，以便在全球变暖导致的热浪中提供冷却。

此外，他建议政府采取与今年推出Covid-19疫苗类似的方法，支持不止一种设计，并确保业界和学术界有足够的资金资源将产品推向市场。

与此同时，Macnaghten指出，Caldera公司认为其解决方案特别有前途的一个原因是，它已经与石油竞争了:一份来自专业咨询和数据服务公司的报告Gemserv他解释说，卡尔德拉的热电池只比石油贵了“一点点”(年化成本为8%)，相比之下，热泵每年要高出约40% - 45%——由于政府预计将进一步对石油供暖征税，这个解决方案可能最终会更便宜。然而，与天然气相比，Caldera承认，使用最低的非高峰电价，Warmstone电池仍然是一种更昂贵的解决方案，而化石燃料的价格预计将按照净零目标上涨，该公司最初专注于使用石油或液化石油气的非天然气电网家庭。

Caldera公司已经成功完成了第一次众筹，筹得150多万英镑。今年冬天，Caldera公司将在12个试点家庭中安装电池，并打算在2022年春天向客户推出商业化电池。