论文标题：Compressed CO₂ energy storage technology and its integration with CO₂ capture, utilization and storage: A review and perspective

期刊：ENGINEERING Energy

作者：Qian Wu, Yang Li, Liang Yin, Qianguo Lin

发表时间：19 Jan 2026

DOI：10.1007/s11708-026-1043-7

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在"双碳"目标驱动下，可再生能源大规模并网对储能技术提出了更高要求。传统储能技术难以同时解决能源存储与碳排放控制两大挑战。压缩CO₂储能（CCES）技术应运而生——以CO₂为工质，利用其接近环境温度（31.4°C）的临界特性，实现高效液化和能量转换。更值得关注的是，CCES与碳捕集利用与封存（CCUS）技术的集成，正在开创一种全新的"碳-能源协同"模式：既储电、又固碳，实现基础设施共享与双重收益。上海交通大学碳中和发展研究院副院长、机械与动力工程学院研究员林千果研究团队近日在《ENGINEERING Energy》2026 年第 1 期发表综述文章，系统梳理CCES技术原理、系统构型与前沿进展，深度解析CCES-CCUS集成机制，为长时储能技术发展和碳中和路径提供重要参考。

文章概要

一、CCES 技术基础：原理、构型与性能

CCES 是压缩气体储能（CGES）的先进形态，以化学惰性、易液化的 CO₂为工质，通过 “充电 - 放电” 闭环热力学循环实现电能时空转移：充电时利用低谷电驱动压缩机加压 CO₂并储存热量，放电时高压 CO₂经预热后膨胀发电，低压 CO₂循环复用。其核心性能指标包括往返效率（RTE）、储能密度（ESD）和?效率，经济可行性则通过平准化能源成本（LCOE）评估。

目前已发展出四种主流系统构型，各有优劣：

1）液态 CO₂储能（LCES）：高低压侧均为液态，ESD 最高（可达 19.90 kWh/m³），储存空间需求小，但液化 / 气化部件复杂，资本支出较高。

图1 液态 CO₂储能（LCES）系统流程图

2）跨临界 CCES（TC-CCES）：高压侧超临界、低压侧液态，RTE 可高达 74.07%，无需特殊地理条件。

图2 跨临界压缩 CO₂储能（TC-CCES）系统流程图

3）超临界 CCES（SC-CCES）：全程保持超临界状态，结构最简单，RTE 达 71%，但受高压安全约束。

图3 超临界压缩 CO₂储能（SC-CCES）系统流程图

4）气 - 液 CCES（VL-CCES）：高压侧液态、低压侧气态，技术可行性强，已在示范项目中验证，如意大利 Energy Dome 的 2.5 MW/4 MWh 项目。

图4 气 - 液压缩 CO₂储能（VL-CCES）系统流程图

全球范围内，CCES 示范项目正从试点向商业化推进：中国芜湖海螺 10MW/80MWh 项目实现 “废热利用 + 碳循环 + 储能” 模式，LCOE 低至 0.028 元 /kWh；华电 - 东方电气木垒项目以 1000 MWh 储能容量成为全球最大，电能转换效率达 60.4%；山东肥城 100 MW/400 MWh 项目集成熔盐储热，电电转换效率达63%。

二、CCES 的关键挑战与前沿突破

尽管 CCES 优势显著，大规模部署仍面临五大核心挑战，相关前沿研究正持续推进：

混合工质优化：CO₂与 R134a、R32 等有机流体混合，可降低临界压力、提升系统效率，如与纯CO₂系统相比，CO₂-丙烷系统的RTE可提高10%；

低压 CO₂液化：通过喷射冷凝循环、相变材料（PCMs）级联储冷等技术，减少液化过程的冷能损失，蓄冷器是当前最有效的液化装置；

CO₂储存设施：地上采用柔性气囊或高压储罐，地下利用咸水层等地质构造；

系统集成提升：与有机朗肯循环（ORC）、太阳能热、火电厂余热集成，实现多级能源利用，如 CCES-Kalina 混合系统 RTE 达 59.38%；

动态行为评估：稳态模型易高估 RTE（最高达 23.9%），动态模型更能捕捉负荷波动下的系统响应，为实时控制提供支撑。

三、CCES 与 CCUS 集成：协同机制与应用场景

CCES 与 CCUS 的集成核心是 “物质流 + 能量流” 的协同管理：CCUS 提供低成本 CO₂工质（初始充注 + 泄漏补充），过剩捕集 CO₂可用于化学品合成或地质封存；CCES 则利用低谷电压缩 CO₂储能，压缩热可为 CCUS 的溶剂再生提供低品位热能，实现能量交叉利用。这种集成带来三大优势：基础设施共享降低成本、地质储层实现 “储能 + 储碳” 双重功能、提升整体经济性与脱碳效益。

图5 压缩 CO₂储能（CCES）与碳捕集、利用与封存（CCUS）集成示意图

其应用场景已覆盖多个领域：

火电厂：捕集尾气 CO₂，利用电厂余热提升储能效率，增强调峰能力；

高排放工业：水泥、钢铁行业通过 “捕集 - 储能 - 调峰 - 封存” 模式降低碳排放强度；

可再生能源电站：与风电、光伏集群耦合，平衡电网波动，提升消纳率；

SC-CO₂管道集成：跨区域调度 CO₂，实现电网调峰与地质封存协同。

图6 碳捕集、利用与封存（CCUS）枢纽与碳 - 能源协同

核心结论

1. 不同 CCES 构型性能差异显著，LCES 的 ESD 最优，TC-CCES 和 SC-CCES 的 RTE 更具优势，压缩机、透平与换热器是损失主要来源，CO₂基混合工质、分级储冷、地质储存是解决 CCES 关键挑战的核心路径

2. CCES 与外部能源系统的集成可实现 “电 - 热 - 冷” 联产，动态建模是优化运行的关键

3. CCES-CCUS 集成实现了从 “单一储能” 到 “碳 - 能源协同管理” 的转变，是碳中和的重要技术路径

未来展望

1. 推进高效集成：开发新型余热回收技术，设计 “储能 + 储碳” 双重功能地质储层，探索多能源耦合策略

2. 强化动态管控：建立高精度瞬态仿真模型，研发动态优化算法与控制策略，适配可再生能源波动

3. 保障地质安全：研究循环注采下地质储层的长期稳定性，制定双模式运行完整性评价标准

4. 完善评估体系：构建多目标优化模型，建立涵盖技术、经济、环境、社会的综合评估框架，支撑商业化部署

CCES 与 CCUS 的集成不仅为大规模储能提供了新方案，更开辟了脱碳与能源安全协同推进的新路径。随着技术成熟与成本下降，这项技术有望成为支撑高比例可再生能源并网、推动工业脱碳的核心力量，为全球碳中和目标的实现注入强劲动力。

文章信息

Qian Wu, Yang Li, Liang Yin, Qianguo Lin. Compressed C energy storage technology and its integration with C capture, utilization and storage: A review and perspective. ENG.Energy, 2026, 20(2): 10437 DOI:10.1007/s11708-026-1043-7

通讯作者简介

林千果，上海交通大学碳中和发展研究院副院长、机械与动力工程学院，研究员。研究方向：碳捕集、利用与封存（CCUS）技术；C储能利用技术；CCUS系统规划和技术经济性评价；碳排放监测与核算技术；C地质利用与封存安全和环境监测。

关于ENG.Energy

ENGINEERING Energy（原Frontiers in Energy）是中国工程院院刊能源分刊，由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

ENGINEERING Energy已被SCIE、Ei Compendex、CAS、Scopus、INSPEC、Google Scholar、CSCD(中国科学引文数据库)、中国科技核心期刊等数据库收录。2024年影响因子为6.2,在“ENERGY & FUELS”学科分类中位列55位(55/182)，处于JCR Q2区。2024年度CiteScore为6.9，在“Energy”领域排名#77/299；2025年即时IF为7.9，即时CiteScore为9.0。

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