中国革命性发电机曝光：用二氧化碳做工质，或彻底颠覆发电方式
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作者：天涯爱科学
目前世界上，除了少数风、光等发电技术之外，绝大多数发电都要利用到水这个工质，即使声名赫赫的核能发电也不例外。和火力发电一样，核能发电也离不开用水来做工质：核能产生的热量，把水加热为高温高压的水蒸气，再推动发电机组来发电。不管是陆地上的核电站，还是舰船上的核电堆，其原理莫不如此。因此不管是在火电站还是核电站，人们都能够看到那些显著的巨大“烟囱”——用来冷却水的冷却塔，使水能够得到循环利用，保证节约用水。

而现在，随着新的发电技术的出现，以后人们可能在发电厂就看不到这种巨大的冷却塔了，因为用来转换热能到机械能的工质，不再是水，而是二氧化碳。
12月8号，中国华能集团有限公司正式官宣，中国自主研发的世界参数最高、容量最大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，正式投运！满负荷运行期间，最高温度600℃，最高压力20兆帕，发电功率5兆瓦，系统各项指标全面达到设计要求，实现高标准安全稳定运行。

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？

一、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0.448g/cm，比超临界水的密度（0.322g/cm）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，透平发电机主轴长度只有蒸汽轮机的1/25，因而可以显著压缩整套发电机组的体积。二氧化碳发电机组相当于蒸汽机组的1/25是什么概念呢，打个比方来看，普通的私家车长度大概4~5米左右，而火车车厢长约26米。因此两种机组的比较就相当于私家车和火车车厢的比较。
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。

二氧化碳循环发电机组
二、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。
三、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℃，临界压力为仅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%。

四、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。

据微信公众号“中国华能”说，自2014年起，华能在没有任何相关借鉴技术和经验的基础上，花了整整7年时间，成功攻克了包括循环系统构建等多个环节的关键科学技术难题，自主设计制造出包括超临界二氧化碳锅炉等多个关键装置，核心设备国产化率达到100%，申请专利超过400项。
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