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本世紀(jì)以來，在能源、環(huán)保問題加劇的情況下，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)更是引起各國的關(guān)注。美國在這方面尤其積極，美國能源部（DOE）于2011年開始實(shí)施太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的“Sunshot”攻關(guān)計(jì)劃，該項(xiàng)目中的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目的主體項(xiàng)目為10MW超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目研發(fā)和測試，由美國桑迪亞（Sandia）國家實(shí)驗(yàn)室-核能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（NESL）承擔(dān)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。

經(jīng)過測試證明，S-CO₂作為工質(zhì)的光熱發(fā)電系統(tǒng)在600到700℃的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行都可以有良好表現(xiàn)，可以在500℃以上、20MPa的大氣壓下實(shí)現(xiàn)高效率的熱能利用，熱效率可以達(dá)到45%以上。對(duì)于需要建設(shè)大規(guī)模鏡場，因而投資巨大，需要高效率發(fā)電方式的光熱發(fā)電來說，這顯然是一個(gè)理想的選擇。目前，美國、日本、印度都已經(jīng)建成了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

對(duì)于中國的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)研究來說，剛剛過去的2018年是非常重要的一年。2018年2月，由中國科學(xué)院工程熱物理研究所研制的國內(nèi)首臺(tái)MW級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，在中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司燃?xì)廨啓C(jī)分公司完成加工裝配，成功交付工程熱物理研究所衡水基地。壓縮機(jī)是超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的核心部件之一，它的研制成功，是我國在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一次重大突破。

由中國科學(xué)院工程熱物理研究所研制的國內(nèi)首臺(tái)兆瓦級(jí)的超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)

2018年9月21日，我國首座大型超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在衡水基地正式建成。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是用于測試超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)工作性能和開展超臨界二氧化碳流體壓縮特性相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的通用平臺(tái)，還可以用于開展高速轉(zhuǎn)子測試、軸承測試和密封測試等實(shí)驗(yàn)。

該平臺(tái)可調(diào)制7-9MPa、0-35℃的亞臨界或超臨界二氧化碳，壓縮機(jī)出口壓力可以達(dá)到20MPa以上；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最高可達(dá)40000r/min以上，流量最大達(dá)到30kg/s；可進(jìn)行百kW到MW級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的精密連續(xù)測試，是目前我國唯一的兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也是世界上規(guī)模最大等級(jí)最高的同類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建成投運(yùn)，終結(jié)了我國相關(guān)研究缺乏實(shí)驗(yàn)條件的歷史。

超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（測試系統(tǒng)）（圖片來自中國科學(xué)院工程熱物理研究所網(wǎng)站，下同）

超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（測試系統(tǒng)）

超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（輔助系統(tǒng)）

2018年11月，我國首座“雙回路全溫全壓超臨界二氧化碳（S-CO₂）換熱器綜合試驗(yàn)測試平臺(tái)”在中國科學(xué)院工程熱物理研究所廊坊中試基地建成。衡水兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和廊坊雙回路全溫全壓超臨界二氧化碳換熱器綜合試驗(yàn)測試平臺(tái)的建成，為工程熱物理研究所深入開展超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為國內(nèi)從事此項(xiàng)研究的其它科研單位提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支撐。對(duì)于中國超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)的發(fā)展來說，這是具有里程碑意義的大事。

全溫全壓超臨界二氧化碳換熱器綜合試驗(yàn)平臺(tái)

綜合試驗(yàn)平臺(tái)控制系統(tǒng)

試驗(yàn)測試用印刷電路板換熱器（Printed Circuit Heat Exchange, PCHE）。新型高效緊湊式PCHE具有換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、承壓和耐溫能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適用于SCO2布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

由于超臨界二氧化碳密度高，循環(huán)簡單，所以機(jī)組重量輕，尺寸?。▋H為汽輪機(jī)的1/10）；超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)僅需外界提供500到800℃的溫度，這是應(yīng)用現(xiàn)有太陽能聚光器和吸熱器技術(shù)就能很容易達(dá)到的的溫度。

可以預(yù)見，在國內(nèi)科研單位的努力下，我國研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)將指日可待。這將徹底解決我國太陽能光熱資源豐富的西部地區(qū)水資源缺乏，不適合建設(shè)以汽輪機(jī)為動(dòng)力裝置的大型光熱電站的問題，為中國太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)更光明的未來。

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