一、 总览：为什么是二氧化碳？

二氧化碳作为储能工质，拥有得天独厚的优势：

• 临界点易达到：临界温度为31.1°C，临界压力为7.38MPa，在工程上相对容易实现。这意味着利用其“超临界态”（一种兼具液体高密度和气体低粘度的特殊流体态）的门槛较低。

• 性质优异：超临界态二氧化碳密度高、粘度低、传热性能好，能大幅减小设备尺寸并提升能量转换效率。

• 安全环保：不可燃、无毒、化学性质稳定，且系统是封闭循环，理论上零排放。

• 成本与来源：价格低廉，工业副产品丰富，还可与碳捕集技术结合。

基于对二氧化碳不同物性的利用，发展出了两大技术分支。

二、 技术分支一：超临界二氧化碳压缩储能

这是目前发展更成熟、工程示范更快的路径。

• 核心原理：以压缩-膨胀的布雷顿循环为基础，核心是储存和利用压力能。关键在于，整个循环过程工质始终保持在超临界状态以上，不发生气液相变。

• 工作流程：

• 储能（充电）：用电网富余电力驱动压缩机，将低温低压的超临界二氧化碳压缩为高温高压的超临界二氧化碳（压力可达20MPa以上）。此过程产生的压缩热被专门的储热介质（如熔盐、导热油）储存起来。

• 存储：高温高压的二氧化碳经回热器冷却后，以高压、常温的超临界流体或液态形式，存入高压储罐。

• 释能（放电）：需要用电时，储存的高压二氧化碳先经过回热器和储热系统吸收之前储存的压缩热，变为高温高压状态，然后进入膨胀机（透平）做功发电。做功后压力温度降低的二氧化碳，再被冷却并暂存于低压储罐，等待下一个循环。

• 主要特点：

• 效率较高：由于避免了相变损失，并高效回收了压缩热，系统设计效率目标可达60%-71%。

• 系统相对紧凑：超临界二氧化碳高密度使得储罐体积远小于压缩空气储气室。

• 响应较快：适合日内频繁的调峰调频。

三、 技术分支二：超临界二氧化碳液化储能

这是一种更接近“电池”概念的储能方式，潜力巨大。

• 核心原理：利用二氧化碳在临界点附近的相变潜热。核心过程是液化储存，汽化释能。循环会跨过临界点，经历气-液-气的相变过程。

• 工作流程：

• 储能（充电）：用电能驱动制冷循环，将气态二氧化碳冷却并液化（通常需要低于临界温度，如0-10°C，同时维持高压）。这个液化过程会释放大量冷凝热，这部分热量也必须被捕获并储存起来。

• 存储：液态二氧化碳以低温、高压（如5-7°C， 5-7MPa）状态，储存在高度绝热的低温储罐中。此时储存的是“冷能”（液态本身）和“压力能”。

• 释能（放电）：需要用电时，液态二氧化碳先经过回热器吸收环境热量或储存的冷凝热，迅速汽化为高压气体，体积急剧膨胀（约500倍），然后驱动膨胀机发电。发电后的低压气体再回到流程起点。

• 主要特点：

• 储能密度极高：液态二氧化碳的体积能量密度是超临界态的数倍，更是高压气态的数十倍。这意味着在相同储罐体积下，能储存更多的能量。

• 适合长时储能：极高的能量密度使其在需要大规模、长时间（数天至数周）储能的场景中具有显著优势。

• 技术挑战更大：需要复杂高效的深冷液化系统和近乎零漏热的低温绝热储罐，系统复杂度和成本较高。

四、 核心对比与总结

为了更清晰地展示这两种基于二氧化碳的储能技术，我将它们的关键信息整理如下：

特性维度	超临界二氧化碳压缩储能	超临界二氧化碳液化储能
储能原理	储存压力能（压缩功）	储存相变潜热与压力能（液化功）
工质状态变化	全程超临界态，无相变	跨临界态，有气-液-气相变
能量密度	较高	极高
系统复杂度	相对较低，核心是压缩/膨胀机和储热	较高，需深冷液化、极低温储存及更复杂的热管理
循环效率	较高（60%-71%设计值）	受液化能耗影响，理论效率有潜力，但实现挑战大
应用侧重	日内调峰、调频、可再生能源平滑	大规模、长时储能，季节性调节
发展阶段	已有兆瓦级示范项目	更多处于实验室或小规模原理验证阶段

形象理解：

• 压缩储能 像一个 “高压气弹簧” ，反复压缩和回弹来工作。

• 液化储能 则像一个 “相变蒸汽锅炉” ，通过液化（凝结）储存能量，再通过汽化（沸腾）释放巨大能量来工作。

未来展望：目前，压缩储能路径因其技术继承性更好（与超临界二氧化碳发电技术相通），正率先走向工程化和商业化。而液化储能凭借其颠覆性的能量密度，被认为是下一代长时储能的有力竞争者，是前沿研究的热点。两者在未来电网中可能形成互补。

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