肖溪樹

減碳路上，儲能產(chǎn)業(yè)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(zhàn)略”的一道亮麗風(fēng)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(xué)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(yīng)用于儲能行業(yè)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(fā)布的《碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)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(huán)工質(zhì)進(jìn)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(yōu)勢呢？

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

這里所說的狀態(tài)變化，一般是指氣液狀態(tài)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(dá)臨界點要比空氣容易得多，并且超臨界狀態(tài)的二氧化碳具有許多優(yōu)良的特質(zhì)，如黏度小、密度大、導(dǎo)熱好等。在相同狀態(tài)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(fēng)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(zhuǎn)化為二氧化碳分子的內(nèi)勢能。當(dāng)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(fā)電，從而改善電力的供求關(guān)系。

在德陽“二氧化碳+飛輪儲能示范項目”現(xiàn)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?xì)怏w。這些氣態(tài)二氧化碳一旦被壓縮為液態(tài)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(huán)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(tǒng)的“車輪”結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，技術(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換的技術(shù)系統(tǒng)，主要由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)和電力電子裝置三大部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的作用就是儲存能量，電機系統(tǒng)的作用就是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，電力電子裝置的作用就是提高飛輪儲能系統(tǒng)的靈活性和可控性。

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為飛輪儲能裝置的核心部分，一般采用磁懸浮的結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓飛輪轉(zhuǎn)子在真空腔體內(nèi)工作。這樣可以減少運行中的能量損耗，以保證飛輪的轉(zhuǎn)速。那么，飛輪儲能裝置是如何進(jìn)行儲能和釋能的呢？

簡單來說，飛輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。具體來說，充電時，電機相當(dāng)于電動機，可將電能轉(zhuǎn)換為動能儲存起來，表現(xiàn)形式就是提速；放電時，電機相當(dāng)于發(fā)電機，可將動能轉(zhuǎn)換為電能對負(fù)載進(jìn)行釋放，表現(xiàn)形式就是減速。

飛輪儲能作為一種物理儲能技術(shù)，對環(huán)境極為友好，其能源效率高達(dá)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(biāo)志著我國的二氧化碳儲能和飛輪儲能技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工程化應(yīng)用的新階段，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

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

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(zhàn)略”的實施，風(fēng)能、太陽能等新能源前景廣闊，但新能源并網(wǎng)卻面臨多方面的挑戰(zhàn)。原來，風(fēng)能和太陽能具有波動性和間歇性的特點，大規(guī)模接入電力系統(tǒng)將會給并網(wǎng)控制、運行調(diào)度、功率預(yù)測、供電質(zhì)量等帶來嚴(yán)重影響。

發(fā)展包括二氧化碳儲能和飛輪儲能在內(nèi)的大規(guī)模清潔儲能技術(shù)，則可以提高電網(wǎng)對新能源的消納水平，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平，并在參與電網(wǎng)“削峰填谷”的過程中發(fā)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(fēng)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(guī)模大以及飛輪儲能響應(yīng)速度快的優(yōu)勢，做到了既要“規(guī)?！庇忠八俣取钡膬δ芏ㄎ弧Ｒ虼?，它不僅可以更好地為新能源并網(wǎng)保駕護(hù)航，還可以更好地服務(wù)于居民生活以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

【責(zé)任編輯】蒲 暉