能源發(fā)展的問題始終伴隨著人類文明的發(fā)展，有研究能源問題的學(xué)者認(rèn)為人類文明的發(fā)展史本質(zhì)上是一部能源發(fā)展史，這種說法并不為過。人類從單純使用化石能源，再到利用化石能源、熱能等能量形式產(chǎn)生電能，經(jīng)歷了上千年的時間。而在如今這個科技高速發(fā)展的時代，能源革命的周期大大縮短，未來十幾年可能隨時發(fā)生能源革命。

近日，中國華能集團(tuán)有限公司對外宣布，該公司研發(fā)的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)機(jī)組順利完成了72小時的試運(yùn)行。據(jù)了解，這臺發(fā)電機(jī)組是目前世界上參數(shù)最高、容量最大的二氧化碳發(fā)電機(jī)組，它在滿載階段的發(fā)電功率達(dá)到5兆瓦，而且系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)都符合安全生產(chǎn)的要求，為我國未來幾年發(fā)展二氧化碳發(fā)電繼續(xù)開拓道路。

對二氧化碳發(fā)電不了解的朋友可能想知道，二氧化碳也能用來發(fā)電？為什么二氧化碳前頭還要加“超臨界”這三個字進(jìn)行限定？這種發(fā)電方式和以往的發(fā)電方式相比有何不同？

二氧化碳發(fā)電是什么原理？

發(fā)電的方式有很多種，常見的就有火力發(fā)電、水力發(fā)電以及核能發(fā)電，這三種主要的發(fā)電方式都需要利用一種介質(zhì)，那就是水。火力發(fā)電和核能發(fā)電是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，也就是說熱能將水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，水蒸氣帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)動。因此火力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠的區(qū)域內(nèi)一般都會有一個巨大的冷卻塔，它的作用是冷卻水蒸氣，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。

現(xiàn)階段來看，這種工質(zhì)還未暴露出問題，但從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看，水資源始終是緊缺的資源，而二氧化碳在地球上則十分充足，因此科學(xué)家們早在十幾年前就開始研究如何讓二氧化碳替代水成為發(fā)電的工質(zhì)。科學(xué)家通過大量的實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，二氧化碳確實(shí)能充當(dāng)工質(zhì)，但對它的形態(tài)有非常高的要求，普通氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)下的二氧化碳都無法成為工質(zhì)。

只有處于超臨界狀態(tài)下的二氧化碳才能充當(dāng)工質(zhì)，那么什么是超臨界狀態(tài)呢？眾所周知，物質(zhì)的狀態(tài)會隨著環(huán)境的溫度和壓力的變化而變化，絕大多數(shù)物質(zhì)都有氣、液、固三態(tài)，但這三種狀態(tài)之間的切換存在臨界點(diǎn)，超臨界指的就是處于氣液平衡之間的臨界點(diǎn)。超臨界狀態(tài)的物質(zhì)有氣液不分的特征，肉眼無法區(qū)分物質(zhì)的氣液分界面，這樣的物質(zhì)具有粘度低、密度大、具有出色的流動性、傳導(dǎo)性等特征。

超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是：先讓二氧化碳進(jìn)入壓縮機(jī)升壓，再進(jìn)入換熱機(jī)加熱，從而形成超臨界二氧化碳。然后將這種工質(zhì)推入渦輪機(jī)中，讓它推動渦輪機(jī)做功，從而產(chǎn)生電能。做完功的超臨界二氧化碳最后會進(jìn)入冷卻器，它在里面會恢復(fù)氣態(tài)，然后經(jīng)過管道輸送回到一開始的壓縮機(jī)，進(jìn)行循環(huán)利用。

用超臨界二氧化碳作為工質(zhì)有哪些優(yōu)勢？

首先，從長期的形勢來看，二氧化碳的供應(yīng)要比水的供應(yīng)更穩(wěn)定可靠，即使地球上沒有了氧氣和水，還是會存在二氧化碳。其次，超臨界二氧化碳的密度很高，這使得在同質(zhì)量的情況下它的體積要比超臨界水小。對于發(fā)電機(jī)而言，工質(zhì)擁有更高的密度，往往意味著更高的傳輸效率。

其次，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，超臨界二氧化碳在壓縮過程中所做的功有效縮小，比蒸汽機(jī)的效率高出3%~5%。千萬別小看只有個位數(shù)的效率提高，只要基數(shù)夠大，百分之一的提高也是截然不同的改善。再者，超臨界二氧化碳作為工質(zhì)的污染小，而且有效利用二氧化碳，減少碳排放。在工業(yè)上，超臨界二氧化碳實(shí)現(xiàn)的條件要比超臨界水容易一些，這意味著在形成超臨界水的過程中對環(huán)境的污染會減少。

除了以上提到的三大優(yōu)勢之外，超臨界二氧化碳還能實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷調(diào)峰，減小電能生產(chǎn)的成本。

總結(jié)

目前許多國家都在研究二氧化碳發(fā)電，由此可見這個領(lǐng)域可能是未來能源發(fā)展的重點(diǎn)。值得慶賀的是我國在新一輪能源革命中并沒有落伍，反而走在了隊(duì)伍的前頭，這對我國未來的能源發(fā)展是有利的。