niubility了！中国首座 大型超临界二氧化碳循环发电试验机组在西安正式投运！

国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项部署的“超高参数高效二氧化碳燃煤发电基础理论与关键技术研究”项目，由华北电力大学牵头，取得重要突破。超高参数二氧化碳（简称sCO2）燃煤发电系统采用高温高压二氧化碳代替水蒸气，实现动力循环和电力生产。项目最终完成发电效率51%的1000兆瓦（MW）级系统概念设计，为逐步推进大容量超高参数二氧化碳燃煤发电系统示范及应用奠定理论与技术基础。

与水蒸气发电相比，可实现快速升降负荷

为做好碳达峰与碳中和，中国承诺2030年左右使二氧化碳（CO2）排放达到峰值，争取2060年前实现碳中和，这就需要大幅减少CO2排放。

“一方面，发挥煤炭‘压舱石’作用，支撑清洁煤炭发电。另一方面，大力发展可再生能源，实现多能源互补，保证能源安全。”项目负责人、华北电力大学教授、教育部重点实验室主任徐进良在接受科技日报记者采访时表示。

可再生能源发电时大时小、不稳定，“变脸变得快”，导致弃风弃光现象的发生。煤炭发电要跟上这种“变脸”，就需要快速变负荷。

“超高参数二氧化碳煤炭发电由于热源温度高，相比于水蒸气发电机组，具有明显效率优势，减少了CO2排放。同时，sCO2发电机组设备少，体积小，机组惯性小，非常灵活，可实现快速升降负荷，这对于水蒸气发电来说是难以实现的。”徐进良说，sCO2发电对于平衡电网负荷波动，保持供给侧和需求侧平衡，具有重要意义，是未来发展方向。

基于此，国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项中的“超高参数高效二氧化碳燃煤发电基础理论与关键技术研究”项目应运而生。

既考虑原始创新，又考虑工程落地需求

记者获悉，项目旨在研究解决超高参数二氧化碳燃煤系统能量梯级利用、热力学循环及热学优化理论，以及关键部件能质转换与传递机理的关键科学问题，突破锅炉燃烧及污染物控制、换热器、透平及一体化系统设计等关键技术。

为什么要设定如此的目标？

“在我国发展sCO2燃煤发电过程中，基于我国国情及自主创新指导思想，走与国外不同的技术路线。我们既考虑原始创新，又考虑工程落地需求。”徐进良说。

在目标方面，我们要梳理sCO2煤炭发电和水蒸气发电，在热力系统构建、关键设备机理、设计、制造及运行方面，哪些是相同的，哪些是不同的，重点要攻克哪些技术难题？

“针对关键技术突破，形成系统的热力系统构建、关键设备工作机理、以及经过实验验证的理论和方法，支撑我国sCO2煤炭发电事业的发展。”徐进良说，通过研究，需回答采用sCO2煤炭发电在节省煤炭资源、降低二氧化碳排放及经济性方面的优势，这些分析需建立在定量数据基础上。

为什么要设定如此的目标？

“在我国发展sCO2燃煤发电过程中，基于我国国情及自主创新指导思想，走与国外不同的技术路线。我们既考虑原始创新，又考虑工程落地需求。”徐进良说。

在目标方面，我们要梳理sCO2煤炭发电和水蒸气发电，在热力系统构建、关键设备机理、设计、制造及运行方面，哪些是相同的，哪些是不同的，重点要攻克哪些技术难题？

“针对关键技术突破，形成系统的热力系统构建、关键设备工作机理、以及经过实验验证的理论和方法，支撑我国sCO2煤炭发电事业的发展。”徐进良说，通过研究，需回答采用sCO2煤炭发电在节省煤炭资源、降低二氧化碳排放及经济性方面的优势，这些分析需建立在定量数据基础上。

在循环热力系统的构建上取得突破

徐进良介绍，项目实施分两个阶段，第一阶段是2019年的中期验收。第二阶段是从中期验收到目前。

第一阶段在sCO2煤炭发电循环热力系统的构建上取得突破性进展。

“超高参数二氧化碳循环最初不是针对煤炭发电提出的。这个循环要用到煤炭发电上，出现了许多新的问题。在项目第一阶段，围绕循环流量大，锅炉管堵塞引起机组效率下降，以及如何实现烟气热量‘吃干榨净’等关键问题，项目提出了锅炉模块化设计以及能量复叠利用原理，彻底解决了循环构建方面的难题。”徐进良说。

第二阶段在关键部件能量传递转化上取得突破。

“最典型的是发现超临界流体的不均匀物质结构，颠覆了超临界流体具有均匀流体结构的常规认知，这一发现对于发展关键部件设计及运行技术意义重大，大幅提高关键设备设计精度并保证安全。”徐进良说。

超临界态是物质的一种状态，超临界流体在自然界和工程上广泛应用。项目关于超临界不均匀物质结构的研究也引起国际学术界关注，美国学者在发表的论文中，长篇幅正面引用及评价了本项目工作。

“本项目的工作指导了工程实际，项目理论指导了在华北电力大学建立的超高参数二氧化碳实验设施的建设，该实验台压力高达26兆帕（MPa），而国际上超高参数二氧化碳数据集中在8MPa左右，难以满足工程实际的需求，该实验台的建立弥补了国际上超高参数二氧化碳传热数据的不足。”徐进良说，另外，本项目成果还指导了我国建设的小容量超临界二氧化碳煤炭机组的研发。

二氧化碳的来源如何？二氧化碳高温高压的热源和加压的能源是否也考虑在内。
试验性质有一定意义，工厂化生产可行性如何。

行走间找方向 发表于 2021-12-10 13:38
二氧化碳的来源如何？二氧化碳高温高压的热源和加压的能源是否也考虑在内。
试验性质有一定意义，工厂化生 ...

对，你这个思路，是否适合中小型电厂
还有这个循环是如何实现的？
是不是有高压的压缩机？

沙漠里的游鱼 发表于 2021-12-11 11:09
对，你这个思路，是否适合中小型电厂
还有这个循环是如何实现的？
是不是有高压的压缩机？

这里面二氧化碳是循环利用的，二氧化碳大部分应该是投产前一次性外购，后期少量补充。跟传统的蒸汽发电，唯一的就是载热介质变了。

这样是否是取消了蒸汽发电的锅炉，燃烧气直接跟二氧化碳换热？

东南枝_NEHV 发表于 2021-12-15 16:58
这样是否是取消了蒸汽发电的锅炉，燃烧气直接跟二氧化碳换热？

是合成氨的设备，一段炉是蒸汽甲烷裂解
二段炉是一氧化碳制二氧化碳，后边还有一套废热锅炉吸收反应热

水蒸气换成了二氧化碳，只是说效率提高，也是减少了排放。

phophy 发表于 2022-1-22 08:54
水蒸气换成了二氧化碳，只是说效率提高，也是减少了排放。

减少了排放，减少了对水汽的需求