美研發(fā)可提高電廠能源利用率的新型電力系統(tǒng)

【世界核新聞網(wǎng)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(huán)的新型電力系統(tǒng)測試。該系統(tǒng)可以顯著提高發(fā)電廠的能源利用率，能夠與現(xiàn)有的大型輕水堆和正在研發(fā)的先進反應堆配套使用。

目前的發(fā)電廠都使用以蒸汽為工質的朗肯循環(huán)，將熱能轉化為電能，這一過程可能會發(fā)生約三分之二的能量損失。桑迪亞的新型系統(tǒng)以超臨界二氧化碳為工質，采用閉式布雷頓循環(huán)，運行溫度可達700℃，遠高于傳統(tǒng)朗肯循環(huán)，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(fā)的系統(tǒng)中，二氧化碳氣體將連續(xù)循環(huán)流動（詳見圖1）：通過渦輪增壓、加熱和膨脹進行發(fā)電，然后在換熱器中冷卻，接著返回壓縮機完成循環(huán)。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(huán)向柯特蘭（Kirtland）空軍基地電網(wǎng)供電。此次測試實現(xiàn)了以最高10千瓦功率持續(xù)供電50分鐘。

圖1 桑迪亞國家實驗室閉式布雷敦循環(huán)測試回路

研究團隊將對這一系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)。

這一項目獲得了美國能源部“超臨界轉化發(fā)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(lián)合資助。