熱エネルギー貯蔵2024-2034:技術、プレーヤー、市場、予測Thermal Energy Storage 2024-2034: Technologies, Players, Markets, and Forecasts IDTechExは、産業用熱エネルギー貯蔵市場が2034年までに45億米ドルに達すると予測している。暖房と冷房は世界のエネルギー消費の約50%を占め、この消費の約30%は産業からの暖房需要で、熱生産の大部分は化石... もっと見る
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サマリー
IDTechExは、産業用熱エネルギー貯蔵市場が2034年までに45億米ドルに達すると予測している。暖房と冷房は世界のエネルギー消費の約50%を占め、この消費の約30%は産業からの暖房需要で、熱生産の大部分は化石燃料を使用している。その結果、世界のエネルギー汚染の約25%は、工業プロセスで生産される熱によるものである。そのため、熱エネルギー貯蔵(TES)のような、脱炭素熱を生成・貯蔵する技術に対する需要が、さまざまな産業分野で高まっている。
TESシステムは、集光型太陽光発電(CSP)プラントとの組み合わせ、地域暖房、コールドチェーン、建物の空間暖房などの用途に広く採用されている。しかし、産業界におけるTESは新興のニッチ市場であり、現在のところ世界のTES市場の~1%を占めているに過ぎない。IDTechExは、産業界に導入されるTESシステムが世界のTES生産能力に占める割合が増加し、世界の産業排出量を削減するために必要な主要ソリューションの1つになると予想している。EUイノベーション・プロジェクトや米エネルギー省のインダストリアル・ヒート・ショット(Industrial Heat ShotTM )のような政府や州主導のイニシアティブは、TESが含まれる可能性のある産業プロセスの脱炭素化技術を開発する企業への資金提供を検討している。さらに、最近主要地域で天然ガス価格が上昇していることも、産業プロセスに熱をより安く安定的に供給する技術の必要性を浮き彫りにしている。
TES技術の大半は、主に工業プロセスに脱炭素熱を供給するために開発されている。これには、溶融塩、コンクリートや耐火レンガなどの固体媒体を使用する顕熱技術や、相変化材料を使用する潜熱技術が含まれる。また技術によって、電気抵抗発熱体に電力を供給するための再生可能電力や、余剰熱の回収(蒸気など)など、さまざまな形態のエネルギー入力を受け入れることができる。
TES技術はまた、タービン発電機と組み合わせて、熱を供給しながら同時に発電することもできる。これによって、一部のTESシステムが長時間エネルギー貯蔵(LDES)用途に使用される可能性がある。太陽光や風力といった変動する再生可能エネルギー源の電力網への普及が進むにつれ、より長い時間枠で変動するエネルギー供給を管理する必要性が高まっている。LDES技術は、このような長い時間枠でエネルギーを供給する際に有用である。砂、溶融塩、CO2、水などの材料を用いた電気熱エネルギー貯蔵(ETES)技術は、より大規模なグリッド規模のLDESアプリケーション向けに開発されている。しかし、熱を電気に変換する際に効率損失が発生するため、他のLDES技術と比較するとTES技術は不利である。熱化学エネルギー貯蔵(TCES)技術もTES技術の一種であり、一般にまだ試作段階である。これらの技術を市場に投入するためには、より多くの認識、資金、材料の最適化が必要である。
IDTechExの本レポートでは、様々なTES技術の産業応用への商業的な準備状況、およびコスト、最大貯蔵温度、期待されるシステム寿命、往復効率などの要素を含む長所と短所を分析・評価している。
熱エネルギー貯蔵の動作原理。出典:IDTechEx:IDTechEx.
TESシステムは、産業界において、脱炭酸、乾燥、プロセス流体の加熱、発電など、さまざまなプロセス加熱用途に使用できる。これらのプロセスの中には、化学、素材製造、精製、食品・飲料、パルプ・製紙、セメント、ガラス、金属など、TESプレーヤーがターゲットとしている複数の産業部門にわたって使用されているものもある。これらのプロセスには、必要とされる温度や熱の種類に関する要件がある。例えば、流体加熱プロセスは通常、蒸留再沸騰装置などの化学製造や精製プロセスで使用される。このようなプロセスでは、溶融塩のような蓄熱媒体が熱媒体となり、排出時に再循環ループの一部として熱交換器を通過します。このようなプロセスでは、一般的に200~600℃の「中温」が必要とされる。一方、乾燥プロセスは一般に200℃以下の低温を必要とし、産業部門に広く普及している。これらのプロセスでは通常、高温で乾燥した空気からの対流熱伝達が必要となる。より低温の空気がTES媒体の周囲を通過して加熱され、排出時に工業用乾燥プロセスに供給される可能性がある。
しかし、金属やガラスの熱処理や溶融プロセスには、1000℃を超えるような高温を必要とするものもある。開発・実用化されているTESシステムの多くは、蓄熱媒体の機械的・熱的安定性を損なうことなく、このような温度で熱を貯蔵・供給することができない。しかし、より高い貯蔵温度に耐える新しい固体材料の開発が観察されており、脱炭素化が最も困難であったこれらの高温プロセスでのTESの利用が期待される。IDTechExの本レポートでは、世界の主要企業が開発中のTES技術を分析・検討し、どの技術が様々な産業用加熱アプリケーションに最も適しているかを評価している。
出典:IDTechEx
2024年1月現在、TES企業は技術の開発と商業化、製造能力の増強のために6億米ドル以上の資金を積み上げている。TESと他の産業用脱炭素技術との資金比率は必ずしも明確ではないが、州レベルの資金調達が各地域で最初の主要な原動力となることが予想される。米国と中国では GWh 規模の主要な非 CSP TES プロジェクトがいくつか計画されているが、IDTechEx では、TES プレーヤーの注目は現在のところ欧州市場に集中していると見ている。ヨーロッパでは、2025年までに少なくとも275MWhの累積TES容量が産業用として設置される予定である。最近上昇した天然ガス価格とEU排出権取引制度を通じて施行された排出上限が、欧州の産業用TES成長の主要な原動力となるだろう。この調査レポートは、産業用TES市場の市場概要とデータ分析を提供し、バリューチェーン、戦略的パートナーシップ、資金調達、材料サプライヤー、ビジネスモデル、主要企業の活動、計画中および既存のプロジェクト、製造開発などを掲載しています。
出典:IDTechEx.
IDTechExの本レポートはまた、2020年から2034年までのTES市場に関する10年間の市場予測を、容量(GWh)と市場価値(億米ドル)の両方で提供している。容量予測は地域別、技術別、用途別に提供している。地域には欧州、米国、オーストラリア、中国、その他の地域が含まれる。
目次
Summary
この調査レポートは、2024-2034年の熱エネルギー貯蔵について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容(目次より抜粋)
Report Summary
IDTechEx forecasts that the industrial thermal energy storage market will reach US$4.5B by 2034. Heating and cooling accounts for approximately 50% of global energy consumption, with ~30% of this consumption represented by heating demand from industry, with the majority of heat production using fossil fuels. Consequently, ~25% of the global energy pollution comes from heat produced for industrial processes. Therefore, there is growing demand across various industrial sectors for technologies to both generate and store decarbonized heat, such as thermal energy storage (TES).
TES systems have been widely adopted for applications such as pairing with concentrated solar power (CSP) plants, district heating, cold chain, and space heating for buildings. However, TES in industry is an emerging and niche market, and is only responsible for ~1% of the global TES market currently. IDTechEx expects that TES systems deployed in industry will form a growing proportion of global TES capacity and will be one of the key solutions needed to reduce global industrial emissions. Government and state-led initiatives such as the EU Innovation Project and the US Department of Energy's Industrial Heat ShotTM are looking to provide funding to companies developing technologies to decarbonize industrial processes, in which TES could be included. Moreover, recently higher natural gas prices in key regions also highlight the need for technologies to provide heat for industrial processes at a potentially lower and more stable cost.
The majority of TES technologies are primarily being developed to provide decarbonized heat to industrial processes. This could include sensible-heat technologies using materials such as molten salt, and solid-state media such as concrete and refractory brick, or latent-heat technologies using phase change materials. Different technologies also accept different forms of energy input, including renewable electricity to power electrical resistive heating elements, or excess heat capture (e.g., steam).
TES technologies could also be paired with turbine-generators to produce electricity, potentially while co-currently delivering heat. This could see some TES systems be used for long duration energy storage (LDES) applications. As the penetration of variable renewable energy sources, such as solar and wind, increases in national electricity grids, as will the need to manage greater fluctuating supply of energy over longer timeframes. This is where LDES technologies will be useful in dispatching energy over these longer timeframes. Electro-thermal energy storage (ETES) technologies such as those adopting materials such as sand, molten salt, CO2, and water are being developed for larger grid-scale LDES applications. However, conversion of heat to electricity results in efficiency losses, which would be a disadvantage of TES technologies compared to some other LDES technologies. Thermochemical energy storage (TCES) technologies are another type of TES technology and are generally still in prototype stage of development. Greater awareness, funding and material optimization is required to bring these technologies to market.
This IDTechEx report analyzes and appraises various TES technologies' commercial readiness for industrial applications, and advantages and disadvantages, including factors such as cost, maximum storage temperature, expected system lifetime, and round-trip efficiency.
Thermal energy storage working principles. Source: IDTechEx.
TES systems can be used in industry for various process heating applications, including calcination, drying, process fluid heating, and power generation, among more. Some of these processes are used across multiple industrial sectors, which TES players are targeting, such as chemicals, materials manufacturing, refining, food and beverage, pulp and paper, cement, glass, and metal sectors. These processes have requirements related to temperature and type of heat required. For instance, fluid heating processes are typically used in chemical manufacturing and refining processes, such as in distillation reboilers. These processes could see a thermal storage medium, such as molten salt, double up as a heat transfer fluid which, on discharge, passes through a heat exchanger as part of a recirculation loop. 'Medium temperatures' are generally required for such processes, ranging from 200-600°C. Whereas drying processes generally require lower temperatures below 200°C, and are ubiquitous across industrial sectors. These processes will typically require convective heat transfer from hot, dry air. Cooler air could pass through or around a TES medium to be heated and then supplied on discharge to an industrial drying process.
However, several metal and glass heat treating and melting processes require much higher temperatures, greater than 1000°C. Many of the TES systems being developed and commercialized are unable to store and supply heat at such temperatures without compromising the mechanical or thermal stability of the thermal storage medium. However, development of novel solid-state materials to withstand higher storage temperatures is being observed, which could promise the use of TES in these higher-temperature processes, which have been some of the most difficult to decarbonize. This IDTechEx report analyzes and examines TES technologies being developed by key players globally and assesses which technologies would be most suitable for different industrial heating applications.
Source: IDTechEx
As of January 2024, TES players have accumulated over US$600M in funding, to develop and commercialize their technologies, and to increase manufacturing capacity. State-level funding is expected to be an initial key driver across regions, though the proportion of funding attributed to TES versus other industrial decarbonization technologies is not always clear. While a few key GWh-scale non-CSP TES projects are planned for deployment in the US and China, IDTechEx expects most TES player attention is currently focused on the European market. At least 275 MWh of planned cumulative TES capacity is expected to be installed in Europe for industrial applications by 2025. Recently higher natural gas prices and emission caps enforced through the EU Emissions Trading System will be key drivers for European TES growth in industry. This IDTechEx report provides market overviews and data analysis for the industrial TES market, including value chain, strategic partnerships, funding, material suppliers, business models, key player activity, planned and existing projects, and manufacturing developments.
Source: IDTechEx.
This IDTechEx report also provides 10-year market forecasts on the TES market for the period 2020-2034, in both capacity (GWh) and market value (US$B). Capacity forecasts are provided by region, technology, and application. Regions include Europe, United States, Australia, China, and Rest of the World.
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2024/06/28 10:26 162.07 円 173.83 円 207.48 円 |