2024年初，全球首套10ＭＷ/80ＭWh二氧化碳储能示范系统调试并网一次成功。该示范系统由百穰新能源科技（深圳）有限公司、安徽海螺集团有限责任公司和西安交通大学联合研发，不仅结合了水泥生产工艺特点，而且充分利用水泥窑废热进一步提高了储能效率，入选国家能源局公示了首批科技创新（储能）试点示范项目。

图为2024年1月9日安徽省芜湖市繁昌区繁阳镇库山村，正在并网发电的10MW/80MWh二氧化碳储能示范系统项目。人民图片 王玉实/摄

该项目并网发电证明了气液互转二氧化碳储能系统具有极高的工程应用价值，标志着二氧化碳储能技术在全球范围内顺利进入大规模商业应用阶段，为达成我国双碳目标提供了重要的技术支撑。

1、长时储能经济性及稳定性的示范

二氧化碳储能系统为物理储能技术，机组运作原理与火电机组类似，可不间断稳定做功，本项目充放电时长分别为8小时，其成功运行，将为满足市场对长时储能迫切需求，提供有效解决方案。

在大功率长时储能的应用场景下，二氧化碳储能系统全周期度电成本低；且功率单元与容量单元解耦设计使得系统在功率确定前提下，增加储能时长仅需扩展容量单元，因此，在系统功率确定的前提下，时长越长，系统的单位成本越低！

2、转动惯量支持，电网友好型储能技术示范

二氧化碳储能系统动力设备为旋转机械，在充电端和发电端均可为电网提供惯量支持，能有效提升电网应对运行波动的能力。

本项目将作为同时具备调峰和转动惯量支持的电网友好型储能技术示范，为电网今后获得惯量支持提供有效解决方案。

3、低品位余热利用示范

二氧化碳储能系统可充分利用40℃以上的低品位工业余热，提升系统储能效率，将低品位余热转化为电能，减少能耗，优化用户用能结构。

“芜湖海螺10MW/80MWh新型二氧化碳储能示范项目”充分使用了芜湖海螺水泥产线产生的90℃以下的直排烟气，用以促进二氧化碳蒸发和膨胀，从而使系统效率进一步提升。该部分低品位余热的利用，折算年节约标煤3130吨以上。

本项目的低品位余热利用能力的示范，解决了常规用能模式下无法利用低品位余热的难题。这对于提供我国余热利用水平，具有十分重要的示范意义。

4、二氧化碳捕捉与循环利用的示范

二氧化碳储能系统深度耦合海螺水泥的CCUS捕捉产线，将水泥产线上捕捉的二氧化碳用于储能系统，实现二氧化碳的暂态封存，即降低了储能系统成本，又减少了碳封存成本，实现了二氧化碳捕捉与循环利用。

5、储气机制创新有效性的示范

本项目低压储气系统采用了自主研发的柔性材料，一举攻克了常温常压气态二氧化碳存储成本过高的行业痛点，通过物理储气机制的创新，实现了稳压、保温效果，该项目的建设运行，能带来低成本，高气密性，耐疲劳度高，宽工况运行等多项技术指标的示范效应。

6、产业链成熟产能复用示范

二氧化碳储能系统主要成本占比的部件（如：压力容器、旋转机械等），利用业界已有富余产能即可，无需投建新的产能。该项目的投产运行亦是有效整合传统产能的典型示范。

“芜湖海螺10MW/80MWh新型二氧化碳储能示范项目”成功入选国家能源局新型储能试点示范项目，标志着二氧化碳储能技术已获国家主管部门充分认可，二氧化碳储能市场化进程进入加速期，项目投运后，将充分发挥示范项目引领带动作用，为我国新型储能多元化高质量发展贡献力量。

二氧化碳储能原理

什么是“储能”？

储能，即能量的储存，是指通过介质或设备把一种形式的能量转化为另一种形式的能量储存起来，在需要时再释放的过程。储能分为储冷、储热和储电，目前受到大众和市场关注的主要是储电技术。

储存电力的方式多种多样，如今除了技术较成熟应用比较广泛的抽水蓄能和锂电池储能，液流电池储能、重力储能、压缩空气储能和二氧化碳储能等多种技术都在如火如荼地发展。

简而言之，储能装置就是一个大号的“充电宝”，当用电少发电多的时候就将多余的电力储存起来，用电多发电不足时就释放电力补充供给。如果在发电、输电、配电、用电等各个环节都配上一个“充电宝”，就相当于为整个电力系统配备了一套秘密武器，从而轻松应对发电波动、电路振荡堵塞和用户中断等诸多问题了。

二氧化碳“充电宝”，怎么“充电”“放电”？

二氧化碳储能系统主要由二氧化碳高低压储罐、压缩机、透平和蓄热蓄冷子系统组成。对照充电宝的充电过程和放电过程，其工作原理可分为储能阶段（“充电”）和释能阶段（“放电”）两个过程。

储能阶段（“充电”）：

为整个系统充注二氧化碳，当前一般是采购工业级二氧化碳产品。在风光资源足发电量多而用电量少时开启储能过程。低压储罐中的二氧化碳经过蓄冷换热器吸热气化后通过压缩机压缩到高压状态，利用蓄热介质吸收并储存压缩热，释放热量冷凝后的高压液态二氧化碳进入高压储罐中储存。这个过程就是将电能转换成二氧化碳的内能、压力势能和蓄热介质的热能。

二氧化碳储能系统基本原理图（图片来源：中国科学院理化技术研究所，博睿鼎能）

释能阶段（“放电”）：

在风光资源匮乏发电量少而用电量多时开启释能过程。高压储罐中的二氧化碳经过再热器升温气化后进入膨胀机膨胀，带动发电机发电。再热器中的热量就是储存的压缩热，膨胀后的二氧化碳再经冷后储存在低压储罐。这个过程就是将上述能量再重新转化为电能。

二氧化碳释能系统基本原理图（图片来源：中国科学院理化技术研究所，博睿鼎能）

二氧化碳和蓄热介质都实现了闭式循环，系统一次充注可以保持长期稳定运行，实现了可再生能源平滑并网和电网蓄能调峰，同时系统运行伴随热负荷也可实现区域供热，依托区域分布式能源系统实现高效多能联供。这个“充电宝”可谓一机多用，性能强大。

二氧化碳储能的未来：

成本与火电持平，还能减碳

二氧化碳储能是一种新型长时大规模储能技术，当前正处于技术示范推广的关键时期。

2023年8月，中国科学院理化技术研究所科研团队在河北省廊坊市建设了国内首个百千瓦液态二氧化碳储能示范验证项目。此外，容量更大、释能时间更长的储能项目也正在不断出现在人们视野中。

二氧化碳储能装置

二氧化碳储能系统还具有显著的规模效应，随系统容量的增加，单位成本明显下降。以一套100MW/400MW•h 的二氧化碳储能系统为例：

从发电的角度来看，100MW指的是它的发电功率，400MW•h指的是发电容量。该系统能够发出40万度电，按照每户每月用电350～450度来算，该系统完成一次充放电可供近千户用户用电一个月。而该系统完成一次充电和一次放电均仅需几小时。在系统的整个寿命期内，每度电的成本可降至0.2元，几乎可以和传统火电持平。

从碳减排的角度来看，该系统能带来近六千吨的碳减排，相当于近6000辆普通的燃油车不眠不休从我国的首都北京穿越3700公里的路程到达蒙古国的首都乌兰巴托。

从技术先进性来看，二氧化碳储能可保障高比例可再生能源并网及电网安全，是能源结构转型的重要支撑。

从环境友好性来看，实现“双碳”目标的重要手段之一便是碳捕集、封存与利用（即常说的CCUS技术）。二氧化碳储能系统正是一个典型的二氧化碳利用场景，并且有望深度嵌入CCUS的各个环节。此外，储能系统建设所带来的就业拉动、经济增长以及二氧化碳资源利用所产生的生态效益都是极其可观的。

本文内容来源于北京能源协会等公开信息，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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