美国当地时间4月8日消息：由美国西南研究院（SwRI）和通用电气(GE)的工程师组成的团队，设计、制造并测试了世界上最高温度的超临界二氧化碳(sCO₂)透平。
该透平由美国能源部(DOE)太阳能技术办公室(SETO)提供680万美元的资金开发，另外还有来自商业合作伙伴通用电气研究公司(GE Research)、塔尔能源公司(Thar Energy)、电力研究所(Electric Power Research Institute)、沙特阿美服务公司(Aramco Services Company)和海军核实验室(Navy Nuclear Laboratory)的300万美元资金。此外，美国能源部的先进研究项目署-能源(ARPA-E)全光谱优化阳光转换和利用(FOCUS)计划提供了财政支持，并扩大了测试计划，以验证先进的热密封。
SwRI的机械工程师、该项目的首席研究员杰弗里·摩尔(Jeffrey Moore)博士说:“整个10兆瓦透平有桌子那么大，产生的功率密度是所有工业透平中最高的，只有用于航天飞机引擎的涡轮泵能与之匹敌。”“这不仅将提高集中太阳能发电厂的效率，还将提高化石和核电站的效率，降低废热回收和能源储存的成本。”“这种尺寸小但功力强大的透平可耐受光热电站的复杂工况，且容量扩展性强，最高可达450MW。它可使传统化石燃料发电的电站的运行效率提高2％-4％，相当于每年减少1400万辆汽车的二氧化碳排放量。
CSP电厂使用镜子集中太阳能来驱动透平，透平在高压和高温下使用工作流体(通常是蒸汽)发电。实现基于超临界二氧化碳（sCO₂）的系统所需的条件要求SwRI团队克服许多重大的工程挑战。
在过去的五年里，SwRI团队与SETO和他们的合作者一起创造了一个多级轴流sCO₂透平。合作伙伴GE的研究对透平的设计做出了重要贡献，特别是在透平转子的设计上。
sCO₂透平在超过1300℉（704.4℃）的温度和超过3600 psi（24.8MPa）的压力下，在大范围的负荷变化条件下工作，还必须保持高效率、快速启动时间和处理瞬态热输入快速波动的能力。在定制的高压sCO₂测试回路中进行了测试，透平满足了所有的机械和性能目标，包括全温度、压力和速度。
大多数传统的CSP系统的热效率在35%到40%之间。新设计的带有sCO₂动力循环的透平可以接近50%的效率，”摩尔说。“除了更高效、更划算的电力，新的透平还将使CSP电厂在经济上比化石燃料电厂更具竞争力。”
该透平的改进型将安装在超临界转换电力(STEP) 10兆瓦的示范电厂，这是一个耗资1.19亿美元的sCO₂试验电厂，目前正在SwRI位于圣安东尼奥的总部建设中。STEP是通过天然气技术研究所(GTI)、SwRI和通用电气之间的合作伙伴关系开发的，由美国能源部的国家能源技术实验室资助。STEP将展示一个完全集成的sCO₂电厂，该电厂发电效率更高，成本更低，碳足迹比传统电厂更小。
“我们希望证明，我们可以在良好的安全和控制系统下大规模运行，”工程师道格拉斯·霍费尔(Douglas Hofer)说。
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