随着科技的进步，我们对充电宝的认识已经不再只停留在小型电池的阶段。现如今，更多功能强大且适用于更多场景的“充电宝”开始崭露头角。甚至，你或许不会想到，一直被我们视为温室气体的二氧化碳，也摇身一变，成为了“新型充电宝”。那么，这是如何实现的呢？

打造二氧化碳零排放电力供应系统势在必行

作为一个发展中国家，我国向全世界宣示，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。也就是说，到2030年，我国的二氧化碳排放量力争不再增加；到2060年，二氧化碳要争取实现零排放。碳中和的意思是，之前排放了多少二氧化碳，就得回收多少二氧化碳。

我国的二氧化碳排放要实现碳中和，面临着四大挑战，即二氧化碳排放总量最大、从碳达峰到碳中和的时间紧迫、必须与经济发展同步进行、必须保持强大的制造业。

要改变现状，我们需要打造一个二氧化碳零排放的电力供应系统。目前，我国靠化石燃料提供能量，未来要靠可再生能源，也就是靠光伏发电、风力发电、水力发电等。光伏发电产生一度电的成本，与风力发电、烧煤发电的成本基本持平，具有较好的发展前景。但是，如果将可再生能源作为主能源，最大的挑战就是电量稳定性。因此，储电技术必须要跟得上，发展储电技术和建设智能电网成为应有之义。

二氧化碳“充电宝”是什么技术？

抽水蓄能、压缩空气储能以及二氧化碳储能，这三种方式均是一种大规模、可用于调峰的长时储能技术。但不同的储能方式也是各有利弊的。抽水蓄能是一种将电能转化为水的势能储存起来的储能技术，其装机比例大，应用较为成熟，但存在着对地理环境要求较高、建设周期长、初期投资大、破坏生态环境等客观问题。

压缩空气储能和二氧化碳储能都是一种压缩气体储能技术。

从工质物性上看，二氧化碳的临界点(7.39 MPa和31.4 ℃)相对空气(3.77 MPa 和-140.5 ℃)容易实现液化，且二氧化碳无毒、不易燃、安全等级为A1，且超临界二氧化碳(S-CO₂)具有优良的热力学性质：黏度小、密度大、导热性能好。相同状态和压力下CO₂储存密度均大于空气，其中液态储存时最高，因此二氧化碳储能系统具有更高的储能潜力。

二氧化碳储能是一种很有前景的新型大规模长时储能技术，具有电-电转换效率高、储能密度大、寿命长、成本低等特点，能够满足可再生能源大规模电力消纳、电网削峰填谷和火电蓄能调峰等庞大市场需求，具有较好的经济效益和社会效益。

二氧化碳储能系统主要由二氧化碳高低压储罐、压缩机、透平（汽轮机）、蓄冷换热器和蓄热蓄冷子系统组成。其工作原理可分为储能阶段和释能阶段两个过程。

储能时，低压储罐中的低压气态二氧化碳经过压缩机压缩至超临界状态，同时进入中间冷却器吸收压缩热并通过蓄热介质将热量储存在蓄热罐中，最后二氧化碳被常温水液化储存在高压储罐中；

释能时，高压储罐中的二氧化碳经过加热器升温气化，再进入透平中推动透平叶轮发电，同时再将加热器出口的低温蓄热介质冷量储存在蓄冷罐中，末级透平出口的二氧化碳再返回低压储罐。

该系统通过输入工业低谷电或风光弃电，并将其以二氧化碳内能、压力能和蓄热工质热能储存，在用电高峰时释放二氧化碳驱动透平发电，以实现可再生能源并网和电网蓄能调峰，同时系统运行伴随热负荷也可实现区域供热，依托区域分布式能源系统实现高效多能联供。

CO2储能成本优势凸显

传统锂电池基本都存在安全性问题，高低温使用都有可能发生爆炸的危险，并且生产成本一直都比较高。锂电池的理论能量密度低、续航时间短的问题，已经逐渐难以满足人们的需求。如何发展研制出一种新的电池，在续航能力等指标上有大幅提升，一直是锂电池厂家研究的方向。

二氧化碳是我们身边最容易获取的原料动力。一方面将二氧化碳为原料的电池存储电力会更加稳定，成本较低；另一方面是利用二氧化碳气体提供电能，对解决二氧化碳排放有重要意义；同时在整个能量转换过程中，比传统的锂电池更加绿色环保。可谓是变“废”为宝。

目前国内外相继开展二氧化碳新型储能的研究试验：

1、欧洲储能公司研发首个新型“二氧化碳电池”

意大利储能公司Energy Dome，研发出来一种新型“二氧化碳电池”，专门用来存储可再生能源。该公司根据实际测试数据“二氧化碳电池”充放电效率超过75%。但是锂电池可以达到95%以上。

从效率来看“二氧化碳电池”比不过锂电池，但储存成本在几年内将达到每兆瓦时50-60美元，比使用锂电池的每兆瓦时132-245美元要低得多。所以要是结合成本，“二氧化碳电池”的能效比就凸显出来了。

2、我国学术团队研制锂-二氧化碳电池

我国西北工业大学团队研制出的锂二氧化碳电池比同等体量的传统锂电池在续航能力上提升了7倍，而且所用材料更加环保。

与目前已经大量商业化应用的锂电池相比，锂二氧化碳电池最大的优势就是具有更高的能量密度。

假设我们现在使用的手机电池可以续航3天，未来使用同等重量同等体积的锂-二氧化碳电池或许可以使用21天甚至更久。

既然二氧化碳储能成本优势突出，是否意味着可以市场化投放运行，这给储能企业将带来哪市场机会？

CO2储能市场潜藏商机

新型二氧化碳压缩储能系统的全周期度电成本低至0.2元/度，显著低于多数省份新能源电力的上网电价，从而使得将该储能系统用于降低新能源弃电率能够获得较好的投资收益。

1、试验项目竣工投运

上月底，“全球首个二氧化碳+飞轮储能示范项目”在四川省德阳市建成将进入投运阶段，标志着我国这一储能技术迈开了工程化应用的步伐。该项目结合二氧化碳储能时间长规模大、飞轮储能响应速度快的特点，利用25万立方米的二氧化碳作为循环工质进行充放电，能在2小时内存满2万度电，足够60多个家庭使用1个月，是真正的“零碳超级充电宝”。

全球首个二氧化碳+飞轮储能示范项目：可以有效平滑电网波动性，解决电流间歇性问题，实现电网安全运行，整个“充放电”过程都不会用到化石燃料，也不会产生固体废弃物，零碳排放，绿色环保。

2、储能政策利好

近日，工信部发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见(征求意见稿)》的意见。为推动能源电子产业有效支撑新能源大规模应用，助力能源革命稳步推进提供政策支持。

其中征求意见稿中提出：

1、支持开发超长寿命高安全性储能锂离子电池。加强新型储能电池产业化技术攻关，推进先进储能技术及产品规模化应用。加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。

2、提高锂、镍、钴、铂等关键资源保障能力，加强替代材料的开发应用。推广基于优势互补功率型和能量型电化学储能技术的混合储能系统。

同样，近两个月国家发改委、能源局在《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中，明确2025年30GW的发展目标——实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达3000万千瓦以上；到2030年，实现新型储能全面市场化发展。

3、推动碳市场发展

全国性碳排放交易市场的建设需要引入储能。在企业传统能源使用模式下，企业很难参与到碳排放交易中去，目前在我国区域性碳排放交易市场上，企业参与并不积极。企业缺乏自主能耗管理能力是其中一个重要原因，而储能将是该能力形成的关键。

储能发展的好坏决定了能源电力低碳转型的广度、深度、进度甚至成败。现有低碳目标、愿景、计划，都是建立在储能技术的具有突破性发展和经济上能够用得起的基础上的。

储能大规模应用，使传统的发输配供用电能单向、线性配置成为环状多向配置，促进能源、电力、物质间双向转换，促使电气化与经济社会深度融合。

二氧化碳储能的未来

二氧化碳储能是一种新型长时大规模储能技术，且正处于技术示范推广的关键时期。其背后蕴藏着万亿级的储能市场，如果得到大规模的推广将会产生巨大的经济效益。

目前，全球国家已陆续设立了符合各国国情的双碳目标，中国也不例外。从技术先进性来看，二氧化碳储能是一种可以支撑“碳达峰、碳中和”的新型技术，可保障高比例可再生能源并网及电网安全，也可以加速能源结构的转型，同时还可以产生很好的经济效益和生态效益。二氧化碳储能除了从源头上减少二氧化碳的排放，还可以和碳捕集技术相结合。压缩二氧化碳储能过程中要储存大量的二氧化碳，将这些二氧化碳储存起来作为“充电宝”使用，可以减少大气层中的二氧化碳从而缓解温室效应，维护生态环境。

文章来源： 中科院物理所，碳见绿能，科普陕西