本文来自微信公众号： 酷玩实验室 ，作者：酷玩实验室
几周前，新疆木垒木垒哈萨克自治县，戈壁滩上，一座新电站接进了电网。
但这座电站的造型很不一样。
从天上看，几座白色的长胶囊并排趴在地上，顶上印着“中国华电”，边上立着成片的蓝白高罐，再往外，是一眼望不到头的光伏板。
这座电站专门干一件事：存电。
新疆的光伏和风电非常丰富，这几年多到用不完，今年头两个月，新疆每100度光伏电里，就有14度没处用，直接浪费了。
木垒的这座电站，就是把白天这些用不完的电先存起来，到了晚上用电最多的时候再放出来。
一年下来，它能在用电高峰送出1.8亿度电，粗略计算够五万户人家用上一年。
说起存电，大家脑子里多半是一排排电池，放大版的充电宝，或者抽水蓄能电站，把水抽到山上存起来。
但我们今天要讲的这座不靠电池和不靠抽水，靠的是二氧化碳：白胶囊里装的是二氧化碳气体，高罐里装的是压成了液体的二氧化碳。
那么二氧化碳要怎么储能呢？今天咱们就来深度聊聊。
01为什么偏偏是二氧化碳
储能这件事，说白了跟压弹簧差不多：电多的时候，花点力气把弹簧压下去；电不够了，一松手，让它弹回来干活。
抽水蓄能压的是水。
电多的时候，用水泵把水抽到山上的水库里存着；要用电了，开闸放水，水冲下山，推着水轮机发电。
电池压的是锂离子，靠的是化学反应，充电时把锂离子赶到电池的一头挤着，放电时再让它们跑回去。
办法看着五花八门，但本质逻辑都一样：先把一样东西挪到一边去，要用的时候，再让它自己回来。
所以气，当然也能当弹簧用。
给自行车打气，打气筒一下一下往轮胎里压，你费的力气就存进了轮胎里；拔掉气门芯，气呼地冲出来，能把一只小风车吹得直转。那我们把打气筒换成电动的大压缩机，小风车换成涡轮，涡轮再带着发电机转，这不就是一座用气存电的储能电站了嘛？
道理就这么个道理，几十年前就有人尝试过，为什么没有普及呢？
因为空气有两个毛病。
首先太占地方，空气压得再狠，也还是气，压到一百个大气压，个头也就缩到原来的一百分之一左右，还得拿很厚的钢罐子一直顶着这股压力，想上规模，就得摆上一大片又大又厚的钢罐，成本太高算不过来。
第二个是放电阶段不稳定，越放越没劲。你就像轮胎放气的时候，刚拔开那一下气冲得最猛，越往后轮胎瘪下去，气越跑越弱，到后面干脆就没法用了。
这就是为什么要开发二氧化碳的关键了：它容易被压成液体。
一种物质什么时候是气体、什么时候是液体，就看两样：压力和温度。每种气都有一道温度门槛，叫临界温度，在门槛以下，压力一加上去，气就会凝成液体；高过门槛，压得再狠，它也成不了液体。
空气的临界温度在零下140度，想在常温下把它压成液体，没戏；二氧化碳的临界温度是31.1度，常温下加压到六十个大气压左右，它就乖乖变成了液体。
二氧化碳灭火器的瓶子大家都见过吧，就是这个原理。
这是好事儿啊。一旦变成了液体，空气那两个毛病就解决了。
体积的问题好理解。二氧化碳从气变成液体，体积能缩到原来的几百分之一，木垒那几座白胶囊，每一座都装满了133万立方米的二氧化碳气体，压成液体，二十多个罐子就装下了。同样一个罐子，装液态二氧化碳能存下的能量，比装高压空气多好几倍。
再说越放越没劲的问题。液体装在罐子里，只要温度不变，罐里的压力就不怎么往下掉。
原理等同煤气罐，只要罐里还剩着液体，别管是刚打开还是快见底，气压就能保持一致、火苗稳定。放到电站里，就是放电的时候推涡轮能一直稳定输出，不泄劲。
所以原理上就是这么简单：从气体变成液体，能量就存进去；从液体变成气体，能量又放了出来。
整个过程没有化学反应，也不依赖任何特殊地形，压来压去、跑来跑去的，始终是那些二氧化碳。
比起电池里那套复杂的化学反应，这是一套极为简单、干净的物理办法。
02白天的电，怎么留到晚上？
新疆木垒这座电站，最主要的是三样东西：5座巨型白色胶囊，装的是二氧化碳气体；141个高罐，装的是压成了液体的二氧化碳；中间一栋主厂房，里面有压缩机和涡轮。
早上太阳一出来，周围光伏板发的电很快就用不完了。压缩机开动起来，从胶囊里往外抽二氧化碳，一级一级往紧里压，压到几十个大气压，二氧化碳就变成了液体，流进高罐。气体变成液体，体积缩到原来的几百分之一。
傍晚，光伏发不出电了，一天里用电最多的晚高峰偏偏这时候到来。阀门一开，高罐里的液体变回气体，冲进涡轮，带着发电机转起来，从开机到满负荷，用不了20分钟。这一放就是6个多小时，一晚上能送出60多万度电，差不多是6万户人家一天的用电。
推完涡轮的二氧化碳没了劲，回到胶囊里，胶囊又一点点鼓起来，等第二天太阳出来，再被抽走压一遍。
二氧化碳就这样在胶囊和高罐之间来回跑，白天的电存进去，晚上又放了出来。
胶囊分两层，里面一层软膜做的袋子把二氧化碳兜住，外面一层结实的外壳护着它。
这层膜是项目主要的技术难点之一：天天鼓一回、瘪一回，30年下来要折腾上万回，一点气都不能漏，还得便宜。给木垒这个项目做这套技术的深圳公司百穰新能源，光这层膜就琢磨了四年，试了上千次。
纸面上，这一圈到这儿就讲完了，真干起来，还得多考虑一样东西：温度。
咱们知道，气体被压缩的过程中，会升温，压得越狠越烫。柴油发动机就是靠这个点火的：它不用明火，活塞往上一顶，能把气缸里的空气压到五六百度，柴油一喷进去，自己就着了。
压二氧化碳没那么夸张，但压缩时放出的热量也不少，怎么处理呢？
电站的方案本质上是一套水冷：让烫手的二氧化碳从一排管子里走，管子外面淌着水，隔着管壁，热量就跑进了水里，水烧热了，存进保温的储热罐。
到了晚上，反过来。液体变回气，要从周围吸收热量，自己跟着降温，也别浪费，拿它把水冷却下来，存进储冷罐，第二天正好用来冷却下一拨二氧化碳。
刚变回来的气温度低，推起涡轮来没多大劲，这时候白天存下的热水派上了用场，把它加热成又热又高压的气体，再冲进涡轮，劲就足多了。
每一步的吸热和放热，都被安排好了去出，有一种工程上的优雅。
03比锂电池好吗？
那么，好好的电池摆在那儿，为什么还要费这么大劲，折腾二氧化碳？
储能方案的对比，是一个复杂的过程：基本上没有最好的，只有最合适的。
比如电动车里的动力电池，非常贵，安全等级和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要，也就是能量密度，所以消费者愿意买单；
电网边上的储能站，要便宜、耐用，个头大一点可以接受。
在满足场景和性能的前提下，再来计算成本。
木垒这座电站，优先追求的是两个指标：续航够久，寿命够长。
先说续航，在同样的放电功率下，想把续航从2小时拉到4小时，电池方案很简单：加电芯。而电芯，偏偏是储能系统里最贵的部件。按今年上半年国内储能项目的中标均价粗算，这样一加，造价涨到原来的1.8倍左右，几乎随容量等比例增长。
二氧化碳电站最大的区别，就是增加续航和容量的边际成本很低。它主要由两部分构成：主厂房里的压缩机和涡轮，成本较高，负责能量转化，也就是充放电；而决定容量的，是外面的大胶囊和罐子，增加容量，就是多加一些胶囊和罐子，而这恰恰是整座电站里最便宜的部分。
所以续航拉得越长、容量做得越大，分摊到每度电的成本也就越低，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之后，可用容量会明显往下掉，这是复杂的电化学体系下避免不了的特性。二氧化碳就没这个毛病，最多就是机器要检修，罐子要维护，设计寿命奔着30年往上走，按一天充放一次算下来，就是1万多次充放电循环，理论上没有衰减。
好处说完，接下来是硬伤。
二氧化碳电站肉眼可见地占地方，木垒这座占地848亩，差不多80个足球场，在地价高的地方，这种方案有生之年都建不起来了；但戈壁上地方空旷，正合适。
还有一个问题是效率一般。二氧化碳在气液转换和冷热变化的过程中，不可避免地会有一部分能量以热量的形式散失，综合下来效率大概不到七成，远低于锂电池。好在光伏弃电本就是一个低成本的玩意，效率低一点，也就没那么让人心疼，也合适。
在类似的场景下，要实现大规模储能，又要求续航长、寿命长，能拿来比一比的，是抽水蓄能：充电就是把水抽到高处，放电就是让水流下来。但这种方案需要有高低落差，总不能硬造一座山来建空中水库吧，所以一般在山区，而现如今能造抽水蓄能电站的选址，已经差不多用完了。
这么看，二氧化碳储能就是一块关键的拼图了：一种可以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需要的一切有利条件：电便宜，土地又大又平，一用就是几十年。
往未来看，要把这种理论优势放大成产业现实，还需要狠狠上规模，这里有两层意义。
第一层，是把单体电站做大。原理如前文所说，负责充放电的组件基本没有变化，要做大的是决定容量的胶囊。胶囊长宽高各放大一倍，表面积会变成4倍，容积则变成8倍，表面积按平方涨，容积按立方涨。所以胶囊越大，单位容量需要的膜材料面积就越小。
第二层，是让这样的电站多起来，做大产业规模。眼下这类项目还少，各种核心设备和组件难免需要专门设计、定制生产，上下游也没有形成规模产量。这条降本路线，身处工业克苏鲁的我们再熟悉不过：光伏、锂电池，都是订单多了之后，靠标准化生产，把成本大幅降了下来。
能源转型是一种庞大且多元的进程。
燃油车换成电动车，会牵动储能、电机、充电设施一系列的变化；
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储能路线，成为了产业现实。
酷玩实验室整理编辑
首发于微信公众号：酷玩实验室（ID：coollabs）