“加上高温高压 二氧化碳也能当发电“能手””

在前几天闭幕的中央经济事业会议上，“碳达峰，做好碳中和工作”被列为2021年的要点任务之一。

要点在国家研发计划的特殊成果中，有煤炭清洁高效利用和新型节能技术。 科技日报记者从科技部高新技术研究快速发展中心获悉，国家要点研发计划“煤炭清洁高效利用与新型节能技术”要点专项部署的“超高参数高效二氧化碳煤炭发电基础理论与关键技术研究”项目由华北电力大学主导，取得了重要突破。 超高参数二氧化碳(简称sco2 )燃煤发电系统使用高温高压二氧化碳代替水蒸气，实现动力循环和电力生产。 项目最终完成了发电效率51%的1000兆瓦( mw )级系统概念设计，为逐步推进大容量超高参数二氧化碳燃煤发电系统的示范与应用奠定了理论和技术基础。

与水蒸气发电相比，能够实现急速升降负荷

搞好碳达峰和碳中和，中国承诺2030年左右二氧化碳( co2 )排放量达到高峰，到2060年实现碳中和，需要大幅减少co2排放量。

“另一方面，它发挥煤炭‘压载石’的作用，支撑清洁煤炭发电。 另一方面，迅速发展可再生能源，实现多能源的互补性，保证能源的安全。 ”。 项目负责人、华北电力大学教授、教育部要点实验室主任徐进良在接受科技日报记者采访时表示。

可再生能源发电时变大或不稳定，会发生“变脸变快”、弃风弃光的现象。 煤炭发电要赶上这个“变脸”，就需要迅速改变负荷。

“超高参数二氧化碳燃煤发电由于热源温度高，与水蒸汽发电机组相比具有明显的效率特性，减少了co2排放量。 此外，sco2发电机组设备少、体积小、机组惯性小、非常灵活，可实现快速升降负荷，难以实现水蒸气发电。 ”。 徐进良表示，sco2发电对平衡电网负荷波动、保持供给侧和诉求侧的平衡起到了重要作用，是未来的快速发展方向。

基于此，国家要点研发计划“煤炭清洁高效利用与新型节能技术”要点专项中的“超高参数高效二氧化碳煤炭发电基础理论与关键技术研究”项目应运而生。

一边思考原始创新，一边思考工程落地的诉求

记者了解到，项目研究了超高参数二氧化碳燃煤系统的能源梯级利用、热力学循环和热学优化理论，以及关键部件能量转化和传播机理的关键科学问题，包括锅炉燃烧和污染物控制、换热器、涡轮和一体化系统的设计等重要

为什么要设定这样的目标呢？

“在我国快速发展sco2燃煤发电的过程中，根据我国国情和自主创新指导思想，走与国外不同的技术路线。 我们一边想着原始创新，一边想着工程落地的诉求。 ”。 徐进良说。

在目标方面，整理sco2煤炭发电和水蒸气发电，在热力系统的建立、关键设备机制、设计、制造和运行方面，它们是一样的，它们是不同的，克服它们的技术难题重要吗？

“对比关键技术的突破、形成系统的热力系统的建立、关键设备的工作机制、经实验验证的理论和做法，支持我国sco2煤炭发电事业的快速发展。 ”。 徐进良表示，通过研究，利用sco2煤炭发电需要回答煤炭资源节约、二氧化碳排放量降低、经济性方面的特点，这些分解基于定量数据。

在循环热系统的构筑上取得了突破

徐进良表示，项目实施分为两个阶段，第一阶段为2019年中期检查。 第二阶段是从中期检查到现在。

第一阶段在sco2煤炭发电循环热系统的构建方面取得了划时代的进展。

“超高参数二氧化碳循环最初并不是与煤炭发电相比提出的。 这个循环用于煤炭发电，出现了多个新的问题。 在项目第一阶段，为了实现循环流量大、锅炉管堵塞导致机组效率下降、排烟热“吃干榨”等关键问题，项目提出了锅炉模块化设计和能量叠加利用原理，并提出了循环构建方面的 ”。 徐进良说。

第二阶段在主要零部件的能量传播转化方面取得了突破。

“最典型的是发现超临界流体的非均匀物质结构，迫切需要超临界流体具有均匀流体结构的常规认识，这一发现对快速发展关键零部件的设计和运行技术意义重大，大大提高了关键设备的设计精度，保证了安全。 ”徐进良说。

超临界状态是物质的状态，超临界流体广泛应用于自然界和工程中。 关于项目超临界非均匀物质结构的研究也受到国际学术界的关注，美国学者在发表的论文中，以较长的篇幅对本项目的工作给予了肯定和评价。

“本项目事业指导工程实际，项目理论指导华北电力大学建立的超高参数二氧化碳实验设施建设，该实验台压力达到26MPa(MPa )，国际上超高参数二氧化碳数据集中在8mpa左右，工程实际 》徐进良还表示，本项目的成果指导了中国建设的小容量超临界二氧化碳煤炭机组的研制。

以能应对重要科学技术问题为检验标准

徐进良表示，项目取得重要突破有三个原因。

第一个是“反四唯”的结果，项目实施不以发表论文和专利为指挥棒，以能够真正处理重要的科技问题为检验成果的标准。 为此，项目小组克服了困难，大胆创新，取得了很好的效果。

二是管理体制改革，使项目实施更加顺利。 科技部实行了“放管服”改革，简化了项目管理，减少了各类表格的填写，科研人员越来越思考科技问题，进行了研究，提高了研发效率。

第三，项目组实施“图纸施工”，项目负责人严格按时间节点，督促项目组成员完成研发任务，保证质量，保证各课题之间的数据交叉等。

关于未来项目攻关工作，徐进良认为，与水汽发电机组相比，sco2煤炭发电是一项卓越的技术，涉及多项关键技术的研发，商业化尚需时日，但代表了能源动力领域的快速发展方向。

徐进良在中国“十四五”期间，围绕sco2煤炭发电建设了综合关键技术和系统集成平台，验证了获取的sco2煤炭发电理论和做法，获取了运行数据，系统判断了材料的耐久性，开发了sco2煤炭

“此外，还从事大型sco2煤炭发电机组发电的设计事业。 地方政府和公司也积极参与了sco2发电技术的开发，开拓了sco2太阳能发电、sco2中高温余热发电的新模式。 ”。 徐进良说。