12 月 8 日，我國自主研發(fā)建造的世界參數(shù)最高、容量最大的，世界首座 5MWe 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，并在西安華能試驗(yàn)基地正式投運(yùn)。

系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)稱，該技術(shù)標(biāo)志著我國在超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先水平。

二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)有多重要？為何說它甚至有望，徹底改變傳統(tǒng)熱力發(fā)電技術(shù) 140 多年來的發(fā)電方式。

要知道自工業(yè)革命初始階段，瓦特在紐可門的基礎(chǔ)上改進(jìn)了蒸汽機(jī)，大大提高了蒸汽機(jī)的效率，帶來了人類歷史上第一次技術(shù)革命之后，水就成了人類文明將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要工質(zhì)。直到今天，幾乎所有的機(jī)械動(dòng)力設(shè)備，比如交通運(yùn)輸中的飛機(jī)、火車、汽車、輪船，或是給千家萬戶提供能量的火電站，追根溯源，都能找到蒸汽機(jī)的影子。

并且只有少數(shù)水力發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電，以及太陽能發(fā)電等，可以脫離燒開水的模式。就連號(hào)稱能帶來無限能源的核能，與火電的區(qū)別也不過是在用核能燒開水而已，它們都需要先將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。

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重要的是，目前中國電力結(jié)構(gòu)仍然以火力發(fā)電為主，其在 2020 年占比接近 68%。同時(shí)為了適應(yīng)當(dāng)前節(jié)能減排的大背景下，全球范圍內(nèi)電廠也都在致力于提高效率。而在蒸汽發(fā)電領(lǐng)域想要提升發(fā)電效率，就必須提高蒸汽溫度。不過一旦蒸汽溫度達(dá)到 700 攝氏度，其發(fā)電效率的提升就不再具備優(yōu)勢。因此人們將目光指向了二氧化碳。

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(tài)。此時(shí)的二氧化碳處于氣液不分的狀態(tài)，兼具氣體特性和液體特性。即具有液體密度大、傳熱效果高、做功能力強(qiáng)、壓縮性小的特性；也具有氣體粘性小，流動(dòng)性強(qiáng)，系統(tǒng)循環(huán)損耗小的特性，非常適用于熱力循環(huán)。

上圖：超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電裝置

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)，使超臨界二氧化碳成為理想的熱力循環(huán)工質(zhì)。并且超臨界二氧化碳的體積比常溫常壓時(shí)的氣態(tài)有明顯減小，這樣一來，渦輪機(jī)的尺寸就可以減小。

據(jù)介紹，在同等裝機(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。因此這種發(fā)電技術(shù)對于艦船來說，有著極大的應(yīng)用價(jià)值，特別是對于航空母艦等軍艦而言。例如美國海軍堆項(xiàng)目組下屬諾爾斯原子能實(shí)驗(yàn)室與貝蒂斯實(shí)驗(yàn)室，就正在探索超臨界二氧化碳在船舶動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。

2010年，他們已建成一座100 kW電功率的整體試驗(yàn)系統(tǒng)，1 000~3 000 kW電功率的超臨界二氧化碳試驗(yàn)的前期工作也在進(jìn)行中。然而從文獻(xiàn)研究來看，美國海軍對于超臨界二氧化碳循應(yīng)用于艦船發(fā)電方面的研究，其實(shí)早在上個(gè)世紀(jì) 70 年代就已經(jīng)開始了。

除此之外，歐盟、日本、韓國也先后開展了超臨界二氧化碳動(dòng)力裝置的研究。其中歐盟于 1997 年就已開展了基于超臨界二氧化碳循環(huán)的新一代反應(yīng)堆的論證。 再加上本世紀(jì)以來，在能源、環(huán)保問題加劇的情況下，超臨界二氧化碳發(fā)電更是引起各國的關(guān)注。

然而現(xiàn)如今，由我國自主研發(fā)的目前世界上參數(shù)最高、容量最大的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)機(jī)組，已順利完成 72 小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)行，并且其系統(tǒng)核心設(shè)備的國產(chǎn)化率達(dá)到了 100%。

據(jù)測算，由于超臨界二氧化碳循環(huán)無相變，壓縮過程中壓縮功有效減小，只占渦輪輸出功的 30 多，而燃?xì)廨啓C(jī)則要占到50多到60多。因此與傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電相比，循環(huán)利用二氧化碳驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電不僅體積小，效率也很高。數(shù)據(jù)顯示，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)。并且采用二氧化碳機(jī)組的燃煤電廠的污染更小，單位發(fā)電量碳排放強(qiáng)度可減少 10%。

重要的是該項(xiàng)目于 2014 年啟動(dòng)，先后聯(lián)合國內(nèi)著名高校、科研院所、設(shè)計(jì)單位、制造企業(yè)和工程建設(shè)單位等30余家單位，僅經(jīng)過7年的艱苦努力，便成功實(shí)現(xiàn)了我國在大型超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電裝備領(lǐng)域的自主可控。這意味著中國雖然起步晚，但成功做到后來居上，站在了世界熱力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域最前沿。

因此可以預(yù)測，在未來，二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)必定將進(jìn)一步靈活應(yīng)用于火電、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。