中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能細(xì)分賽道二氧化碳儲(chǔ)能領(lǐng)域，兩則消息值得關(guān)注。
7月22日，華電集團(tuán)電子商務(wù)平臺(tái)發(fā)布華電木壘100萬(wàn)千瓦二氧化碳?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能綜合能源示范項(xiàng)目100MW/1000MWh二氧化碳儲(chǔ)能電站EPC總承包招標(biāo)公告。
項(xiàng)目規(guī)劃容量60萬(wàn)千瓦風(fēng)電、40萬(wàn)千瓦光伏和100萬(wàn)千瓦時(shí)儲(chǔ)能，是世界上首個(gè)百兆瓦級(jí)二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)。
7月11日，新華烏什500MW/2000MWh構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目第一臺(tái)220kV主變壓器具備試驗(yàn)條件。
作為出廠前的最后一道工序，意味著項(xiàng)目將迎來(lái)設(shè)備交付的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是保障項(xiàng)目順利推進(jìn)的重要一步。
據(jù)悉，該項(xiàng)目位于烏什縣阿合雅光伏產(chǎn)業(yè)園區(qū)，占地452畝，總投資44.5億元；主要建設(shè)內(nèi)容為：200MW/800MWh磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能、200MW/800MWh全釩液流電池儲(chǔ)能和壓縮二氧化碳儲(chǔ)能100MW/400MWh三種儲(chǔ)能形式。
在雙碳目標(biāo)大背景下，我國(guó)新能源裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，隨著新能源滲透率快速提升，發(fā)電隨機(jī)性、波動(dòng)性、季節(jié)不均衡性等問(wèn)題帶動(dòng)了長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求。
作為一種新興的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，二氧化碳儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)可達(dá)16+小時(shí)，釋能功率可達(dá)GW級(jí)，適合大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能；此外，二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)也是一個(gè)典型的二氧化碳利用場(chǎng)景，有望深度嵌入CCUS的各個(gè)環(huán)節(jié)。
但這個(gè)前景可期的儲(chǔ)能技術(shù)仍處于技術(shù)示范推廣的初期階段，商業(yè)化應(yīng)用仍需要更多的研究深入和技術(shù)突破。
什么是二氧化碳儲(chǔ)能？
二氧化碳儲(chǔ)能是壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)分支，與抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能同屬于大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
從優(yōu)勢(shì)上看，二氧化碳無(wú)毒、不易燃、安全等級(jí)為A1；其臨界點(diǎn)為7.39 MPa和31.4 ℃，對(duì)比空氣(3.77 MPa和-140.5 ℃)更容易液化；超臨界二氧化碳(S-CO?)具有黏度小、密度大、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)良的熱力學(xué)性質(zhì)。
二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括二氧化碳高低壓儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)、透平（汽輪機(jī)）、蓄冷換熱器和蓄熱蓄冷子系統(tǒng)，工作原理可分為儲(chǔ)能和釋能兩個(gè)過(guò)程。
儲(chǔ)能時(shí)，低壓儲(chǔ)罐中的低壓氣態(tài)二氧化碳經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮至超臨界狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)入中間冷卻器吸收壓縮熱并通過(guò)蓄熱介質(zhì)將熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱罐中，最后二氧化碳被常溫水液化儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)罐中。
釋能時(shí)，高壓儲(chǔ)罐中的二氧化碳經(jīng)過(guò)加熱器升溫氣化，再進(jìn)入透平中推動(dòng)透平葉輪發(fā)電，同時(shí)再將加熱器出口的低溫蓄熱介質(zhì)冷量?jī)?chǔ)存在蓄冷罐中，末級(jí)透平出口的二氧化碳再返回低壓儲(chǔ)罐。
目前，二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)主要有二氧化碳電熱儲(chǔ)能(TE-CES)系統(tǒng)、跨臨界二氧化碳儲(chǔ)能(TC-CES)和超臨界二氧化碳(SC-CES)儲(chǔ)能系統(tǒng)、液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能(LCES)系統(tǒng)等幾個(gè)研究方向。
就優(yōu)勢(shì)來(lái)看，二氧化碳儲(chǔ)能電-電轉(zhuǎn)換效率高、儲(chǔ)能密度大、壽命長(zhǎng)、成本低等多方面優(yōu)點(diǎn)。
電能轉(zhuǎn)換效率及成本方面，二氧化碳儲(chǔ)能設(shè)計(jì)電能轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%以上，目前實(shí)際轉(zhuǎn)換電能轉(zhuǎn)換效率達(dá)60%以上；系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命可30年以上，循環(huán)次數(shù)超過(guò)1萬(wàn)次，生命周期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)容量和效率衰減；系統(tǒng)全周期度電成本0.15-0.2元/度，且系統(tǒng)功率單元與時(shí)長(zhǎng)單元為解耦設(shè)計(jì)，單側(cè)擴(kuò)容成本低，在功率單元確定的前提下，時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的單位成本越低。
除此之外，二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)壓力溫度等級(jí)低，安全可靠，無(wú)污染和燃爆風(fēng)險(xiǎn)；選址靈活、場(chǎng)景適應(yīng)性強(qiáng)，可以用儲(chǔ)氣罐、氣囊、廢棄的礦山/礦井等作為二氧化碳的低壓儲(chǔ)氣室。
就應(yīng)用場(chǎng)景而言，二氧化碳能夠滿足大規(guī)模可再生能源電力消納、電網(wǎng)削峰填谷和火電蓄能調(diào)峰等市場(chǎng)需求。
在發(fā)電側(cè)可以充當(dāng)風(fēng)、光、煤電的“充電寶”；在電網(wǎng)側(cè)可應(yīng)對(duì)大規(guī)模停電事故；用戶側(cè)可應(yīng)用于電量大的工業(yè)園區(qū)和海洋平臺(tái)微電網(wǎng)等場(chǎng)景。
另外，二氧化碳儲(chǔ)能具備余熱利用能力，還可匹配挖掘中國(guó)工業(yè)余熱的潛在價(jià)值。
國(guó)家、地方出臺(tái)政策
二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)已納入多個(gè)國(guó)家級(jí)、省級(jí)儲(chǔ)能發(fā)展政策。
2023年4月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委、國(guó)家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等11個(gè)部門發(fā)布的《碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》明確重點(diǎn)制修訂抽水蓄能標(biāo)準(zhǔn)，電化學(xué)、壓縮空氣、飛輪、二氧化碳等新型儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)。
另外，二氧化碳儲(chǔ)能作為重點(diǎn)新型儲(chǔ)能技術(shù)已被分別寫入《山東省新型儲(chǔ)能工程發(fā)展行動(dòng)方案》、《廣東省培育發(fā)展未來(lái)綠色低碳產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃》、《四川省電源電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2022-2025年）》、《新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)展改革委關(guān)于建立健全支持新型儲(chǔ)能健康有序發(fā)展配套政策的通知》等省級(jí)儲(chǔ)能發(fā)展政策文件。
2022年12月，山東省能源局印發(fā)的《山東省新型儲(chǔ)能工程發(fā)展行動(dòng)方案》明確，以液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能、超臨界液態(tài)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能等技術(shù)為重點(diǎn)，探索開發(fā)一批中小型儲(chǔ)能電站，到2025年，建成壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目30萬(wàn)千瓦以上。
2023年5月，新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)改委發(fā)布的《新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)展改革委關(guān)于建立健全支持新型儲(chǔ)能健康有序發(fā)展配套政策的通知》指出，鼓勵(lì)采用液流電池、壓縮空氣或二氧化碳儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。
2024年2月，廣東發(fā)改委等《廣東省培育發(fā)展未來(lái)綠色低碳產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃》的通知（以下簡(jiǎn)稱通知）正式發(fā)布，該通知明確提出加強(qiáng)二氧化碳等大容量、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)集成優(yōu)化研究。
國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有應(yīng)用落地
目前，二氧化碳儲(chǔ)能已在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)多個(gè)項(xiàng)目落地，據(jù)中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)投運(yùn)、在建、備案的二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目已達(dá)0.56GW/2.56GWh 。
2022年6月,意大利Energy Dome公司建成一套4MW·h的“二氧化碳電池”試點(diǎn)項(xiàng)目，這是世界上首個(gè)二氧化碳儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
該項(xiàng)目投運(yùn)一年后，Energy Dome在2023年底再次宣布其將在意大利部署首個(gè)持續(xù)時(shí)間10小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，該項(xiàng)目的規(guī)模為20MW/200MWh，預(yù)計(jì)將于2024年第三季度投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，目前這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)獲得6000萬(wàn)歐元的投資。
據(jù)Energy Dome方面透露，該項(xiàng)目所需的資本支出將低于4小時(shí)鋰離子儲(chǔ)能項(xiàng)目資本支出的50%，度電成本也比鋰離子電池低兩倍多。
國(guó)內(nèi)方面，已經(jīng)在這項(xiàng)技術(shù)上有項(xiàng)目投入的是百穰新能源和有中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所背景的博睿鼎能動(dòng)力科技有限公司。
百穰新能源成立于2021年，是一家新型儲(chǔ)能科技公司，主營(yíng)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)和設(shè)備的研發(fā)、集成、銷售和運(yùn)營(yíng)。
2022年10月，由東方電氣集團(tuán)、百穰新能源、西安交通大學(xué)三方合作的國(guó)內(nèi)首個(gè)“新型二氧化碳儲(chǔ)能驗(yàn)證項(xiàng)目”開工，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)工程化應(yīng)用走出實(shí)質(zhì)性一步，項(xiàng)目也是全球首個(gè)“二氧化碳+飛輪儲(chǔ)能”項(xiàng)目。
這個(gè)位于東方汽輪機(jī)廠區(qū)內(nèi)項(xiàng)目?jī)?chǔ)能規(guī)模10MW/20MWh，能在2小時(shí)內(nèi)存滿2萬(wàn)度電，是彼時(shí)全球單機(jī)功率最大，儲(chǔ)能容量最大的二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目，該項(xiàng)目已于2023年8月正式投運(yùn)。
2023年5月，湖北襄州100MW／200MWh新型二氧化碳儲(chǔ)能示范項(xiàng)目被列入湖北省能源局新型儲(chǔ)能電站試點(diǎn)示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目將由百穰新能源與遠(yuǎn)景能源有限公司合作開發(fā)。
2023年12月，百穰新能源全球首套10MW/80MWh二氧化碳儲(chǔ)能示范系統(tǒng)調(diào)試并網(wǎng)一次成功。
該示范系統(tǒng)由百穰新能源、海螺和西安交大聯(lián)合研發(fā)，結(jié)合了水泥生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，充分利用水泥窯廢熱進(jìn)一步提高了儲(chǔ)能效率，入選國(guó)家能源局公示了首批科技創(chuàng)新（儲(chǔ)能）試點(diǎn)示范項(xiàng)目。
成立于2022年4月的博睿鼎能，是由中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所科研團(tuán)隊(duì)成果轉(zhuǎn)化的科技公司，聚焦液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)。
2023年8月，博睿鼎能建設(shè)的百千瓦二氧化碳儲(chǔ)能示范驗(yàn)證項(xiàng)目工程在河北固安落地投運(yùn)。
10月，該公司完成數(shù)千萬(wàn)元天使輪融資，資金將主要用于壓縮二氧化碳儲(chǔ)能中試驗(yàn)證與示范。
12月，由博睿鼎能牽頭的國(guó)際首套100MW/400MWh二氧化碳儲(chǔ)能商業(yè)化電站在山東肥城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)完成立項(xiàng)備案。
除上述兩家，今年2月，首航高科能源技術(shù)股份有限公司二氧化碳熔鹽儲(chǔ)能示范項(xiàng)目在山東泰安開工，該項(xiàng)目總投資20億元，項(xiàng)目分二期建設(shè)100MW+300MW二氧化碳熔鹽儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，采用“高溫熔鹽+壓縮二氧化碳”儲(chǔ)能技術(shù)，冷—熱—電三連供，實(shí)現(xiàn)能源綜合利用率達(dá)85%，目前正在申報(bào)國(guó)家能源領(lǐng)域首臺(tái)套重大技術(shù)裝備。
此外，還有新的玩家進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。
成立于2022年的北京嘉泰新能科技有限公司已經(jīng)完成數(shù)千萬(wàn)元的天使輪融資，目前，嘉泰新能技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行十兆瓦級(jí)的壓縮二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。
在二氧化碳儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈，提供相關(guān)設(shè)備的廠家有中集安瑞科旗下成員企業(yè)石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司，其為蕪湖海螺水泥廠的全球首套新型二氧化碳?jí)嚎s儲(chǔ)能示范項(xiàng)目批量提供液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能容器及換熱容器。
另一家是山東前沿動(dòng)力科技有限公司，其在今年6月投資20億元在山東肥城建設(shè)二氧化碳儲(chǔ)能裝備智能制造項(xiàng)目，計(jì)劃年生產(chǎn)50臺(tái)套二氧化碳透平機(jī)、壓縮機(jī)、換熱器以及配套產(chǎn)品，并提供其他高端動(dòng)力設(shè)備及其技術(shù)服務(wù)。
前景可期 仍待探索
隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和清潔能源的發(fā)展，二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)前景可期，不僅可以作為電力基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)可再生能源消納，輔助電網(wǎng)削峰填谷，幫助用戶降低用電成本，還可以在大規(guī)模碳封存，替代人工造林方面發(fā)揮重要作用。
但是作為一種新型長(zhǎng)時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，二氧化碳儲(chǔ)能目前處于技術(shù)示范推廣的初期階段，商業(yè)化應(yīng)用仍需要更多的技術(shù)突破以及研究的深入。
首先，針對(duì)二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)核心技術(shù)體系理論研究不足，仍受制于壓縮空氣儲(chǔ)能的框架，缺乏完善的頂層設(shè)計(jì)和底層環(huán)節(jié)支撐，基礎(chǔ)創(chuàng)新研究有待深入，政策層面需要加強(qiáng)引導(dǎo)和支持。
其次，二氧化碳儲(chǔ)能在熱力學(xué)循環(huán)構(gòu)建理論、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制策略、關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)、高性能材料選擇等方面仍有許多關(guān)鍵研究和技術(shù)待突破，同時(shí)，在設(shè)備加工制造、系統(tǒng)應(yīng)用等方面需要更多實(shí)踐驗(yàn)證。
