近日，國家重點研發計劃“可再生能源與氫能技術”重點專項“超臨界CO?太陽能熱發電關鍵基礎問題研究”通過國家自然科學基金委員會組織的項目評價。專家組認為該項目高質量完成了任務書各項要求并建議推廣實施。這標志著我國科學家成功研制出包括高焦比聚光場、顆粒吸熱器、顆粒/超臨界二氧化碳換熱器、超臨界二氧化碳壓縮機透平機組和高速電機在內的首座超臨界二氧化碳太陽能光熱發電機組。該項目實施地位于北京延慶。
超臨界二氧化碳太陽能熱發電實驗基地（北京延慶）。電工所供圖
“十一五”以來，我國經過水/蒸汽太陽能塔式、熔融鹽太陽能塔式等幾代技術的創先示范，不斷提高光熱發電系統運行參數和運行效率，推動相關產業發展，但發電成本下降仍不及預期。近年來，超臨界二氧化碳太陽能熱發電技術以最具潛力的低成本、高效率和高靈活性技術，受到全球研究機構和產業界的廣泛關注，但是高溫粒子吸熱器、超臨界二氧化碳發電機組等核心裝備，以及系統集成等方面在全球范圍內均處于研究探索階段，缺乏成熟的借鑒和參考。
5年來，在北京市科委和科技部支持下，項目牽頭單位中國科學院電工研究所聯合西安交通大學、浙江大學、清華大學等17家單位，在高溫吸熱器設計理論及方法方面，闡明了聚光太陽輻射在柔性不連續顆粒流內的時空協同吸收、轉換和傳熱機理，研制出3種聚光器和包括700℃/1MWth（兆瓦熱，描述能源轉換功率的單位）顆粒吸熱器在內的4種吸熱器，提出2種高密度能量測量方法。在儲熱放熱模式對系統性能的影響機理關鍵科學問題方面，探索了熔融鹽對金屬腐蝕抑制機理，突破高溫固體吸熱顆與超臨界二氧化碳在變熱流、變溫度和強變物性條件下的換熱特性匹配，研制出包括550℃/1MWth流化床顆粒/超臨界二氧化碳換熱器在內的3種儲熱換熱裝置。在能量轉換過程的相互作用機制方面，構建了高太陽能流、高溫、高膨脹比、高比功的高效太陽能熱發電系統主要參數本構匹配關系，開發了以超臨界二氧化碳流動為核心的“光-熱-電”能量轉化全系統模型，研制出超臨界二氧化碳透平發電機組，建立了基于超臨界二氧化碳“光-熱-電”實證系統并實現運行。
驗收會上，項目負責人王志峰指出，由于全球沒有先例，項目面臨重大的基礎理論、核心技術、裝備制造、系統集成與工程建設及調試等多重挑戰。5年來，項目組采取了以基礎理論研究為支撐，以工程設計為核心的創新科研模式，將科學技術原始創新與工程示范有機聯系為一整體，“邊研究，邊設計，邊制造，邊安裝，邊調試”，系統性突破了太陽能高溫顆粒吸熱、流化床顆粒/二氧化碳換熱、超臨界二氧化碳發電機組等核心裝備設計制造、“光熱功”轉換基礎理論，系統集成設計方法，在全球范圍內率先實現超臨界二氧化碳太陽能熱發電系統運行，將有效推動我國“低成本-高效率-高靈活”光熱技術的發展，為我國大比例新能源基地建設提供支撐。