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摘 要 壓縮二氧化碳儲能技術(shù)作為一種新型的壓縮氣體儲能技術(shù)，具有儲能密度大、經(jīng)濟(jì)成本低、運(yùn)行壽命長、負(fù)碳排放等多方面優(yōu)勢，適合我國大規(guī)模長時儲能系統(tǒng)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的需求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。本文對比分析了壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)相比于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢，梳理了壓縮二氧化碳儲能技術(shù)的分類，其中詳細(xì)介紹了跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)、超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)和液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)的運(yùn)行原理、系統(tǒng)性能以及適用場景等方面特點(diǎn)，闡述了系統(tǒng)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響規(guī)律以及系統(tǒng)?損分布情況，得出系統(tǒng)性能的提升方法，進(jìn)一步介紹了壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)的改進(jìn)系統(tǒng)以及耦合其他外部能源系統(tǒng)的壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)對系統(tǒng)性能的提升效果，最后分析了壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢和發(fā)展方向。本文旨在總結(jié)當(dāng)前壓縮二氧化碳儲能技術(shù)研究成果，指出現(xiàn)有壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)學(xué)者研究壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)指引方向，也為壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及示范的建立提供參考。
關(guān)鍵詞 壓縮二氧化碳儲能；儲能技術(shù)；系統(tǒng)性能
能源是推動社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重要動力之一。化石能源的短缺及其造成的環(huán)境污染嚴(yán)重影響了全球經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。在此背景下，大力發(fā)展可再生能源、構(gòu)建低碳可持續(xù)能源體系已經(jīng)成為我國能源行業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，可再生能源的規(guī)?；l(fā)展也成為人類面對能源危機(jī)下能源轉(zhuǎn)型的核心目標(biāo)和應(yīng)對全球變暖的重要舉措。
目前，我國能源呈現(xiàn)以化石能源為主、多能互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，其中煤炭消費(fèi)總量占一半以上。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計，截至2022年底，我國總發(fā)電裝機(jī)容量中燃煤發(fā)電占比43.8%，可再生能源占比為47.3%，如圖1所示。近年來，我國正在加快城市化進(jìn)程，預(yù)計需要兩倍的發(fā)電裝機(jī)容量來保障未來四十年的電力供應(yīng)。在傳統(tǒng)化石能源的短缺和全球氣候變暖的雙重壓力下，化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)需要向非化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，大力發(fā)展可再生能源是保持“雙碳”目標(biāo)下經(jīng)濟(jì)高速健康發(fā)展的重要技術(shù)路徑，而風(fēng)能和太陽能憑借其龐大的現(xiàn)有資源成為可再生能源利用的首選。如圖2所示，截至2021年底，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到10.63億千瓦，占總發(fā)電裝機(jī)容量的44.8%，其中，風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量分別達(dá)到3.28億千瓦和3.06億千瓦，預(yù)計2030年我國風(fēng)電光伏裝機(jī)容量將超過12億千瓦?？稍偕茉吹陌l(fā)展已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢，其將代替化石能源成為新的主力。
圖2 2016—2021年可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量
可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定、不連續(xù)在并網(wǎng)過程中對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，危及電網(wǎng)安全。目前主要通過配置備用電力緩解電源壓力，維持電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。數(shù)據(jù)表明電網(wǎng)每增加100 MW，備用電力需要增加約200 MW，備用電力通常包括常規(guī)發(fā)電裝置或儲能系統(tǒng)。常規(guī)發(fā)電裝置作為備用電力不僅消耗了大量能源，而且在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，也造成了備用機(jī)組的閑置。儲能系統(tǒng)在用電低谷利用儲能裝置將電能轉(zhuǎn)化為其他能量儲存起來；在用電高峰期將儲存能量釋放轉(zhuǎn)化為電能對外輸出。應(yīng)用儲能系統(tǒng)可以有效解決用電高峰供電匱乏，減少電網(wǎng)的供電壓力，起到削峰填谷的作用，而且儲能過程對可再生能源發(fā)電機(jī)組出力曲線進(jìn)行調(diào)整，降低自身發(fā)電隨機(jī)性和不可控性給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來的風(fēng)險，同時避免了常規(guī)發(fā)電裝置作為備用電力的額外能源消耗。在電網(wǎng)正常工作時，還可以利用峰谷電價差為電站創(chuàng)造額外收益。因此，儲能系統(tǒng)被認(rèn)為是解決電力系統(tǒng)調(diào)峰最有效的方法之一。
儲能系統(tǒng)具有提高常規(guī)發(fā)電、輸電安全性和經(jīng)濟(jì)性的作用，也是滿足可再生能源大規(guī)模接入的重要手段?，F(xiàn)階段的系統(tǒng)裝機(jī)容量分布如圖3所示，這些儲能技術(shù)由于成本、容量、安全、能量密度以及環(huán)境因素等原因，只有抽水儲能和壓縮空氣儲能得以實(shí)現(xiàn)長時、大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。目前，抽水儲能因其70%～85%的高儲能效率在世界上占據(jù)了主導(dǎo)地位。據(jù)估計，全球該系統(tǒng)的裝機(jī)容量約為165 GW。但抽水儲能與傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能因?qū)Φ乩項l件要求高、儲能密度低、建設(shè)周期長等問題，不滿足當(dāng)前我國儲能發(fā)展的需要。近年來，研究人員針對壓縮空氣儲能系統(tǒng)作出改進(jìn)，提出了絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(adiabatic compressed air energy storage system，A-CAES)、液態(tài)空氣儲能(liquid air energy storage system，LAES)以及超臨界壓縮空氣儲能(super-critical compressed air energy storage system，S-CAES)，提高儲能密度和系統(tǒng)效率，在一定程度上減少地理條件的限制。但由于空氣自身物理性質(zhì)的局限性，其超臨界態(tài)壓力和液化壓力較高且液化溫度較低，無論是空氣還是蓄冷材料都存在儲存難度大的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)在設(shè)計選型以及熱量匹配上與實(shí)際情況差距明顯，很難實(shí)現(xiàn)儲能效率、儲能密度以及建設(shè)可行性上的同步提升，從而限制了系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。
圖3 全球儲能技術(shù)裝機(jī)容量占比
有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，與空氣的臨界條件(-141 ℃，3.77 MPa)相比，二氧化碳的臨界條件(31.3 ℃，7.38 MPa)更容易實(shí)現(xiàn)，并且超臨界二氧化碳具有黏度低和密度高等良好的熱物理性質(zhì)，采用小且簡單的葉輪機(jī)械和傳熱單元即可完成儲能。同時，二氧化碳在工程應(yīng)用中具有良好的熱穩(wěn)定性、無毒性、無易燃性、零消耗臭氧等潛在環(huán)保特性。因此提出將二氧化碳替代空氣作為壓縮氣體儲能的介質(zhì)，在壓縮氣體儲能中利用二氧化碳代替空氣不僅可以提高系統(tǒng)性能，也為大規(guī)模利用二氧化碳提供了可能和方便。以二氧化碳為工質(zhì)的儲能技術(shù)是一種很有前景的新型大規(guī)模儲能方案，也是最有前途的二氧化碳工質(zhì)化利用方法之一，近年來逐步受到研究人員的關(guān)注，目前已開展了一系列系統(tǒng)性的理論研究、軟件模擬和初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
1 壓縮二氧化碳儲能技術(shù)原理
壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)(compressed carbon dioxide energy storage，CCES)的工作原理如圖4所示。在儲能階段，富裕的電能驅(qū)動壓縮機(jī)得到高溫高壓的二氧化碳，高溫高壓二氧化碳在冷卻器通過介質(zhì)帶走熱量將其冷卻，并將熱量儲存到儲熱罐，換熱后的二氧化碳進(jìn)入高壓二氧化碳儲罐中儲存；釋能時，高壓二氧化碳被來自儲熱罐中的高溫介質(zhì)加熱，換熱后的介質(zhì)進(jìn)入儲冷罐儲存，高溫高壓二氧化碳驅(qū)動膨脹機(jī)透平做功，對外輸出電能，做功后的二氧化碳重新回到低壓儲罐儲存，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個循環(huán)。
圖4 二氧化碳儲能系統(tǒng)原理圖
CCES系統(tǒng)的工作周期一般以天為單位，在用電低谷時儲能，用電高峰釋能，儲釋能時間比采用多比一的方式，以減少壓縮階段設(shè)備成本。與其他儲能技術(shù)相比，二氧化碳儲能系統(tǒng)受地理條件影響小，工質(zhì)易獲取，工況穩(wěn)定，可按需自由切換充放電狀態(tài)，成本低且效率高，項目建設(shè)周期不到2年，卻有長達(dá)30年的使用壽命，且循環(huán)效率可保持在60%以上。此外，二氧化碳儲能系統(tǒng)具有廣泛的功率等級、環(huán)境適應(yīng)性和較低的建設(shè)成本，在大規(guī)模長時儲能上有很高的經(jīng)濟(jì)性，特別適用于MW級和GW級長時儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可與太陽能、風(fēng)電等新能源配套，有效克服其發(fā)電波動性和間歇性的弊端，也可與火電機(jī)組配套使用，作為火電靈活調(diào)峰運(yùn)行時的功率補(bǔ)償，大幅提升機(jī)組調(diào)峰能力和能量綜合利用效率，還可與二氧化碳捕集與封存系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)二氧化碳回收利用處理一體化，具有廣闊應(yīng)用前景，有望成為支撐我國“雙碳”目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵力量之一。
壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)是基于絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)提出的，對于壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)性能研究同樣要參考壓縮空氣儲能系統(tǒng)，于是有學(xué)者將壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)與壓縮空氣儲能系統(tǒng)進(jìn)行性能對比分析。韓中合等在恒溫與恒壁溫儲氣的方式下對比CCES系統(tǒng)和CAES系統(tǒng)性能，研究表明在基本參數(shù)不變的情況下，CCES系統(tǒng)比CAES系統(tǒng)具有更高的儲能效率和?效率。對此，Zhang等提出了一種高壓側(cè)液化儲氣的新型壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)，如圖5所示，與液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)(LCES)和先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(AA-CAES)性能進(jìn)行對比，該CCES系統(tǒng)的效率低于AA-CAES系統(tǒng)但比LCES系統(tǒng)高4.05%，而LCES系統(tǒng)的儲能密度遠(yuǎn)高于其他兩系統(tǒng)，AA-CAES儲能密度最低，三個系統(tǒng)性能對比結(jié)果見表1。在二氧化碳儲存方面，喻浩和Li等對比分析了利用含水層儲氣的壓縮空氣儲能和壓縮二氧化碳儲能的系統(tǒng)性能，結(jié)果表明CCES系統(tǒng)在儲存壓力和儲存空間上均小于CAES系統(tǒng)，具有較高的儲存安全性，同時在儲能效率方面，CCES系統(tǒng)在運(yùn)行過程中壓力在含水層中擴(kuò)散損失較小，平均效率遠(yuǎn)高于CAES系統(tǒng)。
圖5 CCES系統(tǒng)示意圖
表1 儲能系統(tǒng)對比表
上述研究中對比了CCES系統(tǒng)、LCES系統(tǒng)、AA-CAES系統(tǒng)以及傳統(tǒng)CAES系統(tǒng)的系統(tǒng)性能，結(jié)果都表明以二氧化碳作為循環(huán)工質(zhì)的壓縮氣體儲能相比于壓縮空氣儲能在保證儲能效率的同時，在儲能密度、儲能安全性和儲能成本上都有較大優(yōu)勢，并且基于天然儲氣室的儲存方式，二氧化碳儲能更加穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)更長時的高效儲能，對于大規(guī)模儲能電站的建設(shè)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。在二氧化碳充足的條件下，CCES系統(tǒng)是較好的選擇。
2 壓縮二氧化碳儲能技術(shù)分類
根據(jù)二氧化碳儲能系統(tǒng)循環(huán)過程中二氧化碳狀態(tài)不同可分為跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)、超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)以及液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)。
2.1 跨臨界和超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)
劉輝明確了超臨界和跨臨界二氧化碳儲能的定義，當(dāng)膨脹機(jī)組出口二氧化碳的壓力低于臨界壓力時，該儲能系統(tǒng)為跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)(trans-critical compress carbon dioxide energy storage system，TC-CCES)，當(dāng)膨脹機(jī)組出口處二氧化碳溫度和壓力高于臨界溫度和壓力時，該儲能系統(tǒng)為超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)(supercritical compress carbon dioxide energy storage system，SC-CCES)，如圖6、7所示?？缗R界二氧化碳儲能系統(tǒng)中由于低壓側(cè)壓力較低，系統(tǒng)采用多級壓縮和級間冷卻的方式減少壓縮機(jī)組的功耗。同樣在釋能過程中采用多級膨脹做功和級間再熱提高膨脹機(jī)做功。而超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)在整個循環(huán)過程中二氧化碳工質(zhì)始終處于超臨界狀態(tài)，導(dǎo)致其壓比和膨脹比設(shè)置較小，采用單級壓縮和膨脹即可實(shí)現(xiàn)，其他過程與跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)相同。
圖6 TC-CCES系統(tǒng)示意圖
圖7 SC-CCES系統(tǒng)示意圖
由于二氧化碳儲能系統(tǒng)高壓側(cè)壓力較高，因此高壓二氧化碳儲存對于容器材料具有更高的要求，為了降低系統(tǒng)成本，何青等使用兩個不同深度的天然鹽水含水層作為高低壓儲氣室建立二氧化碳儲能系統(tǒng)，將二氧化碳封存與儲能相結(jié)合，同時利用化石燃料來加熱排放的氣體，該系統(tǒng)可以在超臨界和跨臨界條件下工作，如圖8所示。結(jié)果表明，跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)比超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)具有更高的儲能效率以及更大的儲能密度，兩種系統(tǒng)的儲能密度都高于CAES，在給定功率下的儲能容量方面具有優(yōu)勢。Zhang等重點(diǎn)研究了超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)與跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)的性能差異，如圖9、10所示。通過計算得出在跨臨界運(yùn)行條件下，儲能效率為60%，能量密度為2.6 kWh/m3；在典型的超臨界工況下，能量密度為23 kWh/m3，儲能效率可達(dá)到71%，遠(yuǎn)高于跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)。
圖8 基于地下儲氣室的壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)示意圖
圖9 跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)
圖10 超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)
從跨臨界和超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)性能研究可得到不同的結(jié)論，這主要由于研究人員在系統(tǒng)設(shè)計上存在較大差異，Zhang等提出的系統(tǒng)與傳統(tǒng)CCES系統(tǒng)(圖6、7)不同，該系統(tǒng)跨臨界循環(huán)低壓側(cè)采用液態(tài)儲存，超臨界循環(huán)低壓側(cè)采用超臨界態(tài)儲存，導(dǎo)致跨臨界系統(tǒng)在運(yùn)行過程中低壓側(cè)需要增加液化再氣化過程，增加了外部能量的輸入，雖提高了跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)的儲能密度，也導(dǎo)致兩系統(tǒng)間的儲能效率差距較大。但從該研究中得到的結(jié)論可知，在氣態(tài)儲存且膨脹機(jī)的膨脹比和進(jìn)口溫度相同條件下，超臨界二氧化碳系統(tǒng)的膨脹機(jī)輸出功受二氧化碳進(jìn)口溫度影響更大，相比于同條件下的跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)膨脹機(jī)輸出功更小，同理，跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)的壓縮機(jī)做功也小于超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)壓縮機(jī)做功。從而在系統(tǒng)儲能效率上，跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)與超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)不存在絕對的優(yōu)劣關(guān)系，但跨臨界二氧化碳儲能由于低壓側(cè)二氧化碳壓力較低，采用多級壓縮和多級膨脹過程有效減少單機(jī)壓縮和單機(jī)膨脹下大壓差運(yùn)行造成的能量損失，有助于大規(guī)模系統(tǒng)的運(yùn)行。而超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)雙側(cè)儲罐壓力較高，高壓側(cè)儲存壓力受系統(tǒng)安全性限制提升難度較大，壓比較小，導(dǎo)致壓縮和膨脹過程中功率的輸入輸出受限，影響儲能效率的提高。因此在相同系統(tǒng)設(shè)計條件下，選擇跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)具有更好的發(fā)展?jié)摿Α?
2.2 液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)
雖然壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)相較于壓縮空氣儲能系統(tǒng)在儲能密度上有較大的提高，但仍不能滿足大規(guī)模儲能電站建設(shè)需求，且系統(tǒng)需要很大并能承受高壓的儲存空間。由于二氧化碳液化難度較低，且液化后低壓側(cè)密度提升大，有學(xué)者提出LCES系統(tǒng)，將儲釋能階段的CO2均以液態(tài)形式儲存，極大提高系統(tǒng)儲能密度，降低存儲容積，不受地理條件限制，顯著降低制造成本，提高二氧化碳儲能系統(tǒng)安全性和可行性。
如圖11所示，LCES系統(tǒng)在高壓側(cè)和低壓側(cè)均采用液態(tài)二氧化碳形式儲存。儲能階段，液態(tài)二氧化碳利用蓄冷器吸收氣化過程釋放的冷量，經(jīng)過多級壓縮和級間冷卻過程得到超臨界二氧化碳，利用液化裝置使超臨界二氧化碳液化儲存在液態(tài)二氧化碳儲罐中；釋能階段，高壓液態(tài)二氧化碳利用氣化裝置氣化為超臨界二氧化碳，經(jīng)過多級膨脹和級間加熱過程對外輸出電能，做功后的低壓氣態(tài)二氧化碳經(jīng)過蓄冷器冷卻液化，重新儲存到液態(tài)二氧化碳儲罐中，等待下一個循環(huán)。
圖11 液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)示意圖
為了保證低壓側(cè)和高壓側(cè)的二氧化碳實(shí)現(xiàn)液化，高壓側(cè)二氧化碳在超臨界狀態(tài)下，液化溫度均在常溫以上，液化和氣化難度較低，采用常溫區(qū)內(nèi)的冷熱量即可實(shí)現(xiàn)較高的相態(tài)轉(zhuǎn)化率。而低壓側(cè)二氧化碳液化所需冷量溫度均處于零下，換熱條件苛刻，實(shí)現(xiàn)難度大。在不額外增加制冷設(shè)備的情況下，有學(xué)者提出采用節(jié)流閥調(diào)節(jié)低壓側(cè)二氧化碳出口壓力，進(jìn)一步降低二氧化碳溫度，并將該部分冷量回收用于膨脹機(jī)出口二氧化碳的液化，該方法雖然提高了壓縮過程的總壓比，增加壓縮機(jī)總功耗，但可有效解決蓄冷換熱過程能量匹配不均的問題。
Wang等為了進(jìn)一步減少儲存工質(zhì)的容積，提出了一種LCES系統(tǒng)，如圖12所示，并增加了一個有機(jī)朗肯循環(huán)利用渦輪排氣的余熱，整個系統(tǒng)的儲能效率可達(dá)到56%，儲能密度36.12 kWh/m3。為了提高系統(tǒng)熱效率，Wang等又提出了一種改進(jìn)的系統(tǒng)。在這個改進(jìn)的系統(tǒng)中，蓄熱單元采用了以小鵝卵石為介質(zhì)的填充床蓄熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)熱油，大大提高了系統(tǒng)的傳熱效率，系統(tǒng)儲能效率達(dá)到56.67%。
圖12 耦合朗肯循環(huán)的LCES原理圖
Wu等將提出的新型液體二氧化碳儲能系統(tǒng)(LLTC-CCES)與跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)(LSTC-CCES)進(jìn)行對比研究，采用冷凝器液化高壓儲罐中的二氧化碳，并增加增壓泵，在能量釋放過程中靈活調(diào)節(jié)渦輪進(jìn)口壓力，如圖13、14所示。多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果表明，該系統(tǒng)的往返效率和儲能密度為61.54%、21.81 kWh/m3，分別比LSTC-CCES系統(tǒng)低1.41%、高19.19倍，表明LLTC-CCES系統(tǒng)相比于跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)在損失較小儲能效率的前提下，得到了儲能密度的巨大提升，因此，具有更好的平衡性能。Liu等對LAES系統(tǒng)和LCES系統(tǒng)進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)LCES系統(tǒng)具有更高的效率，在相同儲存壓力下，二氧化碳可以達(dá)到更低的儲存溫度，在相同的冷凝壓力下可以獲得更高的冷凝溫度，有利于LCES系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。
圖13 LSTC-CCES系統(tǒng)原理圖
圖14 LLTC-CCES系統(tǒng)原理圖
液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)增加了二氧化碳液化和氣化過程，需要更大的冷量以及更優(yōu)的熱量匹配方式。如圖15所示，吳毅等利用蓄冷罐有效吸收低壓液態(tài)二氧化碳冷能，用來液化膨脹機(jī)出口二氧化碳，對系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化分析，得到了系統(tǒng)效率最優(yōu)解50.4%，儲能密度21.7 kWh/m3。同時該系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)定壓存儲，利用增壓泵和空溫氣化器將儲罐中部分液態(tài)二氧化碳?xì)饣?，氣化后二氧化碳重新進(jìn)入儲罐中增加儲罐內(nèi)氣體壓力，通過控制二氧化碳?xì)饣烤S持儲罐內(nèi)壓力恒定，實(shí)現(xiàn)液態(tài)二氧化碳定壓輸出。
圖15 液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)示意圖
液態(tài)二氧儲能系統(tǒng)的提出有效解決了壓縮氣體儲能系統(tǒng)儲存空間大的問題，在對儲能效率有較小影響的前提下，大大提高了系統(tǒng)的儲能密度，并且在儲釋能階段均可實(shí)現(xiàn)液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品的輸出以及低溫液態(tài)二氧化碳對外供冷的效果。但在低壓側(cè)液化問題上，在研究設(shè)計中普遍采用蓄冷器，通過相變材料將冷量儲存和釋放實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)進(jìn)口二氧化碳的氣化和液化。該流程在系統(tǒng)模擬分析中多采用換熱器模塊替換，但由于相變過程蓄冷介質(zhì)溫度不變，且相變負(fù)荷較大，導(dǎo)致冷熱流體換熱溫度交叉，成為限制該方案實(shí)施的關(guān)鍵問題。
3 二氧化碳儲能系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化
3.1 二氧化碳儲能系統(tǒng)的改進(jìn)
由于二氧化碳的壓縮過程中采用多級壓縮降低各級壓縮機(jī)壓縮比，并通過級間冷卻降低排氣溫度，同樣，在膨脹過程中采用多級膨脹與級間加熱過程降低各級膨脹比以及提高膨脹機(jī)進(jìn)口二氧化碳溫度。在二氧化碳儲能系統(tǒng)中，由于壓縮和膨脹過程的不同步性，可以通過熱能儲存(TES)技術(shù)對儲能過程中的壓縮熱采用儲熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油或水)在絕熱儲罐中進(jìn)行存儲，在釋能過程從膨脹機(jī)級間釋放。該方式不僅可以減少系統(tǒng)的整體能耗，且可以提高系統(tǒng)輸出功率。壓縮氣體儲能與熱能儲存技術(shù)相結(jié)合是目前研究中最先進(jìn)的配置之一。
換熱過程中二氧化碳具有較高的流速和壓力，導(dǎo)致?lián)Q熱器能效始終處于低水平狀態(tài)，因此需要增加回?zé)嵫b置實(shí)現(xiàn)多品位熱量的充分利用。Sun等提出了一種將顯熱和潛熱分開存儲的新型低壓液體二氧化碳儲能系統(tǒng)，如圖16所示，顯熱冷能和潛熱冷能分別儲存在甲醇和相變材料中，通過分級冷卻使膨脹做功后的二氧化碳液化。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在高溫環(huán)境下運(yùn)行，并且有較低的存儲壓力。對該系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行熱力學(xué)研究，結(jié)果表明，系統(tǒng)的儲能效率為51.45%，儲能密度為22.21 kWh/m3。同時，將該LCES系統(tǒng)與Zhang等提出的CCES(系統(tǒng)A)和Wang等提出的LCES(系統(tǒng)B)進(jìn)行比較。新系統(tǒng)的儲能密度是系統(tǒng)A的2.75倍，更重要的是，系統(tǒng)B不適用于高環(huán)境溫度，在高溫度(750 K)運(yùn)行可能會對系統(tǒng)組件、材料和潤滑劑產(chǎn)生影響。同時，系統(tǒng)A、B的二氧化碳存儲壓力較高，導(dǎo)致對組件材料的要求較高。相比之下，新提出的LCES系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性及環(huán)境適應(yīng)能力上都具有較大的優(yōu)勢。
圖16 帶有低壓存儲器的LCES系統(tǒng)示意圖
Tang等提出了一種帶熱源的改進(jìn)液體二氧化碳儲能系統(tǒng)，如圖17、18所示，其中設(shè)計了一種含冰的二氧化碳液化方案和改進(jìn)的回?zé)崞鞑季帧Ｓ捎谙到y(tǒng)引用外部高品位熱源，僅采用一級換熱產(chǎn)生了大量的熱量浪費(fèi)，改進(jìn)后的循環(huán)將原有的一次加熱分為加熱和再加熱兩個階段，采用高溫和低溫回?zé)崞鳌⒏邷睾偷蜏丶訜崞鲗?shí)現(xiàn)能量梯級利用，提高熱量的利用效率。為了限制兩股流混合過程中產(chǎn)生的額外散熱，高壓儲罐出口的超臨界二氧化碳被分成兩股流分別由低溫回?zé)崞骱偷蜏丶訜崞骷訜?。對系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)模型分析及多目標(biāo)優(yōu)化，結(jié)果表明，改進(jìn)后的回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)通過回收更多的渦輪機(jī)排氣熱量，提高了系統(tǒng)性能，相對成本差降低了6.86%，優(yōu)化后的儲能系統(tǒng)效率達(dá)到了68.79%。
圖17 基本循環(huán)的原理圖
圖18 改進(jìn)后的系統(tǒng)原理圖
3.2 二氧化碳儲能系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)敏感性分析
二氧化碳儲能系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，絕大多數(shù)環(huán)節(jié)的運(yùn)行參數(shù)都由上一環(huán)節(jié)決定，但仍存在一些獨(dú)立參數(shù)，改變這些參數(shù)會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響，主要的獨(dú)立參數(shù)包括：壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的絕熱效率、儲能壓力、釋能壓力、節(jié)流閥壓降、壓縮機(jī)進(jìn)口壓力等。其中儲能壓力為系統(tǒng)高壓儲氣室壓力，釋能壓力為高壓儲氣室出口二氧化碳經(jīng)過節(jié)流閥降壓后的壓力，即第一級膨脹機(jī)進(jìn)口壓力，節(jié)流閥壓降主要包括液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)低壓液態(tài)出口氣化節(jié)流壓降，以及高壓二氧化碳儲氣室出口節(jié)流壓降。
在探究壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)中獨(dú)立參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響中，學(xué)者們逐漸明晰了這些獨(dú)立參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，主要包括：隨著壓縮機(jī)絕熱效率的提高，系統(tǒng)的儲能效率不斷增加，儲能密度不斷減??；隨著膨脹機(jī)絕熱效率的提高，系統(tǒng)的儲能效率逐漸增大，儲能密度也不斷增大；隨著儲能壓力的增加，系統(tǒng)的儲能效率不斷減小，儲能密度不斷增加；隨著釋能壓力的增加，儲能效率不斷增加；隨著壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的增加，系統(tǒng)的效率先增大后減小；在保證壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的前提下低壓液態(tài)儲罐出口的節(jié)流閥壓降增加，導(dǎo)致系統(tǒng)效率減?。欢邏簝馐页隹诠?jié)流閥壓降的增加也會導(dǎo)致系統(tǒng)儲能效率的降低。
在關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)節(jié)對系統(tǒng)性能影響規(guī)律的研究中，大部分學(xué)者對相同參數(shù)研究的結(jié)論基本一致，但少部分由于系統(tǒng)設(shè)計的不同導(dǎo)致出現(xiàn)了不同的結(jié)果。如Zhang等對提出的液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)的敏感性分析表明，隨著儲能壓力和壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的增加，系統(tǒng)效率和?效率先上升后下降。而系統(tǒng)中增壓泵的出口壓力對系統(tǒng)效率和?效率的影響不大。得出和前文不同結(jié)論的主要原因是在液態(tài)二氧化碳儲能過程中，高壓側(cè)液態(tài)二氧化碳?xì)饣枰捎帽眉訅海磧δ軌毫υ黾訒r，釋能壓力保持不變，壓縮機(jī)功耗增加而泵功耗降低，因而存在最佳儲能壓力使系統(tǒng)儲能效率最大。
在研究儲能壓力和壓縮機(jī)進(jìn)口壓力對系統(tǒng)性能的影響過程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中各級壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的壓比分配同樣影響系統(tǒng)的儲能效率。Lu等通過分配關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的壓力提出各級壓比和膨脹比最佳分配方法，來提高系統(tǒng)的循環(huán)效率(RTE)。研究發(fā)現(xiàn)在總壓比和總膨脹比確定的條件下，存在最佳的各級壓比和膨脹比的分配方法，當(dāng)系統(tǒng)為三級壓縮和膨脹時，壓縮溫度為115 ℃時，非等壓縮比和等膨脹比的系統(tǒng)的RTE可達(dá)74%。與未采用關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)壓力分布方法相比，系統(tǒng)的RTE提高了6.46%。
3.3 二氧化碳儲能系統(tǒng)?分析
?分析方法是熱力學(xué)系統(tǒng)分析中常用的方法，它可以顯示各部件的?損，并指出需要優(yōu)化的關(guān)鍵部件。CCES系統(tǒng)所有組件間有很強(qiáng)的相互作用，在考慮組件的技術(shù)局限性以及組件間的交互的基礎(chǔ)上，提出了先進(jìn)?分析方法可以準(zhǔn)確地評價系統(tǒng)中?損的主要來源，并顯示出系統(tǒng)中可以減少的實(shí)際?損，提高系統(tǒng)效率。對于跨臨界和超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)而言，壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、節(jié)流閥、換熱器、混流器是?損失的主要部分，其中壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的?損最大，占據(jù)了系統(tǒng)總?損失的50%以上，是減少?損潛力最大的部件，其損失主要來自設(shè)備內(nèi)部工質(zhì)流動、傳熱損失和機(jī)械傳動損失等方面。多級壓縮和多級膨脹系統(tǒng)，在增加級數(shù)時會降低系統(tǒng)效率，也會產(chǎn)生較高的?損。換熱器也是系統(tǒng)?損的主要來源，由于二氧化碳儲能系統(tǒng)的換熱多為氣液換熱，且冷熱流股溫差較大，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)和換熱能效低。節(jié)流閥、混流器等簡單結(jié)構(gòu)部件基本不具有優(yōu)化潛力。因此，提高壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的效率、降低換熱器冷熱流體的溫差是提高系統(tǒng)性能的主要方法，并且減小高壓儲罐出口節(jié)流閥的壓降對系統(tǒng)?損失的減少也有幫助。
而另一些研究人員在對液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)的?分析研究中得出蓄冷過程同樣具有較高的?損，Zhang等采用傳統(tǒng)的?分析方法和先進(jìn)的?分析方法，對液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)和液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)在相同的系統(tǒng)配置和關(guān)鍵參數(shù)下的?損情況進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在兩個系統(tǒng)中，蓄冷器所占?損失比例最大，其次是壓縮機(jī)和膨脹機(jī)。
4 耦合外部能量的二氧化碳儲能系統(tǒng)
4.1 壓縮二氧化碳儲能+火電廠
火電廠作為二氧化碳排放最為集中的地區(qū)，其豐富的二氧化碳經(jīng)捕集后可作為壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)的最佳穩(wěn)定碳源。對于液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)，火電廠可憑借其儲能階段實(shí)現(xiàn)液態(tài)二氧化碳的商品化產(chǎn)出。同時，火電廠的煙氣和蒸汽的大量余熱可為二氧化碳儲能系統(tǒng)提供充足的外部熱源，同時火電廠自帶電力并網(wǎng)系統(tǒng)，無須儲能電站單獨(dú)建設(shè)。依托火電廠建立二氧化碳儲能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)勢互補(bǔ)的最佳匹配方式。
Cao等提出了一種結(jié)合廢煤礦洞封存二氧化碳的新型二氧化碳儲能發(fā)電系統(tǒng)(CCES-CCS)，工作原理如圖19所示。該系統(tǒng)選擇依靠燃煤電站，利用電站豐富的二氧化碳資源和地下煤層為儲能發(fā)電廠提供捕獲的二氧化碳和電力，同時在電網(wǎng)用電高峰時間釋放存儲的能量。由于儲層滲透性的限制，儲能效率最高僅為53.75%。針對初始膨脹器溫度限制問題，在Cao的基礎(chǔ)上，Chae等提出利用火電廠運(yùn)行的高溫蒸汽為二氧化碳儲能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)熱，分別采用了跨臨界二氧化碳儲能和液體二氧化碳儲能的工藝方式，如圖20、21所示，并進(jìn)行了熱力學(xué)分析。結(jié)果表明，氣態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)最高可實(shí)現(xiàn)64%的儲能效率。而在液態(tài)二氧化碳儲能中，系統(tǒng)最大往返效率為46.8%，能量密度為68.78 kWh/m3，比壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)增加了9倍，但該研究對于火電廠與二氧化碳儲能系統(tǒng)的耦合不夠深入，對系統(tǒng)運(yùn)行中的熱量利用不完全。嚴(yán)曉生等提出了利用火電機(jī)組與液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)深度耦合實(shí)現(xiàn)火電廠熱電聯(lián)產(chǎn)以及靈活調(diào)峰，如圖22所示。該研究利用火電機(jī)組汽輪機(jī)壓缸排氣加熱釋能階段膨脹機(jī)入口的二氧化碳，并利用儲能階段壓縮熱加熱鍋爐給水，實(shí)現(xiàn)能量梯級利用，使火電機(jī)組調(diào)峰范圍增加37.1%。
圖19 CCES-CCS系統(tǒng)原理圖
圖20 集成到蒸汽循環(huán)中的CCES原理圖
圖21 集成到蒸汽循環(huán)中的LCES原理圖
圖22 耦合火電廠蒸汽循環(huán)的液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)
4.2 壓縮二氧化碳儲能＋熱泵系統(tǒng)
膨脹機(jī)是儲能系統(tǒng)內(nèi)?損和可避免?損最大的部件之一，同時提高膨脹機(jī)進(jìn)口二氧化碳溫度對提高膨脹機(jī)輸出功有著重要的作用。換熱器端差的存在使系統(tǒng)的壓縮熱不能得到完全利用，膨脹過程中的級間再熱器側(cè)出口溫度較高，熱量沒有得到進(jìn)一步合理利用。通過熱泵系統(tǒng)，吸收再熱器出口的低品位熱能，將系統(tǒng)儲能過程收集的壓縮熱加熱到更高溫度，提高二氧化碳在膨脹過程做功品質(zhì)。
郝銀萍為了減少膨脹機(jī)?損失，將熱泵與壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)耦合，提升膨脹機(jī)入口溫度，提高膨脹機(jī)做功品質(zhì)，如圖23所示。研究深入分析了熱泵與跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)耦合優(yōu)化匹配方案，結(jié)果表明，系統(tǒng)采用蓄熱介質(zhì)為水，熱泵工質(zhì)為R21時，系統(tǒng)儲熱效率72.17%，儲能效率高達(dá)80.32%，儲能效率提升了5.74%，儲熱效率提升了2.87%。
圖23 耦合熱泵的跨臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)原理圖
陶飛躍等利用西北太陽能資源豐富且夜間氣溫低的環(huán)境特點(diǎn)，提出一種利用夜間環(huán)境再冷的二氧化碳儲能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，如圖24所示，利用太陽能與熱泵聯(lián)合供熱消除太陽能補(bǔ)熱的不穩(wěn)定性，同時利用相變材料吸收環(huán)境冷量冷卻二氧化碳。系統(tǒng)分為三種熱量輸入模式：太陽能單獨(dú)供熱、太陽能和熱泵聯(lián)合供熱以及熱泵單獨(dú)供熱。計算得出了太陽能單獨(dú)供熱時系統(tǒng)性能最佳，儲能效率、?效率、循環(huán)效率分別為71.4%、57.4%和87.1%，儲能密度17.2 kWh/m3。此系統(tǒng)雖然受環(huán)境影響較大，但其系統(tǒng)性能在目前的二氧化碳儲能系統(tǒng)中較為突出。
圖24 利用環(huán)境再冷的二氧化碳儲能系統(tǒng)原理圖
將熱泵引入二氧化碳儲能系統(tǒng)，利用少量電能輸入將低品位熱源轉(zhuǎn)化為高品位，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的進(jìn)一步提升，該想法雖然在理論上成立，但在實(shí)際系統(tǒng)生產(chǎn)建設(shè)中，對于熱泵系統(tǒng)而言高溫側(cè)和低溫側(cè)溫差過大，制冷劑的選定存在較大難度，其次，為和儲能系統(tǒng)的用熱溫度相匹配，熱泵壓縮過程需要采用多級壓縮和多級節(jié)流，節(jié)流過程壓降較高，導(dǎo)致系統(tǒng)能量損失較大。綜上，該方法對于二氧化碳儲能系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中系統(tǒng)性能提高的指導(dǎo)有限。
4.3 壓縮二氧化碳儲能＋太陽能
考慮到壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)中蓄熱系統(tǒng)與太陽能熱發(fā)電的相似原理，且太陽能發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)更為完善和成熟，有學(xué)者討論了將CCES系統(tǒng)與太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)耦合，即太陽能發(fā)電系統(tǒng)為壓縮機(jī)提供電能，太陽能蓄熱系統(tǒng)為CCES中的蓄熱系統(tǒng)補(bǔ)充熱能，CCES系統(tǒng)則可以改善太陽能發(fā)電的間歇性和波動性。這樣的互補(bǔ)耦合系統(tǒng)既彌補(bǔ)了可再生能源發(fā)電的固有缺陷，也提高了CCES的運(yùn)行參數(shù)和效率，從而達(dá)到了互相改善并提升效率的目的。
Fu等為了提高CCES的儲能效率，提出了一種太陽能蓄熱CCES系統(tǒng)。建立了槽式太陽能蓄熱跨臨界CCES系統(tǒng)和超臨界CCES系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的熱力學(xué)分析。結(jié)果表明，兩種體系的循環(huán)效率分別為77.75%和67.72%，分別比常規(guī)跨臨界CCES系統(tǒng)和超臨界CCES系統(tǒng)高出30.18%和25.87%。此外，除儲能密度外，太陽能蓄熱跨臨界CCES系統(tǒng)的儲能效率、太陽能利用率以及?效率均優(yōu)于太陽能蓄熱超臨界CCES系統(tǒng)。
在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上，Xu等提出了一種新的LCES系統(tǒng)，以太陽能為熱源，以風(fēng)能為泵提供動力，如圖25所示，大大提高了儲能效率和?效率，其儲能效率和?效率分別達(dá)到了45.35%和67.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同條件下LCES的37.83%和45.48%。同時，研究發(fā)現(xiàn)太陽能的不穩(wěn)定特性影響著供熱總量。但由于蓄熱系統(tǒng)的存在，它對熱源溫度的影響很小。因此，在光照充足的條件下，太陽能補(bǔ)熱可作為一種良好的補(bǔ)熱方式。
圖25 利用太陽能補(bǔ)熱的LCES系統(tǒng)原理圖
太陽能作為一種充足的自然資源，利用太陽能為儲能系統(tǒng)提供熱量，不會增加系統(tǒng)額外的能量消耗。并且研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)儲能效率和?效率隨太陽能補(bǔ)熱溫度增加均呈現(xiàn)線性增加，甚至儲能效率可超過100%，即釋能過程的膨脹功要多于儲能過程的壓縮功。但由于釋能過程膨脹機(jī)輸出功率主要由膨脹機(jī)進(jìn)口壓力和溫度決定，當(dāng)太陽能補(bǔ)熱溫度對膨脹機(jī)做功的影響大于壓縮二氧化碳對膨脹機(jī)做功影響時，太陽能的利用效率將會受到影響。同時，補(bǔ)熱溫度的設(shè)定需要考慮儲熱介質(zhì)的物性，為保證換熱效率，補(bǔ)熱溫度需保證不超過系統(tǒng)儲熱介質(zhì)的臨界相變溫度。
5 結(jié)論
壓縮二氧化碳儲能技術(shù)作為一種新型的大規(guī)模長時儲能技術(shù)，由于其具有高效、安全和清潔等突出特點(diǎn)，一經(jīng)推出就受到了儲能行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。本文從壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)分類的角度，詳細(xì)闡述了各類壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)原理、優(yōu)勢及運(yùn)用場景，著重分析和梳理了現(xiàn)階段各位學(xué)者對壓縮二氧化碳儲能技術(shù)的研究角度和研究成果，探明了壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)化配置方案和未來研究重點(diǎn)。
目前，壓縮二氧化碳儲能技術(shù)尚處于起步階段，針對壓縮二氧化碳儲能技術(shù)的研究目前仍停留在系統(tǒng)設(shè)計、?分析、熱力學(xué)分析以及系統(tǒng)優(yōu)化方面，對于系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺搭建和測試尚未有介紹。壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)是壓縮空氣儲能系統(tǒng)的創(chuàng)新和拓展。現(xiàn)階段我國壓縮空氣儲能技術(shù)已基本成熟，在系統(tǒng)的建設(shè)以及關(guān)鍵部件的研究上都有重大突破。但對于壓縮二氧化碳儲能技術(shù)的現(xiàn)階段研究仍受制于壓縮空氣儲能的框架，缺乏創(chuàng)新和突破。
與壓縮空氣儲能相比，壓縮二氧化碳系統(tǒng)在系統(tǒng)關(guān)鍵部件的開發(fā)上還有著一定距離，超臨界二氧化碳的高壓對系統(tǒng)的承壓能力在安全性和成本上都有很大的考驗(yàn)，相較于壓縮空氣儲能系統(tǒng)，二氧化碳壓縮機(jī)和膨脹機(jī)以及增壓泵的絕熱效率在設(shè)計上都相對較小。在液態(tài)二氧化碳儲能系統(tǒng)中蓄冷過程的熱量平衡也是有待解決的問題。但不可否認(rèn)的是，在理論模擬中，壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)具有更高的儲能效率和儲能密度，并且在實(shí)際建設(shè)實(shí)施中，其也具有更小的占地面積和更低的建設(shè)成本，與我國目前碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)契合。由于二氧化碳儲能系統(tǒng)中有著密切的熱電轉(zhuǎn)換關(guān)系，在耦合其他外部能源、回收余熱廢熱、實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)以及冷熱電三聯(lián)供方面都有很好的發(fā)展?jié)摿?，但現(xiàn)階段二氧化碳儲能還僅在理論層面，在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題需要更加深入研究。隨著國內(nèi)外學(xué)者的不斷研究與創(chuàng)新，二氧化碳儲能必將朝著高性能、低成本、規(guī)模化、多應(yīng)用場景的方向發(fā)展，從而為未來以可再生能源為主的能源體系和多能源協(xié)同互補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)提供重要解決方案。
