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超臨界二氧化碳渦輪機將助力提升小型光熱電站市場競爭力
發布者:zlj | 來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 6778查看 | 2019-06-25 10:33:08    

CSPPLAZA光熱發電網訊:近日,由美國西南研究院(SwRI)與美國通用(yong)電氣公司GE聯合(he)設計并制造的全球運行溫度最高的超臨界二氧化(hua)碳(sCO2)渦輪(lun)機順(shun)利通過了測試(shi)。相關研究人員(yuan)指出,測試(shi)結果(guo)表明這種sCO2渦輪(lun)機兼(jian)具(ju)降(jiang)低(di)電站(zhan)成本和提升電站(zhan)運行效(xiao)率的優勢,未來(lai)可(ke)使(shi)得小(xiao)型光熱電站(zhan)更具(ju)市場競(jing)爭力。


據(ju)SwRI機(ji)械工程師Jeffrey Moore博士介紹,該10MW渦(wo)輪(lun)(lun)機(ji)僅(jin)僅(jin)只有(you)大約(yue)一張普通桌子的尺寸大小(xiao),卻可以(yi)提供全(quan)球工業透平(ping)范圍內最(zui)高的功率密度(du),目(mu)前只有(you)用于航天飛(fei)機(ji)引擎的渦(wo)輪(lun)(lun)泵(beng)可與之匹(pi)敵。


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圖:超臨界(jie)二氧化碳渦(wo)輪機


傳統光熱發電(dian)系統的熱效(xiao)率(lv)一般為35%至40%,而配備(bei)sCO2渦(wo)輪機的光熱發電(dian)系統可實現(xian)近50%的熱效(xiao)率(lv)。


提高動力循環的(de)熱效率是降(jiang)低CSP裝置的(de)平準化能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)本(LCOE)的(de)關鍵。 美(mei)國(guo)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)部(DOE)已(yi)為CSP設定了(le)到2030年儲能(neng)(neng)12小(xiao)時(shi)(shi)(shi)的(de)光熱發電系統達到50美(mei)元(yuan)/兆(zhao)瓦時(shi)(shi)(shi)的(de)成(cheng)本目標,低于2017年估計(ji)的(de)103美(mei)元(yuan)/兆(zhao)瓦時(shi)(shi)(shi)。美(mei)國(guo)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)部太(tai)陽能(neng)(neng)技術(shu)辦(ban)公(gong)室(SETO)光熱發電項目經(jing)理Avi Shultz表示,實現50%的(de)熱效率使得這一成(cheng)本目標向前邁進了(le)五(wu)分(fen)之一。


這種(zhong)尺寸小但功力強大的(de)渦輪機可(ke)耐受高(gao)達715℃的(de)高(gao)溫以及近3,600psi(pounds per square inch,1psi=6.895kPa)的(de)高(gao)壓,且應用范(fan)圍極廣,適用電站裝機最高(gao)達450MW。GE高(gao)級首席(xi)工程(cheng)師(shi)Doug Hofer表示,在(zai)超過700℃的(de)工況下,基于超臨界二氧化(hua)碳的(de)動力循(xun)環(huan)系統會比蒸汽(qi)循(xun)環(huan)系統更高(gao)效。


得(de)益于sCO2動力(li)(li)循環(huan)所(suo)帶來(lai)的效(xiao)率提升,光(guang)熱電站即使在沒有(you)規模(mo)效(xiao)益的條件下(xia)也可以獲得(de)頗具競爭力(li)(li)的電價。


Shultz表(biao)示,即使在(zai)裝(zhuang)機(ji)規模(mo)低(di)于百兆瓦的光(guang)熱(re)電(dian)站中,sCO2動力循環依然(ran)可以保(bao)障相對較(jiao)高的運行(xing)效(xiao)率,其(qi)(qi)可幫助裝(zhuang)機(ji)規模(mo)較(jiao)小(xiao)(≤50MW)且成(cheng)本較(jiao)低(di)的小(xiao)型光(guang)熱(re)電(dian)站實現與傳(chuan)(chuan)統(tong)大型光(guang)熱(re)電(dian)站相同的運行(xing)效(xiao)率,這將為小(xiao)型光(guang)熱(re)電(dian)站的開發(fa)帶來新(xin)的市場契機(ji)。另外,sCO2渦輪(lun)機(ji)還應具備更優(you)良的快速(su)啟(qi)動性(xing)能,因為其(qi)(qi)體積較(jiao)傳(chuan)(chuan)統(tong)大型蒸(zheng)汽輪(lun)機(ji)更小(xiao),需(xu)要(yao)更強的“爆發(fa)力”。


Shultz進一(yi)步指出,渦(wo)(wo)輪膨(peng)脹機和渦(wo)(wo)輪機的技(ji)術創新與(yu)(yu)商(shang)業(ye)化(hua)離不開與(yu)(yu)之(zhi)相(xiang)關部(bu)件的同步研(yan)發(fa)。由SETO和DOE資助的一(yi)些項目正在研(yan)發(fa)與(yu)(yu)該sCO2渦(wo)(wo)輪機相(xiang)匹配的其他(ta)部(bu)件,例如壓縮機、換(huan)熱(re)器、軸承(cheng)和密封(feng)零件,以及熱(re)交換(huan)器等。


已有研究(jiu)表明,熱交換器才是制約發電系統瞬(shun)態運行的部(bu)件。對此(ci),一群來(lai)自美國大學的研究(jiu)人員(yuan)于(yu)近期(qi)開發出一種(zhong)由新型“金屬(shu)陶(tao)瓷”(陶(tao)瓷和金屬(shu)制成(cheng)的材料)制成(cheng)的換熱器,可用于(yu)高(gao)溫SCO2電站。測試證(zheng)明,這種(zhong)金屬(shu)陶(tao)瓷換熱器比目前采(cai)用鋼和鎳基(ji)設計的換熱器更堅固耐用。


GE研究小組將(jiang)在全球首個10MW的sCO2電(dian)站(zhan)(zhan)--超臨界轉化電(dian)力(li)(STEP)試(shi)驗電(dian)站(zhan)(zhan)中對該sCO2渦(wo)輪機的各種(zhong)“版本”進(jin)行測試(shi),同(tong)(tong)時(shi),不(bu)同(tong)(tong)“版本”的其他(ta)相(xiang)關關鍵部件也會進(jin)行測試(shi)。


Shultz指出,超高溫光熱(re)系(xi)統實(shi)現大規模商業部署還需(xu)要(yao)幾年(nian)時間,當下需(xu)要(yao)通過測試來降(jiang)低關鍵(jian)部件的(de)(de)(de)風(feng)險性,并證明技(ji)術的(de)(de)(de)可行(xing)性。測試成功后,將sCO2動力循環集成到商業塔式光熱(re)電站中是沒有(you)問題的(de)(de)(de),采用先進(jin)熔鹽塔式技(ji)術路線(xian)的(de)(de)(de)電站可直(zhi)接實(shi)現超臨界(jie)二氧化碳循環改(gai)造。


目前,北京(jing)首(shou)(shou)航艾啟威節能技(ji)術股份有限公(gong)司(si)與法國電(dian)力公(gong)司(si)、EDF(中國)投資有限公(gong)司(si)正針對首(shou)(shou)航節能敦煌10MW光熱示(shi)范(fan)電(dian)站實施超臨界二氧化碳循環改造,整體(ti)改造計劃于2020年底完工。


附英文原文鏈接:

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