美國(guó)能源部撥付3900萬(wàn)美元 推進(jìn)超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化

:本月5日，美國(guó)能源部（DOE）撥付1.255億美元資金推進(jìn)創(chuàng)新型太陽(yáng)能項(xiàng)目的研發(fā)，其中向光熱發(fā)電相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目撥付約4400萬(wàn)美元。

值得一提的是，撥付光熱發(fā)電相關(guān)項(xiàng)目的資金中絕大部分（3900萬(wàn)美元）將用于推進(jìn)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)商業(yè)化，以助力美國(guó)實(shí)現(xiàn)盡快降低光熱發(fā)電成本的目標(biāo)。

按照DOE的目標(biāo)，到2030年含12小時(shí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的光熱發(fā)電成本將降低到50美元/兆瓦時(shí)（5美分/kWh，約合RMB0.35元/kWh），而盡快推進(jìn)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)商業(yè)化則是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要措施之一。

據(jù)悉，本次撥付的3900萬(wàn)美元將用于一到兩個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，以建設(shè)和演示超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)，相關(guān)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)在550°C到630°C之間實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存。

DOE對(duì)此表示，本課題的目標(biāo)是加速超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)走向商業(yè)化，并為公共事業(yè)運(yùn)行商和光熱電站開(kāi)發(fā)商提供運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

本世紀(jì)以來(lái)，在能源、環(huán)保問(wèn)題加劇的情況下，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)已引起各國(guó)廣泛關(guān)注。美國(guó)在這方面尤其積極，美國(guó)能源部（DOE）于2011年開(kāi)始實(shí)施太陽(yáng)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(cè)試，由美國(guó)桑迪亞（Sandia）國(guó)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。

在技術(shù)成熟度和應(yīng)用領(lǐng)域推進(jìn)規(guī)劃方面，美國(guó)能源部（DOE）已開(kāi)展實(shí)施10MW示范項(xiàng)目時(shí)即討論了市場(chǎng)應(yīng)用和推進(jìn)時(shí)間表。該計(jì)劃主要分為以下進(jìn)程：

2015~2020年，實(shí)現(xiàn)在工業(yè)余熱利用領(lǐng)域的應(yīng)用，效率超過(guò)ORC循環(huán)機(jī)組的方式；

2020~2025年，實(shí)施光熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，在10~100MW功率等級(jí)內(nèi)效率超過(guò)蒸汽輪機(jī)；

2025年以后研發(fā)實(shí)施化石燃料SCO2電廠、第四代核電和直燃式SCO2發(fā)電裝置。

隨著該計(jì)劃持續(xù)推進(jìn)，近幾年來(lái)DOE在支持超臨界二氧化碳光熱發(fā)電相關(guān)技術(shù)研發(fā)方面不斷加碼，目前已取得重大進(jìn)展。

僅僅2019年3月，DOE就曾撥款支持《高級(jí)二氧化碳換熱器中高強(qiáng)度鎳合金薄板的蠕變和疲勞特性》、《適用于基于二氧化碳的動(dòng)力循環(huán)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的高級(jí)壓縮機(jī)》、《適用于先進(jìn)熱力循環(huán)的低成本短期/長(zhǎng)期熱化學(xué)和化學(xué)儲(chǔ)能》、《減少超臨界二氧化碳光熱發(fā)電系統(tǒng)資本成本的近終型熱等靜壓機(jī)制造方式》、《用于CSP渦輪機(jī)械新型自潤(rùn)滑高效刷式密封的垂直排列的碳納米管陣列》等多項(xiàng)超臨界二氧化碳相關(guān)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目。

2019年4月，由美國(guó)西南研究院(SwRI)與美國(guó)通用電氣公司GE聯(lián)合設(shè)計(jì)并制造的全球運(yùn)行溫度最高的超臨界二氧化碳（sCO2）渦輪機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。

在測(cè)試之前的五年里，SwRI團(tuán)隊(duì)與SETO等合作伙伴共同設(shè)計(jì)出多級(jí)軸流式sCO2熱氣渦輪膨脹機(jī)，GE則為該渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子等設(shè)計(jì)做出了重大貢獻(xiàn)。通過(guò)定制的高壓sCO2測(cè)試回路測(cè)試，該渦輪機(jī)被證實(shí)滿足所有機(jī)械性能指標(biāo)。

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)光熱電站汽輪機(jī)35%-40%的熱效率，采用超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術(shù)的汽輪機(jī)熱效率將可達(dá)到50%左右。