综述：对用于太阳能储存的氨解离/合成循环的关键性回顾与评估

《Journal of Energy Storage》：A critical review and assessment of ammonia dissociation/synthesis cycle for solar energy storage

太阳能储能中氨基热化学储能与氢能存储系统 techno-economic 分析与比较，揭示了氨合成-分解循环兼具热能和氢能存储优势。热化学储能系统（TCES）实现13-24.7%的循环效率及0.09-0.27美元/千瓦时成本，显著优于氢能存储（HS）系统的4.6%最高效率（0.298-0.508美元/千瓦时）。研究提出六种典型场景，证实氨基热化学储能更经济高效，但氢能存储在燃料电池耦合应用中具有独特价值。

　　随着全球对可再生能源需求的不断增长，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式，正逐渐成为能源转型的重要组成部分。然而，太阳能的间歇性特征——即其供应受天气和昼夜周期的影响——对其实现稳定、连续的电力输出构成了重大挑战。为应对这一问题，研究人员提出了多种能源存储技术，其中氨（Ammonia）因其独特的能量存储和释放能力，被广泛视为一种有前景的储能介质。本文旨在系统地探讨基于氨的热化学储能系统（TCES）和氢储能系统（HS）在太阳能存储中的应用，分析其技术经济性能，并评估不同储能方案的可行性。

氨作为一种化学物质，不仅能够通过热化学反应储存太阳能的热能，还能通过合成和分解过程储存氢能。这种双重功能使其在太阳能储能系统中具有独特的优势。在太阳能热能存储方面，氨可以作为能量载体，通过吸收和释放热能来实现储能与放能。在氢能存储方面，氨可以通过水的电解生成氢气，再与氮气结合合成氨，最终在需要时通过氨的裂解释放氢气。这种过程不仅提高了太阳能的利用效率，还为能源的长期存储和运输提供了可能。

基于氨的热化学储能系统（TCES）和氢储能系统（HS）在太阳能存储中的应用，已经引起了广泛关注。TCES系统利用可逆的热化学反应对太阳能热能进行存储，其能量存储密度较高，能够实现长时间的能量保留。而HS系统则通过电解水产生氢气，并将其储存于氨中，再在需要时释放氢气用于发电或其他用途。这两种系统各有特点，适用于不同的应用场景。

研究发现，基于氨的TCES系统在太阳能存储中的轮次效率（RTE）较高，范围在13%至24.7%之间，而HS系统则较低，仅为4.6%。同时，TCES系统的单位发电成本（Levelised Cost）也显著低于HS系统，分别为0.09至0.27美元/千瓦时，而HS系统则高达0.298至0.508美元/千瓦时。这表明，尽管HS系统在某些特定应用中可能具有一定的优势，但从整体来看，TCES系统在太阳能存储中更具经济性和效率优势。

在技术层面，TCES系统和HS系统都面临一定的挑战。例如，氨的合成和分解过程需要高温和高压条件，这不仅增加了能耗，还可能导致催化剂和反应器材料的快速降解。此外，氢气的储存和运输也需要特殊的基础设施，如高压储罐或低温液化装置，这在经济和技术上都存在一定的限制。因此，如何优化反应条件、提高材料稳定性以及降低系统成本，是当前研究的重点。

从经济角度来看，TCES系统的成本结构主要由太阳能基础设施、热化学反应过程、能量回收系统以及管理费用等部分组成。其中，太阳能基础设施和热化学反应过程占据较大比例，约为42%和18%。而HS系统的成本则主要集中在氢气的生产和储存上，涉及电解水设备、氨合成过程以及氢气的运输和释放。这些成本因素直接影响系统的整体经济性，因此，如何在不牺牲性能的前提下降低这些成本，是实现大规模应用的关键。

尽管基于氨的储能系统在太阳能存储中展现出诸多优势，但其实际应用仍面临一定的障碍。首先，氨的合成和分解过程需要较高的温度和压力，这不仅增加了能耗，还可能对设备造成损害。其次，氢气的储存和运输需要特殊的基础设施，如高压储罐或低温液化装置，这在经济和技术上都存在一定的限制。此外，氨的裂解过程可能产生一定的副产物，影响系统的整体效率和安全性。

为了克服这些挑战，研究人员正在探索多种优化策略。例如，通过改进反应器设计和催化剂性能，提高氨的合成和分解效率。同时，利用先进的材料技术，提高反应器的耐久性和安全性。此外，开发更加高效的氢气储存和运输方式，如使用氨作为氢气载体，不仅可以降低储存成本，还能提高运输的便利性。

随着技术的进步和成本的降低，基于氨的储能系统有望在未来成为太阳能存储的重要解决方案。特别是在大规模能源存储和长距离能源传输方面，氨的高能量密度和良好的化学稳定性使其成为理想的选择。此外，氨的合成和分解过程可以与现有的太阳能发电系统相结合，实现更高效的能源利用。

综上所述，基于氨的热化学储能系统和氢储能系统在太阳能存储中具有广阔的应用前景。尽管在技术经济性方面仍存在一定的挑战，但通过持续的研究和创新，这些问题有望得到解决。未来，随着技术的成熟和成本的降低，基于氨的储能系统将成为推动太阳能储能和利用的重要手段，为实现更加清洁、可持续的能源体系提供支持。