在碳中和目標推動下，如何實現高效、低成本的大規模儲能技術成為全球科研焦點。近日，中國科學院理化技術研究所聯合多家單位在《Frontiers in Energy》發表論文，提出了一種高溫分級儲熱結構的二氧化碳儲能系統，其循環效率高達76.4%，單位質量流率輸出功率達334 kW/(kg·s?1)，為新型儲能技術提供了創新方案。

傳統儲能之困：效率低、成本高

傳統儲能技術如抽水蓄能、壓縮空氣儲能等，常受限于地理條件、建設周期長或技術成熟度不足。相比之下，二氧化碳儲能（CES）憑借其高能量密度、無地理限制和安全性等優勢嶄露頭角。然而，現有CES系統多采用單一儲熱介質，熱損失嚴重，導致效率普遍低于60%。

研究團隊發現，熱交換效率和溫度梯度控制是提升系統性能的關鍵。論文第一作者郝嘉豪解釋：“就像保溫杯需要多層結構減少熱量流失，儲能系統也需要分級儲熱，匹配不同溫度區間的最優介質。”

創新方案：高溫分級儲熱+單級壓縮設計

研究團隊設計的系統包含四級儲熱單元，分別采用熔鹽、導熱油、加壓水和常壓水作為介質。這種“溫度分區”策略將儲熱溫度范圍擴展至400K以上，同時降低高成本材料的使用比例。

更核心的突破在于單級寬壓差壓縮/膨脹設計。傳統系統多采用多級壓縮，但研究顯示，減少壓縮級數可提高儲熱溫度上限，從而顯著提升渦輪機發電效率。論文通過熱力學模型驗證，當壓縮機出口壓力達6.8 MPa時，系統循環效率達到峰值。

數據說話：效率提升背后的技術細節

在典型設計條件下，該系統熱利用率達95.9%，遠超傳統單級儲熱系統。研究還發現，總壓力比增加、熱交換溫差減小、環境溫度降低均可進一步提升效率。例如，熱交換器效率每提高0.5%，系統循環效率可提升約2.3%。

與文獻中同類系統對比，該方案在高壓儲罐壓力（6.8 MPa）僅為部分系統的1/3時，循環效率仍領先超5個百分點。“這證明我們通過分級儲熱優化，在降低設備成本的同時實現了更高效率。”論文通訊作者岳赟凱表示。

挑戰與前景：從實驗室到產業化

盡管成果亮眼，研究團隊也指出局限：低壓制冷劑儲罐體積較大，可能增加土地占用成本。此外，高溫高壓下壓縮機、渦輪機等核心設備的長期穩定性仍需實驗驗證。

目前，該技術已進入工程樣機研發階段。研究團隊預測，未來若結合地下鹽穴等低成本儲氣設施，系統規模化應用將大幅降低儲能成本，尤其適用于新能源發電基地和零碳工業園區。

來源: FIE能源前沿期刊