2010年，储能产业在国内外逐步兴起。长期深耕二氧化碳动力系统研究的西安交通大学能动学院教授谢永慧，萌生了用二氧化碳做储能工质的想法。经过数年理论推演、方案设计和系统优化后，他兴冲冲地向各个合作企业热情推介，阐述方案及系统优势，但反响平平。

反复挫折，更鼓起了谢永慧的韧性和决心。团队一边持续优化技术，一边反复向企业发出邀请。2020年，合作方终于同意进行深入交流。谢永慧将长期合作的设备制造方和系统集成方请到一起，对系统方案、参数以及实施设想进行了详细讲解，大家热烈讨论，形成共识，终于愿意积极携手推进这项新技术。

“原理、设备、集成这三关走得通，剩下的难题我们都能啃下来。”面对全新二氧化碳储能系统的不确定性，谢永慧始终保持笃定。2022年，团队在四川德阳建成20兆瓦时工程验证项目；2026年，新疆木垒百兆瓦级项目顺利并网，年发电量约2亿千瓦时。这是全球首套百兆瓦级压缩二氧化碳储能项目，意味着我国热质储能关键技术与工程集成应用取得新的重要突破，为长时储能开辟了新路径，整套系统从设计、制造到运维，拥有完全自主知识产权。

为什么是二氧化碳？

亮眼成果的背后，是对储能工质的长期研判，也是一条少有人走的工程转化之路。

谢永慧介绍，当前我国正处在能源转型关键期，可再生能源是转型的核心抓手。截至2026年6月底，国内可再生能源装机达到24.55亿千瓦，占总装机比重60.7%，体量庞大。

“高比例可再生能源接入，给电力系统带来严峻挑战。电源间歇性、波动性影响电网安全运行，发电供给时间与用户用电需求时间不匹配，还会引发弃风弃光。”谢永慧说，“储能能够提升新能源消纳能力，也能拓展火电调峰范围。通俗来说，就是把富余的清洁电力储存起来，等到用电紧张时再释放。”

“从0到1，核心是找准方向、看清价值。”伴随国内新能源产业快速扩张，谢永慧敏锐地捕捉到大规模储能的刚需，锚定了这条研发路线。

谢永慧教授（左二）和团队成员在实验台。受访者供图

谢永慧团队早在2008年就开始研究二氧化碳动力系统，最早主攻超临界二氧化碳路线，但其转化成本较高，于是基于多年二氧化碳动力系统的研究经验，提出了成本更低、适应性更好的气液互转二氧化碳储能技术。

“7兆帕压力下，二氧化碳液化温度约28摄氏度，是相对容易实现的工况。”谢永慧解释，它的相变优势无可替代。同样7兆帕、28摄氏度环境中，空气无法液化，每立方米仅82公斤；液态二氧化碳密度可达672公斤每立方米，存储同样质量的二氧化碳需要的容积不到空气的1/8。

这一储能技术打通了二氧化碳压缩—液化—储能—气化—膨胀—释能—发电全链条工艺流程。在用电低谷期，利用多余电力将常温常压的二氧化碳气体压缩为高压液体，并将压缩过程中产生的热能储存起来；在用电高峰期，利用存储的热能加热液态二氧化碳至气态，驱动透平发电，实现电能跨时段转移。

气液互转二氧化碳储能系统适用于包括沙戈荒等各种地质和环境条件，具备较高的能量转换效率，能够保持长期高效、安全、稳定运行，输出功率和频率可满足电网的稳定需求，部件制造采用易于获取、价格合适的材料，且无特殊工艺要求。

从实验室到工程落地

从理论推演、方案设计、系统优化走向工程落地，这条路布满坎坷。作为全新的储能系统，国内外没有工程案例可供参照，适配这套系统的专用动力设备也属于空白。

2020年底，经过多轮与设备和集成企业反复论证，工程路线和核心参数逐步敲定，项目进入实施阶段。

在谢永慧看来，建设验证系统的阶段压力最大。全套体系自主研发，没有成熟范本，一个参数偏差，就会影响整套系统性能。他还记得一次现场测试，排查故障时迟迟找不到根源，那段时间心里一直绷着弦。“整个庞大的系统，几轮下来参数都没有达到预期，心里很紧张，不知道问题出在哪，担心会影响整个团队进展。”谢永慧说，等排查出隐患顺利验证完成后，他才长舒一口气。

一次又一次故障排查的背后，是团队对整套系统全链条难题的持续攻坚。最终，团队解决了包括气液互转二氧化碳储能及多品质热源利用、高效宽工况轴流及离心二氧化碳压气机、全工况适应性大功率二氧化碳透平、超大可变容量高稳定结构储气库等七大难题。

在团队成员、西安交通大学能动学院教授张荻眼中，面对系统测试的起起伏伏，谢永慧大多时候都很平静。“谢老师是典型的技术人，判断问题始终立足技术本身。认准方向就会坚持到底，身上那股劲头，是整个团队的主心骨。”

安徽芜湖海螺水泥10兆瓦/80兆瓦时示范项目。受访者供图

2022年8月，四川德阳10兆瓦/20兆瓦时气液互转二氧化碳储能验证系统建成，顺利通过稳定性、快速启停考核，完成了关键的从0到1工程验证。2023年12月，安徽芜湖海螺水泥10兆瓦/80兆瓦时示范项目并网，入选国家能源局新型储能试点示范项目。2026年9月，华电新疆木垒100兆瓦/1000兆瓦时项目并网发电，实现该技术向百兆瓦级、吉瓦时级工程应用的重要跨越。

华电新疆木垒100兆瓦/1000兆瓦时项目。受访者供图

从与设备和集成企业组建团队实施工程化，到百兆瓦电站并网，谢永慧团队前后历时七年。“做基础研究的时候，就得提前掂量工程成本、预判设备风险，尽量把隐患压在前期。”谢永慧这样总结。

打通产业化路径

华电新疆木垒压缩二氧化碳储能项目建成投产后，年发电量约2亿千瓦时，每年可节约标准煤5万吨，减少二氧化碳排放约17万吨，将强化电网削峰填谷、调频调压能力，显著提高电力系统的灵活性及安全性，持续扩大绿电供给，对于保障能源安全、促进绿色发展具有重要意义。

谢永慧介绍，该项目最直观的意义，是团队在行业内做实了二氧化碳储能大规模落地和大范围推广的可行性。作为面向风光新能源的大型“充电宝”，它的示范带动效应显著，这套拥有完整自主知识产权，覆盖设计、建造到运维的技术体系，也逐步获得行业认可。

面向未来，团队计划继续向更大功率、更大容量推进，根据不同需求进行定制性开发。此外，超临界、跨临界等新型二氧化碳储能路线的研发也在同步推进，团队将为我国能源转型和能源安全提供多元技术路径。