视频丨成功商业化全球首个超临界二氧化碳发电示范装置。二氧化碳

这也是“超碳一号”超临界二氧化碳余热发电技术的全球示范项目，全球首台超临界二氧化碳发电设备于12月20日在贵州六盘水正式开始商业运行。专家介绍，该技术的核心是利用超临界二氧化碳的高密度、低粘度和非相变特性，显着提高能量转换效率，缩小发电设备尺寸，降低设备运行和维护成本。这是一种破坏性发电技术。 此次商业运行是一项开创性事件，标志着全球首次超临界二氧化碳发电技术从实验室走向实际应用。然而，您可能想知道“超临界二氧化碳”到底意味着什么。这和我的“呼出的二氧化碳”是一样的吗？”？利用这项技术，能否实现家庭“电能自给自足”？事实果真如此吗？为了寻找答案，中国之声记者王泽华走访了位于四川省成都市的中国原子能集团公司中国原子能研究设计院。 记者：我们如何看待超临界状态？ 孔浩俊：在超临界状态下，气泡变得不可见。虽然看起来像气体和液体，但并不存在这样的界面。 记者：颜色有变化吗？ 孔浩俊：唯一的颜色差异是光的折射率的变化。 记者在超碳一号副总设计师龚和俊的带领下参观了中国原子能研究设计院超临界二氧化碳物性测试实验室。该设施堪称该项目的“孵化器”，开展一系列与超临界发电相关的基础实验。有二氧化碳。 △记者通过观察窗看到二氧化碳被加热加压（摄影：王泽华） 在实验设备内部，通过观察窗可以清楚地看到二氧化碳是如何被加热和加压的。观察窗内漂浮着清晰的边界，仿佛下方有黄色的“液体”，上方有透明的“气体”。 孔浩俊：在大气中，二氧化碳呈气态。当二氧化碳进一步冷却到零以下几十度时，就会变成固体，这就是我们常用的干冰。如果对二氧化碳施加更大的压力，气态就会逐渐液化。当温度和压力进一步升高到31摄氏度和73个大气压时，天气非常热。它变成了临界状态。 根据孔熙俊的讲述，实验装置将二氧化碳的温度和压力逐渐升高到一定的参数，然后观察窗的边缘完全消失，变成淡黄色。龚浩俊介绍，这种状态的二氧化碳就是超临界二氧化碳。它看起来像液体或气体。它还具有液体和气体的特性。这意味着它具有高密度和低粘度，使其成为发电工作介质的理想选择。 孔浩俊：非常深。它的密度可达每立方米数百公斤，但粘度很小，类似于气体。由于其密度高、单位体积质量大，因此具有极其强大的加工能力。我们目前正在利用这种超临界二氧化碳工作流体的高密度、低粘度特性来发电。 超临界二氧化碳电工技术实验装置。 我觉得我现在知道什么是超临界二氧化碳了。但我们如何利用它来发电呢？孔浩俊解释说，自从人类发明了蒸汽机，燃烧燃料、将水蒸气的热能转化为动能的“密码”被打破了。 19世纪末，随着电力应用的兴起，利用蒸汽轮机驱动发电机发电变得普遍。如今，核电站也走的是利用核能“烧水”发电的技术路线。人类文明只能“华丽烧水”吗？孔浩俊表示，超临界二氧化碳发电和蒸汽发电是完全不同的。 孔浩俊：我们传统的蒸汽发电是通过燃烧水将其转化为蒸汽。然而，二氧化碳这种容易获得的工业气体现在被用来加热和加压以产生循环电力。高温高压下的超临界二氧化碳具有高能量。高速流体在涡轮机中膨胀，使叶轮旋转，从而驱动发电机发电。膨胀后，压力和温度降低，这种能量差转化为输出电能。然后重新压缩并用热源加热以提取能量并进入下一代循环。 △全球首台商用超临界二氧化碳发生器3D示意图 对他来说，超临界二氧化碳发电是利用人们直接呼出的二氧化碳来发电。事情可能并不像你想象的那么简单。然而，各种燃料被用来“烧水”。二氧化碳加热时，热源从何而来？ “超碳一号”总设计师黄燕平表示，这种发电方式的主要特点是组合丰富。 黄燕平：输入能源有多种类型，比如工业余热。重工业包括钢铁工业、水泥工业、玻璃工业、焦炭工业等f 含有大量废热。过去，废热是通过大烟囱排出的。现在可以回收这些废热作为热源并发展热能发电。也有可能与核反应堆连接。该发电技术适用于钠冷堆、高温气冷堆、铅铋快堆、熔盐堆等第四代核反应堆。只要你面前有电源，并且你可以将二氧化碳提高到一定的温度，比如400度或更高，你就可以使用这项技术来发电。 前部有热源。难道“烧水”就不能发电吗？为什么选择二氧化碳？黄燕平表示，这项技术相对于蒸汽发电主要有四大优势。 黄燕平：第一个优点是电源转换效率比较高，理论上效率可超过50%。由于超临界状态下二氧化碳的密度比较高，吊装发电的有用涡轮机可以是蒸汽涡轮机的1/10尺寸，使得整个系统极其紧凑。二是对特殊负载的快速响应。虽然传统发电厂的爬坡率通常只有 3%，但我们可以达到 10%。如果你想快速将输出水平提高到另一个水平，它的响应时间比蒸汽动力要快得多。另外，闭环使得维护更加方便，相应减少了运维人员的构成。 △全球首台商用Super Pro二氧化碳发生器外观图。 位于贵州省六盘水的全球首个超临界二氧化碳发电示范项目，将该技术与当地一家钢厂相结合，利用碳素工业钢铁释放的工业余热发电。净发电量离子基于最初用于钢铁厂的蒸汽。这比发电模型提高了50%以上。在新疆，这项技术也正被应用到当地太阳能和风力发电的“消耗控制”领域。新能源减量将通过熔盐储能技术转化为热能，在发电量较低的夜间发电，削峰填谷。黄燕平表示，这种发电技术效率高、系统紧凑、辅助系统数量少、响应速度快，必将推动未来能源技术创新，创造新的产业发展机遇，助力我国构建新能源体系。 黄燕平：我国正在积极推进新能源体系建设，二氧化碳超临界发电技术有潜力深度融入国家主战场最终经济。不仅可以将太阳能、风能等不稳定的新能源“过渡”为稳定的电力，还可以为钢铁等传统高耗能行业的节能改造开辟新途径。我们初步估计，国内钢铁行业可更换的废热发电机组有数千台。这不仅是一次技术迭代，更是产业体系绿色转型的强大动力。这将为实现“双碳”目标，构建清洁低碳、安全高效的能源体系注入强大推动力。 △研发团队开发超临界二氧化碳发电技术