CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：超臨界CO2透平是一種以超臨界CO2為工質(zhì)的基于布雷頓循環(huán)原理的動力發(fā)電設(shè)備，是一種比傳統(tǒng)蒸汽輪機更為先進的發(fā)電裝備，作為一種外燃機，其也可采用太陽能作為熱源，由此也誕生了基于超臨界CO2循環(huán)的光熱發(fā)電技術(shù)。

　　據(jù)中國科技開發(fā)院光熱發(fā)電專家孫海翔介紹，“超臨界CO2透平的歷史可追溯到1970年代。由于其功率密度高，葉片的應(yīng)力很大，其輪盤和葉片需要一次性整體加工，當時的加工工藝難以滿足。直到1990年代中期，五軸加工中心廣泛使用，渦輪制造工藝得以突破，才開始商業(yè)化產(chǎn)品的研發(fā)。”

　　對于這種新型發(fā)動機的研發(fā)，美國目前走在世界的前列。孫海翔提供的相關(guān)資料顯示，美國能源部（DOE）從2004年開始該項目的研發(fā)，目標是為核電站、太陽能光熱發(fā)電、余熱利用等研發(fā)下一代動力設(shè)備。值得關(guān)注的是，DOE對此的研發(fā)隸屬于美國SunShot太陽能熱發(fā)電計劃支持下的項目，其此前已完成了10MW樣機的工程設(shè)計，計劃在今年完成制造。與此同時，100MW級的發(fā)動機也在同步設(shè)計中。

　　同時，日本也在加緊研制此類設(shè)備。日本東芝與美國Exelon和CB&I從2012年6月開始合作，力爭在2017年完成250MW級商業(yè)電站的超臨界CO2發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)。東芝現(xiàn)正研制20MWe（50MWt）樣機，并已完成超臨界CO2循環(huán)壓力燃燒試驗，壓力已達30MPa。

　　超臨界CO2透平具有優(yōu)良的特性，主要表現(xiàn)在：其功率密度高，體積小，一般為蒸汽輪機的1/20~1/30，10兆瓦規(guī)模的設(shè)備僅4到6立方米；其成本低，初始投資比蒸汽輪機低30%~40%；比燃氣輪機低20%；其熱效率高，最高可達55%；其結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)量少；其工作溫度低（與燃氣輪機相比），成本低；其屬于外燃機，可以使用多種燃料，能源安全性高；由于超臨界CO2循環(huán)的簡潔性，其可以作為聯(lián)合循環(huán)的底循環(huán)；由于超臨界二氧化碳循環(huán)屬于單相循環(huán)（布雷頓循環(huán)），沒有相變過程，不使用凝汽器，所使用的閥的數(shù)量，只有朗肯循環(huán)的十分之一；可以使用常規(guī)的不銹鋼材料，制造成本低。

　　超臨界CO?系統(tǒng)是一種高級電力循環(huán)系統(tǒng)，其采用二氧化碳作為工作介質(zhì)、在封閉的布雷頓熱力循環(huán)中做功，熱電轉(zhuǎn)換效率遠高于以蒸汽作為工作介質(zhì)的傳統(tǒng)蒸汽輪機和以燃氣為介質(zhì)的燃氣輪機。在SunShot計劃的支持下，包括Brayton能源公司、美國國家可再生能源實驗室、西南研究所等多家單位都獲得了資金支持研究與此相關(guān)的技術(shù)。

　　超臨界CO2透平如果用于地面發(fā)電廠，除了體積小、重量輕之外，還可以不用水，適合荒漠缺水地區(qū)的應(yīng)用，是太陽能光熱發(fā)電的理想選擇，使用CO2做工質(zhì)時，不存在工質(zhì)凍結(jié)的問題，管路上不用電伴熱，施工簡單，并可顯著降低成本。其應(yīng)用于太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)可實現(xiàn)效率的顯著提升。系統(tǒng)僅需要較低的熱量即可啟動發(fā)電機、其應(yīng)對負荷變化調(diào)整迅速、支持快速啟停，這些優(yōu)點是普通發(fā)電系統(tǒng)所無法比擬的。SolarReserve首席技術(shù)官Bill Gould曾表示，此種技術(shù)對光熱發(fā)電站啟動過慢的缺陷是一種有益的改善。

　　NREL主持超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)10MW級示范項目的高級工程師和主要負責人Craig Turchi也曾表示，經(jīng)過我們此前的一系列研究，我們認為超臨界二氧化碳作為工質(zhì)的光熱發(fā)電系統(tǒng)在高達600到700攝氏度的溫度范圍內(nèi)運行都可以有良好表現(xiàn)。超臨界二氧化碳發(fā)電可以在500攝氏度以上，20兆帕的大氣壓下實現(xiàn)高效率的熱能利用，可以輕松達到45%以上，這將有效提高電力產(chǎn)能。美國能源部之所以支持此項研發(fā)，也是看到了此項技術(shù)在提高發(fā)電效率和降低成本方面的巨大潛力。

　　超臨界CO2循環(huán)對光熱發(fā)電的LCOE到底將造成何種影響？在此前的一篇文章中，我們有過一些預(yù)測性的研究和分析，結(jié)論是超臨界CO?的應(yīng)用預(yù)期可以幫助光熱發(fā)電實現(xiàn)10%左右的LCOE成本削減。雖然只是一種預(yù)測，但可以肯定的是，采用這種變革性的技術(shù)將大大助力光熱發(fā)電及早邁向平價上網(wǎng)。

　　整體來看，超臨界CO2循環(huán)系統(tǒng)的研發(fā)在全球范圍內(nèi)目前仍是一個新課題，但其優(yōu)良的特性和對發(fā)電技術(shù)可能帶來的顛覆已經(jīng)受到了越來越廣泛的認知，其技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用進程的速度也正在逐步加快。

　　反觀國內(nèi)，國內(nèi)電力系統(tǒng)目前對超臨界CO2循環(huán)技術(shù)的認識還處于十分初級的層面，對該系統(tǒng)進行研發(fā)和示范的機構(gòu)也少之又少，這一點應(yīng)引起我們的足夠重視。中國科學(xué)院電工研究所研究員王志峰就曾在公開場合呼吁，光熱發(fā)電行業(yè)和電力行業(yè)應(yīng)重視超臨界CO2循環(huán)發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，這是一種可能帶來發(fā)電系統(tǒng)變革的技術(shù)。