CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道:12月9日,我國首座5MWe二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗機組成功投運并順利完成72小時滿負荷試運行,各項指標全面達到設(shè)計要求,實現(xiàn)了高標準安全穩(wěn)定運行。
該機組由中國華能集團歷經(jīng)七年自主研發(fā)制造,系統(tǒng)核心設(shè)備國產(chǎn)化率達到100%,也是目前世界上參數(shù)最高、容量最大的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗機組。

圖:5MWe二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗機組(來自中國華能)
項目驗證了超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)工程轉(zhuǎn)化的可行性,有望徹底改變傳統(tǒng)熱力發(fā)電技術(shù)140多年來以水蒸汽為主流工質(zhì)的發(fā)電方式,標志著我國已全面攻克掌握超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電整套關(guān)鍵核心技術(shù),站在了世界熱力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的最前沿。
這是超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)的一大步,以此為新的起點,下一步的目標是,邁向純綠色的超臨界二氧化碳循環(huán)商業(yè)化示范電站,而要實現(xiàn)100%的綠色發(fā)電,與光熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合則是最具可行性的現(xiàn)實路徑。
華能的布局
2021年4月,華能集團發(fā)布格爾木市多能互補一體化基地規(guī)劃方案編制技術(shù)咨詢服務(wù)招標公告,公告顯示,格爾木市多能互補一體化基地初步規(guī)劃配套光伏容量300萬千瓦、儲能容量100萬千瓦/200萬千瓦時、搭配5萬千瓦超臨界二氧化碳循環(huán)塔式光熱國家級科技示范項目。
華能方面日前亦表示,下一階段,華能將積極推動超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)在高效光熱、電熱儲能、先進核電和靈活火電等領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用,計劃在“十四五”期間建成50兆瓦超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電商業(yè)示范電站。
由此可見,“十四五”期間,華能集團規(guī)劃實現(xiàn)首個5萬千瓦超臨界二氧化碳循環(huán)塔式光熱發(fā)電項目的落地,一旦成功,對傳統(tǒng)熱力發(fā)電技術(shù)、對光熱發(fā)電技術(shù),都將產(chǎn)生革命性的重大影響。而現(xiàn)在,距離十四五終的2025年底,也就還有4年時間。
技術(shù)的革命
華能西安熱工研究院董事長蘇立新介紹,與傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電相比,二氧化碳循環(huán)發(fā)電機組具有三大優(yōu)勢:
一是體積小,同等裝機容量,二氧化碳發(fā)電機組體積只有蒸汽機組的1/25;二是效率高,在600℃溫度下,發(fā)電效率比蒸汽機組高3~5個百分點;三是污染小,采用二氧化碳機組的燃煤電廠,單位發(fā)電量碳排放強度可減少10%。
而如果和光熱發(fā)電技術(shù)融合,超臨界二氧化碳循環(huán)光熱發(fā)電技術(shù)又將具有何等的優(yōu)勢?其將可以實現(xiàn)100%的純綠色發(fā)電,成為一種可靠穩(wěn)定的綠色調(diào)節(jié)電源,更是對現(xiàn)有光熱發(fā)電技術(shù)體系的重大革命。
更高的運行溫度意味著更高的循環(huán)效率、更高效的儲熱、更高的發(fā)電效率。
傳統(tǒng)的光熱發(fā)電技術(shù)采用導熱油或熔鹽為介質(zhì),導熱油溫度上限為400℃左右,硝酸鹽則為590℃左右,這限制了光熱發(fā)電系統(tǒng)的性能提升。
超臨界二氧化碳循環(huán)600到800℃的運行溫度將打破這一溫度壁壘,可以使光熱發(fā)電效率提高10%左右。
同時,還可以使系統(tǒng)對工況的改變響應(yīng)更加迅速,可以適應(yīng)高頻寬變負荷,更好地發(fā)揮靈活性調(diào)節(jié)優(yōu)勢。此外,其無水運行的特點也使該技術(shù)更加適合我國西北的干旱缺水地區(qū)。
國際前沿研發(fā)方向
鑒于超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)的明顯優(yōu)勢,近年來,美國、法國、日本、韓國等國家的頂級研發(fā)機構(gòu)和電力企業(yè)紛紛圍繞該技術(shù)開展了一系列基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化布局,力圖搶占該領(lǐng)域的技術(shù)主導權(quán)。
美國更是將該技術(shù)作為未來光熱發(fā)電技術(shù)迭代升級的重要突破口,“超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)研發(fā)項目”也是美國能源部(DOE)推進的“Sunshot”攻關(guān)計劃的重要項目之一。
今年年初,美國桑迪亞實驗室的研究團隊獲得了美國能源部(DOE)撥付的約2500萬美元的資金支持,該筆資金將用于建造一座至少可儲存6小時熱能的1MW超臨界二氧化碳光熱發(fā)電示范項目。
該研究團隊選擇利用高溫鋁土礦顆粒作為傳儲熱介質(zhì)、與超臨界CO2光熱發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合,旨在實現(xiàn)700℃以上的高工作溫度,同時將光熱發(fā)電成本降至5美分/kWh(約合人民幣0.32元/kWh)。
風光大基地的更佳調(diào)節(jié)電源選擇
隨著我國首座大型二氧化碳循環(huán)發(fā)電機組的成功投運,在超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)的賽道上,中國已經(jīng)成功躍居領(lǐng)先位置。
目前制約光熱發(fā)電發(fā)展的最大短板就是成本問題,超臨界二氧化碳技術(shù)的加持將可大大提升光熱電站的效率,大大降低其成本,同時擁有更佳的調(diào)節(jié)性能,可實現(xiàn)0~100%全負荷調(diào)峰。
當前,為實現(xiàn)雙碳目標,中國已啟動了第一批風光大基地項目,第二批也已經(jīng)箭在弦上。為了解決風電光伏的間歇性弊病,必須配置調(diào)節(jié)電源已成為這種大基地項目開發(fā)的前提。
憑借可儲能調(diào)峰且高度清潔的獨特優(yōu)勢,目前中國已經(jīng)啟動了包括1.11GW光熱裝機在內(nèi)的一批風光熱互補新能源基地項目。
如果超臨界二氧化碳循環(huán)光熱發(fā)電技術(shù)在未來幾年成功邁向商業(yè)化,其作為風光大基地的靈活調(diào)節(jié)電源,競爭力將大大提升,光熱發(fā)電也將得以更大規(guī)模的部署。
但作為一項創(chuàng)新型的革命性技術(shù),未來要解決的問題定然還有很多,但華能集團今天邁出的一大步,將可以成就未來更大的一大步。
華能西安熱工研究院相關(guān)專家已確定將出席1月6日-7日在西安召開的2022中國風光熱互補新能源基地開發(fā)大會,并就超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)的相關(guān)議題進行分享,歡迎大家蒞臨交流。
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