熱電池は米国の産業用暖房の電力コストを半分に削減できる可能性がある

温室効果ガス（GHG）汚染削減というと、電力や運輸部門がニュースの見出しを独占する傾向にあるが、気候変動目標を達成するには、増大する大規模な排出源である産業に取り組む必要がある。

米国の産業施設は、同国の温室効果ガス排出量の約 4 分の 1 に直接関与しています。 エネルギー関連の産業排出量の約 84% は、金属の溶解、プラスチックの形成、化学反応の促進などの製造プロセスに熱を供給するための化石燃料の燃焼によるものです。 産業用熱の脱炭素化は、米国の排出削減公約を達成するために不可欠です。

幸いなことに、新しいクリーン技術である産業用熱電池は、産業用温室効果ガスの排出量を削減し、産業用電力コストを削減する解決策となる可能性があります。 これらのバッテリーは、産業用暖房の電気コストを 50% ～ 63% 削減し、産業用プロセス熱需要の最大 90% を満たしながら、プロセス熱機器の電化に関する企業の意思決定を根本的に変える可能性があります。

熱電池は電気を熱に変換し、その熱を数時間または数日間保存し、産業ユーザーが熱を必要とするときに最大 1,500 ～ 1,700 °C の温度で出力熱を 95% の往復効率で供給できます。 下の図は、熱電池が電気抵抗ヒーターで充電され、その後、高温ガスまたは可視光と赤外線を介して熱を放出する様子を示しています。

熱電池の図

Energy Innovation の新しい研究では、熱電池のコスト、節約、性能をモデル化しています。 この研究は、これらのバッテリーが熱出力1メガワット時（MWh）あたり35ドルから62ドルで信頼性の高い熱を提供できることを示しており、電気から熱を生成するコストを既存の天然ガス設備の運転を継続するのと競争力のあるレベルまで下げることができます。

産業用ヒートポンプも費用対効果に同様の影響を与えますが、熱電池はヒートポンプよりもはるかに広い温度範囲で動作し、費用対効果の高い電化が可能な加熱プロセスの種類を劇的に拡大します。

熱電池の導入を加速するために、政府は資金プログラム（先進エネルギー プロジェクト クレジットや先進産業施設導入プログラムなど）を利用する必要があり、IRS は熱電池が 45X 先進製造生産の対象となることを確認するガイダンスを発行する必要があります。クレジット。

2022 年、米国の産業は約 12,600 ペタジュールの可燃性燃料 (原料を除く) を使用しましたが、そのほとんどは、蒸気の生成や炉や窯などの加熱装置などの用途で 1,000 °C 未満の温度で熱を供給するために使用されていました。 熱電池はこの熱を供給するのに適しています。 いくつかのプロセスは熱電池に課題をもたらしたり (一次製鋼など)、または極度の精度を必要としたり (酸素アセチレン溶接など) していますが、これらのプロセスは米国の産業エネルギー使用量の 5% 未満にすぎません。 したがって、産業用熱電池には、対応可能な広大な市場と温室効果ガス削減の可能性があります。

米国製造業の温度範囲別エネルギー消費量 (2022 年)

熱電池を動作させるには 2 つのアプローチがあります。 世代追従型バッテリーにより、産業施設はオフグリッドの風力発電や太陽光発電をより有効に利用できるようになります。 価格を追求する熱電池を使用すると、系統接続施設は最も安い時間帯に電力を購入できるようになります。 これらのアプローチを組み合わせたアプローチも可能です。

グリッドから電力を購入する産業は、発電コストだけでなく、関連する送電、配電、諸経費もカバーする小売料金を支払う必要があります。 施設は、太陽光や風力プロジェクトと直接連携し、熱電池を使用して太陽光や風力の変動を補い、低コストの熱を産業用途に確実に利用できるようにすることで、より安価に電力を購入できます。

この信頼性は、バッテリーの蓄熱時間と電力削減率、つまり、発電量が少ない長期間でも十分な電力が得られるように、最も晴れた時間や最も風の強い時間帯に過剰な電力を生成する意欲の関数です。 熱電池によって供給される熱のコストの構成要素を、太陽光のみに依存するカリフォルニアの場所と、風力と太陽光の混合に依存するテキサスの場所について以下に示します。 風力と太陽光を組み合わせて利用する場所と比較して、熱を確実に供給するためにより大きな熱電池（およびより多くの熱量削減）が必要となるため、完全に太陽光に依存する場所ではコストが高くなります。