储能技术，是在清洁能源转型进程中解决风电和太阳能发电间歇性和不稳定性，以及保证电网稳定安全运行的重要手段。

于是，各种储能技术百花齐放，因地制宜。最近国家发改委发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》，也鼓励储能多元化发展。

其中，相变热量储能成为一个最有趣、最热门的内容，各种奇思妙想层出不穷。

3月29日，《环球零碳》刊登“将燃煤电厂转化为储能装置，这套技术将分食万亿储能市场“一文，引发很多读者兴趣。文章提到一家来自瑞士的E2S Power 公司，通过新型储能系统 TWEST（行波储能技术）进行热能储存，这套系统可用于退役的燃煤电厂。

而这套系统的一项关键核心技术，是使用一种被称为“混溶性间隙合金”(MGA) 的专利材料来构建存储模块。

这项技术做得比较牛的是一家来自于澳大利亚纽卡斯尔大学的衍生公司 MGA Thermal。E2S Power 公司的很多项目，就是跟MGA Thermal公司合作的。今天《环球零碳》就跟读者介绍一下这种技术的详细情况。

MGA Thermal的核心技术是一种新发明的蓄热材料，混溶间隙合金 (MGA)。这些合金可以以安全且易于使用的方式以热量的形式存储大量能量。在MGA Thermal存储解决方案中，MGA 模块化块堆叠到绝缘储罐中，可以存储能量以用于各种应用——提高电网的稳定性、住宅和商业空间供暖、工业过程/废热等。

在解释我们的 MGA 技术时，一个很好的类比是巧克力片纸杯蛋糕。

重新加热纸杯蛋糕时，巧克力片会熔化，但蛋糕结构本身却保持坚固。巧克力片从烤箱或微波炉中吸收热量，熔化成美味的液态巧克力。与此同时，蛋糕的"基体 "将熔化的巧克力片固定在适当的位置，并防止熔化的巧克力片化成一滩粘稠的液体。如果随后让蛋糕冷却，则储存的热量会散发到环境中。当它冷却时，熔化的巧克力片会失去吸收的能量并返回到固体形态。这个加热和冷却的过程可以重复进行——尽管只是在纸杯蛋糕的合理范围内。

就像我们的纸杯蛋糕中的两个组件一样，MGA（混溶性间隙合金）块也包含两个组件：石墨和铝合金制成。一种成分是有较高熔点的石墨，熔点3700℃，且是热的良导体，其可使MGA块保持固体形式并充当高导电性基质；另一种成分是一系列金属合金组成的相变材料，铝的熔点是700℃，以颗粒形式分散在整个基质中。

与蛋糕成分一样，MGA基质将颗粒固定在基质之中并迅速散发热量，使颗粒（或巧克力片等价物）在加热时熔化时保持在原位。颗粒熔化时，它们通过固态到液态的相变储存热能。颗粒冷却时，它们释放熔化时通过相变所存储的能量。

然而，与巧克力片纸杯蛋糕的类比不同，这个加热并储存能量、冷却并释放能量的过程可以重复很多很多次。而且，与纸杯蛋糕不同的是，能量不会毫无用处地消散到房间里，借助 MGA 基质将颗粒固定在适当的位置，可再生能源产生的电力可以不断地泵入MGA块中，使颗粒熔化并储存能量，然后冷却并释放能量，这些能量由传热基础设施收集和储存以备后用。这种双组件结构是 MGA 效率和易用性的关键；这些MGA块具有高储能能力和恒温功率放电，同时结合了相变材料的高热容量和易于处理的连续坚固性的优势。

同样是热储能，用混凝土、岩石、沙子和各种盐等介质的储存方式也层出不穷。这些材料成本非常低，容易获得，但通常也具有非常差的热传输性能。MGA储热方式，主要材料是石墨和铝，克服了固体材料中的热传输问题，同时，由于相变MGA也实现了更好的储能能量密度，但增加了材料成本，如果在生产过程中如果可以使用来自不同来源的回收石墨和金属颗粒，则可大大降低成本。

所以，MGA技术只有当大规模使用时，它是最有效的，不太适合小型储能系统。同时，MGA技术也面临着相变储能材料的共性问题：相变材料储能效果与材料机械性能之间的矛盾。由于相变储能材料的蓄热值与相变材料在储能材料中所占的含量有直接的关系，相变材料含量越高，蓄热值越大，但是由于基体材料和其他成分的减少，使得储能材料的机械性能可能会出现下降。同时，当元件尺寸变大时，材料的机械强度也可能会下降。

MGA 模块化块堆叠到绝缘储罐中，可以存储能量以用于各种应用——提高电网的稳定性、住宅和商业空间供暖、工业过程/废热等。不过，重点还是为电网提供基本负荷电力。以下是这一技术的应用场景简述：

1、电网规模的可再生能源

MGA Thermal与E2S Power合作提出了一种创新的可重复利用大部分化石燃料发电厂的设备和基础设施并将其转变为清洁能源储存工厂的解决方案，其既可以重新利用即将退役的煤电厂，又可以使可再生能源能够以可行的高水平渗透到电网中。

以风能、太阳能为代表的可再生能源，都是高度间歇性的，生产高峰期与使用高峰期的一致性很差。通过在生产高峰期将能量存储在 MGA 中，然后在发电机、涡轮机和退役发电站中的其他传热基础设施的帮助下释放能量，我们可以重新调整生产和使用周期。这将是实现可再生能源全面渗透全球电网的关键一步。此应用中使用的 MGA 在 500 – 700 ºC 的温度范围内运行，以确保与现有退役发电站基础设施完美匹配。

2、用于聚光太阳能热发电的存储

聚光太阳能热发电指使用某种辐射能汇聚装置 ，聚焦太阳的辐射能，加热工质，通过工质输送热能，以此加热产生高温蒸汽推动汽轮机带动的发电机发电的发电方式。聚光太阳能热发电的简单性是通过吸收集中的阳光产生热量而，直接以热能的形式捕获能量也有助于实现具有成本效益的热存储，目前所有类型聚光太阳能热发电的挑战是储热效率。MGA 可以在超过下一代高温功率循环的温度下运行，它们还具有高能量密度并且在成本方面具有竞争力，因此这种可在高温下运行的热能存储技术，将会提高聚光太阳能热发电可行性和可靠性。

3、工业余热存储

包括矿石精炼、炼钢、纸板/纸张制造、食品生产（以及许多其他）在内的工业过程会消耗和浪费大量热量。这些热量有可能被捕获和再利用，然而，通常来自过程的废热供应存在极大地波动性，而在使用方面，热量需要以恒定的速率输出。蓄热则可以帮助重新调整这种不匹配并消除波动，从而将曾经浪费的热量反馈到循环中。然后，根据其温度，回收的热量可用于发电、预热等工业过程或用于加热/冷却附近的建筑物、办公室或当地区域。MGA 非常适合这项工作，因为它具有非常高的能量密度，这意味着它可以在很小的空间内存储大量能量。此外，MGA对热的耐受性很高并且足够稳定以应对非常大的温度波动，因此能够显著平抑输入侧的波动。

MGA Thermal在2020年6月从CP Ventures筹集了 50万元澳元的种子轮投资。在2021年8月，MGA Thermal公司获得了800万澳元（580万美元）的A轮融资，以扩大其生产能力并向全球出口MGA热能储存。

这笔资金由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）成立的深度技术投资基金Main Sequence牵头，新投资者Alberts Impact Capital、新西兰气候风险投资基金、The Melt以及包括Chris Sang、Emlyn Scott和Glenn Butcher在内的一批领先的天使投资人参与。上一轮的种子投资者CP Ventures也增加了他们现有的股份。

MGA Thermal已与瑞士能源和工业公司集团 SS&A Power Group和WIKA 集团的合资企业E2S Power建立了战略合作伙伴关系，在澳大利亚、欧洲、北美和亚洲部署其技术，为其热能存储解决方案提供热存储模块支持。这种热储能技术，具有可扩展性和经济性，在不同的领域可进行大规模商业化应用。

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参考资料：

[1]https://www.mgathermalstorage.com/

[2]https://www.nsenergybusiness.com/features/twest-technology-to-convert-coal-fired-plants-into-energy-storage-units/

[3]https://www.modernpowersystems.com/features/featuretwest-repurposing-coal-fired-plants-as-thermal-energy-storage-facilities-9397592/

[4]https://www.power-technology.com/features/mga-thermal-new-building-blocks-for-energy-storage/

[5]http://e2s-power.com/our-product/

[6]https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E5%85%89%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E5%8F%91%E7%94%B5/4351850?fr=aladdin

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