中國儲能網(wǎng)訊：2022年6月，一家名為Energy Dome的公司在意大利撒丁島建設了世界上第一個二氧化碳儲能項目，規(guī)模為2.5MW/4MWh。
2023年12月20日，國際首套100MW/400MWh二氧化碳儲能商業(yè)化電站在山東肥城經(jīng)濟開發(fā)區(qū)完成立項備案，該項目由北京博睿鼎能動力科技有限公司牽頭打造。
2023年12月30日，由百穰新能源科技（深圳）有限公司、安徽海螺集團有限責任公司和西安交通大學聯(lián)合研發(fā)的全球首套10MW/80MWh二氧化碳儲能示范系統(tǒng)調(diào)試并網(wǎng)一次成功。
二氧化碳儲能是一種新型長時儲能技術，據(jù)公開信息，目前在全球范圍內(nèi)，Energy Dome、博睿鼎能、百穰新能源這三家公司走在前列。
1.意大利Energy Dome
正如其公司名稱“Dome”所描述的，采用巨大的氣囊來儲存接近常溫常壓的二氧化碳氣體是Energy Dome二氧化碳儲能系統(tǒng)最顯著的特點。在Energy Dome CEO Claudio Spadacini的設想中，這些穹頂狀結構將成為向清潔能源過渡的象征，“就像風車和太陽能電池板一樣?！?
兼具高效、低成本、靈活、耐用、可靠等特點，Energy Dome表示，其二氧化碳儲能系統(tǒng)將在未來幾年實現(xiàn)50-60美元/MWh（340~410元/MWh）的度電成本，這將比鋰離子電池低兩倍多；同時，Energy Dome二氧化碳儲能系統(tǒng)效率可達75-80%。
自Energy Dome首個2.5MW/4MWh的商業(yè)示范二氧化碳儲能項目投運一年后，2023年底，Energy Dome宣布其將在意大利部署首個持續(xù)時間10小時的長時儲能項目，該項目的規(guī)模為20MW/200MWh，預計將于2024年第三季度投入商業(yè)運營。
據(jù)Energy Dome方面透露，該項目所需的資本支出將低于4小時鋰離子儲能項目資本支出的50%。
2.百穰新能源
成立于2021年的百穰新能源由加拿大資方控股，采用氣液互轉、兩態(tài)協(xié)同的儲能技術，其基本原理是在用電低谷期，利用多余電力將常溫常壓的二氧化碳氣體壓縮為液體，并將壓縮過程中產(chǎn)生的熱能儲存起來；在用電高峰期，利用存儲的熱能加熱液態(tài)二氧化碳至氣態(tài)，驅(qū)動透平發(fā)電。
百穰新能源稱，其氣液互轉二氧化碳儲能技術全周期的度電成本低至0.15元/KWh，經(jīng)濟性明顯；同時，系統(tǒng)功率單元與容量單元解耦的系統(tǒng)設計意味著在功率確定的前提下，增加儲能時長僅需擴展系統(tǒng)容量單元，因此，儲能時長越長，二氧化碳儲能系統(tǒng)的單位成本越低。
由于采用閉式循環(huán)，百穰新能源二氧化碳儲能系統(tǒng)不受外界氣溫與地理環(huán)境等條件影響，具有很好的普適性，且機組與相關設備均為地上構筑，工程難度低，施工快。
通過二氧化碳物理相變實現(xiàn)電能的存儲與釋放，在相變溫度與壓力確定的情況下，氣液互轉二氧化碳儲能系統(tǒng)中二氧化碳相變無時長限制，且機組設備為旋轉機械，運作原理與火電機組類似，可不間斷做功，系統(tǒng)運行單次循環(huán)最大可達24h，單次充、放電時長可達23h以上，系統(tǒng)等效時長利用系數(shù)可接近100%。
2023年年底并網(wǎng)發(fā)電的蕪湖海螺10MW/80MWh二氧化碳儲能項目即采用百穰新能源氣液互轉二氧化碳儲能技術，結合水泥生產(chǎn)的工藝特點，利用水泥窯的廢熱提高儲能效率，將水泥生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳壓縮至高壓狀態(tài)，儲存在高壓儲氣罐中，然后通過放氣閥將壓縮的二氧化碳釋放，帶動渦輪機轉動發(fā)電。
該系統(tǒng)深度耦合海螺水泥的CCUS捕捉產(chǎn)線，將水泥產(chǎn)線上捕捉的二氧化碳用于儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)二氧化碳的暫態(tài)封存，即降低了儲能系統(tǒng)成本，又減少了碳封存成本，實現(xiàn)了二氧化碳捕捉與循環(huán)利用。同時，通過充分利用水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的110℃以下煙氣的熱量，將廢棄余熱轉化為電能，供給生產(chǎn)，可使企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約標煤約1565噸/年；系統(tǒng)性利用低品位余熱破解了水泥廠低品位余熱利用率不足的難題。
3.博睿鼎能
日前，博睿鼎能首席科學家張振濤在接受ESPlaza長時儲能網(wǎng)采訪時介紹道，“博睿鼎能采用矩陣式二氧化碳儲能技術，高壓側二氧化碳能以超臨界態(tài)或高壓液態(tài)形式儲存，膨脹后和低壓側能以氣態(tài)或液態(tài)形式儲存，因此，與其他二氧化碳儲能技術路線相比，博睿鼎能二氧化碳儲能組合形式更為多樣，能靈活滿足不同場景?！?
與目前全球范圍內(nèi)從事二氧化碳儲能技術研發(fā)的企業(yè)不同的是，博睿鼎能是唯一一家中國人控股的公司，也是該技術領域國內(nèi)唯一一家科研產(chǎn)業(yè)一體化團隊。
博睿鼎能新型二氧化碳儲能基于正布雷頓循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理，將二氧化碳液化并低壓儲存，通過升壓氣化推動膨脹機發(fā)電。該技術具有循環(huán)效率高、建設難度低、運行壽命長（30～50年）、系統(tǒng)成本低、契合CCUS技術和不受地理條件限制等特點。
此外，在應用場景方面，博睿鼎能二氧化碳儲能技術能夠契合CCUS的技術趨勢，實現(xiàn)二氧化碳“變廢為寶”，對節(jié)能降碳也有較高價值。
據(jù)博睿鼎能聯(lián)合創(chuàng)始人/CEO越云凱介紹，目前博睿鼎能已掌握二氧化碳儲能熱力過程及自動控制等關鍵技術，特別是高壓比/寬工況跨臨界CO2壓縮技術、低?損高負荷換熱/蓄熱技術、寬工況高轉速CO2透平膨脹技術，以及基于儲釋能動作調(diào)度的及時性響應和系統(tǒng)智能控制技術，博睿鼎能已經(jīng)實現(xiàn)突破。
在產(chǎn)品開發(fā)方面，博睿鼎能自研自產(chǎn)的二氧化碳儲能系統(tǒng)儲能電-電效率最高可至75%，可以實現(xiàn)30年以上的使用壽命，度電成本低至0.15元/KWh左右。
2023年8月建成國內(nèi)首套百千瓦液態(tài)二氧化碳儲能示范驗證項目；10月完成項目系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試；12月立項備案國際首套100MW/400MWh二氧化碳儲能商業(yè)化電站……
成立于2022年的博睿鼎能起步雖晚，但正憑借其持續(xù)不斷的技術迭代能力在二氧化碳儲能市場打出一片天。
4.核心裝備
二氧化碳儲能系統(tǒng)主要由高、低壓儲罐、壓縮機、透平以及蓄熱蓄冷單元組成。
與空氣相比，二氧化碳分子量較大，透平與壓縮機體積會更小，量產(chǎn)后能降低原材料使用量從而降低成本。
▲二氧化碳儲能系統(tǒng)原理圖
壓縮機作為二氧化碳儲能階段中的關鍵設備，其性能的優(yōu)劣直接影響著系統(tǒng)的轉換效率。按照壓縮工質(zhì)方式的不同，壓縮機通?？梢苑譃槿莘e式壓縮機與透平式壓縮機兩大類。
依據(jù)容積式壓縮機工作容積改變方式的不同，可以將其分為往復式壓縮機與回轉式壓縮機兩類。其中活塞式壓縮機是應用最廣泛的往復式壓縮機；回轉式壓縮機則包括螺桿式壓縮機、渦旋式壓縮機、滑片式壓縮機以及滾動轉子式壓縮機等。
透平式壓縮機可以依據(jù)氣體流動方向的不同，將之區(qū)分為離心式壓縮機與軸流式壓縮機兩類。
由于二氧化碳儲能系統(tǒng)高壓側壓力較大，回轉式壓縮機通常不適用于二氧化碳儲能系統(tǒng)。又因受流量的限制，活塞式壓縮機通常適用在小流量的二氧化碳儲能系統(tǒng)，透平式壓縮機通常適用于大規(guī)模的二氧化碳儲能系統(tǒng)。
對于二氧化碳活塞式壓縮機來說，目前世界上占據(jù)重要市場的生產(chǎn)制造商主要包括意大利Dorin壓縮機公司、Frascold壓縮機公司、Refcomp壓縮機公司以及德國Bizer制冷技術有限公司等。
二氧化碳透平式壓縮機方面，離心式壓縮機制造廠商主要包括丹佛斯（Danfoss）、三菱重工（Mitsubishi）、阿特拉斯（Atlas Copco）等公司；軸流式壓縮機的制造廠商相對較少，目前主要的生產(chǎn)廠商包括德國MAN Energy Solutions及英國Howden。
百穰新能源曾表示，其氣液互轉二氧化碳儲能系統(tǒng)主機設備均采用國內(nèi)較為成熟的技術，能保證系統(tǒng)長時穩(wěn)定運行。
據(jù)透露，早在2017年，百穰的研發(fā)團隊即開始二氧化碳壓縮儲能系統(tǒng)的研發(fā)工作，并聯(lián)合西安交通大學能動學院謝永慧教授團隊進行技術研發(fā)，聯(lián)合東方汽輪機進行系統(tǒng)動力設備研發(fā)。
綜合相關信息可見，于2022年竣工的全球首個二氧化碳+飛輪儲能示范項目透平、壓縮機等關鍵動力裝備應為東方汽輪機提供。
博睿鼎能方面則表示，早在2011年，中科院理化所研究團隊便依托國家重點研發(fā)計劃等科研課題創(chuàng)新性地開展二氧化碳儲能技術研究，掌握二氧化碳液化蓄冷、熱泵蓄熱、動力裝備及協(xié)同控制等關鍵技術，并于2013年成功研發(fā)了移動式二氧化碳壓縮儲能裝置。
目前，博睿鼎能采用聯(lián)合開發(fā)模式，為關鍵裝備制造廠商提供技術，由制造企業(yè)進行工藝制造?！半S著二氧化碳儲能技術的商業(yè)化應用推廣，二氧化碳儲能裝備制造成本未來將能夠進一步下降。”張振濤認為。
綜上看來，二氧化碳儲能商業(yè)化推廣前景可期，不過，二氧化碳儲能系統(tǒng)也存在一些缺陷。
首先，二氧化碳儲能基礎創(chuàng)新研究有待深入。針對二氧化碳儲能系統(tǒng)核心技術體系理論研究不足，缺乏完善的頂層設計和底層環(huán)節(jié)支撐。二氧化碳儲能在熱力學循環(huán)構建理論、系統(tǒng)動態(tài)運行控制策略、關鍵設備開發(fā)和高性能材料選擇等方面需要攻克的關鍵技術還有許多，同時在設備加工制造、系統(tǒng)應用等方面也存在一定實踐壓力。
由于二氧化碳具有黏性小、密度大、臨界點低等獨特性質(zhì)，二氧化碳儲能系統(tǒng)中壓縮機在工作時亦存在部分潛在問題。
但正如Energy Dome在官網(wǎng)中所期待的：“CO2 Battery，The only viable alternative for long-duration energy storage”，未來隨著市場份額的擴大、持續(xù)的技術迭代升級，二氧化碳儲能系統(tǒng)無論是成本亦或是性能方面都將得到提高，目前來說略顯“小眾”的二氧化儲能，也將有望成為長時儲能技術的一個重要發(fā)展方向。
