我国研制成功首座超临界二氧化碳光热发电机组

近日，国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项“超临界CO?太阳能热发电关键基础问题研究”通过国家自然科学基金委员会组织的项目评价。专家组认为该项目高质量完成了任务书各项要求并建议推广实施。这标志着我国科学家成功研制出包括高焦比聚光场、颗粒吸热器、颗粒/超临界二氧化碳换热器、超临界二氧化碳压缩机透平机组和高速电机在内的首座超临界二氧化碳太阳能光热发电机组。该项目实施地位于北京延庆。

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“十一五”以来，我国经过水/蒸汽太阳能塔式、熔融盐太阳能塔式等几代技术的创先示范，不断提高光热发电系统运行参数和运行效率，推动相关产业发展，但发电成本下降仍不及预期。近年来，超临界二氧化碳太阳能热发电技术以最具潜力的低成本、高效率和高灵活性技术，受到全球研究机构和产业界的广泛关注，但是高温粒子吸热器、超临界二氧化碳发电机组等核心装备，以及系统集成等方面在全球范围内均处于研究探索阶段，缺乏成熟的借鉴和参考。

5年来，在北京市科委和科技部支持下，项目牵头单位中国科学院电工研究所联合西安交通大学、浙江大学、清华大学等17家单位，在高温吸热器设计理论及方法方面，阐明了聚光太阳辐射在柔性不连续颗粒流内的时空协同吸收、转换和传热机理，研制出3种聚光器和包括700℃/1MWth（兆瓦热，描述能源转换功率的单位）颗粒吸热器在内的4种吸热器，提出2种高密度能量测量方法。在储热放热模式对系统性能的影响机理关键科学问题方面，探索了熔融盐对金属腐蚀抑制机理，突破高温固体吸热颗与超临界二氧化碳在变热流、变温度和强变物性条件下的换热特性匹配，研制出包括550℃/1MWth流化床颗粒/超临界二氧化碳换热器在内的3种储热换热装置。在能量转换过程的相互作用机制方面，构建了高太阳能流、高温、高膨胀比、高比功的高效太阳能热发电系统主要参数本构匹配关系，开发了以超临界二氧化碳流动为核心的“光-热-电”能量转化全系统模型，研制出超临界二氧化碳透平发电机组，建立了基于超临界二氧化碳“光-热-电”实证系统并实现运行。

验收会上，项目负责人王志峰指出，由于全球没有先例，项目面临重大的基础理论、核心技术、装备制造、系统集成与工程建设及调试等多重挑战。5年来，项目组采取了以基础理论研究为支撑，以工程设计为核心的创新科研模式，将科学技术原始创新与工程示范有机联系为一整体，“边研究，边设计，边制造，边安装，边调试”，系统性突破了太阳能高温颗粒吸热、流化床颗粒/二氧化碳换热、超临界二氧化碳发电机组等核心装备设计制造、“光热功”转换基础理论，系统集成设计方法，在全球范围内率先实现超临界二氧化碳太阳能热发电系统运行，将有效推动我国“低成本-高效率-高灵活”光热技术的发展，为我国大比例新能源基地建设提供支撑。