你呼出的“廢氣”,能發(fā)電了 ——全球首臺超臨界二氧化碳發(fā)電機組在中國“上崗”
來源:科普時報 時間:01-06 作者:陳杰
左圖為超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)實驗裝置。右圖為全球首個超臨界二氧化碳余熱發(fā)電技術(shù)“超碳一號”示范工程。(圖源:中核集團官網(wǎng))
你敢信嗎?我們呼出的二氧化碳,可以用來發(fā)電啦!
近日,全球首臺超臨界二氧化碳發(fā)電機組在貴州六盤水“上崗”。它不用“燒開水”,只讓二氧化碳在特殊狀態(tài)下“飛速奔跑”,就能將被浪費掉的熱能,高效轉(zhuǎn)化成日常生活離不開的電能。
超臨界二氧化碳到底是什么?跟人們呼出的二氧化碳有何不同?它又是如何發(fā)電的?
給二氧化碳穿上“戰(zhàn)甲”
提到二氧化碳,人們并不陌生。
我們呼出的“廢氣”,是它;可樂里滋滋冒的氣泡,是它;舞臺上夢幻的“仙氣”,也是它變的。
但用來發(fā)電的超臨界二氧化碳,則完全不同。
二氧化碳在不同的溫度和壓力下,會多重“變身”。
常溫常壓下,它是無色無味的氣體;降溫到零下78.5℃,它就成了干冰;給氣態(tài)的二氧化碳加壓,就會變成液態(tài)。
當溫度超過31℃、壓力達到73個大氣壓以上時,二氧化碳就會進入超臨界狀態(tài)。
此時,它就像披了一身特殊的“戰(zhàn)甲”,既像液體又像氣體——
密度跟液體一樣大,一立方米能有幾百公斤重,是普通氣體的幾百倍;黏度卻跟氣體一樣小,流動起來相當順暢,是不可多得的發(fā)電材料。
發(fā)電告別花式“燒開水”
說到發(fā)電,我們第一時間可能會想到火電廠、核電站。
幾百年來,人類發(fā)電的核心思路,基本上是以“燒開水”為主——把水變成水蒸氣,再用蒸汽推動葉輪旋轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機發(fā)電。
從煤炭到核能,目的都是為了更快地“燒開水”發(fā)電。
只是,與其用水蒸氣發(fā)電,何不省下“燒開水”環(huán)節(jié),直接用一種氣體來發(fā)電呢?
超臨界二氧化碳接下了這個“活兒”,其發(fā)電過程也較簡單。
首先把二氧化碳加熱加壓到超臨界狀態(tài),鋼鐵廠廢熱、太陽能都能當熱源。
接著把高溫高壓的二氧化碳送進透平機(渦輪機),它一膨脹就像“小火箭”似的,推著葉輪瘋狂轉(zhuǎn),連著葉輪的發(fā)電機就能發(fā)電了。
最后,“累趴”了的二氧化碳被回收,重新壓縮加熱后開啟新一輪發(fā)電循環(huán)。
整個過程都在一個封閉系統(tǒng)內(nèi)進行,節(jié)能又環(huán)保。
為啥要用二氧化碳發(fā)電
明明已經(jīng)有了火電、水電、風電,為啥還要“緊盯”二氧化碳呢?因為它優(yōu)點多多:
效率拉滿。超臨界二氧化碳發(fā)電的理論能量轉(zhuǎn)換效率超過50%。也就是說,輸入的熱能一半以上都能變成電。
“身材”迷你。二氧化碳在超臨界狀態(tài)下密度超大,同樣的發(fā)電能力下,所需透平機的體積只有蒸汽輪機的十分之一,又省錢又省地方。
反應(yīng)神速。傳統(tǒng)電廠調(diào)節(jié)發(fā)電功率,就像開大船一樣慢吞吞。
超臨界二氧化碳發(fā)電的響應(yīng)速度,是傳統(tǒng)方式的3倍多,能快速跟上電網(wǎng)需求變化,特別適合跟不穩(wěn)定的風電、光伏“打配合”。
省心省力。整個發(fā)電系統(tǒng)是封閉循環(huán)的,二氧化碳可以反復用,不用像鍋爐那樣天天補水、清理水垢,日常維護超簡單。
不僅是換了種發(fā)電方式
超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù),可不只是“換了種發(fā)電方式”這么簡單。它的出現(xiàn),正在悄悄改變我們的能源體系。
它是傳統(tǒng)工廠的“廢熱回收大師”。
鋼鐵、水泥、玻璃廠生產(chǎn)時,會產(chǎn)生大量廢熱。
超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)能把這些無用的熱量抓回來發(fā)電,相當于給高耗能工廠裝了個“能源回收器”。
它還是新能源的“超級充電寶”。
太陽能、風能靠天吃飯,白天發(fā)電多,晚上就“歇菜”,經(jīng)常出現(xiàn)“棄電”浪費。
搭配熔鹽儲能技術(shù),先把多余電能變成熱能存起來,等需要時再用超臨界二氧化碳技術(shù)發(fā)電。
這樣,可完美實現(xiàn)“削峰填谷”,讓新能源供電更穩(wěn)定。
未來,它還能和第四代核反應(yīng)堆合作,打造更安全高效的核能發(fā)電系統(tǒng)。