二氧化碳壓縮儲能是一種創(chuàng)新性的長時(shí)、大規(guī)模儲能技術(shù)，它通過二氧化碳的“氣液互轉(zhuǎn)”來實(shí)現(xiàn)能量的存儲與釋放。其工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)路徑、在水泥企業(yè)的具體應(yīng)用究竟怎么樣？

1 二氧化碳壓縮儲能工作原理

二氧化碳壓縮儲能系統(tǒng)核心原理是利用二氧化碳在不同溫度和壓力下的相變特性（液態(tài)與氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)換）來存儲和釋放能量。

儲能（充電）過程：在電力需求低谷期或可再生能源發(fā)電過剩時(shí)，系統(tǒng)使用多余的電能驅(qū)動壓縮機(jī)，將常溫常壓的二氧化碳?xì)怏w壓縮為高壓液態(tài)。此過程會產(chǎn)生大量的壓縮熱，系統(tǒng)通過蓄熱裝置將這部分熱量儲存起來，以備后續(xù)使用。

釋能（放電）過程：在電力需求高峰期，系統(tǒng)釋放儲存的壓縮熱，用于加熱高壓液態(tài)二氧化碳，使其蒸發(fā)并轉(zhuǎn)化為高溫高壓的氣態(tài)二氧化碳。這些高壓氣體隨后通過透平機(jī)（渦輪膨脹機(jī)） 膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，并將電能送回電網(wǎng)。

值得注意的是，水泥企業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢在于其生產(chǎn)過程及余熱發(fā)電后還會產(chǎn)生大量90°C-110°C的低溫余熱。該系統(tǒng)可以巧妙地利用這些低品位廢熱來進(jìn)一步增強(qiáng)加熱效果，提升二氧化碳的蒸發(fā)效率，從而顯著提高系統(tǒng)的整體能量轉(zhuǎn)換效率。

2 系統(tǒng)主要組成部分

一個(gè)完整的10MW/80MWh 完整地描述了儲能系統(tǒng)的規(guī)模：它是一個(gè)功率強(qiáng)勁（10MW）且續(xù)航持久（8小時(shí)）的“巨型充電寶”，是水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降本和參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的先進(jìn)技術(shù)裝備。水泥企業(yè)二氧化碳儲能系統(tǒng)通常包含以下幾個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)：

3 水泥企業(yè)具體實(shí)現(xiàn)路徑：以海螺項(xiàng)目為例

蕪湖海螺10MW/80MWh項(xiàng)目的成功并網(wǎng)，為二氧化碳壓縮儲能在水泥行業(yè)的應(yīng)用提供了一個(gè)典范。其實(shí)現(xiàn)路徑主要包含以下幾個(gè)階段：

3.1 規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段

需求分析與資源評估：水泥企業(yè)是高耗能用戶，同時(shí)自身擁有大量的工業(yè)余熱資源。首先需評估企業(yè)的用電負(fù)荷特性、余熱資源的品質(zhì)（溫度、流量）和穩(wěn)定性，以及可供建設(shè)儲能的場地條件。

系統(tǒng)容量規(guī)劃：根據(jù)企業(yè)調(diào)峰需求、余熱利用目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益分析，確定儲能的功率（MW）和容量（MWh）。10MW/80MWh意味著系統(tǒng)可以以10兆瓦的功率持續(xù)放電8小時(shí)。

技術(shù)與合作伙伴選擇：海螺集團(tuán)選擇了與百穰新能源和西安交通大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)研發(fā)與攻關(guān)，結(jié)合了產(chǎn)業(yè)、科研和裝備制造的優(yōu)勢。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與集成

水泥企業(yè)的應(yīng)用場景對技術(shù)提出了特定要求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需要攻克一系列難題：

系統(tǒng)高效集成：如何將儲能系統(tǒng)、水泥生產(chǎn)工藝和余熱回收系統(tǒng)三者無縫耦合，實(shí)現(xiàn)能量流的最優(yōu)化匹配。

寬負(fù)荷自適應(yīng)設(shè)備：開發(fā)能夠適應(yīng)水泥生產(chǎn)波動和電網(wǎng)調(diào)度需求的壓縮機(jī)和透平設(shè)備。

長時(shí)儲能與熱管理：解決長時(shí)間儲能下的熱損失控制問題，保證蓄熱系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

安全與控制：確保高壓二氧化碳儲存和操作的安全性，建立快速響應(yīng)的智能控制系統(tǒng)。

3.3 項(xiàng)目建設(shè)與調(diào)試

場地布置：系統(tǒng)裝置通常布置在水泥廠區(qū)內(nèi)，靠近余熱源（如水泥窯窯頭）和用電負(fù)荷中心，節(jié)省空間和傳輸損耗。

設(shè)備安裝與集成：安裝壓縮機(jī)、儲罐、透平、蓄熱裝置以及連接水泥窯煙道的換熱管路。

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與并網(wǎng)：完成設(shè)備單體調(diào)試后，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，模擬充放電過程，最終實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。海螺項(xiàng)目在2023年12月一次調(diào)試并網(wǎng)成功。

3.4 運(yùn)行、優(yōu)化與推廣

智慧運(yùn)行：根據(jù)電網(wǎng)電價(jià)信號、水泥生產(chǎn)計(jì)劃和實(shí)時(shí)余熱情況，智能決策儲能和釋能的最佳時(shí)機(jī)，最大化經(jīng)濟(jì)收益。

效能評估與優(yōu)化：持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)（如電電效率、余熱利用率、減排量），并對控制策略和設(shè)備進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

經(jīng)驗(yàn)復(fù)制與推廣：總結(jié)示范項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和成本，未來可推廣到其他水泥企業(yè)乃至鋼鐵、化工等高耗能工業(yè)領(lǐng)域。

4 技術(shù)優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

4.1 顯著優(yōu)勢

經(jīng)濟(jì)性好：度電成本（LCOS）可低至0.2元/度，與火電成本持平，且系統(tǒng)壽命長達(dá)30年以上，無容量衰減。

利用工業(yè)余熱：創(chuàng)造性地將碳中和挑戰(zhàn)（工業(yè)排放）與能源難題（廢熱利用）的解決方案相結(jié)合，大幅提升整體能效，為企業(yè)節(jié)約標(biāo)煤（海螺項(xiàng)目年節(jié)約標(biāo)煤約3130噸）。

安全環(huán)保：二氧化碳本身無毒、不可燃，系統(tǒng)運(yùn)行壓力溫度等級相對較低，無爆燃風(fēng)險(xiǎn)，且運(yùn)行過程中無新增排放。

電網(wǎng)友好：充放電時(shí)長靈活（最高可達(dá)8小時(shí)以上），能為電網(wǎng)提供轉(zhuǎn)動慣量和調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)，增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。

地理限制少：不像抽水蓄能那樣依賴地理?xiàng)l件，可在工業(yè)園區(qū)靈活部署。

4.2 面臨挑戰(zhàn)

初始投資較高：大規(guī)模儲能系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備（如高效透平壓縮機(jī)）的前期投資成本較高。

系統(tǒng)集成復(fù)雜度高：深度耦合工業(yè)流程和能源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)、建設(shè)和調(diào)試難度較大。

政策與市場機(jī)制依賴：其經(jīng)濟(jì)效益高度依賴峰谷電價(jià)差、輔助服務(wù)市場、碳交易市場等政策環(huán)境的成熟度。

技術(shù)成熟度與人才：作為新興技術(shù)，專業(yè)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營人才隊(duì)伍仍需培養(yǎng)和壯大。

5 CO? 生命周期量化解析

二氧化碳在水泥生產(chǎn)與儲能協(xié)同系統(tǒng)中的主要流動路徑和生命周期階段如下圖：

基于圖示的路徑，參考下表總結(jié)蕪湖海螺案例相關(guān)關(guān)鍵量化指標(biāo)：

?? 核心協(xié)同價(jià)值

通過上述分析，可以看出海螺項(xiàng)目的核心協(xié)同價(jià)值在于：

變廢為寶，降本增效：將原本是排放負(fù)擔(dān)的CO? 和難以利用的低溫余熱轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的儲能工質(zhì)和系統(tǒng)效率提升的驅(qū)動者，提升了資源利用率，降低了儲能系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

雙重碳減排貢獻(xiàn)：

直接封存：大規(guī)模、長時(shí)間地固定了數(shù)千噸CO?。

間接減排：通過提高余熱利用效率和參與電網(wǎng)調(diào)峰，促進(jìn)可再生能源消納，間接減少了化石能源消費(fèi)和碳排放。

產(chǎn)業(yè)鏈延伸：水泥廠捕集的CO?不僅用于儲能，還生產(chǎn)工業(yè)級和食品級CO?產(chǎn)品、干冰，甚至用于智慧農(nóng)業(yè)（氣肥），形成了多元化的碳利用途徑，增強(qiáng)了企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力和盈利能力。

6 總結(jié)與前景

蕪湖海螺水泥的10MW/80MWh二氧化碳儲能項(xiàng)目是全球首個(gè)成功并網(wǎng)的大型商業(yè)化項(xiàng)目，它具有重要的示范意義。它驗(yàn)證了二氧化碳儲能技術(shù)工程應(yīng)用的可行性，并探索出了一條非常適合高耗能工業(yè)企業(yè)的“碳中和路徑”——即同時(shí)解決節(jié)能降耗、消納綠電、利用廢熱和降低碳排等多個(gè)痛點(diǎn)。

對于水泥企業(yè)而言，這套系統(tǒng)就像一個(gè)巨大的“綠色充電寶”，一方面利用谷電或綠電充電，另一方面吃進(jìn)廢熱，然后在需要時(shí)吐出穩(wěn)定可靠的電力，既降低了生產(chǎn)成本，又增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，還減少了碳排放，可謂一舉多得。

未來，隨著碳捕集（CCUS）技術(shù)的進(jìn)步和成本降低，二氧化碳儲能系統(tǒng)甚至可以與水泥廠的碳捕集裝置形成閉環(huán)的聯(lián)動，將捕集到的二氧化碳暫存于儲能系統(tǒng)中并進(jìn)行循環(huán)利用，進(jìn)一步深化其減排價(jià)值，為水泥企業(yè)這類難減排工業(yè)領(lǐng)域的深度脫碳提供至關(guān)重要的技術(shù)支撐。