二氧化碳发电储能技术

3.0 2025-08-12 40 4 4.59MB 32 页 30龙币

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二氧化碳发电储能技术，全称为超临界二氧化碳（S-CO₂）储能发电

技术。该技术巧妙利用二氧化碳在超临界状态（温度高于 31.1℃、压

力大于 7.38MPa，兼具气体与液体特性）下高效的能量转换性能，达

成电能与热能/压力能的双向存储与释放，是一种极具创新性的新型储

能技术。其核心在于通过闭式循环系统，将二氧化碳的压缩、膨胀过

程与热力循环有机结合，实现高效的能量存储与发电，被视作下一代

高效储能与发电领域的革命性技术之一。

一、技术原理与核心构成

能量存储阶段（充电过程）

当电网电能出现过剩，或可再生能源（例如风电、光伏）发电量超出

需求时，系统将按以下步骤进行储能操作：

压缩升温：常温常压下的二氧化碳（或回收的工业 CO₂）经压缩机加

压至超临界状态（如压力达到 20 - 30MPa，温度约 100 - 300℃）。

在此过程中，压缩产生的热量会被换热器收集，并存储于高温储热装

置（如熔盐、固体储热材料）中。

冷却存储：压缩后的超临界 CO₂进入低温储罐（温度约 50 - 100℃，

处于高压状态），而压缩热则存储于高温储热系统，从而实现“热能 +

压力能”的双重存储。

2. 能量释放阶段（放电发电过程）

当需要供电时，具体流程如下：

加热膨胀：低温高压的 CO₂从储罐流出，先经换热器吸收储热装置中

的高温热量（温度可提升至 500 - 700℃），转变为高温超临界 CO₂。

做功发电：高温高压的 CO₂驱动涡轮发电机膨胀做功，推动叶轮发电。

之后，CO₂经冷却降压恢复至初始状态，进入下一次循环。

3. 核心系统组件

闭式循环装置：涵盖压缩机、涡轮机、换热器（回热器、预热器）、

储热罐（高温/低温）等。整个流程均在密闭系统内完成，CO₂可循环

使用，损耗极小。

储热系统：配备熔盐、固态陶瓷等储热材料，用于存储压缩过程中产

生的废热，有效提升能量利用效率。

二、核心优势与技术特性

1. 超高能量转换效率

传统蒸汽轮机发电效率约为 35% - 40%，而超临界 CO₂布雷顿循环效

率在结合 700℃以上高温热源时，可达 45% - 55%，相较于传统系统

提升了 15% - 20%。这主要得益于超临界 CO₂的低粘度、高传热系数

和高密度特性，减少了管道阻力并降低了设备体积。例如，美国

Sandia 国家实验室的测试表明，在 650℃热源条件下，S - CO₂循环

效率比蒸汽循环高出 12%，在同等发电量的情况下，可减少 20%的热

源消耗。

2. 环境友好与低碳潜力

零排放运行：系统内的 CO₂实现闭环循环，无废气排放。若采用工业

捕集的 CO₂（如燃煤电厂尾气），还能实现“碳利用”，为碳中和目标

的实现贡献力量。

低环境影响：与需要大规模水域的抽水蓄能以及存在重金属污染风险

的锂电池相比，该技术占地面积小（设备体积仅为蒸汽系统的 1/10 -

1/5），且CO₂为无毒、不可燃介质，安全性更高。

3. 高储能密度与紧凑性

超临界 CO 的储能密度（约 0.5 - 1.0 kWh/L）是传统压缩空气储能

（0.1 kWh/L）的 5 - 10 倍，设备体积缩小 60% - 70%，非常适合在工

业园区、城市周边进行部署。以 100MWh 的储能系统为例，其占地面

积仅需约 500 平方米，而同等规模的锂电池储能系统则需要 2000 平方

米以上。

4. 全场景适配性

多热源耦合：该技术可接入光伏/光热（利用聚光太阳能加热 CO₂）、

核电（高温气冷堆热源）、工业余热（如钢铁厂、水泥厂 300 - 700℃

废热），甚至燃煤电厂（实现高效清洁化改造）。

快速响应：从冷启动到满功率发电仅需10 - 15 分钟，优于燃煤电厂

（30 分钟以上），适用于电网调频、备用电源等场景。

三、主要应用场景

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摘要：

二氧化碳发电储能技术，全称为超临界二氧化碳（S-CO₂）储能发电技术。该技术巧妙利用二氧化碳在超临界状态（温度高于31.1℃、压力大于7.38MPa，兼具气体与液体特性）下高效的能量转换性能，达成电能与热能/压力能的双向存储与释放，是一种极具创新性的新型储能技术。其核心在于通过闭式循环系统，将二氧化碳的压缩、膨胀过程与热力循环有机结合，实现高效的能量存储与发电，被视作下一代高效储能与发电领域的革命性技术之一。一、技术原理与核心构成1.能量存储阶段（充电过程）2.当电网电能出现过剩，或可再生能源（例如风电、光伏）发电量超出需求时，系统将按以下步骤进行储能操作：压缩升温：常温常压下的二氧化碳（或回...

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