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    我国首台自主研制的超临界二氧化碳发电机组成功交付用户使用

    2020-06-10 14:48:14  来源:石灰窑生态圈
     我国首台自主研制的超临界二氧化碳发电机组成功交付用户使用
             
            近日,我国自主研制的国内首台6兆瓦超临界二氧化碳透平压缩发电机组,已经完成了机械运转试验并顺利出厂交付用户。这一结果,标志着设计制造商的核心技术成功应用于又一全新领域,这对于推动我国超临界二氧化碳发电技术商业化具有里程碑意义。
             据悉:这款*新研发成果,是由中国船舶集团所属重庆江增船舶重工有限公司自主研制的,整机性能达到了国际领先水平。江增重工是目前国内唯一一家取得兆瓦级超临界二氧化碳透平压缩发电机组商业合同的厂家,产品从设计到交付使用,整整历时3年。
        目前,随着能源、环保问题加剧,超临界二氧化碳发电技术已是全球发电领域*新*热的研究方向。江增重工研制的这款发电机组,系统热效率可超过50%,比*先进的蒸汽动力循环高出25%,这将有效提高发电效率,缩短电厂建设周期,并显著降低成本,同时适用于荒漠缺水地区。这些优点都是普通发电系统无法比拟的。未来可替代传统蒸汽轮机和氦气轮机发电机组,应用范围和前景广阔。
       科普知识:
            目前承担基础负荷的发电形式主要是 火力发电(锅炉+汽轮机),其能量转换系统采用工质为 -水蒸汽。锅炉主要是提供热源(燃煤),水在封闭管路中经升压后到锅炉中去吸热,然后进入汽轮机膨胀做功,推动汽轮机旋转进而驱动发电机向电网供电。水的临界温度为374摄氏度、压力为22.05兆帕。目前*先进的超临界火电机组运行参数为温度高于593摄氏度,水蒸汽压力高于31兆帕。而超临界二氧化碳电力循环系统采用工质CO2的临界温度为 31摄氏度,临界压力为 7.38兆帕,可实现高效率的热能利用并超越传统的蒸汽轮机。
     
       相关技术进展:
        我国能源结构将从化石能源主导的时代进入以可再生能源和化石能源长期共存的多元化时代。超临界二氧化碳循环发电由于其独特的优势,是未来高效灵活火电、高温光热发电、新一代核电、余热发电和先进舰船动力系统的研究热点。
        目前,超临界二氧化碳(SCO2)发电技术装置已经从国家级科研机构与高校的研究及实验阶段发展到商业化的临界点。众多的商业机构如发电公司、零部件供应商、设计研发企业开始形成产业联合体。世界范围内已经有多台1-10MW级别的机组处于商业示范运营阶段。更高功率和参数等级的机组正在设计研发阶段,各研究及商业机构均试图抢占*前沿的技术领域和未来产品市场。
        从国别来看,美国、日本、韩国、法国均在系统研究、机组设计、零部件加工及系统示范验证方面开展了较多的工作。美国目前是毋庸置疑的技术领先者,预期其在近年内完成商业示范,在3-5年将形成1-10MW级超临界二氧化碳机组完整产业链和成功商业案例。中国国内目前还处在理论研究和小型示范机组建设规划筹建阶段,少数厂商有试制计划和生产能力,与美国差距较为明显。
           20189月,中国科学院工程热物理研究所衡水基地传来喜讯,新工质发电团队完成了我国首座大型超临界二氧化碳(SCO2)压缩机实验平台的建设工作。兆瓦级SCO2 压缩机通用实验平台的建成投运,终结了我国相关研究缺乏实验条件的历史,为研究所深入开展SCO2循环发电系统的研究打下坚实的基础,也为国内从事此项研究的其它科研单位提供了实验支撑。
        该实验平台是用于测试SCO2压缩机工作性能和开展SCO2流体压缩特性相关基础实验的通用平台,还可以用于开展高速转子测试、轴承测试和密封测试等实验。该平台可调制79MPa035℃的亚临界或超临界二氧化碳,压缩机出口压力可以达到20MPa 以上;转子转速*高可达40000r/min以上,流量*大达到30kg/s;可进行百kWMWSCO2压缩机的精密连续测试,是目前我国唯一的兆瓦级SCO2压缩机实验平台,也是世界上规模*大等级*高的同类实验平台。
     
       石灰行业相关前沿技术链接:
           在石灰行业中,生产石灰所用的石灰石中含有44%成分的二氧化碳,煅烧后产生同数量的二氧化碳气体,目前在工业制备回收二氧化碳方法中石灰石煅烧方法是产生二氧化碳含量*高的方法。在石灰生产中,如果把二氧化碳回收后用于工业应用将产生可能大于石灰经济效益,如果全部回收用于发电可以代替石灰生产中的煤炭或气体等燃料成本。
        目前,采用石灰窑窑气回收二氧化碳发电并直接用于电烧石灰生产技术只有唐山金泉冶化科技产业集团旗下的“唐山金泉成套设备有限公司”和“唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司”(以下简称唐山金泉公司)拥有的多项自主知识产权的专利和专有技术,该项系列技术已经在201211月被“中国石灰产业学会”立项并重点支持的研发课题,命名为“1211工程”。截止目前,唐山金泉公司已经完成了“石灰窑回收二氧化碳电烧石灰系列技术”、“二氧化碳膨胀做功发电系列技术”、“二氧化碳冷能差压发电系列技术”、“石灰窑炉内产物气载热循环富集高浓度CO2系列技术”、“电能无焰燃烧生产石灰技术”等专利技术的中试和工业化应用的工作,多项技术具备了工业化应用的基础条件,部分关键技术中间试验项目也取得了突破性进展。
        从目前测试的各项数据看,石灰窑回收的二氧化碳气体所发电能只要达到实际煅烧石灰所用电能的50%就可以与煤炭生产石灰的燃料成本持平,所发电能如果达到100%就可以完全替代燃煤能耗成本。从目前唐山金泉公司的多项二氧化碳发电技术原理看,主要采用的是二氧化碳闭路循环利用的方法,即采用物理法实现的,是采用多级循环储能做功,严格意义讲二氧化碳在发电过程中并没有“燃烧”消失而是多级储能做功利用进行发电,这个就是利用了二氧化碳的物理特性进行能量转换的,用一句话来说明就是“质变产生了量变,量变产生了能量”。
        中国石灰产业学会与北方炉窑协会专家组通过对该项技术的跟踪调研后指出:唐山金泉公司率先研发应用的系列二氧化碳发电技术具有环境友好、热效率高、经济性好等特点,是未来清洁高效发电技术和能源综合利用技术的热点研究方向,是一项将带来石灰生产变革的新技术。同时,该项技术也是一项复杂的系统工程,需要有计划地整合各方资源、有意识地组织广泛的合作才能取得实质性的突破。建议学会统筹好行业内各项资源,鼓励高校科研机构与企业积极行动,有规划有分工地加入此项目技术攻关,支持产学研协同合作。同时,我们也期盼唐山金泉公司继续用自身的努力在二氧化碳资源化科技创新与成果应用转化、绿色清洁生产技术推广、传统制造业绿色工艺技术改造、建立绿色低碳循环发展产业体系中为整个行业带来表率和示范。
     

    文稿编辑:
    中国石灰产业学会
     孙菲
    20200609