本世紀以來，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)技術更是引起各國的關注。美國在這方面尤其積極，美國能源部（DOE）于2011年開始實施太陽能應用領域的“Sunshot”攻關計劃，該項目中的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)研發(fā)項目的主體項目為10MW超臨界二氧化碳發(fā)電機組項目研發(fā)和測試，由美國桑迪亞（Sandia）國家實驗室-核能系統(tǒng)實驗室（NESL）承擔相關的實驗研究。

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)運行都可以有良好表現(xiàn)，可以在500℃以上、20MPa的大氣壓下實現(xiàn)高效率的熱能利用，熱效率可以達到45%以上。對于需要建設大規(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，這顯然是一個理想的選擇。目前，美國、日本、印度都已經(jīng)建成了相關的實驗系統(tǒng)。

對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，由中國科學院工程熱物理研究所研制的國內(nèi)首臺MW級超臨界二氧化碳壓縮機，在中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司燃氣輪機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)研究領域的一次重大突破。

由中國科學院工程熱物理研究所研制的國內(nèi)首臺兆瓦級的超臨界二氧化碳壓縮機

2018年9月21日，我國首座大型超臨界二氧化碳壓縮機實驗平臺在衡水基地正式建成。實驗平臺是用于測試超臨界二氧化碳壓縮機工作性能和開展超臨界二氧化碳流體壓縮特性相關基礎實驗的通用平臺，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驗。

該平臺可調(diào)制7-9MPa、0-35℃的亞臨界或超臨界二氧化碳，壓縮機出口壓力可以達到20MPa以上；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最高可達40000r/min以上，流量最大達到30kg/s；可進行百kW到MW級超臨界二氧化碳壓縮機的精密連續(xù)測試，是目前我國唯一的兆瓦級超臨界二氧化碳壓縮機實驗平臺，也是世界上規(guī)模最大等級最高的同類實驗平臺。該兆瓦級超臨界二氧化碳壓縮機通用實驗平臺的建成投運，終結(jié)了我國相關研究缺乏實驗條件的歷史。

超臨界二氧化碳壓縮機實驗平臺（測試系統(tǒng)）（圖片來自中國科學院工程熱物理研究所網(wǎng)站，下同）

超臨界二氧化碳壓縮機實驗平臺（測試系統(tǒng)）

超臨界二氧化碳壓縮機實驗平臺（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）換熱器綜合試驗測試平臺”在中國科學院工程熱物理研究所廊坊中試基地建成。衡水兆瓦級超臨界二氧化碳壓縮機通用實驗平臺和廊坊雙回路全溫全壓超臨界二氧化碳換熱器綜合試驗測試平臺的建成，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)的研究打下堅實的基礎，也為國內(nèi)從事此項研究的其它科研單位提供了實驗平臺支撐。對于中國超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術的發(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平臺

綜合試驗平臺控制系統(tǒng)

試驗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、承壓和耐溫能力強等特點，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，所以機組重量輕，尺寸?。▋H為汽輪機的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，這是應用現(xiàn)有太陽能聚光器和吸熱器技術就能很容易達到的的溫度。

可以預見，在國內(nèi)科研單位的努力下，我國研制出具有自主知識產(chǎn)權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，不適合建設以汽輪機為動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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