2022年热储能技术有哪些进步和发展

热储能技术有哪些进步和发展

目录

1.热储能如何成为未来规模储能的中坚力量.......................................1

2.VikingEnergySolutions公司的热储能技术..................................3

3.挪威熔盐电池集团进军西班牙市场.............................................4

4.MGA相变储热砖提供储能新方向...............................................5

4.1.前述.....................................................................5

4.2.澳科学家研发出MGA新型模块化蓄热材料.................................6

4.2.1.储能技术的重要性正日益凸显.........................................6

4.2.2.可像积木一样堆叠和组合，安全可回收................................7

4.2.3.MGA技术改造燃煤电站可实现“双赢”................................7

4.2.4.试点生产工厂于2021年下半年投运...................................8

4.3.MGA技术的工作原理......................................................9

4.4.MGA热储能技术的特点...................................................10

4.5.MGA应用场景...........................................................11

4.5.1.电网规模的可再生能源...............................................11

4.5.2.用于聚光太阳能热发电的存储.........................................12

4.5.3.工业余热存储........................................................13

4.6.未来发展空间...........................................................14

参考资料：......................................................................14

1.热储能如何成为未来规模储能的中坚力量

公用事业厂商爱迪生国际公司(EdisonInternationa)和热储能解决方案提供商

VikingEnergySolutions公司日前开展合作验证了一个热储能解决方案，两个团队

合作开展的这个热储能解决方案实现了100%的往返效率，并达成了一项涉及多

项知识产权专利的收购，这对于热储能技术来说是积极进步。

能源是人类社会生存和发展的物质基础。在众多储能技术中，热能储存是

最有前途的大规模储能技术之一。

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纵观人类社会发展史，人类社会文明的每一次重大进步都伴随着能源利用

的提高和革命。

储能技术在促进能源生产和消费、开放共享、灵活交易和协调发展、推动

能源革命和新能源模式发展等方面发挥着至关重要的作用。是新能源和可再生

能源发展的核心支撑。储能技术的创新和突破将成为推动全球能源格局革命

性、颠覆性调整的重要主导技术。

目前，世界主要发达国家都在加快发展储能技术和产业，抢占能源战略的

突破口。

热能储存技术是以储热材料为介质，储存太阳能、地热、工业废热、低品

位废热等，或将电能转化为热能，在需要时释放出来，以解决因时间、空间或

强度上的热供需不匹配而引起的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用

率。

与电化学储能、电储能等其他储能技术相比，热能储能在装机规模、储能

密度、技术成本和使用寿命等方面具有明显优势；

与压缩空气储能和抽水蓄能两种机械储能技术相比，热能储能技术具有占

地面积小、成本低、储能密度高、对环境影响小、不受地理和环境条件限制等

优点；

蓄热技术作为一种高能量密度、高转换效率、高性价比的大规模储能方

式，将在建设清洁、低碳、安全高效的能源体系、建设以新能源为主体的新电

力系统、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥重要作用。返回搜狐，查看更

多

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2.VikingEnergySolutions公司的热储能技术

图1VikingEnergySolutions公司热储能技术已通过为期两年的评估验证

VikingColdSolutions公司开发的热储能技术经过环境咨询机构

D+RInternational公司为期两年的评估研究后得到验证。

该公司表示，其解决方案存储冷能的效率比传统冷库高出该公司表

25%O

示，评估研究报告建议，将VikingColdSolutions公司的热储能技术纳入南加州

爱迪生公用事业公司(SCE)的项目组合中，以提高冷藏设施的能源效率和需求响

应。

VikingColdSolutions公司表示，这项研究和测试是在南加州的一家食品服

务分销商进行的，它验证了热储能技术在提高电网稳定性和减少用电量方面的

商业利益。而制冷是加利福尼亚州第三大能源使用类别。

评估研究报告指出，“相变材料与智能控制相结合，可以显著提高热储能

设施的能源效率和需求管理能力。”具体来说，VikingColdSolutions公司的热

储能技术将制冷系统内的能源效率提高了25%,并显著地降低了峰值负载需

求，同时更好地保持产品所需的温度。

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该公司希望这将启动美国各地的食品制造商、分销商和食品零售商对其技

术的采用。为温控设施运营商采用现有的激励计划以降低能源使用将有助于实

现这一目标，VikingColdSolutions公司表示，评估的成功将有助于其热储能技

术推广到这些计划中。

与此同时，以色列的热储能电池生产商NostromoEnergy公司宣布与商业

冷却系统制造商SmardtChiller集团进行技术合作。

该公司表示，该合作伙伴关系将寻求引入具有最高往返效率(RTE)的储能系

统，甚至高达100%。(注：在存储能量的方面，往返效率是指储存能量可以回

收的部分。)

NostromoEnergy公司的核心产品是其IceBrick,这是一种模块化的封装式

蓄冷用户侧储能系统，可以快速冷冻。它的主要用途是取代建筑物冷却。它在

非高峰电力需求期间将水冷却成冰，并在高峰时段用它来冷却建筑物的循环

水。

该公司声称具有86%〜92%热往返效率、四小时循环放电深度为94%,并

且在20年内退化率小于1%»

这两家公司计划合作建立一个实验室，以优化彼此的产品性能。

3.挪威熔盐电池集团进军西班牙市场

与此同时，总部位于挪威的熔盐电池开发商KyotoGroupAS公司收购了总

部位于西班牙的MercuryEnergy公司，该公司拥有多项与热储能开发相关的知

识产权(IPR)。MercuryEnergy公司为此更名为KyotoTechnologySpain公司。

该公告并没有提供有关MercuryEnergy公司的其他信息。KyotoGroupAS

公司表示，卖方是AndresBarrosBorrero公司，KyotoGroupAS公司与该公司在

开发其Heatcube产品方面存在合作关系。

Heatcube是一种基于熔盐的电池储能系统，配置的储能容量可以从4MWh

到lOOMWh以上，装机容量高达25MW。MercuryEnergy公司于2020年2月启

动了一个试点电池储能项目，其装机容量为1MW。

MercuryEnergy公司声称能源效率达到90%,而该公司于去年3月在泛欧

证券交易所上市。

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4.MGA相变储热砖提供储能新方向

4.1.前述

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

MGAThermaLE2SPower公司的很多项目，就是跟MGAThermal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。

MGAThermal的核心技术是一种新发明的蓄热材料，混溶间隙合金

(MGA)o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MGAThermal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一一提高电网的稳定性、住宅和商业空间供暖、工业过

程/废热等。

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图说：MGA（混溶性间隙合金）块（左图为外观，右图为内部双组件结构）

来源：MGAThermal留倡@班球零碳

4.2.澳科学家研发出MGA新型模块化蓄热材料

以煤电为代表的化石燃料发电厂正在走向衰亡，大量工人面临失业，采用

储热技术与传统电厂结合，是否能为其延续寿命？

CSPPLAZA此前发布的一篇题为《燃煤电厂或可借储热型光热发电技术“延

年益寿”》【点击标题了解详情】的报道，介绍了全球领先的光热发电技术供

应商西班牙Abengoa公司和德国工程咨询公司SolEngCo等相关光热企业正在密

切关注和探索储热型光热发电技术在落后燃煤电厂改造中的应用潜力和市场机

遇。

无独有偶，来自澳大利亚纽卡斯尔大学的科学家们也在积极尝试用储热技

术来拯救面临淘汰危机的化石燃料电站，目前他们已成功研发出一种名为

MGA的新型储热材料，有望为传统的化石燃料电站赋予新生命，使它们可以实

现无排放“绿色运行”。

去年，研发人员还专门成立了MGAThermal公司，致力于推进该技术走向

商业化并应用于实际项目。

4.2.1.储能技术的重要性正日益凸显

随着可再生能源的大规模部署，储能技术已越来越受到人类的重视。

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因为太阳能和风能等主要的可再生能源均为间歇性能源，能量的生产与输

送并不连续稳定，因此若要实现100%使用可再生能源就必须借助储能技术，使

多余的能量及时储存并在需要时释放。

目前锂电池蓄电技术价格相对昂贵，且只能用于短期能量储存。抽水蓄能

可以实现更长时间的能量储存，但却有较大的厂址局限性，只能在特定条件的

地区建设。

因此，我们需要一种既经济又普遍适用的储能方案，能够大规模推广且可

以在晚上用电高峰提供6-8个小时的可调度电力。

MGA蓄热单元可以储存1整天甚至长达1周的能量，这便可以填补蓄电池

和抽蓄电站之间中等储能时长的“技术空白”，并可以在需要时调度间歇性的

可再生能源。

4.2.2.可像积木一样堆叠和组合，安全可回收

MGA是一种混色间隙合金，这种新型材料可被制成砖块等固定形状形成蓄

热单元，而太阳能和风能等可再生能源在高峰时产生的多余能量可以被转化成

热量并储存在上述蓄热单元中，待需要时这些热量可以作为煤炭等化石燃料的

替代品，与水换热生产水蒸气进而推动汽轮机发电，并实现零排放。

这些蓄热单元可以像积木一样堆叠和组合，可以灵活增加或减少，以满足

发电量或热量的需求变化。

止匕外，研究人员表示，与某些其它燃料不同的是，MGA模块安全且无毒，

没有爆炸或泄露的风险。

同时，MGA模块的使用寿命预计为25-30年，之后还可以进行回收。被回

收的模块可以被很容易的分成单独的材料然后重新再被加工成MGA模块，也可

以作为其他用途的原材料进行使用。

4.2.3.MGA技术改造燃煤电站可实现“双赢”

按照研发团队设想，利用MGA模块改造已退役或即将退役的燃煤电厂，

可以助力人类社会平滑过渡到可再生能源时代。

在未来的二十年中，包括澳大利亚在内的全球很多国家的燃煤电厂都将退

役或被停用，MGAThermal公司希望通过MGA蓄热新技术来对这些燃煤电站进

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行改造并延续它们的运行寿命，从而使这些电站得以保存并继续保留雇员的工

作岗位。

据研发人员介绍，目前开发出的MGA储热模块尺寸为20cmx20cmx

16cm,由金属混合物组成，在被加热时有一些成分会熔化发生相变，有一些则

不会。就像一块放在微波炉里加热的碎松饼一样，由蛋糕和巧克力屑制成的松

饼在加热时巧克力屑会熔化，但蛋糕却不会熔化且可以保持原有形状。

运行时，这些像积木一样的MGA模块一方面能够储存能量，另一方面可以

将水加热来生产蒸汽。燃煤电站需要完成的改造工作其实很简单，将原有的锅

炉拆除利用MGA储热模块替代即可。MGA与水换热所生产的蒸汽可以驱动涡

轮和发电机发电，既可以替代燃煤提供热量又没有任何污染和排放。

谈到如何与水换热来生产蒸汽？研发人员介绍，设计时可以将MGA模块

内部预留管道，通过管道将水泵入其中来实现换热。另外，也可以采用MGA模

块与专用热交换器直接接触换热。

MGAThermal的联合创始人ErichKisi教授表示：“燃煤电厂的排放是导致

全球变暖的单一最大温室气体来源，燃煤电厂转型是一种双赢的方式，既能提

供清洁的基荷电力，又能避免电厂关闭造成的就业岗位流失。”

4.2.4.试点生产工厂于2021年下半年投运

止匕夕卜,MGAThermal公司还与瑞士公司E2SPowerAG达成合作，将在欧洲

燃煤发电行业测试该技术。从明年开始，他们将一起利用MGA技术来对部分燃

煤电厂进行改造，并进一步验证该技术在实际应用中的经济性。

据研发人员介绍，从实验室测试结果来看，与锂电池储能技术相比，MGA

的储能成本要低很多。

目前锂离子电池的储能成本约为200澳元/kWh,如果考虑入网成本则会进

一步增加。而MGAThermal公司试点工厂的建设目标是：包含所有附属基础

设施的条件下整个系统可以实现50澳元/kWh的储能成本。

不过，MGAThermal公司也清醒地认识到MGA蓄热材料的短板：响应时间

要比蓄电池慢得多。蓄电池的响应时间可以以毫秒来计算，在扮演短时调峰或

承担高峰电力供应方面具有较大优势。反观MGA技术的响应时间则要超过15

分钟，但是它的存储容量会更大一些。

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研究人员认为，在具备条件的情况下，将蓄电池、MGA模块和抽蓄这三种

方式有机组合起来就可以既满足大规模储能的需要，又可以针对可再生能源的

波动性进行快速响应。

与任何新技术一样，MGA模块储能技术必须经过财务方面的证明，才能被

行业接受并广泛应用于商业化项目。随着试点生产工厂的建设和实际应用测试

的稳步推进，该技术的首次全面展示即将到来。一旦成功，该技术将使燃煤电

厂实现清洁化运营，并为这些电厂工人的未来带来希望。

4.3.MGA技术的工作原理

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一一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

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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。

4.4.MGA热储能技术的特点

模块化

单元被设计成可堆叠的，可以根据需要进行堆叠组合，以提供所需的存储

容量和适应和匹配各种发电厂规模，并配置所需的工厂占地面积。

存储效率（电能转化为热能）高

因为通过辐射有良好的热传递，因此在这个过程中几乎没有损失。导热性

比当前其他储热材料高10到100倍。

储能密度大

这项突破性技术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。由于相变，与其他热能存储技术相比，MGA实现了更好的储能密度。

可再生

与太阳能、风能和热能可再生能源兼容的可再生友好系统，让间歇性的可

再生能源高效可靠地发电。

低成本

模块中使用的所有材料都是常见的;并且在今天很容易获得，相对锂、锲等

元素成本较低。根据纽卡斯尔大学科学家、MGAThermal项目的首席研究员

ErichKisi教授的说法，MGA块的成本是相同尺寸的传统锂电池的十分之一，但

产生的能量却相同。

充电速度快

基于存储模块的直接电阻加热，可以利用交流电流，电压和电流水平与

发电机终端相同。使用该充电系统可实现快速充电，不到1小时的充电即可

达到全部存储容量。

安全可靠性强

定制设计的微结构消除了冷却和融化过程中的风险和问题。

可持续性

所采用的组件和设计确保了长寿命、可回收，寿命预计为30年，性能下降

可忽略不计，MGA蓄热材料使用回收材料制成，并且完全可回收。

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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一一提高

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：

4.5.MGA应用场景

4.5.1.电网规模的可再生能源

MGAThermal与E2SPower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。

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GRID

Transformer

图说：用MGA热能储存器取代燃煤燃烧器，重振现有电站基础设施

来源：MGAThermal展唱◎环琮零碳

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℃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。

4.5.2.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。

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图说：使用中央电力塔和热能存储单元的集中式太阳能发电厂示意图

来源：MGAThermal谢j号@瑞球零碳

4.5.3.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。止匕外，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。

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Fluctuatiug