美研發可提高電廠能源利用率的新型電力系統

【世界核新聞網站2022年9月7日報道】美國桑迪亞國家實驗室（SNL）近日成功完成基于閉式布雷頓循環的新型電力系統測試。該系統可以顯著提高發電廠的能源利用率，能夠與現有的大型輕水堆和正在研發的先進反應堆配套使用。

目前的發電廠都使用以蒸汽為工質的朗肯循環，將熱能轉化為電能，這一過程可能會發生約三分之二的能量損失。桑迪亞的新型系統以超臨界二氧化碳為工質，采用閉式布雷頓循環，運行溫度可達700℃，遠高于傳統朗肯循環，可大幅提高能量轉化效率，理論轉化效率可達50%。

在桑迪亞研發的系統中，二氧化碳氣體將連續循環流動（詳見圖1）：通過渦輪增壓、加熱和膨脹進行發電，然后在換熱器中冷卻，接著返回壓縮機完成循環。在測試過程中，研究人員使用電加熱器將超臨界二氧化碳加熱至316°C，然后利用閉式布雷頓循環向柯特蘭（Kirtland）空軍基地電網供電。此次測試實現了以最高10千瓦功率持續供電50分鐘。

圖1 桑迪亞國家實驗室閉式布雷敦循環測試回路

研究團隊將對這一系統進行改進，使其能在更高溫度下運行，目標是在2024 年秋示范一座1000千瓦超臨界二氧化碳布雷頓循環系統。

這一項目獲得了美國能源部“超臨界轉化發電計劃”（STEP）的支持。STEP計劃由核能辦公室、化石能源和碳管理辦公室以及能源效率和可再生能源辦公室聯合資助。