二氧化碳储能：储能界的“秘密武器”？
二氧化碳储能：储能界的“秘密武器”？
在2024年全国两会上，“新质生产力”成为高频热词，并被列为十大工作任务之首。在能源转型的关键时期，以“风电和太阳能”为代表的可再生能源面临着巨大的结构性挑战。本文将探讨一种新型储能技术——二氧化碳储能，它是否有望成为储能界的“秘密武器”？
新型长时储能技术登上舞台
1746年，荷兰莱顿大学的马森布罗克教授发明了人类最早的储电装置——“莱顿瓶”。如今，人们正在寻找能够储存巨量电能的新型储能方案。
近年来，我国风电、光伏装机总量连续多年位居世界第一，但风光发电的不稳定性和消纳难题日益凸显。据统计，截至2023年7月，山西、陕西、安徽、江西、河北等地已公布拟废止风光项目总装机规模超1000万千瓦。
为应对这一挑战，“新型储能”技术应运而生。根据充放电时长，国内一般将储能技术划分为“短时储能”（＜4小时）和“长时储能”（≥4小时）两大类：
- 长时储能：以抽水蓄能、压缩空气储能、二氧化碳储能、液流电池为代表
- 短时储能：以锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、超级电容为代表
“短时储能”类似于迷你“充电宝”，适用于小时级别的调峰调频；而“长时储能”则像露营用的“户外电源”，能够实现跨天、跨月乃至跨季节的充放电循环。据预测，当风光发电占比达50％－80％时，储能时长需要满足10小时以上。
长时＋安全＋商业化，如何“既要、又要、还要”？
储能技术大致可分为电化学储能和物理储能两大类：
主要储能技术成熟度分析，图片来源：A．T Kearney Energy Transition Institute Analysis
虽然锂离子电池目前占据90％以上的市场份额，但其安全问题不容忽视。2011—2021年间，全球共报道32起储能电站起火爆炸事故，其中25起与锂离子电池相关。液流电池虽然安全，但系统初装成本高，电解液回收处理复杂。
相比之下，物理储能路线优势凸显。例如，“抽水蓄能”和“压缩空气储能”，储能介质为“水”和“空气”，绿色安全。尤其是“压缩空气储能”家族中的“二氧化碳储能”，能够将二氧化碳“变废为宝”，深度嵌入“碳捕集、封存与利用”（CCUS）各个环节。
二氧化碳储能：压缩空气储能的3.0版“黑科技”
压缩空气储能（CAES）的基本原理是在用电低谷时压缩空气存储，在用电高峰时释放高压空气驱动发电机发电。随着技术发展，出现了多个版本：
- 1.0版本：补燃式压缩空气储能（D－CAES），需要燃烧大量化石燃料，已被淘汰
- 2.0版本：非补燃式压缩空气储能（AA－CAES），实现零碳排，但对系统热效率要求高
- 2.5版本：液化空气储能（LAES），液化条件苛刻，建设成本高
将液化“空气”换成更容易液化的二氧化碳，可以实现“高效＋易落地”的双重优势：
- 安全：二氧化碳无毒、不易燃，泄漏风险低
- 液化条件简单：常温31℃以下，70个标准大气压即可液化
- 热力学性质优良：超临界二氧化碳兼具液态高密度和气态低粘度特性
二氧化碳储能（CCES）原理图，图片来源：中国科学院理化技术研究所
从数据来看，二氧化碳储能（CCES）的电－电效率最高可达70％以上，液态储存温度仅为常温，没有其他能量损失，这两项关键参数明显优于液态空气储能（LAES）。同时，得益于二氧化碳的大分子量，系统设备尺寸更小、更紧凑，实际加工成本也随之降低。
商业化进程加速
2022年6月，意大利Energy Dome公司建成世界上首个4MWh的“二氧化碳电池”试点项目。同年，中国公司博睿鼎能从中国科学院理化技术研究所孵化，其二氧化碳储能系统全生命周期度电成本最低可达0.25元／kWh，已逼近抽水蓄能的度电成本。
2023年，博睿鼎能建成了国内首套百千瓦液态二氧化碳储能示范验证项目，并立项备案国际首套100MW／400MWh二氧化碳储能商业化电站。
据预测，2030年起，长时储能容量将达到2亿－3亿千瓦，需求约占新能源发电量的10％－20％。在众多储能技术中，二氧化碳储能因其环境效益和经济可行性的双重优势，有望成为革命性的升级解决方案。