五部门联合推进电力装备绿色创新,超临界二氧化碳发电或将改变未来的发电方式

电力大力士 2022-08-30
1782 字丨阅读本文需 5 分钟

8月29日,工信部等五部门联合印发《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》,其中提出要推动超临界二氧化碳发电技术应用。

同天,国家能源局等三部门发布通知提出进一步提升煤电能效和灵活性标准,有关标准化技术委员会抓紧整合修订《常规燃煤发电机组单位产品能源消耗限额》、《热电联产单位产品能源消耗限额》等煤电能效和灵活性相关考核约束性标准,将循环流化床燃煤发电机组相关内容纳入强制性国家标准中。

资料显示,超临界二氧化碳循环发电技术是热力发电领域一项重要的变革性技术,不同于传统主流热力发电技术,该技术以二氧化碳为循环工质,利用二氧化碳拿来作为发电的介质。

据国资委网站介绍,该技术具有热电转换效率高、动力设备和系统体积小、灵活性好等显著优势,例如在主气温度600℃的条件下,热电转换效率较蒸汽机组提升3~5个百分点,另外还可实现0~100%全负荷调峰,并且采用此机组的燃煤电厂,单位发电碳排放强度可减少百分之十。

此外,去年中国华能集团自主研发的超临界二氧化碳循环发电试验机组,在华能西安热工院顺利完成72小时试运行,标志着正式投运。华能集团相关负责人表示,该项目有望彻底改变传统热力发电技术140多年来以水蒸汽为主流工质的发电方式。

1、什么叫超临界呢?

部分物质随着温度和压力的变化,会相应地呈现出固态、液态、气态三种相态。当把处于气液平衡的物质升温升压时,热膨胀引起液体密度减少,压力升高使气液两相的界面消失,成为均相体系,这一点称为临界点。

高于临界温度和临界压力以上的流体是超临界流体。超临界流体处于气液不分的状态,没有明显的气液分界面,既不是液体也不是气体。超临界流体具有十分独特的物理性质,它的黏度低、密度大,有良好的流动、传质、传热和溶解性能。

和传统用水做工质的发电机组相比,超临界二氧化碳循环发电机组有什么优势呢?

超临界二氧化碳发电机,集齐蒸汽轮机所有优点。效率高能耗低,功率也高出不少,就拿刚交付的这台超临界二氧化碳发电机来说,它的功率高达6兆瓦,每小时输出电力1000千瓦时!这样强悍的做功表现,是蒸汽轮机不能比的。

1)体积小,仅相当于蒸汽机组的1/25

超临界二氧化碳是一种非常稠密的流体,密度为0.448克/立方厘米,比超临界水的密度(0.322克/立方厘米)高出近1.4倍。更高的密度会带来更高的传输效率,相同体积的超临界二氧化碳比超临界水更加容易推动机组运转。

超临界二氧化碳由于密度大、动能大,所需涡轮级数少,涡轮机轴向尺寸降低,冷却器、管路附件尺寸相应减小。相同装机容量时,二氧化碳发电机组体积只有蒸汽机组的1/25,大致相当于私家车和火车车厢之比吧。

这种发电技术对于舰船来说,有着极大的应用价值。因为舰船内部空间有限,特别是航空母舰核电配有的庞大蒸汽发电机组占据了宝贵的空间,二氧化碳发电机组的极低体积,对于舰船特别是航空母舰等军用舰船来说有着举足轻重的意义。

2)效率高,发电效率增3-5%

超临界二氧化碳循环无相变,压缩过程中压缩功有效减小,只占涡轮输出功的30%,燃气轮机则高达50%~60%。测算表明,在600℃温度下,发电效率比蒸汽机组高3~5个百分点。

3)污染小,减少10%碳排放

水的临界温度374℃ ,临界压力22.1MPa,而二氧化碳临界温度为仅为31.26℃,临界压力仅为72.9atm,{1标准大气压(atm)=0.101325兆帕(mpa)},和水相比,二氧化碳的临界条件可以说是极低,很轻易就达到了。不同的临界条件,所需要的燃料数量自然不同,废弃物的排放自然就低。从华能的数据来看,采用二氧化碳机组的燃煤电厂,单位发电量碳排放强度可减少10%。

4)调峰容易,可实现0~100%全负荷调峰

由于水的临界条件较高,在用电峰谷差大时,电网的调峰幅度和难度较大。以我国邢台电厂8号机组(国产200MW)为例,一个调峰周期在8个小时左右,为节省时间还需要保持一定的温度和压力,升速至满负荷运转最快都需要90分钟,一次调峰经济损失为92吨标准煤。

而二氧化碳的临界条件低,调峰容易,可实现0~100%全负荷调峰。

2、未来发电方式将改变

二氧化碳循环发电机组的成功投运验证了超临界二氧化碳循环发电技术在工业运行的可行性,有望彻底改变传统热力发电技术 140 多年来以水蒸汽为主流工质的发电方式,标志着我国在超临界二氧化碳循环发电技术领域已处于世界领先水平。

中国曾做出承诺,将二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,这被称作碳达峰、碳中和“3060双碳”目标。实现碳达峰、碳中和是经济社会一场广泛而深刻的系统性变革,其中技术革新尤为重要。

而此次二氧化碳循环发电,不得不说就是一个革命性的创新!可以预见,以后二氧化碳就变成宝贝了哦,真的是科技改变生活

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