2025-05-06 17:00:10
【导语】在碳中和目标的驱动下，高效、低成本的储能技术成为全球科研热点。中国科学院理化技术研究所携手多家单位，在《Frontiers in Energy》上发表论文，提出了一种创新的二氧化碳储能系统，该系统采用高温分级储热结构，循环效率高达76.4%，单位质量流率输出功率达334 kW/(kg·s⁻¹)，为新型储能技术带来了突破。相较于传统储能技术，该系统不仅克服了效率低、成本高的难题，还展现出广泛的应用前景，特别是在新能源发电和零碳工业领域。
在碳中和目标推动下，如何实现高效、低成(chéng)本的大规模储能技术成为全球科研焦点。近日，中国科学院理化技术研究所联合多家单位在《Frontiers in Energy》发表论文，提出了一种高温分级储热结构的二氧化碳储能系统，其循环效率高达76.4%，单位质量流率输出功率达334 kW/(kg·s⁻¹)，为新型储能技术提供了创新方案。
传统储能之困：效率低、成本高
传统储能技术如抽水蓄能、压缩空气储能等，常受限于地理条件、建设周期长或技术成熟度不足。相比之下，二氧化碳储能（CES）凭借其高能量密度、无地理限制和安全性等优势崭露头角。然而，现有CES系统多采用单一储热介质，热损失严重，导致效率普遍低于60%。
研究团队发现，热交换效率和温度梯度控制是提升系统性能的关键。论文第一作者郝嘉豪解释：“就像保温杯需要多层结构减少热量流失，储能系统也需要分级储热，匹配不同温度区间的最优介质。”
创新方案：高温分级储热+单级压缩设计
研究团队设计的系统包含四级储热单元，分别采用熔盐、导热油、加压水和常压水作为介质。这种“温度分区”策略将储热温度范围扩展至400K以上，同时降低高成本材料的使用比例。
更核心的突破在于单级宽压差压缩/膨胀设计。传统系统多采用多级压缩，但研究显示，减少压缩级数可提高储热温度上限，从而显著提升涡轮机发电效率。论文通过热力学模型验证，当压缩机出口压力达6.8 MPa时，系统循环效率达到峰值。
数据说话：效率提升背后的技术细节
在典型设计条件下，该系统热利用率达95.9%，远超传统单级储热系统。研究还发现，总压力比增加、热交换温差减小、环境温度降低均可进一步提升效率。例如，热交换器效率每提高0.5%，系统循环效率可提升约2.3%。
与文献中同类系统对比，该方案在高压储罐压力（6.8 MPa）仅为部分系统的1/3时，循环效率仍领先超5个百分点。“这证明我们通过分级储热优化，在降低设备成本的同时(shí)实(shí)现(xiàn)了(le)更(gèng)高(gāo)效(xiào)率(lǜ)。”论(lùn)文通(tōng)讯(xùn)作(zuò)者(zhě)岳(yuè)赟(yūn)凯(kǎi)表(biǎo)示(shì)。
挑(tiāo)战(zhàn)与(yǔ)前(qián)景(jǐng)：从(cóng)实(shí)验(yàn)室(shì)到(dào)产(chǎn)业(yè)化(huà)
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