基于Allam循环的集成储能系统：跨部门脱碳的创新解决方案

为解决可再生能源间歇性与碳捕集高能耗问题，研究人员创新性地将Allam循环、协调储能与多联产系统相结合，开发出集成CCUS的可再生能源储能方案。该系统实现47.7%的?往返效率及47.6美元/MWh的平准化储能成本，显著优于传统Power-to-X技术，为清洁能源转型提供经济高效路径。

　　

能源转型的困局与破局
全球能源系统正面临前所未有的挑战：一方面，化石燃料依赖导致CO₂排放居高不下；另一方面，风电、光伏等可再生能源因间歇性特征引发电网稳定性危机。德国曾被迫弃用4%的风电，中国可再生能源浪费率更高达17%。更棘手的是，碳捕集技术(CCUS)虽能减排，但其能耗相当于电厂输出功率的20-40%，形成"减排反噬"效应。这种两难境地催生了对新型集成能源系统的迫切需求。

在此背景下，国内研究人员在《Journal of Energy Storage》发表突破性研究，提出将Allam循环（一种超临界CO₂氧燃料循环）与Power-to-Gas(PtG)储能技术协同的创新架构。该系统通过氧资源闭环利用，同时解决碳捕集能耗与可再生能源存储难题，最终实现47.7%的?(exergy)往返效率，较传统方案提升30%以上，为跨部门脱碳提供技术范本。

关键技术方法
研究采用多学科交叉方法：1) 基于EES软件构建系统热力学模型，模拟Allam循环与电解槽的协同效应；2) 建立包含?分析和LCOS计算的多目标优化框架；3) 通过敏感性分析识别电解槽为关键成本驱动因素；4) 设计短/中/长期三阶段脱碳情景验证系统适应性。

系统架构与性能
系统描述
如图1所示，该集成能源系统(IES)包含七个核心子系统：Allam循环发电模块、质子交换膜(PEM)电解槽、甲烷合成单元、储气装置、热回收网络、CO₂捕集单元以及智能调度控制系统。创新性地利用电解副产氧替代传统空分装置(ASU)，使系统能耗降低15-20%。

结果与讨论
?分析显示，系统最大损耗发生在电解槽(占38.2%)和甲烷合成反应器(21.5%)。优化后，Allam循环效率达58.3%，远超常规燃气轮机(35-40%)。经济性方面，当电解槽成本降至300美元/kW时，LCOS可进一步降至35美元/MWh。与文献对比，该方案在100小时以上长时储能场景中，成本仅为锂离子电池的1/5。

结论与展望
研究证实，Allam循环与PtG的协同设计创造了"氧资源双循环"效应：电解槽产生的氧供给Allam循环燃烧，而循环捕集的CO₂又作为甲烷合成原料。这种耦合使系统兼具化石能源的调度灵活性与可再生能源的低碳特性。值得注意的是，系统副产的高纯度CO₂流可直接用于增强采油(EOR)或食品工业，形成碳负排放潜力。

未来研究需聚焦电解槽效率提升与动态响应优化。正如作者Seyed Mojtaba Alirahmi指出，该系统的模块化特性使其可灵活适配区域能源结构，为2030年碳达峰与2050年碳中和目标提供可扩展的技术路径。这项研究不仅重新定义了CCUS技术的价值定位，更开创了能源系统"跨界融合"的新范式。