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CSPPLAZA光熱發電網訊：近日，由(you)美國(guo)西南研究院(yuan)(SwRI)與美國(guo)通用電氣公司GE聯合設計并(bing)制(zhi)造的全球運行溫度(du)最高的超(chao)臨(lin)界二氧化碳（sCO2）渦輪機順利(li)通過了測試。相關研究人員指出，測試結果表明這種sCO2渦輪機兼具(ju)降(jiang)低電站成本(ben)和提升電站運行效(xiao)率的優(you)勢，未來(lai)可使(shi)得小型(xing)光(guang)熱電站更具(ju)市場競爭力。

據SwRI機(ji)械工程(cheng)師Jeffrey Moore博士介紹，該10MW渦(wo)輪機(ji)僅僅只(zhi)有(you)大約一(yi)張普通桌子的尺寸大小，卻可(ke)以提供全球工業透平(ping)范圍(wei)內最高(gao)的功率密度(du)，目前只(zhi)有(you)用于航(hang)天飛機(ji)引擎的渦(wo)輪泵可(ke)與之(zhi)匹敵。

圖(tu)：超臨界二(er)氧化碳渦輪機

傳統(tong)光熱發(fa)電系統(tong)的(de)熱效率(lv)一般為35％至40％，而配備(bei)sCO2渦輪(lun)機的(de)光熱發(fa)電系統(tong)可實現(xian)近(jin)50%的(de)熱效率(lv)。

提高動力循環(huan)的(de)(de)熱(re)(re)(re)效率是降低(di)CSP裝置的(de)(de)平準化(hua)能(neng)(neng)源成(cheng)(cheng)本（LCOE）的(de)(de)關鍵。 美(mei)(mei)國能(neng)(neng)源部（DOE）已為CSP設定了到2030年儲能(neng)(neng)12小時的(de)(de)光(guang)熱(re)(re)(re)發電系統達到50美(mei)(mei)元/兆(zhao)瓦時的(de)(de)成(cheng)(cheng)本目標，低(di)于2017年估計(ji)的(de)(de)103美(mei)(mei)元/兆(zhao)瓦時。美(mei)(mei)國能(neng)(neng)源部太陽能(neng)(neng)技術辦公室（SETO）光(guang)熱(re)(re)(re)發電項目經理Avi Shultz表(biao)示，實現(xian)50%的(de)(de)熱(re)(re)(re)效率使得這一成(cheng)(cheng)本目標向前邁進了五(wu)分之一。

這種(zhong)尺寸小但功力(li)強大(da)的(de)渦輪(lun)機(ji)可耐受高(gao)(gao)(gao)達715℃的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)以及近(jin)3,600psi（pounds per square inch，1psi=6.895kPa）的(de)高(gao)(gao)(gao)壓，且應(ying)用(yong)范圍極廣，適(shi)用(yong)電站裝機(ji)最高(gao)(gao)(gao)達450MW。GE高(gao)(gao)(gao)級首席工程師Doug Hofer表(biao)示，在超過700℃的(de)工況(kuang)下(xia)，基于超臨(lin)界(jie)二氧化碳的(de)動力(li)循環系(xi)(xi)統會比蒸汽循環系(xi)(xi)統更高(gao)(gao)(gao)效(xiao)。

得益于(yu)sCO2動(dong)力(li)循環所帶來的效率提(ti)升，光熱電(dian)站(zhan)即使在(zai)沒有(you)規模效益的條件(jian)下(xia)也可(ke)以獲得頗具競爭力(li)的電(dian)價。

Shultz表示，即使在裝機(ji)(ji)規(gui)模(mo)低(di)于百(bai)兆瓦的(de)光熱(re)電(dian)站中(zhong)，sCO2動力(li)循環依然可以保障(zhang)相對較(jiao)高的(de)運行(xing)效率，其可幫助裝機(ji)(ji)規(gui)模(mo)較(jiao)小(xiao)(xiao)（≤50MW）且(qie)成本較(jiao)低(di)的(de)小(xiao)(xiao)型(xing)光熱(re)電(dian)站實(shi)現與(yu)傳統大型(xing)光熱(re)電(dian)站相同的(de)運行(xing)效率，這(zhe)將為小(xiao)(xiao)型(xing)光熱(re)電(dian)站的(de)開發帶來新的(de)市場契機(ji)(ji)。另(ling)外，sCO2渦輪(lun)機(ji)(ji)還應(ying)具備更(geng)優(you)良(liang)的(de)快(kuai)速(su)啟動性能，因(yin)為其體積較(jiao)傳統大型(xing)蒸汽輪(lun)機(ji)(ji)更(geng)小(xiao)(xiao)，需要更(geng)強的(de)“爆發力(li)”。

Shultz進一步(bu)指出，渦(wo)輪(lun)膨脹機(ji)和(he)渦(wo)輪(lun)機(ji)的技(ji)術創新與(yu)商業化(hua)離不開(kai)與(yu)之相關部件的同(tong)步(bu)研發。由SETO和(he)DOE資助的一些項(xiang)目正在研發與(yu)該sCO2渦(wo)輪(lun)機(ji)相匹配(pei)的其他部件，例如壓(ya)縮機(ji)、換(huan)熱器(qi)、軸承和(he)密封零件，以及(ji)熱交(jiao)換(huan)器(qi)等。

已有(you)研究表明，熱(re)交換器(qi)才是(shi)制(zhi)約發電系(xi)統瞬態運行的部件。對此，一(yi)群(qun)來(lai)自美(mei)國(guo)大學的研究人(ren)員于近期開發出一(yi)種由新型“金屬陶(tao)(tao)瓷(ci)”（陶(tao)(tao)瓷(ci)和(he)金屬制(zhi)成(cheng)(cheng)的材(cai)料）制(zhi)成(cheng)(cheng)的換熱(re)器(qi)，可用于高溫SCO2電站。測試證明，這種金屬陶(tao)(tao)瓷(ci)換熱(re)器(qi)比目前采用鋼(gang)和(he)鎳基(ji)設計的換熱(re)器(qi)更堅固耐用。

GE研究小組將在全(quan)球首(shou)個10MW的sCO2電站(zhan)--超(chao)臨界轉化電力（STEP）試驗電站(zhan)中對該sCO2渦輪機的各種“版本”進(jin)(jin)行(xing)測試，同時，不同“版本”的其他相關(guan)關(guan)鍵部件也(ye)會進(jin)(jin)行(xing)測試。

Shultz指(zhi)出，超高(gao)溫光熱系統(tong)實現大規模商業(ye)部署還需(xu)要(yao)幾年時間，當(dang)下需(xu)要(yao)通過測(ce)試(shi)(shi)來降低關鍵部件的(de)風險性，并證明(ming)技術的(de)可(ke)行性。測(ce)試(shi)(shi)成功后(hou)，將sCO2動力(li)循環集(ji)成到商業(ye)塔(ta)式光熱電(dian)(dian)站中是沒有問(wen)題(ti)的(de)，采用先進熔鹽塔(ta)式技術路線的(de)電(dian)(dian)站可(ke)直(zhi)接實現超臨(lin)界(jie)二氧化碳循環改造。

目前，北京首航艾啟威(wei)節能技術(shu)股份有限(xian)公司(si)與法國(guo)電力公司(si)、EDF（中國(guo)）投(tou)資有限(xian)公司(si)正針(zhen)對首航節能敦煌10MW光熱示范(fan)電站實施(shi)超臨界二氧化碳循環改造，整體改造計劃于(yu)2020年底完(wan)工。

附英文原文鏈接：