中國儲能網(wǎng)訊：近年來，隨著國內(nèi)新能源市場的蓬勃發(fā)展，光伏和風電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，對源網(wǎng)側(cè)儲能配置的需求也在同步增長。
然而，可再生能源的間歇性、周期性和不穩(wěn)定性特征，給電網(wǎng)帶來了挑戰(zhàn)，如棄風限電問題和并網(wǎng)安全問題。
儲能技術作為解決這些問題的關鍵，其具備分時能量儲存和釋放的功能，能夠有效實現(xiàn)可再生能源的平滑輸出、電網(wǎng)的削峰填谷、用戶側(cè)能源管理以及用電負荷的平衡。這不僅是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，也是推動可再生能源規(guī)模化利用的關鍵技術。
在新型儲能技術領域，二氧化碳儲能技術（CAES）作為一種壓縮空氣儲能技術的重要分支，近年來在國內(nèi)市場上受到了廣泛的關注和研究。
這種技術通過壓縮空氣并將其儲存在地下洞穴或儲氣罐中，需要時釋放空氣，通過膨脹機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)能量的存儲與釋放。因其技術的經(jīng)濟性、高效性等，二氧化碳儲能或有望在未來的能源系統(tǒng)中扮演更加重要的角色。
01、新型電力系統(tǒng)的綠色支柱
2024年的政府工作報告強調(diào)了發(fā)展新型儲能技術的重要性，以支持能源結構的轉(zhuǎn)型和實現(xiàn)碳中和目標。二氧化碳儲能技術，作為其中的一種創(chuàng)新物理儲能方式，正逐漸成為推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的關鍵力量。
二氧化碳儲能系統(tǒng)利用二氧化碳的物理相變來存儲和釋放電能。在特定的相變溫度和壓力下，二氧化碳的相變過程沒有時間限制，這意味著儲能系統(tǒng)可以持續(xù)進行能量的存儲和釋放。
由于系統(tǒng)的核心設備是旋轉(zhuǎn)機械，其工作原理與火電機組相似，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間不間斷地做功。這種儲能技術的一個顯著優(yōu)勢是它的靈活性。它能夠覆蓋從10MW級別的小型項目到GW級別的大型項目，提供不同功率和容量的解決方案。
二氧化碳儲能系統(tǒng)原理圖
二氧化碳儲能可以為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用及黑啟動等多種服務，能夠顯著提高電力系統(tǒng)的靈活性及安全性，是新型電力系統(tǒng)構建的支撐技術。
它不僅可與太陽能、風電等新能源配套，有效彌補其無法提供穩(wěn)定、持續(xù)電力供應的弱點，也可與傳統(tǒng)火電配套使用，作為傳統(tǒng)火電靈活運行時小負荷工況的功率補償，可大幅提升機組調(diào)峰能力和能量綜合利用效率。
02、儲能界的“新質(zhì)生產(chǎn)力”，體現(xiàn)在哪里？
電網(wǎng)友好性
從目前已有的儲能技術路線來看，二氧化碳儲能是最具電網(wǎng)友好性的儲能技術路線之一，主要體現(xiàn)在以下三個方面。
效率、功率、容量的穩(wěn)定性兼具。電網(wǎng)是鏈接電源側(cè)與負荷側(cè)的動脈，因此，電網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運行是所有調(diào)度計劃的最終目的，隨著新能源電力占比提升，低慣量、高波動、弱支撐等問題對電網(wǎng)平穩(wěn)運行帶來了巨大挑戰(zhàn)，研究表明，系統(tǒng)的效率與功率在生命周期內(nèi)不會存在典型衰減，且系統(tǒng)為閉式循環(huán)運行，系統(tǒng)容量也不會有典型衰減。
在不同的季節(jié)運行，都具備穩(wěn)定性。二氧化碳儲能系統(tǒng)自身設計有保溫保壓機制，同時系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，因此，系統(tǒng)運行不受外部環(huán)境與氣候條件影響，自身效率能得到充分保證，可以在不同地理環(huán)境、不同氣候條件下穩(wěn)定出力。
二氧化碳儲能系統(tǒng)的功率單元與容量單元為解耦設計，這樣的設計特點使得系統(tǒng)能夠在單一側(cè)進行獨立擴容。系統(tǒng)可擴容充電單元的功率實現(xiàn)快充慢放；也可擴容放電單元功率實現(xiàn)慢充快放；同時也可以單獨擴容容量單元，實現(xiàn)儲能時長的自由擴容，系統(tǒng)可根據(jù)不同的電網(wǎng)調(diào)度需求進行差異化配置，滿足不同場景需求。
性價比較高
二氧化碳儲能技術在靈活性和經(jīng)濟性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能和液化空氣儲能技術，二氧化碳儲能提供了更低的全生命周期成本和更高的系統(tǒng)效率。1度電成本可降至0.15元/kWh，而儲能電-電效率可達75%，這在儲能技術中是非常有競爭力的。
與工業(yè)過程的深度耦合。二氧化碳儲能技術與海螺水泥的碳捕集、利用與封存（CCUS）系統(tǒng)進行了創(chuàng)新性的深度耦合。通過這一耦合，水泥生產(chǎn)過程中捕集的二氧化碳不僅被用于儲能，實現(xiàn)了暫態(tài)封存，而且降低了儲能系統(tǒng)的成本，同時減少了碳封存的成本，促進了二氧化碳的循環(huán)利用。
余熱回收與能源節(jié)約。二氧化碳儲能系統(tǒng)可以利用水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的110℃以下煙氣的熱量，將原本廢棄的余熱轉(zhuǎn)化為電能，直接供給生產(chǎn)使用。這種系統(tǒng)性利用低品位余熱的方法，有效解決了水泥廠低品位余熱利用率不足的問題，預計每年可為企業(yè)節(jié)約標煤約1565噸，顯著提升了能源利用效率。
“大容量、長時間”
作為新型儲能技術的一種，二氧化碳儲能相比傳統(tǒng)儲能，更具有“大容量、長時間”等特點。
儲能時長可達16+小時（根據(jù)充放電時長，國內(nèi)一般將儲能技術劃分為“短時儲能”（＜4小時）和“長時儲能”（≥4小時）），釋能功率可達GW級，適合大規(guī)模長時儲能，具有電-電轉(zhuǎn)換效率高、儲能密度大、壽命長等特點，能夠滿足可再生能源大規(guī)模電力消納、電網(wǎng)削峰填谷和火電蓄能調(diào)峰等龐大市場需求，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
03、儲能多場景空間發(fā)力
《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中提出的火電與核電機組抽汽蓄能等技術，以及百兆瓦級壓縮空氣儲能技術的工程化應用，標志著我國在新型儲能技術領域的重要進展。
在這一背景下，百兆瓦級的二氧化碳儲能系統(tǒng)成為實現(xiàn)該方案目標的關鍵技術之一。
以一套100MW/400MW?h的二氧化碳儲能系統(tǒng)為例，“100MW”代表該系統(tǒng)在滿負荷運行時的發(fā)電功率，而“400MW?h”則表示系統(tǒng)的儲能容量，即系統(tǒng)能夠存儲并提供400兆瓦時的電能。
這一儲能容量相當于40萬度電，按照普通家庭每月350至450度的用電量計算，系統(tǒng)完成一次完整的充放電周期，能夠為近千戶家庭提供一個月的電力需求。
該系統(tǒng)的高效性體現(xiàn)在其快速的充放電能力上，一次充電和放電過程僅需幾個小時即可完成。這不僅提高了能源利用的靈活性，也為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和調(diào)峰能力提供了有力支持。
二氧化碳儲能正發(fā)展著多場景應用空間。系統(tǒng)不僅具備CAES系統(tǒng)的功能特性，可將風電、光電等間歇能源“拼接”起來，保障新能源的持續(xù)電力輸出；還可以和CCS、液化天然氣(LNG)等多種能源系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)二氧化碳儲能的多場景應用和效率提升?？傮w來說，加快發(fā)展儲能界的“新質(zhì)生產(chǎn)力”將有利于推動構建儲能創(chuàng)新空間。
04、開啟工程化應用里程碑
面對全球能源轉(zhuǎn)型和對清潔儲能技術的迫切需求，二氧化碳儲能技術以其長期、穩(wěn)定、高效的儲能能力，展現(xiàn)出巨大的行業(yè)吸引力。作為一種創(chuàng)新的物理儲能方式，不僅能夠提升電網(wǎng)穩(wěn)定性，還因其環(huán)保特性和潛在的經(jīng)濟效益，成為推動能源結構向可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型的關鍵技術之一。
類似像安徽蕪湖海螺10MW/80MWh二氧化碳儲能示范系統(tǒng)項目、青海省格爾木市40MW/160MWh二氧化碳儲能示范項目、湖北襄州100MW/200MWh新型二氧化碳儲能項目的并網(wǎng)調(diào)試成功，都標志著國內(nèi)二氧化碳儲能技術在全球范圍內(nèi)邁進了商業(yè)應用階段。
在構建新型電力系統(tǒng)的進程中，儲能技術的發(fā)展呈現(xiàn)出多元化的趨勢。各類儲能技術路線，包括化學儲能、物理儲能、機械儲能等，都在不斷地探索與創(chuàng)新中展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢和特色。為電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性提供更多選擇。技術創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)升級的“源動力”，各技術路線的多樣性和互補性，將為實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和提升電網(wǎng)智能化水平提供強有力的技術支撐。
