“二氧化碳+飛輪”中的儲能密碼

肖溪樹

減碳路上，儲能產業十分火爆。誕生于四川德陽的全球首個“二氧化碳+飛輪儲能示范項目”，無疑是我國實施“雙碳戰略”的一道亮麗風景。“溫室氣體”如何儲能？“代步的輪子”也能儲能？這其中有什么秘密？

一說到儲能，我們往往會想到電池。沒錯，電池就是一種儲能裝置，通過充放電來完成能量的存與取。儲能的方法有很多，用電池儲能通常被稱為電化學儲能；利用二氧化碳儲能屬于壓縮氣體儲能中的一種，與壓縮空氣儲能同屬于一個大類。

也許，你聽說過壓縮空氣儲能，但沒有聽說過壓縮二氧化碳儲能。因為將二氧化碳應用于儲能行業的案例并不多見，東方汽輪機公司啟動的新型二氧化碳儲能示范項目在全球尚屬首例。2023年4月，我國發布的《碳達峰碳中和標準體系建設指南》正式將二氧化碳儲能列入其中。

那么，什么是二氧化碳儲能呢？所謂二氧化碳儲能，是利用二氧化碳作為循環工質進行充放電操作的儲能方式。也許有人會問，與壓縮空氣儲能相比，壓縮二氧化碳儲能有哪些優勢呢？

儲能的意義在于吸納電網低谷時的“棄能”，在用電高峰時回饋給電網或者供給用戶使用。對于壓縮氣體儲能來說，儲能介質在整個過程中只存在溫度、壓強等狀態的變化，而不會發生化學方面的變化。

這里所說的狀態變化，一般是指氣液狀態的變化。我們知道，二氧化碳的臨界點為7.39MPa和31.4℃，空氣的臨界點為3.77MPa和-140.5℃。這說明二氧化碳到達臨界點要比空氣容易得多，并且超臨界狀態的二氧化碳具有許多優良的特質，如黏度小、密度大、導熱好等。在相同狀態下，二氧化碳的儲存密度要比空氣高。因此，二氧化碳儲能就被提上了日程。

那么，二氧化碳儲能的原理是什么呢？二氧化碳儲能作為一種物理儲能方式，就是將低谷電、棄風電、棄光電等不易儲藏的電力儲存在壓縮二氧化碳中，將其轉化為二氧化碳分子的內勢能。當用電高峰到來時，再把高壓二氧化碳的分子勢能釋放出來做功發電，從而改善電力的供求關系。

在德陽“二氧化碳+飛輪儲能示范項目”現場，一個巨大的柔性氣倉十分引人注目。這個氣倉可以容納25萬立方米的二氧化碳氣體。這些氣態二氧化碳一旦被壓縮為液態二氧化碳，體積就會縮小到原來的1/300，被儲存在耐壓的儲罐里。具體的循環操作可以分為兩個過程，即儲能過程和釋能過程。

這里所說的“飛輪”，是指飛輪儲能中的“飛輪”。它要比傳統的“車輪”結構更復雜，技術含量也更高。飛輪儲能也叫“飛輪電池”，其原理是利用高速旋轉的飛輪所擁有的慣性來儲存能量。飛輪儲能裝置實際上是一套“電能—動能—電能”高效轉換的技術系統，主要由轉子系統、電機系統和電力電子裝置三大部分構成。轉子系統的作用就是儲存能量，電機系統的作用就是進行能量轉換，電力電子裝置的作用就是提高飛輪儲能系統的靈活性和可控性。

轉子系統作為飛輪儲能裝置的核心部分，一般采用磁懸浮的結構設計，讓飛輪轉子在真空腔體內工作。這樣可以減少運行中的能量損耗，以保證飛輪的轉速。那么，飛輪儲能裝置是如何進行儲能和釋能的呢？

簡單來說，飛輪轉子在儲能時提速，在釋能時減速，從而完成機械能與電能的相互轉換。具體來說，充電時，電機相當于電動機，可將電能轉換為動能儲存起來，表現形式就是提速；放電時，電機相當于發電機，可將動能轉換為電能對負載進行釋放，表現形式就是減速。

飛輪儲能作為一種物理儲能技術，對環境極為友好，其能源效率高達85%～95%，這是難能可貴的，可以說“飛輪電池”是一個靠譜的“能量銀行”。

“二氧化碳+飛輪儲能示范項目”的啟動，標志著我國的二氧化碳儲能和飛輪儲能技術已經進入工程化應用的新階段，具有十分重要的現實意義。

無論是二氧化碳儲能，還是飛輪儲能，都屬于綠色環保的物理儲能技術，其本身不消耗化石燃料，也不會產生有害廢物，因此是名副其實的清潔儲能技術。

清潔儲能將在未來低碳能源體系中占有十分重要的地位。隨著“雙碳戰略”的實施，風能、太陽能等新能源前景廣闊，但新能源并網卻面臨多方面的挑戰。原來，風能和太陽能具有波動性和間歇性的特點，大規模接入電力系統將會給并網控制、運行調度、功率預測、供電質量等帶來嚴重影響。

發展包括二氧化碳儲能和飛輪儲能在內的大規模清潔儲能技術，則可以提高電網對新能源的消納水平，提高電網的安全穩定運行水平，并在參與電網“削峰填谷”的過程中發揮作用。在這個過程中，清潔儲能不存在二氧化碳以及污染物的排放。這對于平緩新能源的波動性、減少棄風棄光率具有重要的意義。

“二氧化碳+飛輪儲能示范項目”作為一個綜合儲能站，吸收了二氧化碳儲能時間長、規模大以及飛輪儲能響應速度快的優勢，做到了既要“規模”又要“速度”的儲能定位。因此，它不僅可以更好地為新能源并網保駕護航，還可以更好地服務于居民生活以及經濟建設。

【責任編輯】蒲 暉