中國(guó)儲(chǔ)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(shè)了世界上第一個(gè)二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目，規(guī)模為2.5MW/4MWh。
2023年12月20日，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，該項(xiàng)目由北京博睿鼎能動(dòng)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(tuán)有限責(zé)任公司和西安交通大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的全球首套10MW/80MWh二氧化碳儲(chǔ)能示范系統(tǒng)調(diào)試并網(wǎng)一次成功。
二氧化碳儲(chǔ)能是一種新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，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(chǔ)存接近常溫常壓的二氧化碳?xì)怏w是Energy Dome二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)。在Energy Dome CEO Claudio Spadacini的設(shè)想中，這些穹頂狀結(jié)構(gòu)將成為向清潔能源過渡的象征，“就像風(fēng)車和太陽(yáng)能電池板一樣?！?
兼具高效、低成本、靈活、耐用、可靠等特點(diǎn)，Energy Dome表示，其二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)將在未來幾年實(shí)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(shí)，Energy Dome二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)效率可達(dá)75-80%。
自Energy Dome首個(gè)2.5MW/4MWh的商業(yè)示范二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)一年后，2023年底，Energy Dome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)。
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%。
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(zhuǎn)、兩態(tài)協(xié)同的儲(chǔ)能技術(shù)，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?xì)怏w壓縮為液體，并將壓縮過程中產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存起來；在用電高峰期，利用存儲(chǔ)的熱能加熱液態(tài)二氧化碳至氣態(tài)，驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。
百穰新能源稱，其氣液互轉(zhuǎn)二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)全周期的度電成本低至0.15元/KWh，經(jīng)濟(jì)性明顯；同時(shí)，系統(tǒng)功率單元與容量單元解耦的系統(tǒng)設(shè)計(jì)意味著在功率確定的前提下，增加儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)僅需擴(kuò)展系統(tǒng)容量單元，因此，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，二氧化碳儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)組與相關(guān)設(shè)備均為地上構(gòu)筑，工程難度低，施工快。
通過二氧化碳物理相變實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放，在相變溫度與壓力確定的情況下，氣液互轉(zhuǎn)二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)中二氧化碳相變無時(shí)長(zhǎng)限制，且機(jī)組設(shè)備為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)作原理與火電機(jī)組類似，可不間斷做功，系統(tǒng)運(yùn)行單次循環(huán)最大可達(dá)24h，單次充、放電時(shí)長(zhǎng)可達(dá)23h以上，系統(tǒng)等效時(shí)長(zhǎng)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(chǔ)能項(xiàng)目即采用百穰新能源氣液互轉(zhuǎn)二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)，結(jié)合水泥生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，利用水泥窯的廢熱提高儲(chǔ)能效率，將水泥生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳?jí)嚎s至高壓狀態(tài)，儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣罐中，然后通過放氣閥將壓縮的二氧化碳釋放，帶動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的暫態(tài)封存，即降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)成本，又減少了碳封存成本，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳捕捉與循環(huán)利用。同時(shí)，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(zhuǎn)化為電能，供給生產(chǎn)，可使企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約標(biāo)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(xué)家張振濤在接受ESPlaza長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能網(wǎng)采訪時(shí)介紹道，“博睿鼎能采用矩陣式二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)，高壓側(cè)二氧化碳能以超臨界態(tài)或高壓液態(tài)形式儲(chǔ)存，膨脹后和低壓側(cè)能以氣態(tài)或液態(tài)形式儲(chǔ)存，因此，與其他二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)路線相比，博睿鼎能二氧化碳儲(chǔ)能組合形式更為多樣，能靈活滿足不同場(chǎng)景?！?
與目前全球范圍內(nèi)從事二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)的企業(yè)不同的是，博睿鼎能是唯一一家中國(guó)人控股的公司，也是該技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)唯一一家科研產(chǎn)業(yè)一體化團(tuán)隊(duì)。
博睿鼎能新型二氧化碳儲(chǔ)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(chǔ)存，通過升壓氣化推動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電。該技術(shù)具有循環(huán)效率高、建設(shè)難度低、運(yùn)行壽命長(zhǎng)（30～50年）、系統(tǒng)成本低、契合CCUS技術(shù)和不受地理?xiàng)l件限制等特點(diǎn)。
此外，在應(yīng)用場(chǎng)景方面，博睿鼎能二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)能夠契合CCUS的技術(shù)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“變廢為寶”，對(duì)節(jié)能降碳也有較高價(jià)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(chǔ)能熱力過程及自動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)，特別是高壓比/寬工況跨臨界CO2壓縮技術(shù)、低?損高負(fù)荷換熱/蓄熱技術(shù)、寬工況高轉(zhuǎn)速CO2透平膨脹技術(shù)，以及基于儲(chǔ)釋能動(dòng)作調(diào)度的及時(shí)性響應(yīng)和系統(tǒng)智能控制技術(shù)，博睿鼎能已經(jīng)實(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能電-電效率最高可至75%，可以實(shí)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(guó)內(nèi)首套百千瓦液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能示范驗(yàn)證項(xiàng)目；10月完成項(xiàng)目系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試；12月立項(xiàng)備案國(guó)際首套100MW/400MWh二氧化碳儲(chǔ)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(shù)迭代能力在二氧化碳儲(chǔ)能市場(chǎng)打出一片天。
4.核心裝備
二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由高、低壓儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)、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(jī)體積會(huì)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(chǔ)能系統(tǒng)原理圖
壓縮機(jī)作為二氧化碳儲(chǔ)能階段中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響著系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。按照壓縮工質(zhì)方式的不同，壓縮機(jī)通?？梢苑譃槿莘e式壓縮機(jī)與透平式壓縮機(jī)兩大類。
依據(jù)容積式壓縮機(jī)工作容積改變方式的不同，可以將其分為往復(fù)式壓縮機(jī)與回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)兩類。其中活塞式壓縮機(jī)是應(yīng)用最廣泛的往復(fù)式壓縮機(jī)；回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)則包括螺桿式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、滑片式壓縮機(jī)以及滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)等。
透平式壓縮機(jī)可以依據(jù)氣體流動(dòng)方向的不同，將之區(qū)分為離心式壓縮機(jī)與軸流式壓縮機(jī)兩類。
由于二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)高壓側(cè)壓力較大，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)通常不適用于二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)。又因受流量的限制，活塞式壓縮機(jī)通常適用在小流量的二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，透平式壓縮機(jī)通常適用于大規(guī)模的二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)。
對(duì)于二氧化碳活塞式壓縮機(jī)來說，目前世界上占據(jù)重要市場(chǎng)的生產(chǎn)制造商主要包括意大利Dorin壓縮機(jī)公司、Frascold壓縮機(jī)公司、Refcomp壓縮機(jī)公司以及德國(guó)Bizer制冷技術(shù)有限公司等。
二氧化碳透平式壓縮機(jī)方面，離心式壓縮機(jī)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(jī)的制造廠商相對(duì)較少，目前主要的生產(chǎn)廠商包括德國(guó)MAN Energy Solutions及英國(guó)Howden。
百穰新能源曾表示，其氣液互轉(zhuǎn)二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備均采用國(guó)內(nèi)較為成熟的技術(shù)，能保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。
據(jù)透露，早在2017年，百穰的研發(fā)團(tuán)隊(duì)即開始二氧化碳?jí)嚎s儲(chǔ)能系統(tǒng)的研發(fā)工作，并聯(lián)合西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院謝永慧教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，聯(lián)合東方汽輪機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備研發(fā)。
綜合相關(guān)信息可見，于2022年竣工的全球首個(gè)二氧化碳+飛輪儲(chǔ)能示范項(xiàng)目透平、壓縮機(jī)等關(guān)鍵動(dòng)力裝備應(yīng)為東方汽輪機(jī)提供。
博睿鼎能方面則表示，早在2011年，中科院理化所研究團(tuán)隊(duì)便依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科研課題創(chuàng)新性地開展二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)研究，掌握二氧化碳液化蓄冷、熱泵蓄熱、動(dòng)力裝備及協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)，并于2013年成功研發(fā)了移動(dòng)式二氧化碳?jí)嚎s儲(chǔ)能裝置。
目前，博睿鼎能采用聯(lián)合開發(fā)模式，為關(guān)鍵裝備制造廠商提供技術(shù)，由制造企業(yè)進(jìn)行工藝制造?！半S著二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用推廣，二氧化碳儲(chǔ)能裝備制造成本未來將能夠進(jìn)一步下降?！睆堈駶J(rèn)為。
綜上看來，二氧化碳儲(chǔ)能商業(yè)化推廣前景可期，不過，二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)也存在一些缺陷。
首先，二氧化碳儲(chǔ)能基礎(chǔ)創(chuàng)新研究有待深入。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，缺乏完善的頂層設(shè)計(jì)和底層環(huán)節(jié)支撐。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)和高性能材料選擇等方面需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)還有許多，同時(shí)在設(shè)備加工制造、系統(tǒng)應(yīng)用等方面也存在一定實(shí)踐壓力。
由于二氧化碳具有黏性小、密度大、臨界點(diǎn)低等獨(dú)特性質(zhì)，二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)中壓縮機(jī)在工作時(shí)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(chǎng)份額的擴(kuò)大、持續(xù)的技術(shù)迭代升級(jí)，二氧化碳儲(chǔ)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(chǔ)能，也將有望成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
