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12 月 8 日，我国自主研发建造的世界参数最高、容量最大的，世界首座 5MWe 大型二氧化碳循环发电试验机组，完成 72 小时试运行，并在西安华能试验基地正式投运。 系统各项指标全面达到设计要求，实现高标准安全稳定运行。据称，该技术标志着我国在超临界二氧化碳循环发电技术领域已处于世界领先水平。
二氧化碳循环发电技术有多重要？为何说它甚至有望，彻底改变传统热力发电技术 140 多年来的发电方式。 要知道自工业革命初始阶段，瓦特在纽可门的基础上改进了蒸汽机，大大提高了蒸汽机的效率，带来了人类历史上第一次技术革命之后，水就成了人类文明将热能转化为机械能的主要工质。直到今天，几乎所有的机械动力设备，比如交通运输中的飞机、火车、汽车、轮船，或是给千家万户提供能量的火电站，追根溯源，都能找到蒸汽机的影子。
并且只有少数水力发电，风能发电，以及太阳能发电等，可以脱离烧开水的模式。就连号称能带来无限能源的核能，与火电的区别也不过是在用核能烧开水而已，它们都需要先将热能转化为机械能，再转化为电能。
重要的是，目前中国电力结构仍然以火力发电为主，其在 2020 年占比接近 68%。同时为了适应当前节能减排的大背景下，全球范围内电厂也都在致力于提高效率。而在蒸汽发电领域想要提升发电效率，就必须提高蒸汽温度。不过一旦蒸汽温度达到 700 摄氏度，其发电效率的提升就不再具备优势。因此人们将目光指向了二氧化碳。
具体的做法就是将二氧化碳升压、加热，使其压力和温度超过一定限值，处于“超临界”状态。此时的二氧化碳处于气液不分的状态，兼具气体特性和液体特性。即具有液体密度大、传热效果高、做功能力强、压缩性小的特性；也具有气体粘性小，流动性强，系统循环损耗小的特性，非常适用于热力循环。
上图：超临界二氧化碳循环发电装置 再加上二氧化碳临界温度和压力较低，远远低于水的临界点，化学性质稳定，工程可实现性较好，可在接近室温条件下达到超临界状态，使超临界二氧化碳成为理想的热力循环工质。并且超临界二氧化碳的体积比常温常压时的气态有明显减小，这样一来，涡轮机的尺寸就可以减小。
据介绍，在同等装机容量，二氧化碳发电机组体积只有蒸汽机组的1/25。因此这种发电技术对于舰船来说，有着极大的应用价值，特别是对于航空母舰等军舰而言。例如美国海军堆项目组下属诺尔斯原子能实验室与贝蒂斯实验室，就正在探索超临界二氧化碳在船舶动力系统领域的应用。 2010年，他们已建成一座100 kW电功率的整体试验系统，1 000~3 000 kW电功率的超临界二氧化碳试验的前期工作也在进行中。然而从文献研究来看，美国海军对于超临界二氧化碳循应用于舰船发电方面的研究，其实早在上个世纪 70 年代就已经开始了。
除此之外，欧盟、日本、韩国也先后开展了超临界二氧化碳动力装置的研究。其中欧盟于 1997 年就已开展了基于超临界二氧化碳循环的新一代反应堆的论证。 再加上本世纪以来，在能源、环保问题加剧的情况下，超临界二氧化碳发电更是引起各国的关注。 然而现如今，由我国自主研发的目前世界上参数最高、容量最大的超临界二氧化碳循环发电试验机组，已顺利完成 72 小时满负荷试运行，并且其系统核心设备的国产化率达到了 100%。
据测算，由于超临界二氧化碳循环无相变，压缩过程中压缩功有效减小，只占涡轮输出功的 30 多，而燃气轮机则要占到50多到60多。因此与传统蒸汽发电相比，循环利用二氧化碳驱动发电机发电不仅体积小，效率也很高。数据显示，在 600℃ 温度下，发电效率比蒸汽机组高 3 至 5 个百分点。并且采用二氧化碳机组的燃煤电厂的污染更小，单位发电量碳排放强度可减少 10%。
重要的是该项目于 2014 年启动，先后联合国内著名高校、科研院所、设计单位、制造企业和工程建设单位等30余家单位，仅经过7年的艰苦努力，便成功实现了我国在大型超临界二氧化碳循环发电装备领域的自主可控。这意味着中国虽然起步晚，但成功做到后来居上，站在了世界热力发电技术领域最前沿。 因此可以预测，在未来，二氧化碳循环发电技术必定将进一步灵活应用于火电、高效光热、核电、储能等领域，为推动构建以新能源为主体的新型电力系统提供技术支撑。 |
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