中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近年來，隨著國(guó)內(nèi)新能源市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，光伏和風(fēng)電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，對(duì)源網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能配置的需求也在同步增長(zhǎng)。
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(fēng)限電問題和并網(wǎng)安全問題。
儲(chǔ)能技術(shù)作為解決這些問題的關(guān)鍵，其具備分時(shí)能量?jī)?chǔ)存和釋放的功能，能夠有效實(shí)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(fù)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(dòng)可再生能源規(guī)模化利用的關(guān)鍵技術(shù)。
在新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)（CAES）作為一種壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的重要分支，近年來在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上受到了廣泛的關(guān)注和研究。
這種技術(shù)通過壓縮空氣并將其儲(chǔ)存在地下洞穴或儲(chǔ)氣罐中，需要時(shí)釋放空氣，通過膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放。因其技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、高效性等，二氧化碳儲(chǔ)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(bào)告強(qiáng)調(diào)了發(fā)展新型儲(chǔ)能技術(shù)的重要性，以支持能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)，作為其中的一種創(chuàng)新物理儲(chǔ)能方式，正逐漸成為推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的關(guān)鍵力量。
二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)利用二氧化碳的物理相變來存儲(chǔ)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(shí)間限制，這意味著儲(chǔ)能系統(tǒng)可以持續(xù)進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放。
由于系統(tǒng)的核心設(shè)備是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其工作原理與火電機(jī)組相似，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不間斷地做功。這種儲(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它的靈活性。它能夠覆蓋從10MW級(jí)別的小型項(xiàng)目到GW級(jí)別的大型項(xiàng)目，提供不同功率和容量的解決方案。
二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖
二氧化碳儲(chǔ)能可以為電網(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用及黑啟動(dòng)等多種服務(wù)，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(gòu)建的支撐技術(shù)。
它不僅可與太陽(yáng)能、風(fēng)電等新能源配套，有效彌補(bǔ)其無(wú)法提供穩(wěn)定、持續(xù)電力供應(yīng)的弱點(diǎn)，也可與傳統(tǒng)火電配套使用，作為傳統(tǒng)火電靈活運(yùn)行時(shí)小負(fù)荷工況的功率補(bǔ)償，可大幅提升機(jī)組調(diào)峰能力和能量綜合利用效率。
02、儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)路線來看，二氧化碳儲(chǔ)能是最具電網(wǎng)友好性的儲(chǔ)能技術(shù)路線之一，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)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(fù)荷側(cè)的動(dòng)脈，因此，電網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行是所有調(diào)度計(jì)劃的最終目的，隨著新能源電力占比提升，低慣量、高波動(dòng)、弱支撐等問題對(duì)電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)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(huì)存在典型衰減，且系統(tǒng)為閉式循環(huán)運(yùn)行，系統(tǒng)容量也不會(huì)有典型衰減。
在不同的季節(jié)運(yùn)行，都具備穩(wěn)定性。二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)有保溫保壓機(jī)制，同時(shí)系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，因此，系統(tǒng)運(yùn)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(chǔ)能系統(tǒng)的功率單元與容量單元為解耦設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使得系統(tǒng)能夠在單一側(cè)進(jìn)行獨(dú)立擴(kuò)容。系統(tǒng)可擴(kuò)容充電單元的功率實(shí)現(xiàn)快充慢放；也可擴(kuò)容放電單元功率實(shí)現(xiàn)慢充快放；同時(shí)也可以單獨(dú)擴(kuò)容容量單元，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的自由擴(kuò)容，系統(tǒng)可根據(jù)不同的電網(wǎng)調(diào)度需求進(jìn)行差異化配置，滿足不同場(chǎng)景需求。
性價(jià)比較高
二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)在靈活性和經(jīng)濟(jì)性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。相較于傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能和液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)，二氧化碳儲(chǔ)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(chǔ)能電-電效率可達(dá)75%，這在儲(chǔ)能技術(shù)中是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的。
與工業(yè)過程的深度耦合。二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)與海螺水泥的碳捕集、利用與封存（CCUS）系統(tǒng)進(jìn)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(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)了暫態(tài)封存，而且降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本，同時(shí)減少了碳封存的成本，促進(jìn)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(chǔ)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(yù)計(jì)每年可為企業(yè)節(jié)約標(biāo)煤約1565噸，顯著提升了能源利用效率。
“大容量、長(zhǎng)時(shí)間”
作為新型儲(chǔ)能技術(shù)的一種，二氧化碳儲(chǔ)能相比傳統(tǒng)儲(chǔ)能，更具有“大容量、長(zhǎng)時(shí)間”等特點(diǎn)。
儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)可達(dá)16+小時(shí)（根據(jù)充放電時(shí)長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)一般將儲(chǔ)能技術(shù)劃分為“短時(shí)儲(chǔ)能”（＜4小時(shí)）和“長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能”（≥4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，具有電-電轉(zhuǎn)換效率高、儲(chǔ)能密度大、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，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(chǎng)需求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
03、儲(chǔ)能多場(chǎng)景空間發(fā)力
《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中提出的火電與核電機(jī)組抽汽蓄能等技術(shù)，以及百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的工程化應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)在新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的重要進(jìn)展。
在這一背景下，百兆瓦級(jí)的二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)該方案目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
以一套100MW/400MW?h的二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，“100MW”代表該系統(tǒng)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)電功率，而“400MW?h”則表示系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量，即系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)并提供400兆瓦時(shí)的電能。
這一儲(chǔ)能容量相當(dāng)于40萬(wàn)度電，按照普通家庭每月350至450度的用電量計(jì)算，系統(tǒng)完成一次完整的充放電周期，能夠?yàn)榻艏彝ヌ峁┮粋€(gè)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(gè)小時(shí)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(yùn)行和調(diào)峰能力提供了有力支持。
二氧化碳儲(chǔ)能正發(fā)展著多場(chǎng)景應(yīng)用空間。系統(tǒng)不僅具備CAES系統(tǒng)的功能特性，可將風(fēng)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(shí)現(xiàn)二氧化碳儲(chǔ)能的多場(chǎng)景應(yīng)用和效率提升?？傮w來說，加快發(fā)展儲(chǔ)能界的“新質(zhì)生產(chǎn)力”將有利于推動(dòng)構(gòu)建儲(chǔ)能創(chuàng)新空間。
04、開啟工程化應(yīng)用里程碑
面對(duì)全球能源轉(zhuǎn)型和對(duì)清潔儲(chǔ)能技術(shù)的迫切需求，二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)以其長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高效的儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)效益，成為推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)向可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一。
類似像安徽蕪湖海螺10MW/80MWh二氧化碳儲(chǔ)能示范系統(tǒng)項(xiàng)目、青海省格爾木市40MW/160MWh二氧化碳儲(chǔ)能示范項(xiàng)目、湖北襄州100MW/200MWh新型二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目的并網(wǎng)調(diào)試成功，都標(biāo)志著國(guó)內(nèi)二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)在全球范圍內(nèi)邁進(jìn)了商業(yè)應(yīng)用階段。
在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的進(jìn)程中，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)。各類儲(chǔ)能技術(shù)路線，包括化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能等，都在不斷地探索與創(chuàng)新中展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)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(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的“源動(dòng)力”，各技術(shù)路線的多樣性和互補(bǔ)性，將為實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和提升電網(wǎng)智能化水平提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
