中国首座二氧化碳发电机已投运!未来发电方式将被改写?

园圆说车 2023-05-27 15:32:08

中国第一台CO2发电装置已经在西安正式投产,这也是当前全球最大的CO2发电装置。然而,这种利用CO2来发电的技术,到底是什么?我们有没有走在西方的前面?

CO2发电技术是什么?

用CO2来发电,没错,CO2就是把废物变成“宝”。而且,这种利用温室气体发电的技术,对他来说并不陌生。没想到,竟然真的成功了。

而就在这一天,由中国华能自行研制、并经过72个小时的试验后,也就是今天的十二月八日,也就是在这一天,刚刚结束了72个小时的试车,正式投入使用。

整个机组的总出力在五百万瓦左右,别看它的出力不高,但它却是全球最大的一台超临界CO2循环系统,完全由国内生产,没有任何进口部件。

它的装置内的最高温度达到了600摄氏度,最大压力达到了20 Mpa,相当于一座将要喷发的火山。

但这玩意儿为什么会有如此高的压力,如此高的温度?而这个装置又是怎样利用CO2产生电力的呢?凭什么中国就是第一个突破的,而且还比美日韩这些国家都要强?今天,我们就来看看。

CO2发电的由来与发展

利用CO2发电,这个想法,似乎并没有说谎。并没有,现在中国华能的西安热力研究所,已经开始着手进行生产了。

我们要不要给华能的研究员们竖起大拇指?

可这玩意儿到底是怎么用来发电的?在这以前,我要庄严地,为你们介绍一种物质,那就是,超临界二氧化碳。这到底是什么东西?

想要更多的了解超临界CO2,首先要弄清楚它到底是什么。

我们都知道,在这个世界上,所有的东西都有三种状态,一种是气体,一种是液态,一种是固态。以水为例,可以分为无形的水蒸气、有形的液态水、有形的冰块。

但是,水却有一种形态,可以分为气态和液态。这就是所谓的平衡点,因为有两个状态,两个状态都是平衡的。

水只有在特定的条件下才能实现气液两相共存,水呈现液气平衡时所达到的温度和压力即为临界点。

在这个临界点上的温度与压力被称为“临界温度”与“临界压力”,水的“临界温度”与“临界压力”分别为374℃与21.7 MPa。

而CO2的临界温度为31.10℃,CO2的临界压力为7.39兆帕。但在这种情况下,如果周围的温度和压强超过了物质的极限,那么这种情况就被叫做“超临界”。

在超临界状态下,气态的材料能够以液态的形式流动,而液态的材料则能够以气态的形式压缩。此时,气液两相的性质十分相似,就像是阴阳两极一样,相辅相成,很难分辨出气体和液体的区别。

因此,二氧化碳发电技术就是利用了超临界CO2优异的流动性能和导热性能,与液态水相比,超临界CO2更加柔软,可以将更多的热能转换成更多的机械能。

二氧化碳发电技术的技术原理,可以简单地说,就是用超临界的二氧化碳来代替蒸汽发动机,通过高温、高压的超临界二氧化碳来驱动燃气发动机的叶轮,从而获得机械能。

首先是二氧化碳,它很便宜,也很容易得到;其次,二氧化碳在高温下的性能更稳定,不易燃烧,对金属的腐蚀也更小;第三种,CO2发电系统既有蒸汽发电系统和天然气发电系统的优点,又能弥补两者的不足。

因此,以超临界CO2为能源的研究,已经成为了各国的共识,CO2为能源的研究,可以追溯到上个世纪四十年代,也就是瑞士苏尔寿公司,这家公司成立于1775年,一直经营到现在,主要生产的是机械设备。

之后,美国,意大利,英国,德国,西班牙等国,也纷纷对CO2作工作液进行了相关的研究,不过由于各国在叶轮机的制造工艺上都比较欠缺,再加上核能等科技尚未发达,因此CO2作工作液的研究并没有取得太大的成果。

直到核能技术得到了广泛的应用,蒸汽涡轮得到了发展,人们才开始对蒸汽涡轮进行改进,有了相应的经验之后,他们才开始对二氧化碳的动力循环进行研究。然而由于超临界CO2的加热器并不是最好的,这也导致了超临界CO2的研究并没有取得实质性的进展。

直到一位名叫多斯塔尔的研究员,改进了布雷顿循环之后,这一技术才有了突破性的进展。

布雷顿循环的原理和大型客机上使用的涡轮增压发动机有异曲同工之妙,它的工作原理就是将空气压缩到燃烧室中,然后在燃烧室中燃烧,产生一种高温气体,然后再通过涡轮增压来完成工作。

但多斯塔尔却在布雷顿循环中加入了更多的组件,这些组件,包括压缩机,涡轮,发电机,热交换器,回热器,以及预冷器。

换热器的热能来自于核反应堆,太阳能,地热能,工业废热,发电燃烧热,等等。

因此,在未来的某一天,超临界CO2发电站将取代朗肯循环,成为一种很有可能的能源。而朗肯循环,则是将一种特殊的水蒸气,通过水蒸气的流动来推动水蒸气的流动。

煤炭和核能,都是通过朗肯循环进行的,这也是为什么,在朗肯循环中,有百分之九十的电力,都是通过这个循环来实现的。

但由于水汽具有极强的腐蚀性,再加上水的温度、压强都要比CO2高得多,因此采用CO2作为动力源将大大降低能耗。

早在2015年,美国就已经生产出了10 MW的EPS100型超临界CO2发电系统,而在那之前,美国就已经在核能船上研发了布雷顿循环系统,这是一种非常符合他们国家利益的做法。

除美国外,韩国在超临界CO2装置的研发上也走在了世界的前列;爱认爹的昭和公子,也早已完成了300 MW超临界CO2循环燃煤电站的系统与关键组件的初步设计;同时,法国 EDF公司也已经完成了利用燃煤和超临界CO2回收的混合燃煤电站的设计。

在那时,我们在这方面的研究相对滞后,怎样才能反败为胜呢?那么,中国如何才能走在“碳中和”的前面?

中国的CO2发电技术有可能翻身吗

二氧化碳发电,是所有国家都想要的。谁先掌握了这种技术,谁就能在未来的能源领域占据上风,因为这种技术的用途非常广泛。

美国,法国,日本,韩国,都已经开始行动了,他们都想要掌握这些技术,这会影响到我们的能源供应。

为应对国外技术封锁,华能与西安热工研究院联合,联合清华大学、西安交通大学、中国科学院电气研究所、中国核科学研究院等40余家高校、科研院所及领先企业,组建“中国超临界CO2循环能源技术创新联盟”。他们的目标,只是想要在将来利用二氧化碳产生能源方面,抢占先机而已。

这玩意儿有那么重要?对于我们国家来说,“东风全球速递”的意义并不比“全球速递”少。

由于超临界CO2的特性,特别是CO2在整个循环过程中,CO2始终保持在超临界状态,不会产生相变,因此制冷机的体积可以减小。

根据文献报道,由于超临界CO2气体密度大,其在运动过程中会产生更多的动能,从而使压气机所需的涡轮级数减少,使其与常规水蒸气发电系统相比,体积缩小了近一半。

我国已具备四代发电特点的石岛湾核电厂,多以氦气为载热工质,由于氦气密度较小,导致压缩机体积庞大,能耗高,导致系统热效率下降。

想要提高氦冷却反应堆的热效率,就需要提高氦的出口温度。

在我国发展四代核能的同时,若能将超临界CO2布雷顿循环应用于核能发电,将能较好地解决这一难题。

由于CO2气体密度较大,压缩机的压缩系数较小,能耗较小,采用CO2气体作为燃料,与传统的氦气作为燃料,CO2气体作为燃料,可以在保证燃料质量的前提下,降低燃料消耗。

因此在布雷顿循环核能技术成熟之后,它很适用于核潜艇、核动力航空母舰等大型军用装备,因为体积太小,体积太小。

另外,采用布雷顿循环技术,可捕获燃煤、冶金和工业废气中的高温CO2,通过布雷顿循环技术,可将CO2转换为机械能,进一步提升非再生资源的利用率。

该技术对促进国家可持续发展,缓解能源短缺,加速国家“双碳”目标的实现具有重要意义。

因此,我们在超临界CO2创新联盟中,付出了巨大的努力。经过七年的努力,我们已经追上了国外的先进水平,华能的这个项目,是我们研究人员的努力和努力。

因为超临界CO2系统是一种全新的热能发电技术,它的核心部件是我们自己设计的。其中,核心装备的国产化率为100%,标志着我国在这一领域已处于世界领先地位。

CO2超临界循环理论

在华能集团的规划中,对于超临界CO2循环发电技术的进一步研究,将与光伏、电热储能、核电、火电等技术相结合,形成一个完整的体系。他相信,当这种技术完全成熟的时候,中国就可以从温室效应中解脱出来了。

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评论列表
  • 2023-05-28 10:18

    [笑着哭]怎么看着像编的,五百万瓦?有这个单位吗不都是kw吗

园圆说车

简介:谢谢关注