二氧化碳储能 三分天下

2022年6月，一家名为Energy Dome的公司在意大利撒丁岛建设了世界上第一个二氧化碳储能项目，规模为2.5MW/4MWh。

2023年12月20日，国际首套100MW/400MWh二氧化碳储能商业化电站在山东肥城经济开发区完成立项备案，该项目由北京博睿鼎能动力科技有限公司牵头打造。

2023年12月30日，由百穰新能源科技(深圳)有限公司、安徽海螺集团有限责任公司和西安交通大学联合研发的全球首套10MW/80MWh二氧化碳储能示范系统调试并网一次成功。

二氧化碳储能是一种新型长时储能技术，据公开信息，目前在全球范围内，Energy Dome、博睿鼎能、百穰新能源这三家公司走在前列。

1.意大利Energy Dome

正如其公司名称“Dome”所描述的，采用巨大的气囊来储存接近常温常压的二氧化碳气体是Energy Dome二氧化碳储能系统最显著的特点。在Energy Dome CEO Claudio Spadacini的设想中，这些穹顶状结构将成为向清洁能源过渡的象征，“就像风车和太阳能电池板一样。”

兼具高效、低成本、灵活、耐用、可靠等特点，Energy Dome表示，其二氧化碳储能系统将在未来几年实现50-60美元/MWh(340~410元/MWh)的度电成本，这将比锂离子电池低两倍多;同时，Energy Dome二氧化碳储能系统效率可达75-80%。

自Energy Dome首个2.5MW/4MWh的商业示范二氧化碳储能项目投运一年后，2023年底，Energy Dome宣布其将在意大利部署首个持续时间10小时的长时储能项目，该项目的规模为20MW/200MWh，预计将于2024年第三季度投入商业运营。

据Energy Dome方面透露，该项目所需的资本支出将低于4小时锂离子储能项目资本支出的50%。

2.百穰新能源

成立于2021年的百穰新能源由加拿大资方控股，采用气液互转、两态协同的储能技术，其基本原理是在用电低谷期，利用多余电力将常温常压的二氧化碳气体压缩为液体，并将压缩过程中产生的热能储存起来;在用电高峰期，利用存储的热能加热液态二氧化碳至气态，驱动透平发电。

百穰新能源称，其气液互转二氧化碳储能技术全周期的度电成本低至0.15元/KWh，经济性明显;同时，系统功率单元与容量单元解耦的系统设计意味着在功率确定的前提下，增加储能时长仅需扩展系统容量单元，因此，储能时长越长，二氧化碳储能系统的单位成本越低。

由于采用闭式循环，百穰新能源二氧化碳储能系统不受外界气温与地理环境等条件影响，具有很好的普适性，且机组与相关设备均为地上构筑，工程难度低，施工快。

通过二氧化碳物理相变实现电能的存储与释放，在相变温度与压力确定的情况下，气液互转二氧化碳储能系统中二氧化碳相变无时长限制，且机组设备为旋转机械，运作原理与火电机组类似，可不间断做功，系统运行单次循环最大可达24h，单次充、放电时长可达23h以上，系统等效时长利用系数可接近100%。

2023年年底并网发电的芜湖海螺10MW/80MWh二氧化碳储能项目即采用百穰新能源气液互转二氧化碳储能技术，结合水泥生产的工艺特点，利用水泥窑的废热提高储能效率，将水泥生产过程中排放的二氧化碳压缩至高压状态，储存在高压储气罐中，然后通过放气阀将压缩的二氧化碳释放，带动涡轮机转动发电。

该系统深度耦合海螺水泥的CCUS捕捉产线，将水泥产线上捕捉的二氧化碳用于储能系统，实现二氧化碳的暂态封存，即降低了储能系统成本，又减少了碳封存成本，实现了二氧化碳捕捉与循环利用。同时，通过充分利用水泥生产过程中产生的110℃以下烟气的热量，将废弃余热转化为电能，供给生产，可使企业生产节约标煤约1565吨/年;系统性利用低品位余热破解了水泥厂低品位余热利用率不足的难题。

3.博睿鼎能

日前，博睿鼎能首席科学家张振涛在接受ESPlaza长时储能网采访时介绍道，“博睿鼎能采用矩阵式二氧化碳储能技术，高压侧二氧化碳能以超临界态或高压液态形式储存，膨胀后和低压侧能以气态或液态形式储存，因此，与其他二氧化碳储能技术路线相比，博睿鼎能二氧化碳储能组合形式更为多样，能灵活满足不同场景。”

与目前全球范围内从事二氧化碳储能技术研发的企业不同的是，博睿鼎能是唯一一家中国人控股的公司，也是该技术领域国内唯一一家科研产业一体化团队。

博睿鼎能新型二氧化碳储能基于正布雷顿循环和逆卡诺循环原理，将二氧化碳液化并低压储存，通过升压气化推动膨胀机发电。该技术具有循环效率高、建设难度低、运行寿命长(30～50年)、系统成本低、契合CCUS技术和不受地理条件限制等特点。

此外，在应用场景方面，博睿鼎能二氧化碳储能技术能够契合CCUS的技术趋势，实现二氧化碳“变废为宝”，对节能降碳也有较高价值。

据博睿鼎能联合创始人/CEO越云凯介绍，目前博睿鼎能已掌握二氧化碳储能热力过程及自动控制等关键技术，特别是高压比/宽工况跨临界CO2压缩技术、低㶲损高负荷换热/蓄热技术、宽工况高转速CO2透平膨胀技术，以及基于储释能动作调度的及时性响应和系统智能控制技术，博睿鼎能已经实现突破。

在产品开发方面，博睿鼎能自研自产的二氧化碳储能系统储能电-电效率最高可至75%，可以实现30年以上的使用寿命，度电成本低至0.15元/KWh左右。

2023年8月建成国内首套百千瓦液态二氧化碳储能示范验证项目;10月完成项目系统联调联试;12月立项备案国际首套100MW/400MWh二氧化碳储能商业化电站……

成立于2022年的博睿鼎能起步虽晚，但正凭借其持续不断的技术迭代能力在二氧化碳储能市场打出一片天。

4.核心装备

二氧化碳储能系统主要由高、低压储罐、压缩机、透平以及蓄热蓄冷单元组成。

与空气相比，二氧化碳分子量较大，透平与压缩机体积会更小，量产后能降低原材料使用量从而降低成本。

▲二氧化碳储能系统原理图

压缩机作为二氧化碳储能阶段中的关键设备，其性能的优劣直接影响着系统的转换效率。按照压缩工质方式的不同，压缩机通常可以分为容积式压缩机与透平式压缩机两大类。

依据容积式压缩机工作容积改变方式的不同，可以将其分为往复式压缩机与回转式压缩机两类。其中活塞式压缩机是应用最广泛的往复式压缩机;回转式压缩机则包括螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、滑片式压缩机以及滚动转子式压缩机等。

透平式压缩机可以依据气体流动方向的不同，将之区分为离心式压缩机与轴流式压缩机两类。

由于二氧化碳储能系统高压侧压力较大，回转式压缩机通常不适用于二氧化碳储能系统。又因受流量的限制，活塞式压缩机通常适用在小流量的二氧化碳储能系统，透平式压缩机通常适用于大规模的二氧化碳储能系统。

对于二氧化碳活塞式压缩机来说，目前世界上占据重要市场的生产制造商主要包括意大利Dorin压缩机公司、Frascold压缩机公司、Refcomp压缩机公司以及德国Bizer制冷技术有限公司等。

二氧化碳透平式压缩机方面，离心式压缩机制造厂商主要包括丹佛斯(Danfoss)、三菱重工(Mitsubishi)、阿特拉斯(Atlas Copco)等公司;轴流式压缩机的制造厂商相对较少，目前主要的生产厂商包括德国MAN Energy Solutions及英国Howden。

百穰新能源曾表示，其气液互转二氧化碳储能系统主机设备均采用国内较为成熟的技术，能保证系统长时稳定运行。

据透露，早在2017年，百穰的研发团队即开始二氧化碳压缩储能系统的研发工作，并联合西安交通大学能动学院谢永慧教授团队进行技术研发，联合东方汽轮机进行系统动力设备研发。

综合相关信息可见，于2022年竣工的全球首个二氧化碳+飞轮储能示范项目透平、压缩机等关键动力装备应为东方汽轮机提供。

博睿鼎能方面则表示，早在2011年，中科院理化所研究团队便依托国家重点研发计划等科研课题创新性地开展二氧化碳储能技术研究，掌握二氧化碳液化蓄冷、热泵蓄热、动力装备及协同控制等关键技术，并于2013年成功研发了移动式二氧化碳压缩储能装置。

目前，博睿鼎能采用联合开发模式，为关键装备制造厂商提供技术，由制造企业进行工艺制造。“随着二氧化碳储能技术的商业化应用推广，二氧化碳储能装备制造成本未来将能够进一步下降。”张振涛认为。

综上看来，二氧化碳储能商业化推广前景可期，不过，二氧化碳储能系统也存在一些缺陷。

首先，二氧化碳储能基础创新研究有待深入。针对二氧化碳储能系统核心技术体系理论研究不足，缺乏完善的顶层设计和底层环节支撑。二氧化碳储能在热力学循环构建理论、系统动态运行控制策略、关键设备开发和高性能材料选择等方面需要攻克的关键技术还有许多，同时在设备加工制造、系统应用等方面也存在一定实践压力。

由于二氧化碳具有黏性小、密度大、临界点低等独特性质，二氧化碳储能系统中压缩机在工作时亦存在部分潜在问题。

但正如Energy Dome在官网中所期待的：“CO2 Battery，The only viable alternative for long-duration energy storage”，未来随着市场份额的扩大、持续的技术迭代升级，二氧化碳储能系统无论是成本亦或是性能方面都将得到提高，目前来说略显“小众”的二氧化储能，也将有望成为长时储能技术的一个重要发展方向。