二氧化碳储能列入国家《碳达峰碳中和标准体系建设指南》！产业步入加速阶段

     2023-05-29，中国粉体网讯 ：近日，国家标准化管理委员会牵头发布了“关于印发《碳达峰碳中和标准体系建设指南》的通知”，既表明了国家实现双碳目标的决心，又向双碳领域传达了更丰富与更明确的产业利好信息，专门就新型电力系统储能领域做了标准建设的明确指示：储能领域重点制修订抽水蓄能标准，电化学、压缩空气、飞轮、重力、二氧化碳、热（冷）、氢（氨）、超导等新型储能标准，储能系统接入电网、储能系统安全管理与应急处置标准。 二氧化碳储能技术正式被列入该指南，一方面说明二氧化碳储能技术已经得到了国家相关部委单位的认可，另一方面，也表明了国家对新型储能技术持开放与鼓励的态度。
其实在今年全国两会期间，全国政协委员、中国科学院理化技术研究所研究员、民进中国科学院基层委员会主委张振涛便表示应加快推进“双碳”目标下二氧化碳储能技术研发与应用。张振涛认为，新型储能技术已经成为解决可再生能源大规模并网、电网安全调度和用户节能降碳问题的关键手段，但现有新型储能技术如锂电池、压缩空气储能、液流电池等仍面临着安全风险高、占地面积大、地理条件苛刻和投资成本较高等问题，从而导致我国储能技术产业化发展仍需克服一系列问题。目前，新型储能领域中我国具有“领跑”意义的先进技术还不多，亟需更多新型高效储能技术参与到“百花齐放”的储能市场创造价值。新型二氧化碳储能是一种新型长时大规模物理储能技术，具有储能效率高、储能密度大、占地面积小和投资成本低等优势，对实现我国复杂电力系统的低碳转型、碳减排承诺和社会可持续发展都具有重要的意义。
何谓二氧化碳储能？
二氧化碳储能是在压缩空气储能和Brayton循环的基础上提出的，以CO2作为储能系统工作介质，通过多级绝热压缩与等压加热、多级绝热膨胀和等压冷却等过程实现。
由于CO2临界点（7.39MPa和31.4℃）相对空气（3.77MPa和-140.5℃）容易达到，无毒、不易燃、安全等级为A1。且超临界二氧化碳（S-CO2）具有优良的热力学性质：黏度小、密度大、导热性能好，系统寄生能耗也相对较低。基于常规储能设计参数，下表展示了不同压力和对应温度下空气和CO2的密度大小，可以看出，相同状态和压力下CO2储存密度均大于空气，其中液态储存时最高，从而使得二氧化碳储能系统具有较高的储能潜力。
（来源：郝佳豪等，《二氧化碳储能技术研究现状与发展前景》）
下图展示了二氧化碳储能系统的工作原理，系统主要由高、低压储罐，压缩机，透平和蓄热蓄冷单元组成；蓄热蓄冷单元主要包括再冷器、再热器、蓄热罐和蓄冷罐。
（来源：郝佳豪等，《二氧化碳储能技术研究现状与发展前景》）
其工作原理可分为储能阶段和释能阶段两个过程。储能时，低压储罐中的低压液态CO2经过蓄冷换热器吸热气化，再经过(多级)压缩机压缩至超临界状态，同时通过再冷器吸收压缩热并通过蓄热介质将热量储存在蓄热罐中，最后将超临界状态CO2储存在高压储罐中，即将电能以热能和势能形式储存；释能时，高压储罐中的超临界CO2经过再热器升温，再进入透平中推动透平发电，同时再将再热器出口的低温蓄热介质冷量储存在蓄冷罐中，末级透平出口的CO2再经过冷却器和蓄冷换热器冷却至液化状态，最后储存在低压储罐，即将热能和势能转化为电能输出。
二氧化碳储能系统一般采用压缩热回收利用代替传统压缩空气储能系统中的燃料补燃，避免了对化石能源的依赖；同时设置压缩机与透平分布，从而能够灵活控制系统储能、调节释能工况，减少机组启停切换时间；二氧化碳储能系统中多采用多级压缩和多级膨胀，最大储能压力可达20～25MPa，同时通过中间冷却和中间再热使压缩机和透平近等温运行，提高了系统循环效率；二氧化碳储能系统可根据可再生能源消纳、电网调峰调频、用户侧削峰填谷等应用场景，满足数小时甚至数十天的储能周期需求，且具有较长运行寿命。
二氧化碳储能产业步入加速阶段
去年8月底，中国首个“新型二氧化碳储能验证项目”在四川德阳东方汽轮机厂区内正式投入运行。该项目是全球单机功率最大、储能容量最大的首个二氧化碳+飞轮储能示范项目，也是四川省2022年世界清洁能源装备大会八大示范应用场景之一。项目占地18000，储能规模10MW/20MWh，由陕西化建设备制造公司承建，由百穰新能源、海螺集团、东方电气、西安交通大学联袂打造。该项目的建成，标志着这一新型储能技术在我国实现了工程应用的巨大飞跃。
（来源：中国东方电气集团有限公司）
当用电低谷期时，该项目开启充电模式，压缩机启动，2个小时就能把二氧化碳全部压缩为液态，体积只有原来的1/300，同时将气体压缩产生的热量存储起来。在用电高峰到来时，利用存储的热量加热液态二氧化碳，使其重回气态，并推动透平进行发电，同样只需2个小时，就能发出2万度的电，足够60多个家庭使用1个月。整个充放电过程，都不会用到化石燃料，也不会产生固体废弃物。
除了上述企业，永泰能源在2022年年报中表示，公司通过合作方式积极探索向抽水蓄能、压缩二氧化碳储能等其他储能技术拓展，作为全钒液流电池储能领域全产业链发展的补充；嘉泰新能技术团队目前正在进行百兆瓦级的压缩空气储能系统和十兆瓦级的压缩二氧化碳储能系统设计工作。

         不过二氧化碳储能并非国内首创，去年6月，在意大利，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系统。该设施利用一个巨大、有弹性的气囊将CO2以高密度液态储存（环境温度下，7000千帕压力），当需要用电时，液态CO2再次蒸发后驱动涡轮机产生电力并回输给电网。该过程可循环且不向大气排放任何物质。Energy Dome公司表示，该系统的能量转换效率可达75%，且均化成本（LCOS）可低至50-60美元/MWh，约是锂电池的一半。
（来源：Energy Dome）
这个项目的规模仅2.5MW/4MWh，还没有东方电气项目的一半大。但该公司2023年4月底完成了4000万欧元的B轮融资，计划在2024年底前完成两个20MW/200MWh的大规模长时储能系统，其中第一个单元已经在制造过程中。