目前，中國有近60%電力是由燃煤電廠提供的。一般燃煤電廠的主要設備是三大件：鍋爐、汽輪機和發電機。
他們是這樣“合作”的：鍋爐把水“燒開”產生高溫高壓蒸汽，蒸汽進入汽輪機，經過一系列噴嘴和動葉，將蒸汽熱能轉化為汽輪機轉子旋轉的機械能，進而帶動發電機進行發電。
以上是傳統套路，而只要將二氧化碳好好利用一番，就能不走尋常路
在當前節能減排的大背景下，全球范圍內電廠都在致力于提高效率。在蒸汽發電領域，提高蒸汽溫度有助于提升發電效率。不過一旦蒸汽溫度達到700攝氏度，二氧化碳循環將比現有的水蒸汽循環更有效率。
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一定限值，處于“超臨界”狀態，兼具氣體特性和液體特性。此時的二氧化碳體積比常溫常壓時的氣態有明顯減小，這樣一來，渦輪機的尺寸就可以減小。
我國自主研發建造的國內首座大型二氧化碳循環發電試驗機組完成72小時試運行，在西安華能試驗基地正式投運。
剛剛投運的二氧化碳循環發電試驗機組，看上去比傳統的水蒸氣機組小了不少。它身體里流動的不再是水和蒸汽，而是二氧化碳。
循環利用二氧化碳驅動發電機發電，與傳統蒸汽發電相比具有三大優勢。
據華能西安熱工研究院董事長蘇立新介紹，一是體積小，同等裝機容量，二氧化碳發電機組體積只有蒸汽機組的1/25；二是效率高，在600℃溫度下，發電效率比蒸汽機組高3至5個百分點；三是污染小，采用二氧化碳機組的燃煤電廠，單位發電量碳排放強度可減少10%。
這臺由我國華能集團歷經7年自主研發制造的二氧化碳循環發電試驗機組，攻克了近千項技術難題，核心設備國產化率達到100%，申請專利超過400項。它的成功投運，不僅可以提升火力發電效率，還可以作為調峰電源，促進風電、光伏發電等清潔能源的消納利用。
華北電力大學校長、中國工程物理學會副理事長楊勇平說，二氧化碳循環發電在世界上屬于前沿領域。它的靈活性好，可以快速啟停，快速變負荷，這對于消納新能源是非常有利的。
專家介紹，未來，二氧化碳循環發電技術還將進一步應用于靈活火電、高效光熱、核電、儲能等領域，為推動構建以新能源為主體的新型電力系統提供技術支撐。
超臨界二氧化碳簡介
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性好、傳熱效果高、壓縮性小、適于熱力循環的獨特性質，再加上二氧化碳臨界溫度和壓力較低，遠遠低于水的臨界點，化學性質穩定，工程可實現性較好，可在接近室溫條件下達到超臨界狀態，使超臨界二氧化碳稱為理想的熱力循環工質。
二氧化碳的臨界點溫度約為攝氏31度，壓力約為7.8MPa（78個大氣壓），將二氧化碳加壓加溫到這個臨界點壓力和溫度之上就能得到超臨界二氧化碳 （sco2）。在接近臨界點時，sco2具有接近液態的密度和比熱容，但其粘性接近于氣態。如果將其用來做動力循環的工質，如朗肯循環和布雷頓循環，它能夠在很小的體積內傳遞很大的能量。
超臨界二氧化碳發電技術
sco2工質的優異性
例如同樣300MW的額定發電功率，以sco2為工質的膨脹機的體積是以水蒸氣為工質的蒸汽輪機的1/100.由于sco2 在傳遞能量方面的優異特性，將它用于動力循環中能顯著提高循效率。2004年，MIT的Dostal等人計算了將sco2用于下一代核反應堆的可行性，結果表明，采用一級再壓縮和兩級回熱的sco2布雷頓循環，在熱源溫度650度，壓比超過3時熱功率轉換效率>50%。再加上該效率對環境溫度不敏感，非常適合于無水冷卻，這使得超臨界二氧化碳布雷頓循環特別適合于太陽能光熱和新一代高溫冷堆核電站，能夠給這兩個行業帶來顛覆性變化。
sco2循環發展前景
當前我國環境急劇惡化，究其原因，一次能源中煤炭的比例過大是最重要的因素，因此，能源結構調整迫在眉睫，加大天然氣、核能和新能源的比例是解決問題的關鍵。與此同時，大量的低溫余熱可回收利用。sco2的布雷頓循環可以用于前者，其大于50%的熱電轉換效率對太陽能發電和新一代高溫氣冷堆核電行業極具吸引力。sco2朗肯循環可以用于后者，它的工質無毒無害，是有機朗肯循環無法比擬的，而其體積小、效率高的優勢，又有取代傳統蒸汽輪機的趨勢。因此，發展 SCO2動力循環對節能減排和新能源產業（尤其是太陽能熱發電和核能）具有顛覆性的意義。
整體來看，SCO2布雷頓循環發電系統的研發在全球范圍內目前仍是一個新課題，但其優良的特性和對發電技術可能帶來的顛覆已經受到了越來越廣泛的認知，其技術研發和商業化應用進程的速度也正在逐步加快，市場前景十分廣闊。
然而，目前國內電力系統對sco2循環技術的認知還處于十分初級的層面，對該系統進行研發和示范的機構也少之又少。
sco2發電技術前景
從文獻研究來看，超臨界二氧化碳的應用在上世紀就有多方面的研究，美國海軍上世紀70年代就有人進行超臨界二氧化碳循應用于艦船發電方面的研究，這從麻省理工1977年的一篇碩士論文可見一斑。
本世紀以來，在能源、環保問題加劇的情況下，超臨界二氧化碳發電更是引起各國的關注。從2007年以來，美國已經舉辦了四屆（分別在2007、 2009、2011、2014年舉行）超臨界二氧化碳發電循環的國際會議，除美國外，英、德、日、韓、西班牙等均有研究人員參會。
從超臨界二氧化碳發電循環的發展來看，可應用于核能、礦石燃料、太陽能和地熱發電，也可衍生于工業廢熱回收等，在艦船的應用上，在提高發電效率，節省能源，減小發電系統體積和重量等諸多方面均有優勢。
來源：GE、參考消息等
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