在碳中和目标推动下，如何实现高效、低成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实现了更高效率。”论文通讯作者岳赟凯表示。

挑战与前景：从实验室到产业化

尽管成果亮眼，研究团队也指出局限：低压制冷剂储罐体积较大，可能增加土地占用成本。此外，高温高压下压缩机、涡轮机等核心设备的长期稳定性仍需实验验证。

目前，该技术已进入工程样机研发阶段。研究团队预测，未来若结合地下盐穴等低成本储气设施，系统规模化应用将大幅降低储能成本，尤其适用于新能源发电基地和零碳工业园区。

来源: FIE能源前沿期刊