目前，中國(guó)有近60%電力是由燃煤電廠提供的。一般燃煤電廠的主要設(shè)備是三大件：鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。

        他們是這樣“合作”的：鍋爐把水“燒開(kāi)”產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，經(jīng)過(guò)一系列噴嘴和動(dòng)葉，將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

        以上是傳統(tǒng)套路，而只要將二氧化碳好好利用一番，就能不走尋常路

        在當(dāng)前節(jié)能減排的大背景下，全球范圍內(nèi)電廠都在致力于提高效率。在蒸汽發(fā)電領(lǐng)域，提高蒸汽溫度有助于提升發(fā)電效率。不過(guò)一旦蒸汽溫度達(dá)到700攝氏度，二氧化碳循環(huán)將比現(xiàn)有的水蒸汽循環(huán)更有效率。

        具體的做法就是將二氧化碳升壓、加熱，使其壓力和溫度超過(guò)一定限值，處于“超臨界”狀態(tài)，兼具氣體特性和液體特性。此時(shí)的二氧化碳體積比常溫常壓時(shí)的氣態(tài)有明顯減小，這樣一來(lái)，渦輪機(jī)的尺寸就可以減小。

       我國(guó)自主研發(fā)建造的國(guó)內(nèi)首座大型二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)機(jī)組完成72小時(shí)試運(yùn)行，在西安華能試驗(yàn)基地正式投運(yùn)。

        剛剛投運(yùn)的二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)機(jī)組，看上去比傳統(tǒng)的水蒸氣機(jī)組小了不少。它身體里流動(dòng)的不再是水和蒸汽，而是二氧化碳。

        循環(huán)利用二氧化碳驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，與傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電相比具有三大優(yōu)勢(shì)。

        據(jù)華能西安熱工研究院董事長(zhǎng)蘇立新介紹，一是體積小，同等裝機(jī)容量，二氧化碳發(fā)電機(jī)組體積只有蒸汽機(jī)組的1/25；二是效率高，在600℃溫度下，發(fā)電效率比蒸汽機(jī)組高3至5個(gè)百分點(diǎn)；三是污染小，采用二氧化碳機(jī)組的燃煤電廠，單位發(fā)電量碳排放強(qiáng)度可減少10%。

        這臺(tái)由我國(guó)華能集團(tuán)歷經(jīng)7年自主研發(fā)制造的二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)機(jī)組，攻克了近千項(xiàng)技術(shù)難題，核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到100%，申請(qǐng)專(zhuān)利超過(guò)400項(xiàng)。它的成功投運(yùn)，不僅可以提升火力發(fā)電效率，還可以作為調(diào)峰電源，促進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電等清潔能源的消納利用。

        華北電力大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)工程物理學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)楊勇平說(shuō)，二氧化碳循環(huán)發(fā)電在世界上屬于前沿領(lǐng)域。它的靈活性好，可以快速啟停，快速變負(fù)荷，這對(duì)于消納新能源是非常有利的。

        專(zhuān)家介紹，未來(lái)，二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)還將進(jìn)一步應(yīng)用于靈活火電、高效光熱、核電、儲(chǔ)能等領(lǐng)域，為推動(dòng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

        超臨界二氧化碳簡(jiǎn)介

        超臨界二氧化碳（supercritical carbon dioxide,s-co2 ）是指溫度和壓力均在臨界點(diǎn)以上的二氧化碳流體。超臨界二氧化碳具有超臨界流體流動(dòng)性好、傳熱效果高、壓縮性小、適于熱力循環(huán)的獨(dú)特性質(zhì)，再加上二氧化碳臨界溫度和壓力較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的臨界點(diǎn)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工程可實(shí)現(xiàn)性較好，可在接近室溫條件下達(dá)到超臨界狀態(tài)，使超臨界二氧化碳稱(chēng)為理想的熱力循環(huán)工質(zhì)。

        二氧化碳的臨界點(diǎn)溫度約為攝氏31度，壓力約為7.8MPa（78個(gè)大氣壓），將二氧化碳加壓加溫到這個(gè)臨界點(diǎn)壓力和溫度之上就能得到超臨界二氧化碳 （sco2）。在接近臨界點(diǎn)時(shí)，sco2具有接近液態(tài)的密度和比熱容，但其粘性接近于氣態(tài)。如果將其用來(lái)做動(dòng)力循環(huán)的工質(zhì)，如朗肯循環(huán)和布雷頓循環(huán)，它能夠在很小的體積內(nèi)傳遞很大的能量。

         超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)

         sco2工質(zhì)的優(yōu)異性

         例如同樣300MW的額定發(fā)電功率，以sco2為工質(zhì)的膨脹機(jī)的體積是以水蒸氣為工質(zhì)的蒸汽輪機(jī)的1/100.由于sco2 在傳遞能量方面的優(yōu)異特性，將它用于動(dòng)力循環(huán)中能顯著提高循效率。2004年，MIT的Dostal等人計(jì)算了將sco2用于下一代核反應(yīng)堆的可行性，結(jié)果表明，采用一級(jí)再壓縮和兩級(jí)回?zé)岬膕co2布雷頓循環(huán)，在熱源溫度650度，壓比超過(guò)3時(shí)熱功率轉(zhuǎn)換效率>50%。再加上該效率對(duì)環(huán)境溫度不敏感，非常適合于無(wú)水冷卻，這使得超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)特別適合于太陽(yáng)能光熱和新一代高溫冷堆核電站，能夠給這兩個(gè)行業(yè)帶來(lái)顛覆性變化。

        sco2循環(huán)發(fā)展前景

        當(dāng)前我國(guó)環(huán)境急劇惡化，究其原因，一次能源中煤炭的比例過(guò)大是最重要的因素，因此，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整迫在眉睫，加大天然氣、核能和新能源的比例是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。與此同時(shí)，大量的低溫余熱可回收利用。sco2的布雷頓循環(huán)可以用于前者，其大于50%的熱電轉(zhuǎn)換效率對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電和新一代高溫氣冷堆核電行業(yè)極具吸引力。sco2朗肯循環(huán)可以用于后者，它的工質(zhì)無(wú)毒無(wú)害，是有機(jī)朗肯循環(huán)無(wú)法比擬的，而其體積小、效率高的優(yōu)勢(shì)，又有取代傳統(tǒng)蒸汽輪機(jī)的趨勢(shì)。因此，發(fā)展 SCO2動(dòng)力循環(huán)對(duì)節(jié)能減排和新能源產(chǎn)業(yè)（尤其是太陽(yáng)能熱發(fā)電和核能）具有顛覆性的意義。

         整體來(lái)看，SCO2布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)在全球范圍內(nèi)目前仍是一個(gè)新課題，但其優(yōu)良的特性和對(duì)發(fā)電技術(shù)可能帶來(lái)的顛覆已經(jīng)受到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)知，其技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程的速度也正在逐步加快，市場(chǎng)前景十分廣闊。

        然而，目前國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)對(duì)sco2循環(huán)技術(shù)的認(rèn)知還處于十分初級(jí)的層面，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)和示范的機(jī)構(gòu)也少之又少。

         sco2發(fā)電技術(shù)前景

         從文獻(xiàn)研究來(lái)看，超臨界二氧化碳的應(yīng)用在上世紀(jì)就有多方面的研究，美國(guó)海軍上世紀(jì)70年代就有人進(jìn)行超臨界二氧化碳循應(yīng)用于艦船發(fā)電方面的研究，這從麻省理工1977年的一篇碩士論文可見(jiàn)一斑。

        本世紀(jì)以來(lái)，在能源、環(huán)保問(wèn)題加劇的情況下，超臨界二氧化碳發(fā)電更是引起各國(guó)的關(guān)注。從2007年以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)舉辦了四屆（分別在2007、 2009、2011、2014年舉行）超臨界二氧化碳發(fā)電循環(huán)的國(guó)際會(huì)議，除美國(guó)外，英、德、日、韓、西班牙等均有研究人員參會(huì)。

        從超臨界二氧化碳發(fā)電循環(huán)的發(fā)展來(lái)看，可應(yīng)用于核能、礦石燃料、太陽(yáng)能和地?zé)岚l(fā)電，也可衍生于工業(yè)廢熱回收等，在艦船的應(yīng)用上，在提高發(fā)電效率，節(jié)省能源，減小發(fā)電系統(tǒng)體積和重量等諸多方面均有優(yōu)勢(shì)。

        來(lái)源：GE、參考消息等

        “十四五”初年，在“雙碳目標(biāo)”背景下，為助力能源轉(zhuǎn)型，促進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)變革與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)際能源網(wǎng)憑借16年蓄積之力，繼續(xù)構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)重磅年度盛會(huì)。

         “2021第六屆中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)論壇”將在北京舉辦。論壇以“能源轉(zhuǎn)型 光伏先行”為主題，將深入解讀新時(shí)代能源高質(zhì)量發(fā)展形勢(shì)與政策，探討新型電力系統(tǒng)下光儲(chǔ)充一體化的發(fā)展機(jī)遇，宣揚(yáng)業(yè)內(nèi)新技術(shù)、新產(chǎn)品與創(chuàng)新理念，探索光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展新目標(biāo)，并對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)各先進(jìn)企業(yè)進(jìn)行表彰，凝心聚力為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策！