当太阳落山，太阳能电池板停止工作时，这些充满气体的穹顶便会接管供能。

2025年7月，穹顶能源公司在撒丁岛的奥塔纳投运了一座20兆瓦的长时储能设施。到2026年，该系统的复制版本将在多个大洲陆续现身

位于意大利撒丁岛上的巨型“气泡”内储存着2000吨二氧化碳。但这些气体既不是从工厂排放中捕集而来，也并非从空气中直接提取。它来自一家气体供应商，并永久地存放在这个穹顶结构系统内，以实现一种环保的用途：储存大量过剩的可再生能源，直到出现使用需求。

这个“气泡”和它的周边设备由总部位于米兰的穹顶能源公司（Energy Dome）开发，展示了一种由该公司首创并命名为“二氧化碳电池”的设施。该设施每天在其封闭系统中对二氧化碳进行压缩和膨胀，驱动涡轮机发电，产生200兆瓦时的电力，也就是以20兆瓦功率持续发电10小时。到2026年，这种电站的复制版本将开始在全球各地“冒出来”。

我们说的可是字面意义上的“冒出来”。这个“气泡”结构充气只需要半天时间，其余设施的建设周期则不到两年，几乎可以部署在任何拥有5公顷平整土地的区域。

首个在撒丁岛以外建设该系统的将是印度最大的电力企业之一：印度国家火电公司（NTPC Limited）。该公司预计将在2026年内，在印度卡纳塔克邦的库德吉电站建成其二氧化碳电池储电站。与此同时，美国威斯康星州的公共事业企业美国联合能源公司（Alliant Energy）已从监管机构获批，计划于2026年启动同类项目建设，投运后可为1.8万户家庭供电。

此外，谷歌公司对这一概念的兴趣极为浓厚，计划在其欧洲、美国以及亚太地区的关键数据中心所在地快速部署这些设施。其目标是在无日照、无风力的情况下，依然为高耗能的数据中心提供全天候的清洁能源。双方于2025年7月宣布合作，这也是谷歌在长时储能技术领域的首笔投资。

“我们一直在全球范围内寻找不同的解决方案。”谷歌能源战略高级主管艾诺娅 · 安达（Ainhoa Anda）表示。她指出，谷歌面临的挑战不仅在于找到一种长时储能方案，还在于该方案必须适配各个地区不同的技术条件。“因此，标准化非常重要，而这正是我们格外看好穹顶能源公司的一点，”她说，“该公司的系统真正实现了即插即用。”

安达表示，谷歌会优先将穹顶能源公司的储能设施部署在能最有效提升脱碳效益和电网可靠性，以及可再生能源资源丰富、需要大量储能的地点。这些设施既可以毗邻谷歌的数据中心建设，也可以选址在同一电网内的其他区域。双方并未披露合作的具体条款。

安达还表示，谷歌希望帮助这项技术“步入大规模商业化阶段”。

长时储能的创意竞赛

对穹顶能源公司的殷切关注，源于其2025年7月在撒丁岛奥塔纳完工的全尺寸、并网运行的示范电站。该电站的建设旨在解决能源转型中最棘手的挑战之一：对能够连续供电超过8小时的电网级储能系统的需求。这类系统在行业内被称为“长时储能系统”（LDES），它是可再生能源价值最大化的关键。

当阳光和风力充足时，太阳能发电厂和风电场产生的电力往往超过电网的即时需求。因此，将这些多余电力储存下来以便在资源匮乏时使用，逻辑上非常合理。此外，长时储能还通过提供备用和补充电力，提高了电网的可靠性。

二氧化碳离开穹顶后，会被压缩、冷却、液化并储存在耐压容器中。释放能量时，流程反向进行：液态二氧化碳被蒸发、加热、膨胀，随后通过涡轮机发电

问题在于，即使是目前市场上最先进的新型电网级储能系统——主要是锂离子电池——通常也只能提供约4到8小时的储能服务。这不足以支撑整夜用电，也难以应对连续多个无风阴天，或是一年中最炎热、用电需求达到峰值的那段时间。

锂离子电池系统可以通过扩大规模来存储更多能量并延长储能时间，但那么大规模的系统通常不具备经济可行性。其他电网级电池化学体系和方案也在开发中，例如钠基电池、铁-空气电池和钒液流电池。但在能量密度、成本、性能衰减以及资金复杂性等方面，这些替代方案都面临挑战。

研究人员还尝试过多种储能思路，包括压缩空气储能、储热砖或储热沙储能、氢气/甲醇储能、深层地下加压水储能，甚至是通过悬挂重物再释放下落的重力储能。然而，地质条件限制、经济可行性、效率和可扩展性等问题，阻碍了这些策略的落地。

一种经过验证的电网级储能方案是抽水蓄能，即在不同高度的水库之间抽水。该系统寿命可长达数十年，能储存数千兆瓦时的电能长达数天。但此类系统对地形条件要求极高，占地面积大，且建设周期可达十年。

相比之下，二氧化碳电池在许多方面弥补了其他方案的不足。它们不像抽水蓄能那样需要特殊地形，也不像电化学电池和其他电池那样依赖关键矿物，它们所用组件的供应链早已成熟，预期寿命则几乎是锂离子电池的三倍。而且，随着规模和储能容量的增加，二氧化碳电池的单位千瓦时成本会显著下降。穹顶能源公司预计，其长时储能方案的成本将比锂离子电池低约30%。

这一技术也引起了中国的关注。据报道，中国华电集团和东方电气集团正在新疆地区建设一座二氧化碳储能设施。媒体报道中展示的效果图包含数个穹顶结构。

“我能说的是，他们正在开发一种（与穹顶能源的二氧化碳电池）非常、非常相似的技术，但规模要大得多，”穹顶能源公司创始人兼首席执行官克劳迪奥 · 斯帕达奇尼（Claudio Spadacini）表示，“这些中国公司实力很强、动作非常快，而且资金充足。”

谷歌为何决定投资二氧化碳电池？

2025年10月，笔者去参观穹顶能源公司在撒丁岛的设施时，穹顶中的二氧化碳刚刚被抽走，因此我得以进入内部一探究竟。穹顶内部空间巨大、色调单一，几乎空无一物。此前用于容纳未压缩二氧化碳的内层薄膜，已完全塌落在地面上，只剩下少量气团包裹着残留气体，将那张米白色薄膜撑起零星的鼓包。

与此同时，半透明的外层穹顶允许部分日光透入，形成一种柔和的乳白色光晕，笼罩着整个空间。穹顶没有任何结构性框架支撑，完全依赖内外的小幅气压差保持挺立姿态。

“这太不可思议了。”我对向导、穹顶能源公司全球营销与传播总监马里奥 · 托尔基奥（Mario Torchio）说。

“确实，但这背后纯粹是物理学原理。”他回答。

在穹顶外部，一系列设备通过蜿蜒的管道相连，负责将二氧化碳从穹顶中抽出并进行压缩和冷凝。首先，压缩机将气体压力从1巴（10万帕）提高到约55巴（550万帕）；接着，热能储存系统将二氧化碳冷却至环境温度；随后，冷凝器把它冷凝为液体，储存到数十个耐压容器中，每个容器约有一辆校车大小。整个过程大约需要10小时，完成后电池就被视为满电状态。

放电时，流程则反向进行。液态二氧化碳被蒸发并加热，随后进入一种气体膨胀涡轮，其原理类似中压蒸汽轮机。涡轮驱动同步发电机，将机械能转化为电能并送入电网。之后，气体在常压下被送回穹顶重新储存，等待下一轮充电循环。

这套系统所用的原理和技术没有火箭科学那么高精尖，但总得有人率先把所有环节整合起来，并找到经济可行的实现方式。斯帕达奇尼表示，他的公司做到的正是这件事，也为它申请了专利。“比如涡轮机械如何密封、热能如何在储热系统中保存、冷凝后如何储存热量……我们在这些细节方面的创新都能显著降低成本并提高效率。”他说。

该公司并未采用排放捕集或空气捕集的二氧化碳，而是使用了专门制备的高纯度二氧化碳，因为捕集的二氧化碳含有杂质和水分，会加速设备中钢材的劣化。

如果穹顶被刺破会怎样？

这项技术的不足之处在于，穹顶能源公司的设施占地面积大约是同等容量锂离子电池系统的两倍，而且这些穹顶的最高点高度与体育场相当，整体跨度则比体育场更大，可能引发部分周边居民的“邻避效应”。

那如果遇到龙卷风呢？斯帕达奇尼表示，穹顶可承受时速高达每小时160公里的强风。他说，如果公司可以提前半天收到极端天气预警，就能直接将二氧化碳压缩并储存在罐体中，再把外层穹顶放气收起。

假如最坏的情况发生——穹顶被刺破——2000吨二氧化碳会泄漏到大气中。这相当于一架波音777客机在纽约和伦敦之间往返约15次的总排放量。“但与一座燃煤电厂的排放量相比，这几乎可以忽略不计。”斯帕达奇尼说。不过，他也说，在气体完全消散前，人们需要撤离到距现场70米之外的区域。

这样的风险是否值得？从争相排队建设这些系统的公司来看，答案显然是肯定的。

资料来源 IEEE

————————

本文作者艾米丽·瓦尔茨（Emily Waltz）是哥伦比亚大学新闻学硕士，主要报道领域为电力和能源