谷歌将利用巨型二氧化碳穹顶储存能源

科技企业正斥巨资投入各类新型能源领域，涵盖风能、太阳能，再到新一代地热能、核能，乃至核聚变能源。但这些电力若无法储存并按需调配，其实没多大用处 —— 对于风能、太阳能这类间歇性能源而言，情况尤其如此。意大利公司 Energy Dome 提出了一种新颖的解决方案，且近期已与谷歌签署协议，将为这家科技巨头建造多座储能设施。

Energy Dome 的电池系统利用二氧化碳(CO₂)储能：当电力供应充足时，二氧化碳以液态形式储存能量;当电力供应短缺时，液态二氧化碳被重新转化为气体，在此过程中驱动涡轮机，从而释放能量。

该技术属于压缩空气储能技术的一种。早在 20 世纪 70 年代末，德国就建成了首座公用事业级压缩空气储能设施，这项技术自此便已存在。Energy Dome 对传统系统进行了创新改造，用二氧化碳取代了普通空气。尽管二氧化碳因加剧气候变化问题而广受诟病，但事实证明，这种温室气体在储能领域却具备一定优势：它的能量密度高于空气，且在加压条件下可于常温下液化。

以下是 Energy Dome 储能系统的工作原理：

二氧化碳首先以气体形式储存在巨型穹顶中。当能源价格低廉且供应充足时 —— 即阳光充足、风力强劲的时段 —— 这些气体被泵入压缩机。在压缩机内，二氧化碳会释放热量(这些热量会被单独储存)，并转化为液体，最终储存在碳钢储罐中。当太阳落山或风力减弱，但人们仍需开空调或使用 ChatGPT 查询信息时，蒸发器会利用之前储存的热量，将液态二氧化碳转化为加压气体。这些气体如同高压锅中喷出的蒸汽般高速喷射，驱动涡轮机运转，进而产生电能。

锂离子电池是风电场和太阳能电站电能储存的首选方案，但这类电池一次只能持续放电数小时。过去几年，锂离子电池的最长持续供电时间仅为 4 小时，即便近期技术有所突破，也只能将这一时长提升至 8 小时。但即便如此，若出现连续多日无阳光(导致太阳能发电中断)的情况，这一时长仍不足以满足用电需求。

Energy Dome 的二氧化碳电池被视为一种长时储能(LDES) 解决方案。长时储能系统的定义是，能够以稳定功率持续供电 10 小时及以上的储能系统。该公司表示，其二氧化碳电池的持续供电时长可达 24 小时。此外，由于液态二氧化碳可在常温下储存，相比传统压缩空气储能系统，该电池系统占用空间更小、能量密度更高(不过其 “穹顶” 本身绝非小巧玲珑)。该公司创始人保罗・卡瓦利尼(Paolo Cavallini)称，二氧化碳电池 “使用寿命可达 30 年，且无任何性能衰减”。

这种技术方案前景广阔，但要实现预期运行效果，可能面临一些工程层面的挑战。例如，伯明翰大学(Birmingham University)能源系统与储能领域副教授爱德华・巴伯(Edward Barbour)曾在 2022 年向《麻省理工科技评论》(MIT Technology Review)表示，要让热交换器在数十年间持续正常运转，可能颇具难度。

目前，Energy Dome 在意大利已有一座商业规模的工厂投入运营。该工厂由比尔・盖茨支持的 “突破能源”(Breakthrough Energy)以及欧洲投资银行共同资助，装机容量为 20 兆瓦，储能循环时长为 10 小时。该公司表示，其供电能力可覆盖 1.4 万户家庭(此处特指意大利家庭，其能耗低于美国家庭)。

谷歌尚未披露与 Energy Dome 合作协议的财务细节，但这家科技巨头在一份新闻稿中表示，计划在多个国家支持此类商业项目，并认为这些项目 “能在 2030 年前为其运营所在地区的电网开发新的清洁能源”。

看好二氧化碳电池的并非只有 Energy Dome 一家。美国能源部已向联合能源公司(Alliant Energy)提供 3000 万美元拨款，用于在威斯康星州建设 “哥伦比亚储能项目”，该项目将授权使用 Energy Dome 的核心技术。

未来几年，全球电力需求将持续增长。然而，建造新型发电设施以满足需求只是能源解决方案的一部分，储能则是另一关键环节。从目前来看，Energy Dome 已占据有利地位，有望助力填补全球储能领域的空白。