本月5日，美國能源部（DOE）撥付1.255億美元資金推進創(chuàng)新型太陽能項目的研發(fā)，其中向光熱發(fā)電相關(guān)研發(fā)項目撥付約4400萬美元。
值得一提的是，撥付光熱發(fā)電相關(guān)項目的資金中絕大部分（3900萬美元）將用于推進超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)商業(yè)化，以助力美國實現(xiàn)盡快降低光熱發(fā)電成本的目標(biāo)。
按照DOE的目標(biāo)，到2030年含12小時儲熱系統(tǒng)的光熱發(fā)電成本將降低到50美元/兆瓦時（5美分/kWh，約合RMB0.35元/kWh），而盡快推進超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)商業(yè)化則是實現(xiàn)該目標(biāo)的重要措施之一。
據(jù)悉，本次撥付的3900萬美元將用于一到兩個研發(fā)項目，以建設(shè)和演示超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)，相關(guān)系統(tǒng)需實現(xiàn)在550°C到630°C之間實現(xiàn)熱能儲存。
DOE對此表示，本課題的目標(biāo)是加速超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)走向商業(yè)化，并為公共事業(yè)運行商和光熱電站開發(fā)商提供運營經(jīng)驗。
本世紀(jì)以來，在能源、環(huán)保問題加劇的情況下，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)技術(shù)已引起各國廣泛關(guān)注。美國在這方面尤其積極，美國能源部（DOE）于2011年開始實施太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的“Sunshot”攻關(guān)計劃，該項目中的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)研發(fā)項目的主體項目為10MW超臨界二氧化碳發(fā)電機組項目研發(fā)和測試，由美國桑迪亞（Sandia）國家實驗室-核能系統(tǒng)實驗室（NESL）承擔(dān)相關(guān)的實驗研究。
在技術(shù)成熟度和應(yīng)用領(lǐng)域推進規(guī)劃方面，美國能源部（DOE）已開展實施10MW示范項目時即討論了市場應(yīng)用和推進時間表。該計劃主要分為以下進程：
2015~2020年，實現(xiàn)在工業(yè)余熱利用領(lǐng)域的應(yīng)用，效率超過ORC循環(huán)機組的方式；
2020~2025年，實施光熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，在10~100MW功率等級內(nèi)效率超過蒸汽輪機；
2025年以后研發(fā)實施化石燃料SCO2電廠、第四代核電和直燃式SCO2發(fā)電裝置。
隨著該計劃持續(xù)推進，近幾年來DOE在支持超臨界二氧化碳光熱發(fā)電相關(guān)技術(shù)研發(fā)方面不斷加碼，目前已取得重大進展。
僅僅2019年3月，DOE就曾撥款支持《高級二氧化碳換熱器中高強度鎳合金薄板的蠕變和疲勞特性》、《適用于基于二氧化碳的動力循環(huán)和儲能系統(tǒng)的高級壓縮機》、《適用于先進熱力循環(huán)的低成本短期/長期熱化學(xué)和化學(xué)儲能》、《減少超臨界二氧化碳光熱發(fā)電系統(tǒng)資本成本的近終型熱等靜壓機制造方式》、《用于CSP渦輪機械新型自潤滑高效刷式密封的垂直排列的碳納米管陣列》等多項超臨界二氧化碳相關(guān)技術(shù)研發(fā)項目。
2019年4月，由美國西南研究院(SwRI)與美國通用電氣公司GE聯(lián)合設(shè)計并制造的全球運行溫度最高的超臨界二氧化碳（sCO2）渦輪機進行了測試。
在測試之前的五年里，SwRI團隊與SETO等合作伙伴共同設(shè)計出多級軸流式sCO2熱氣渦輪膨脹機，GE則為該渦輪機的轉(zhuǎn)子等設(shè)計做出了重大貢獻。通過定制的高壓sCO2測試回路測試，該渦輪機被證實滿足所有機械性能指標(biāo)。
根據(jù)測試數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)光熱電站汽輪機35%-40%的熱效率，采用超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術(shù)的汽輪機熱效率將可達到50%左右。
