國家“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，對煤電機組的高效調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。作為一項具有劃時代意義的前沿技術(shù)，超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電將成為建設(shè)現(xiàn)代能源體系的重要組成部分，對我國實現(xiàn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型具有重大意義。

　　在2024年度陜西省科學(xué)技術(shù)獎的獲獎成果中，西安熱工研究院有限公司、西安交通大學(xué)、華陸工程科技有限責(zé)任公司聯(lián)合完成的“面向新型電力系統(tǒng)的超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用”獲陜西省科技獎技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

　　超臨界二氧化碳發(fā)電優(yōu)勢明顯

　　以風(fēng)電和光伏為主的新能源具有間歇性和波動性特點，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的靈活性和安全穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)能源動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由于系統(tǒng)龐大、熱慣性大、調(diào)節(jié)靈活性差，在現(xiàn)有技術(shù)水平下很難進一步突破，難以滿足當(dāng)前能源變革的新要求。

　　超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電是以二氧化碳為工質(zhì)，整個循環(huán)系統(tǒng)在臨界點(7.38兆帕、31.2℃)以上運行的閉式布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過壓縮、吸熱、膨脹和冷卻等過程實現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)化，有望改變140多年來以水蒸汽朗肯循環(huán)為主導(dǎo)的傳統(tǒng)能源動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)格局，在煤炭靈活高效發(fā)電、光熱儲能電站、核能動力等領(lǐng)域具備替代潛力。

　　該成果第一完成人、西安熱工研究院清潔低碳熱力發(fā)電國家工程研究中心副主任李紅智告訴記者，超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電與傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電技術(shù)相比，具有發(fā)電效率高、全工況靈活性好、一次能源適用性廣、系統(tǒng)設(shè)備簡單緊湊等特點。其發(fā)電效率比傳統(tǒng)蒸汽機組高3~5個百分點，調(diào)節(jié)速率是傳統(tǒng)蒸汽機組的3~4倍，空冷機組可無水運行，適應(yīng)缺水和高寒地區(qū)。

　　核心技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備獲重大突破

　　面對超臨界二氧化碳循環(huán)缺少系統(tǒng)構(gòu)建原理和高效靈活運行控制策略，二氧化碳近臨界點物性變化劇烈、新型換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜等挑戰(zhàn)，西安熱工研究院清潔低碳熱力發(fā)電國家工程研究中心于2015年12月組建超臨界流體先進動力系統(tǒng)初創(chuàng)團隊，開始系統(tǒng)性研究。2017年1月，兆瓦級高溫高壓超臨界二氧化碳流動傳熱基礎(chǔ)實驗平臺建成，拉開5兆瓦超臨界二氧化碳機組研制的序幕。

　　隨后，西安熱工研究院開發(fā)了超臨界二氧化碳新型動力循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建原理和方法，研發(fā)了新工質(zhì)能量傳遞過程機理與裝備設(shè)計制造關(guān)鍵技術(shù)、新型動力循環(huán)系統(tǒng)靈活高效運行控制技術(shù)等，形成了超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電原創(chuàng)技術(shù)發(fā)明體系。

　　2021年5月，全球首臺5兆瓦超臨界二氧化碳發(fā)電試驗機組在位于西安閻良國家航空高技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)的西安熱工研究院科研產(chǎn)業(yè)基地成功投運。同年10月，機組實現(xiàn)滿發(fā)并完成長周期驗證。2022年2月，經(jīng)中國特檢院第三方性能測試，機組實現(xiàn)2000多小時連續(xù)安全穩(wěn)定運行，各項參數(shù)指標(biāo)均達到或優(yōu)于設(shè)計值;經(jīng)行業(yè)權(quán)威專家鑒定評價，研究成果整體達到國際領(lǐng)先水平。

　　首個商業(yè)化示范機組指日可待

　　2021年，西安熱工研究院牽頭成立超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體，集成高校、科研院所和動力裝備制造企業(yè)等40余家單位的優(yōu)勢力量，形成“科學(xué)—技術(shù)—工程—產(chǎn)業(yè)”緊密全產(chǎn)業(yè)鏈，引領(lǐng)超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。

　　2022年6月，陜西榆林能源集團有限公司與西安熱工研究院簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，將應(yīng)用超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)，建設(shè)50兆瓦燃煤超臨界二氧化碳發(fā)電示范機組。2025年9月，項目入選國家能源局第五批能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備。

　　據(jù)了解，該項目擬在榆能集團銀河電廠通過擴建方式實施，最大限度利用原有電廠設(shè)備及設(shè)施，設(shè)計為熱電聯(lián)產(chǎn)模式，預(yù)計發(fā)電效率超過40%，并具有靈活調(diào)峰能力，打造我國存量中小煤電新型電力系統(tǒng)的樣板工程。項目建成后將成為全球首座具有商用意義的大型高效、靈活、低碳的燃煤超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電機組。

　　(本系列報道到此結(jié)束)