在新能源装机量激增的今天，大规模储能技术如同电力系统的“充电宝”，决定了绿电能否稳定上网。中国科学院团队近日在《能源前沿》发布研究成果，通过创新设计高温分级储热结构，将二氧化碳储能系统循环效率提升至76.4%，单位质量流率输出功率达到334千瓦，较传统系统提升超20%。这项被称作“电力银行”的技术，或将成为零碳工业园区的新型基础设施。

储能的“保温杯难题”：热量总在流失

传统压缩气体储能长期受困于“保温杯效应”——储存时产生的压缩热难以高效利用，放电时又需额外能量加热气体。现有二氧化碳储能系统多采用单一储热介质，如同用普通水杯装热水，高温段热量易散失，低温段加热效率低。

研究团队从热力学本质切入，发现热交换温差和储热结构是破局关键。“就像保温杯需要真空层和镀银内胆，我们给储能系统设计了四层‘保温结构’。”论文共同作者郑平阳介绍。系统将400K以上的宽温域划分为四个区间，分别用熔盐（270-590℃）、导热油（-3-370℃）、加压水（0-212℃）和常压水（0-100℃）接力储热，材料成本降低35%的同时，热利用率飙升至95.9%。

“宽压差压缩”黑科技：少即是多

研究中最颠覆性的创新在于单级宽压差压缩/膨胀设计。传统多级压缩如同“分步爬楼梯”，虽能降低单级负荷，却限制了储热温度上限。团队通过热力学模型证实，将压缩机出口压力提升至6.8MPa（约68个大气压），配合超临界二氧化碳的“液态金属”特性（高密度、低粘度），可使涡轮机入口温度突破700K，发电功率提升近三成。

实验数据显示，当环境温度从15℃降至1℃，系统循环效率可再提升1.2%。这得益于二氧化碳在低温下更易液化存储的特性，如同“冷水结冰体积膨胀”，相同压力下储存密度增加，特别适合我国北方新能源基地。

从实验室到发电厂：还有几道坎？

尽管论文中系统效率已达76.4%，距离产业化仍需突破两大瓶颈：低压气体储罐占地面积相当于半个足球场，且高温高压下压缩机叶片需承受800℃炙烤。团队透露，正在与装备制造商联合研发陶瓷基复合材料叶片，其耐热性较传统合金提升200℃。

值得关注的是，该系统无需地下盐穴等特殊地质条件，通过模块化设计即可部署在工业园区。研究预估，若配合风电光伏的波动性发电，度电储能成本可控制在0.3元以下，较锂电池低60%。

来源: FIE能源前沿期刊