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近年來,我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢,但光熱發(fā)電的成本下降不及預(yù)期。超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電技術(shù)憑借低成本、高效率和高靈活性的技術(shù)優(yōu)勢,受到全球研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
近日,由中國科學院電工研究所牽頭的“超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究”項目順利通過驗收,標志著我國首座超臨界二氧化碳光熱發(fā)電機組成功研制并投入運行。這一成就不僅展示了我國在新能源技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的強大實力,也為全球能源轉(zhuǎn)型和清潔能源發(fā)展貢獻了重要力量。
該項目全稱為“超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究”,是國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點專項項目之一。超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)是一種具有革命性的新型能源技術(shù),其核心在于利用超臨界狀態(tài)的二氧化碳作為工質(zhì),通過壓縮、加熱等一系列過程,最終轉(zhuǎn)化為電能。相比傳統(tǒng)用水做媒介的發(fā)電機組,超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電機組具有顯著優(yōu)勢:在600℃溫度下,其發(fā)電效率可提高3%~5%;同等裝機容量下,機組體積更小、重量更輕;碳排放量可減少10%,有效減輕有害氣體對環(huán)境的危害;同時,該技術(shù)還具備快速啟動能力,能深度參與調(diào)峰,有利于促進風電、光伏發(fā)電等新能源的消納利用。
此次研制的超臨界二氧化碳光熱發(fā)電機組,通過聚光太陽輻射加熱超臨界二氧化碳,實現(xiàn)了高效的光熱轉(zhuǎn)換和電能輸出。研究團隊不僅建立了聚光太陽輻射在柔性不連續(xù)顆粒流內(nèi)的時空協(xié)同吸收、轉(zhuǎn)換和傳熱機理,還研制了多種聚光器和吸熱器,提出了高密度能量測量方法。此外,團隊還探索了熔融鹽對金屬腐蝕的抑制機理,突破了高溫固體吸熱顆粒與超臨界二氧化碳在復(fù)雜條件下的換熱特性匹配,成功研制了多種儲熱換熱裝置。
在項目驗收會議上,項目負責人、中國科學院電工研究所研究員王志峰詳細匯報了項目執(zhí)行和完成情況,并現(xiàn)場演示了200kW超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的運行。這一實證系統(tǒng)的成功運行,不僅驗證了超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的可行性和高效性,也為后續(xù)更大規(guī)模的應(yīng)用提供了有力支撐。
“我們突破了太陽能高溫顆粒吸熱、流化床顆粒/二氧化碳換熱、200千瓦級超臨界二氧化碳發(fā)電機組等核心裝備設(shè)計制造等難題,在全球范圍內(nèi)率先實現(xiàn)包括高焦比聚光場、顆粒吸熱器、顆粒/超臨界二氧化碳換熱器、超臨界二氧化碳壓縮機透平機組和高速電機在內(nèi)的超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)運行。”項目負責人、中國科學院電工研究所研究員王志峰說,該項目將有效推動我國“低成本—高效率—高靈活”光熱技術(shù)發(fā)展,為我國大比例新能源基地建設(shè)提供技術(shù)支撐。
超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,對于推動我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標具有重要意義。該技術(shù)不僅可用于太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域,還可廣泛應(yīng)用于核能、艦船動力、工業(yè)廢熱利用等多個領(lǐng)域,展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。
參考來源:科技日報
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