前 言
构建以可再生能源为主体的新型电力系统，是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的主要途径。截至2022年底，我国可再生能源发电装机达到12.1亿千瓦。其中，风电、光伏分别达到3.7、3.9亿千瓦。当前可再生能源的波动性、周期性和不可预测性对其进一步大规模并网应用提出了严峻挑战，因此规模化高效电力储能技术已成为学界和工程界的热点前沿研究问题。
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电力储能基本类型
电力储能技术既能解决可再生能源并网的问题，又能消除用电高峰电力供应匮乏的隐患，起到削峰填谷的作用，可以有效利用可再生能源。电力储能技术主要包括三大类：以抽水蓄能、压缩空气储能及飞轮储能为代表的物理储能技术； 以电池储能为代表的化学储能技术；以超导储能和超级电容为代表的电磁储能技术。目前，已经实现商业应用的兆瓦级、长时间储能技术主要有抽水蓄能和压缩空气储能。
抽水蓄能电站具有储能容量大、增减负荷响应速度快、运行成本低以及无污染的优势，已装机比例最大，应用较为成熟。 压缩空气储能容量大，单机容量可达百兆瓦级以上，仅次于抽水蓄能。发电成本低，系统寿命长，空气污染小。但存在对化石燃料和储气室的依赖问题，有待进一步的改进和提升。
针对压缩空气储能系统存在的技术与应用瓶颈问题,提出二氧化碳储能的方式。 相比于空气，二氧化碳用作介质有一些独特的优势。一方面，它的露点比空气高，更容易凝结；另一方面，它提供了大规模利用二氧化碳的可能性，这有助于减少二氧化碳的排放。
02
二氧化碳储能
二氧化碳
二氧化碳常温常压下是一种无色无味的气体，熔点为-78.5℃，沸点为-56.6℃，密度比空气密度大（标准条件下），微溶于水。
化学性质不活泼，热稳定性很高（2000℃时仅有1.8%分解），不能燃烧，通常也不支持燃烧，无毒，安全等级为A1。
二氧化碳具有较低的临界压力与临界温度，分别是7.39MPa和31.4℃（空气3.77MPa和-140.5℃），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。
二氧化碳储能分类
二氧化碳压力势能是否储存，可分为压缩二氧化碳储能和电热储能。压缩二氧化碳储能根据储存状态，方案可分为电压储气、中压储气、高压储气、低温储液和近常温储液。
电热储能技术性能参数变化较大，适用于不同的应用场景。
低压和中压储气的压缩二氧化碳储能密度较低，循环效率较高，适用于对土地充裕和价格不高的地区。
高压储气的压缩二氧化碳储能密度较高，系统复杂，设备多体积大，成本较高，循环效率低。
低温储液和近常温储液，储能密度最高，循环效率最低。
二氧化碳储能（近常温储液）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。其工作原理可分为储能阶段和释能阶段两个过程。储能时，将低压储罐中的低压液态CO2气化，再压缩至超临界状态储存在高压储罐中，同时将热量储存在蓄热罐中；释能时，将超临界CO2升温发电，同时将冷量储存在蓄冷罐中。
二氧化碳储能（近常温储液）技术性能分析
二氧化碳储能（近常温储液）与常见储能技术特性对比表如下图所示：
由于锂电池在储能市场应用广泛，技术成熟，在4小时以下、建设周期短的储能项目中优势极为突出。而在4小时以上、场地不受限的储能项目中，二氧化碳储能则能发挥其优势。
以充电侧20MW/100MWh的储能系统为例：锂电池储能EPC初始投资成本约100MWh*2元/Wh=2亿元（参考宁德时代的投标价格）。二氧化碳储能EPC初始投资为：100MWh*1.8元/Wh=1.8亿元。统一按照30年使用周期计算，综合全部投资、运维费用及储能系统放出电量得出的全生命周期度电成本，二氧化碳储能的度电成本约0.2元，锂电池储能度电成本约0.7元。因此，二氧化碳储能在此情况下更加经济。
应用场景
（1）削峰填谷场景：新能源企业可利用大容量、高效率的二氧化碳储能系统缓解电网供电压力，存储低谷电能，并在用电高峰时释放，以实现削峰填谷。
（2）电源侧可再生能源消纳场景：在风电、光伏等新能源电站附近建设二氧化碳储能系统解决就地消纳能力弱、远距离外送等问题。
（3）电网侧辅助服务场景：平衡电力负荷，二氧化碳储能系统可以在几分钟内从启动达到全负荷工作状态，远低于普通的燃煤、油电站的启动时间。同时，还具备二次调频能力。
（4）用户侧服务场景：在实行峰谷差别电价的地区，需求侧用户可以利用二氧化碳储能系统储存低谷、低价电能，然后在高峰高价时段使用，从而节约电力成本。也可进行冷﹣热﹣电联供，更为充分利用压缩﹣发电过程中的冷、热能。
（5）备用电源应用场景：二氧化碳储能系统可以建在电站或者用户附近，作为线路检修、故障或紧急情况下的备用电源。
发展前景
二氧化碳储能作为相对压缩空气储能更高的储能效率和能量密度，物性优良、系统性能稳定、流程设备紧凑等优势，可有效支撑大规模新能源扩张需求，无论是用于降低新能源弃电率，还是用于解决新能源大基地建设及整县光伏建设带来的调峰压力，以及用于配合火电机组深度调峰的灵活性改造，都具有典型的示范作用。
结 语
随着项目增加和产业发展，二氧化碳储能电站建设成本不断下降。基于其不受场址、气候限制的特点，其场景应用多样，具有一定的经济竞争力。随着二氧化碳储能技术不断被研究、创新，必将朝着高性能、低成本、规模化、多应用场景的方向发展，为以可再生能源为主的能源体系和多能源协同互补的新型电力系统提供重要解决方案。
公司简介
龙源（北京）新能源工程设计研究院有限公司是目前国内最早从事新能源发电咨询、设计、研究、开发的专业化公司，作为龙源电力内部唯一从事设计咨询等业务的企业，为国家能源投资集团、龙源电力集团及新能源行业提供项目全过程技术咨询服务。
来源：龙源设计公司
END
2022年电力行业（第十六届）风电运行指标发布会
2021年（第四届）海上风电运营管理与产业发展创新交流研讨会
2020年（第六届）风电场优化设计与智慧运维专题交流研讨会
2020年(第五届)电力行业风电智能化专题交流研讨会
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