“二氧化碳+飞轮”中的储能密码

肖溪树

减碳路上，储能产业十分火爆。诞生于四川德阳的全球首个“二氧化碳+飞轮储能示范项目”，无疑是我国实施“双碳战略”的一道亮丽风景。“温室气体”如何储能？“代步的轮子”也能储能？这其中有什么秘密？

一说到储能，我们往往会想到电池。没错，电池就是一种储能装置，通过充放电来完成能量的存与取。储能的方法有很多，用电池储能通常被称为电化学储能；利用二氧化碳储能属于压缩气体储能中的一种，与压缩空气储能同属于一个大类。

也许，你听说过压缩空气储能，但没有听说过压缩二氧化碳储能。因为将二氧化碳应用于储能行业的案例并不多见，东方汽轮机公司启动的新型二氧化碳储能示范项目在全球尚属首例。2023年4月，我国发布的《碳达峰碳中和标准体系建设指南》正式将二氧化碳储能列入其中。

那么，什么是二氧化碳储能呢？所谓二氧化碳储能，是利用二氧化碳作为循环工质进行充放电操作的储能方式。也许有人会问，与压缩空气储能相比，压缩二氧化碳储能有哪些优势呢？

储能的意义在于吸纳电网低谷时的“弃能”，在用电高峰时回馈给电网或者供给用户使用。对于压缩气体储能来说，储能介质在整个过程中只存在温度、压强等状态的变化，而不会发生化学方面的变化。

这里所说的状态变化，一般是指气液状态的变化。我们知道，二氧化碳的临界点为7.39MPa和31.4℃，空气的临界点为3.77MPa和-140.5℃。这说明二氧化碳到达临界点要比空气容易得多，并且超临界状态的二氧化碳具有许多优良的特质，如黏度小、密度大、导热好等。在相同状态下，二氧化碳的储存密度要比空气高。因此，二氧化碳储能就被提上了日程。

那么，二氧化碳储能的原理是什么呢？二氧化碳储能作为一种物理储能方式，就是将低谷电、弃风电、弃光电等不易储藏的电力储存在压缩二氧化碳中，将其转化为二氧化碳分子的内势能。当用电高峰到来时，再把高压二氧化碳的分子势能释放出来做功发电，从而改善电力的供求关系。

在德阳“二氧化碳+飞轮储能示范项目”现场，一个巨大的柔性气仓十分引人注目。这个气仓可以容纳25万立方米的二氧化碳气体。这些气态二氧化碳一旦被压缩为液态二氧化碳，体积就会缩小到原来的1/300，被储存在耐压的储罐里。具体的循环操作可以分为两个过程，即储能过程和释能过程。

这里所说的“飞轮”，是指飞轮储能中的“飞轮”。它要比传统的“车轮”结构更复杂，技术含量也更高。飞轮储能也叫“飞轮电池”，其原理是利用高速旋转的飞轮所拥有的惯性来储存能量。飞轮储能装置实际上是一套“电能—动能—电能”高效转换的技术系统，主要由转子系统、电机系统和电力电子装置三大部分构成。转子系统的作用就是储存能量，电机系统的作用就是进行能量转换，电力电子装置的作用就是提高飞轮储能系统的灵活性和可控性。

转子系统作为飞轮储能装置的核心部分，一般采用磁悬浮的结构设计，让飞轮转子在真空腔体内工作。这样可以减少运行中的能量损耗，以保證飞轮的转速。那么，飞轮储能装置是如何进行储能和释能的呢？

简单来说，飞轮转子在储能时提速，在释能时减速，从而完成机械能与电能的相互转换。具体来说，充电时，电机相当于电动机，可将电能转换为动能储存起来，表现形式就是提速；放电时，电机相当于发电机，可将动能转换为电能对负载进行释放，表现形式就是减速。

飞轮储能作为一种物理储能技术，对环境极为友好，其能源效率高达85%～95%，这是难能可贵的，可以说“飞轮电池”是一个靠谱的“能量银行”。

“二氧化碳+飞轮储能示范项目”的启动，标志着我国的二氧化碳储能和飞轮储能技术已经进入工程化应用的新阶段，具有十分重要的现实意义。

无论是二氧化碳储能，还是飞轮储能，都属于绿色环保的物理储能技术，其本身不消耗化石燃料，也不会产生有害废物，因此是名副其实的清洁储能技术。

清洁储能将在未来低碳能源体系中占有十分重要的地位。随着“双碳战略”的实施，风能、太阳能等新能源前景广阔，但新能源并网却面临多方面的挑战。原来，风能和太阳能具有波动性和间歇性的特点，大规模接入电力系统将会给并网控制、运行调度、功率预测、供电质量等带来严重影响。

发展包括二氧化碳储能和飞轮储能在内的大规模清洁储能技术，则可以提高电网对新能源的消纳水平，提高电网的安全稳定运行水平，并在参与电网“削峰填谷”的过程中发挥作用。在这个过程中，清洁储能不存在二氧化碳以及污染物的排放。这对于平缓新能源的波动性、减少弃风弃光率具有重要的意义。

“二氧化碳+飞轮储能示范项目”作为一个综合储能站，吸收了二氧化碳储能时间长、规模大以及飞轮储能响应速度快的优势，做到了既要“规模”又要“速度”的储能定位。因此，它不仅可以更好地为新能源并网保驾护航，还可以更好地服务于居民生活以及经济建设。

【责任编辑】蒲 晖