【壓縮機(jī)網(wǎng)】超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)是世界各國(guó)在爭(zhēng)相研究的國(guó)際前沿技術(shù)。該技術(shù)采用超臨界狀態(tài)的二氧化碳作為循環(huán)介質(zhì)，在相同條件下，比傳統(tǒng)的水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)效率高出5%~10%，同時(shí)設(shè)備體積和重量大大減少。得益于這兩大突出優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)在太陽能光熱發(fā)電、中小型核電和艦船動(dòng)力領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 

 

　　壓縮機(jī)和透平是超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的核心部件，其實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)難度大、投入成本高，多年來國(guó)內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究鮮有報(bào)道。工程熱物理研究所新工質(zhì)發(fā)電團(tuán)隊(duì)從2016年開始開展兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，在中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、衡水高新區(qū)院地合作項(xiàng)目支持下，于2018年9月建成我國(guó)首座兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳壓縮機(jī)測(cè)試平臺(tái)，并投入運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)臺(tái)建成后，先后完成了控制系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試，開展了二氧化碳充裝和超臨界二氧化碳狀態(tài)調(diào)制、高速轉(zhuǎn)子空載和輕載測(cè)試等一系列實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程的可行性和可靠性，獲得了一系列珍貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，改變了超臨界二氧化碳離心式壓縮機(jī)數(shù)值分析缺少可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀。 

 

　　近日，團(tuán)隊(duì)完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)樣機(jī)的測(cè)試。壓縮機(jī)首次實(shí)現(xiàn)全載測(cè)試運(yùn)行，進(jìn)口總壓7.3~7.9MPa，進(jìn)口總溫305.4K，實(shí)驗(yàn)進(jìn)口狀態(tài)為超臨界態(tài)，且在臨界點(diǎn)附近，壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定；壓縮機(jī)出口總壓最高達(dá)到14.9MPa，總壓比約1.9，流量達(dá)到12~17 kg/s，等熵絕熱效率70~80%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，壓縮機(jī)等熵效率、工作邊界、間隙泄漏量等與理論設(shè)計(jì)基本相符，從而實(shí)現(xiàn)了第一次對(duì)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論和方法的驗(yàn)證。 

 

　　本次壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的成功是國(guó)內(nèi)兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)研究的重要階段性成果。首先，國(guó)際上除了美國(guó)SANDIA實(shí)驗(yàn)室的100kW級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)外，尚無公開報(bào)道的大型等尺寸壓縮機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)，且本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓縮機(jī)效率具有明顯優(yōu)勢(shì)。測(cè)試過程中積累了大量原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位驗(yàn)證數(shù)值模擬以及設(shè)計(jì)理論，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義；其次，近臨界點(diǎn)附近壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題一直以來是困擾本領(lǐng)域研究人員的關(guān)鍵科學(xué)難題，本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)該問題進(jìn)行了初步的解答；最后，作為國(guó)內(nèi)首套兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)通用測(cè)試平臺(tái)，本次測(cè)試充分驗(yàn)證了該測(cè)試平臺(tái)的穩(wěn)定性與可靠性，具備了提供超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試服務(wù)的能力，對(duì)本領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。 

 

　　“雄關(guān)漫道真如鐵”——科研的道路從來不是一帆風(fēng)順。新工質(zhì)發(fā)電團(tuán)隊(duì)在三年多的研究歷程中，通過團(tuán)隊(duì)成員共同努力，攻克一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，才取得階段性成績(jī)。接下來的兆瓦級(jí)發(fā)電示范機(jī)組建設(shè)施工和調(diào)試運(yùn)行也必將存在更多的困難，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)發(fā)揚(yáng)不畏艱險(xiǎn)的精神，一往無前，向著目標(biāo)昂首挺進(jìn)。

 

 

　　圖1 兆瓦級(jí)壓縮機(jī)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

 

　　圖2 壓縮機(jī)測(cè)試結(jié)果曲線圖