美国能源部拨付3900万美元 推进超临界二氧化碳光热发电技术商业化

本月5日，美国能源部(DOE)拨付1.255亿美元资金推进创新型太阳能项目的研发，其中向光热发电相关研发项目拨付约4400万美元。

值得一提的是，拨付光热发电相关项目的资金中绝大部分(3900万美元)将用于推进超临界二氧化碳布雷顿循环技术商业化，以助力美国实现尽快降低光热发电成本的目标。

按照DOE的目标，到2030年含12小时储热系统的光热发电成本将降低到50美元/兆瓦时(5美分/kWh，约合RMB0.35元/kWh)，而尽快推进超临界二氧化碳布雷顿循环技术商业化则是实现该目标的重要措施之一。

据悉，本次拨付的3900万美元将用于一到两个研发项目，以建设和演示超临界二氧化碳布雷顿循环技术，相关系统需实现在550°C到630°C之间实现热能储存。

DOE对此表示，本课题的目标是加速超临界二氧化碳布雷顿循环技术走向商业化，并为公共事业运行商和光热电站开发商提供运营经验。

本世纪以来，在能源、环保问题加剧的情况下，超临界二氧化碳布雷顿循环技术已引起各国广泛关注。美国在这方面尤其积极，美国能源部(DOE)于2011年开始实施太阳能应用领域的“Sunshot”攻关计划，该项目中的超临界二氧化碳布雷顿循环系统研发项目的主体项目为10MW超临界二氧化碳发电机组项目研发和测试，由美国桑迪亚(Sandia)国家实验室-核能系统实验室(NESL)承担相关的实验研究。

在技术成熟度和应用领域推进规划方面，美国能源部(DOE)已开展实施10MW示范项目时即讨论了市场应用和推进时间表。该计划主要分为以下进程：

2015~2020年，实现在工业余热利用领域的应用，效率超过ORC循环机组的方式;

2020~2025年，实施光热发电领域的应用，在10~100MW功率等级内效率超过蒸汽轮机;

2025年以后研发实施化石燃料SCO2电厂、第四代核电和直燃式SCO2发电装置。

随着该计划持续推进，近几年来DOE在支持超临界二氧化碳光热发电相关技术研发方面不断加码，目前已取得重大进展。

仅仅2019年3月，DOE就曾拨款支持《高级二氧化碳换热器中高强度镍合金薄板的蠕变和疲劳特性》、《适用于基于二氧化碳的动力循环和储能系统的高级压缩机》、《适用于先进热力循环的低成本短期/长期热化学和化学储能》、《减少超临界二氧化碳光热发电系统资本成本的近终型热等静压机制造方式》、《用于CSP涡轮机械新型自润滑高效刷式密封的垂直排列的碳纳米管阵列》等多项超临界二氧化碳相关技术研发项目。

2019年4月，由美国西南研究院(SwRI)与美国通用电气公司GE联合设计并制造的全球运行温度最高的超临界二氧化碳(sCO2)涡轮机进行了测试。

在测试之前的五年里，SwRI团队与SETO等合作伙伴共同设计出多级轴流式sCO2热气涡轮膨胀机，GE则为该涡轮机的转子等设计做出了重大贡献。通过定制的高压sCO2测试回路测试，该涡轮机被证实满足所有机械性能指标。

根据测试数据，相比传统光热电站汽轮机35%-40%的热效率，采用超临界二氧化碳光热发电技术的汽轮机热效率将可达到50%左右。