全球最大“气体充电宝”落地新疆，光伏废电终于有救了？

在新疆木垒哈萨克自治县的戈壁滩上，一座新近投入运营的电站于几周前并网发电，但其外观与常规电站截然不同。

从空中俯瞰，几座白色长胶囊状建筑并排卧于地面，顶部印有“中国华电”字样，旁边矗立着一排排蓝白色高罐，再往外则是绵延不绝的光伏板。

这座电站的职责只有一个：储存电力。

新疆地区光伏与风电资源极为丰富，近年来发电量持续过剩。今年前两个月，当地每100度光伏电力中，就有14度因无法消纳而被浪费。

木垒的这座电站，正是将白天富余的电力储存起来，待到晚间用电高峰时再释放。据测算，每年它能在用电高峰时段输送1.8亿度电，粗略估算可满足五万户家庭一年的用电需求。

谈及储能，人们通常联想到的是一排排电池——放大版的充电宝，或是抽水蓄能电站——将水抽至高处储存。但这座电站既不依赖电池，也不依靠抽水，而是以二氧化碳为介质：白色胶囊中储存的是气态二氧化碳，高罐中则装着液化后的二氧化碳。

那么，二氧化碳如何实现储能？今天我们来深入探讨。

01 为何偏偏选择二氧化碳

储能的核心原理，类似于压缩弹簧：电力富余时，耗费能量将弹簧压紧；电力短缺时，释放弹簧使其回弹做功。

抽水蓄能“压”的是水。电力富余时，用水泵将水抽至山上水库储存；需要用电时，开闸放水，水流推动水轮机发电。

电池“压”的是锂离子，依靠化学反应：充电时，锂离子被驱赶至电池一端聚集；放电时，它们再返回原位。

方法看似多样，但本质逻辑相同：先将某种物质转移至一处，待需要时再令其自行回归。

因此，气体同样可以充当“弹簧”。给自行车打气时，打气筒将空气压入轮胎，你的力气便储存在轮胎中；拔掉气门芯，气体喷涌而出，能驱动小风车旋转。若将打气筒替换为电动大型压缩机，小风车换成涡轮，涡轮再带动发电机，这不就成了一座以气体储能的电站吗？

原理看似简单，几十年前便有人尝试，为何未能普及？

原因在于空气存在两大缺陷。

其一，占用空间过大。即便高压压缩，空气仍为气体状态。压缩至100个大气压时，体积仅缩减至原来的百分之一左右，且需厚重钢罐持续承受压力。若要扩大规模，需部署大量厚壁钢罐，成本高昂，难以盈利。

其二，放电阶段输出不稳定，越往后越乏力。如同轮胎放气，刚拔开气门芯时气流最猛，随后轮胎逐渐瘪陷，气流越来越弱，最终完全失效。

这正是开发二氧化碳的关键所在：它易于被压缩成液态。

一种物质在特定条件下呈现气态或液态，取决于压力与温度。每种气体都存在一个温度门槛，即临界温度。低于临界温度时，施加压力可使气体凝结为液体；高于临界温度，无论施加多大压力，也无法液化。

空气的临界温度为零下140摄氏度，在常温下无法压缩成液体。而二氧化碳的临界温度为31.1摄氏度，在常温下加压至约60个大气压，它便会乖乖转化为液体。二氧化碳灭火器的原理，正是基于此。

这对储能而言是重大利好。一旦转化为液体，空气的两大缺陷便迎刃而解。

体积问题易于理解。二氧化碳从气态变为液态，体积可缩减至原来的几百分之一。木垒电站的几座白色胶囊，每座都储存着133万立方米的气态二氧化碳，液化后仅需二十多个罐子即可容纳。同等容积的罐子，储存液态二氧化碳所能容纳的能量，是高压空气的数倍之多。

至于放电不稳定的问题，液体储存在罐中，只要温度恒定，罐内压力便不会显著下降。原理等同于煤气罐：只要罐内仍有液体，无论刚开启还是即将用尽，气压始终保持一致，火焰稳定。应用于电站，放电时推动涡轮的输出功率便能持续稳定，不会衰减。

因此，基本原理十分简单：从气态变为液态，能量被储存；从液态变回气态，能量被释放。整个过程不涉及化学反应，也不依赖任何特殊地形，循环往复的始终是那些二氧化碳。相较于电池中复杂的化学反应，这是一套极为简洁、清洁的物理方案。

02 白天的电力，如何留存至夜晚？

新疆木垒这座电站的核心部件包括：5座巨型白色胶囊，用于储存气态二氧化碳；141个高罐，用于储存液态二氧化碳；以及一栋主厂房，内设压缩机和涡轮。

清晨太阳升起后，周围光伏板产生的电力很快便供过于求。压缩机启动，从胶囊中抽取二氧化碳，逐级加压至数十个大气压，使其液化并流入高罐。气态变为液态，体积缩小至原来的几百分之一。

傍晚时分，光伏发电停止，而一天中用电量最高的晚高峰恰好来临。阀门开启，高罐中的液态二氧化碳重新气化，冲入涡轮，驱动发电机运转。从启动到满负荷运行，耗时不足20分钟。放电过程可持续6个多小时，每晚可输送60多万度电，大致相当于6万户家庭一天的用电量。

推动涡轮后的二氧化碳能量耗尽，返回胶囊，胶囊随之逐渐鼓起，待次日太阳升起后再次被抽取压缩。

二氧化碳就这样在胶囊与高罐之间循环往复，白天的电力被储存，夜晚再释放。

胶囊分为两层：内层为软膜制成的袋子，用于包裹二氧化碳；外层为坚固外壳，起保护作用。

这层软膜是项目的主要技术难点之一：每天经历一次鼓起与瘪缩，30年间需反复上万次，且不能有任何泄漏，同时成本必须低廉。为木垒项目提供这套技术的深圳公司百穰新能源，仅这层膜便研发了四年，试验了上千次。

从纸面上看，这一循环至此已描述完毕。但在实际操作中，还需考虑一个因素：温度。

众所周知，气体在压缩过程中会升温，压缩越剧烈，温度越高。柴油发动机正是利用这一原理点火：无需明火，活塞上顶将气缸内空气压缩至五六百度，柴油喷入后便自行燃烧。

压缩二氧化碳虽未如此夸张，但压缩过程中释放的热量仍不可忽视。如何处理？

电站的解决方案本质上是水冷：让高温二氧化碳流经一排管道，管道外部有水流过，热量通过管壁传递至水中，水被加热后储存于保温的储热罐中。

到了夜晚，过程则相反。液态二氧化碳气化时需从周围吸收热量，自身随之降温。这部分冷量也不浪费：利用它冷却水，储存于储冷罐中，供次日冷却下一批二氧化碳使用。

刚气化的二氧化碳温度较低，推动涡轮时动力不足。此时，白天储存的热水派上用场：将其加热成高温高压气体，再冲入涡轮，动力便充足许多。

每一步的吸热与放热都经过精心安排，展现出工程上的巧妙。

03 优于锂电池吗？

那么，既然已有成熟的电池方案，为何还要费力开发二氧化碳储能？

储能方案的比较是一个复杂过程：基本上不存在绝对的最佳方案，只有最合适的方案。

例如，电动车中的动力电池价格昂贵，安全等级与充放电性能的技术门槛很高。但它满足了移动场景下的关键需求——能量密度，因此消费者愿意买单。

而电网旁的储能站，要求便宜、耐用，体积稍大可以接受。在满足场景与性能的前提下，再计算成本。

木垒这座电站优先追求两个指标：续航足够长，寿命足够长。

先说续航。在相同放电功率下，若要将续航从2小时延长至4小时，电池方案很简单：增加电芯。而电芯恰是储能系统中最昂贵的部件。按今年上半年国内储能项目的中标均价粗略计算，这样一加，造价升至原来的1.8倍左右，几乎与容量等比例增长。

二氧化碳电站的最大区别在于，增加续航与容量的边际成本很低。它主要由两部分构成：主厂房内的压缩机和涡轮，成本较高，负责能量转化（即充放电）；而决定容量的是外部的胶囊与罐子。增加容量只需多加胶囊和罐子，而这恰是整座电站中最便宜的部分。

因此，续航拉得越长、容量做得越大，分摊到每度电的成本就越低，边际成本一路递减。

再说寿命。手机和电动车经历几百上千次充放电循环后，可用容量会明显下降，这是复杂电化学体系难以避免的特性。二氧化碳则无此问题，最多是机器需要检修、罐子需要维护，设计寿命可达30年以上。按一天充放一次计算，相当于1万多次充放电循环，理论上无衰减。

好处说完，接下来是硬伤。

二氧化碳电站肉眼可见地占用空间。木垒这座电站占地848亩，约合80个足球场。在地价高昂的地区，这种方案有生之年都难以建设；但戈壁滩上地势开阔，正好合适。

另一个问题是效率一般。二氧化碳在气液转换与冷热变化过程中，不可避免地会有一部分能量以热量形式散失，综合效率不到七成，远低于锂电池。好在光伏弃电本身成本低廉，效率低一些也不那么令人心疼，同样合适。

在类似场景下，若要实现大规模储能，同时要求续航长、寿命长，能与之相比的是抽水蓄能：充电时将水抽至高处，放电时让水流下来。但这种方式需要高低落差，总不能硬造一座山来建空中水库吧。因此，抽水蓄能通常建设在山区，而目前可选的选址已基本用尽。

这样看来，二氧化碳储能便成为一块关键拼图：一种可在平地上建设的大规模低成本储能方案。

而木垒这个项目几乎集齐了二氧化碳储能所需的一切有利条件：电力成本低，土地广阔平坦，一用便是几十年。

展望未来，要将这种理论优势转化为产业现实，还需大力扩大规模。这涉及两层意义。

第一层，是扩大单体电站规模。如前文所述，负责充放电的组件基本不变，需要扩大的是决定容量的胶囊。胶囊的长宽高各放大一倍，表面积将增至4倍，容积则增至8倍。表面积按平方增长，容积按立方增长。因此，胶囊越大，单位容量所需的膜材料面积就越小。

第二层，是让此类电站增多，做大产业规模。目前这类项目尚少，各种核心设备与组件难免需要专门设计、定制生产，上下游也未形成规模产量。这条降本路线，身处工业领域的我们再熟悉不过：光伏、锂电池，都是订单增多后，依靠标准化生产，将成本大幅降低。

能源转型是一个庞大且多元的过程。

燃油车替换为电动车，会牵动储能、电机、充电设施等一系列变化；

而光伏风电的大规模应用带来新的储能需求，也让二氧化碳储能这条原本冷门的路线，成为了产业现实。