向前一大步!超临界二氧化碳光热发电商业化理想照进现实
发布者:admin | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 3121查看 | 2021-12-10 20:44:02    

CSPPLAZA光热发电网报道:12月9日,我国首座5MWe二氧化碳循环发电试验机组成功投运并顺利完成72小时满负荷试运行,各项指标全面达到设计要求,实现了高标准安全稳定运行。


该机组由中国华能集团历经七年自主研发制造,系统核心设备国产化率达到100%,也是目前世界上参数最高、容量最大的超临界二氧化碳循环发电试验机组。


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图:5MWe二氧化碳循环发电试验机组(来自中国华能)


项目验证了超临界二氧化碳循环发电技术工程转化的可行性,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,标志着我国已全面攻克掌握超临界二氧化碳循环发电整套关键核心技术,站在了世界热力发电技术领域的最前沿。


这是超临界二氧化碳循环发电技术的一大步,以此为新的起点,下一步的目标是,迈向纯绿色的超临界二氧化碳循环商业化示范电站,而要实现100%的绿色发电,与光热发电系统的结合则是最具可行性的现实路径。


华能的布局


2021年4月,华能集团发布格尔木市多能互补一体化基地规划方案编制技术咨询服务招标公告,公告显示,格尔木市多能互补一体化基地初步规划配套光伏容量300万千瓦、储能容量100万千瓦/200万千瓦时、搭配5万千瓦超临界二氧化碳循环塔式光热国家级科技示范项目。


华能方面日前亦表示,下一阶段,华能将积极推动超临界二氧化碳循环发电技术在高效光热、电热储能、先进核电和灵活火电等领域的研发与应用,计划在“十四五”期间建成50兆瓦超临界二氧化碳循环发电商业示范电站。


由此可见,“十四五”期间,华能集团规划实现首个5万千瓦超临界二氧化碳循环塔式光热发电项目的落地,一旦成功,对传统热力发电技术、对光热发电技术,都将产生革命性的重大影响。而现在,距离十四五终的2025年底,也就还有4年时间。


技术的革命


华能西安热工研究院董事长苏立新介绍,与传统蒸汽发电相比,二氧化碳循环发电机组具有三大优势:


一是体积小,同等装机容量,二氧化碳发电机组体积只有蒸汽机组的1/25;二是效率高,在600℃温度下,发电效率比蒸汽机组高3~5个百分点;三是污染小,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%。


而如果和光热发电技术融合,超临界二氧化碳循环光热发电技术又将具有何等的优势?其将可以实现100%的纯绿色发电,成为一种可靠稳定的绿色调节电源,更是对现有光热发电技术体系的重大革命。


更高的运行温度意味着更高的循环效率、更高效的储热、更高的发电效率。


传统的光热发电技术采用导热油或熔盐为介质,导热油温度上限为400摄氏度左右,硝酸盐则为590摄氏度左右,这限制了光热发电系统的性能提升。


超临界二氧化碳循环600到800℃的运行温度将打破这一温度壁垒,可以使光热发电效率提高10%,发电成本下降20%甚至更多。


同时,还可以使系统对工况的改变响应更加迅速,可以适应高频宽变负荷,更好地发挥灵活性调节优势。此外,其无水运行的特点也使该技术更加适合我国西北的干旱缺水地区。


国际前沿研发方向


鉴于超临界二氧化碳循环发电技术的明显优势,近年来,美国、法国、日本、韩国等国家的顶级研发机构和电力企业纷纷围绕该技术开展了一系列基础研究和产业化布局,力图抢占该领域的技术主导权。


美国更是将该技术作为未来光热发电技术迭代升级的重要突破口,“超临界二氧化碳布雷顿循环系统研发项目”也是美国能源部(DOE)推进的“Sunshot”攻关计划的重要项目之一。


今年年初,美国桑迪亚实验室的研究团队获得了美国能源部(DOE)拨付的约2500万美元的资金支持,该笔资金将用于建造一座至少可储存6小时热能的1MW超临界二氧化碳光热发电示范项目。


该研究团队选择利用高温铝土矿颗粒作为传储热介质、与超临界CO2光热发电系统相结合,旨在实现700℃以上的高工作温度,同时将光热发电成本降至5美分/kWh(约合人民币0.32元/kWh)。


风光大基地的更佳调节电源选择


随着我国首座大型二氧化碳循环发电机组的成功投运,在超临界二氧化碳光热发电技术研发的赛道上,中国已经成功跃居领先位置。


目前制约光热发电发展的最大短板就是成本问题,超临界二氧化碳技术的加持将可大大提升光热电站的效率,大大降低其成本,同时拥有更佳的调节性能,可实现0~100%全负荷调峰。


当前,为实现双碳目标,中国已启动了第一批风光大基地项目,第二批也已经箭在弦上。为了解决风电光伏的间歇性弊病,必须配置调节电源已成为这种大基地项目开发的前提。


凭借可储能调峰且高度清洁的独特优势,目前中国已经启动了包括1.11GW光热装机在内的一批风光热互补新能源基地项目。


如果超临界二氧化碳循环光热发电技术在未来几年成功迈向商业化,其作为风光大基地的灵活调节电源,竞争力将大大提升,光热发电也将得以更大规模的部署。


但作为一项创新型的革命性技术,未来要解决的问题定然还有很多,但华能集团今天迈出的一大步,将可以成就未来更大的一大步。


华能西安热工研究院相关专家已确定将出席1月6日-7日在西安召开的2022中国风光热互补新能源基地开发大会,并就超临界二氧化碳循环发电技术的相关议题进行分享,欢迎大家莅临交流。


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