随着新能源发电占比不断提高，电力供需波动加剧，长时储能成为提升电网调节能力、促进可再生能源消纳的重要技术支撑。二氧化碳具有密度高、压缩功低、传热性能优良、来源广泛和环境友好等优势，是理想的储能介质。针对传统压缩二氧化碳储能系统存在储库体积大、高压储罐成本高等问题，本项目基于卡诺循环原理，构建新型二氧化碳卡诺电池储能系统，实现“电能→热能与压力能→电能”的可逆转换。围绕热力循环、压缩机、膨胀机和换热器四个核心模块，开展系统建模、结构优化、参数设计、仿真验证与经济性分析，为二氧化碳储能技术的工程化应用提供设计依据。

本项目旨在完成二氧化碳卡诺电池储能系统的构建与优化设计，提高系统往返效率与经济性，形成面向工程应用的关键设备设计方案。具体目标包括：

（1）建立储能与释能循环模型；

（2）完成关键动力设备的设计与性能验证，提高系统往返效率，优化整体运行性能；

（3）完成跨临界二氧化碳压缩机的分级设计、三维仿真与优化；

（4）完成膨胀机的选型、一维设计、叶片造型与流场分析；

（5）完成换热器的结构选型、校核计算与优化；

（6）开展全生命周期经济性分析，评估系统商业化应用潜力。

  本项目完成了新型二氧化碳卡诺电池储能系统的整体设计。通过二级膨胀、回热利用和节流分离器等结构优化，系统往返效率由26.76%提升至61.88%；进一步优化关键设备参数后，往返效率达到74.05%。在此基础上，完成了10MW级系统设计，验证了规模化应用的可行性。经济性分析表明，10MW级系统的平准化储能成本可降至0.34元/kWh，动态投资回收期缩短至10.7年，具备进一步工程示范与商业化应用价值。针对核心设备，项目确定了三级离心压缩机方案，总压比达到15.97，三级压缩机效率分别达到88.84%、81.79%和76.36%；完成了双级部分进气轴流透平膨胀机设计，仿真验证两台膨胀机均能够实现预期膨胀做功，并定位了动叶吸力面附近的局部回流与分离问题；完成了12台换热器的结构设计与优化，使整体换热效率提升至约90%，成本控制在合理范围内。