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超临界二氧化碳（S-CO2）闭式循环发电系统是一种较蒸汽/燃气轮机循环和有机朗肯循环发电系统更为理想的新型热电转换系统。得益于超临界二氧化碳的特殊物性，该循环系统在500-1000℃热源温度下热效率可达35%-55%，更高温度下甚至高于蒸汽/燃气联合循环系统；同时，该循环系统具备更高的紧凑性，其关键叶轮机部件体积可降至蒸汽/燃气轮机循环系统的1‰-5%；此外，该循环系统能在1-2分钟短时间内快速启动，同时兼备低噪声、无污染、安全性和经济性等诸多优势。因此，超临界二氧化碳闭式循环系统非常适用于工业余热利用、核能发电、太阳能光热发电、化石燃料燃烧发电等诸多清洁能源利用领域以及舰船、坦克等动力装备，具备非常广阔的市场经济前景和国防军事意义。本项目瞄准工业余热利用领域开发功率量MWe级超临界二氧化碳闭式循环发电系统，掌握具备完全自主知识产权的核心技术，并形成可针对用户不同需求的“定制化产品”研制能力。目前，项目已攻克MWe级系统热力循环分析、涡轮/压气机和换热器关键部件设计等技术壁垒，完成高速小尺寸涡轮/压气机和紧凑微通道换热器等核心部件方案设计，并正在筹备部件及系统原理验证试验。

超临界二氧化碳闭式循环发电系统的基本工作原理与常规蒸汽/燃气轮机循环发电系统类似，其特殊性在于循环工质为高压（>7-25MPa）、高密度的超临界二氧化碳流体。该流体的特殊热物性一方面能有效降低压气机部件耗功，进而提高循环热效率，同时大幅降低涡轮/压气机部件体积，提高系统紧凑性；另一方面却为涡轮/压气机及换热器等核心部件的设计、制造及运行带来了新的挑战，如压气机近临界点真实气体效应及“冷凝”失稳、涡轮/压气机损失机理及流动组织、超临界二氧化碳流体换热特性等机理问题，以及高速转子支撑和高压动封严等技术问题。针对上述问题，本项目前期开展了系统的研究，涉及超临界二氧化碳流体的强真实气体效应、压气机近临界点“冷凝”捕捉及抑制、超临界二氧化碳涡轮/压气机流动损失控制、微通道换热器中超临界流体换热/压降特性等，形成了高速小尺寸涡轮/压气机及紧凑微通道换热器设计技术。在此基础上，围绕MWe级量级余热利用系统的研发，完成了循环热力方案、涡轮/压气机方案、微通道（PCHE）换热器方案等设计工作，现已进入原理验证阶段。

超临界二氧化碳热力循环发电系统，由于效率高、系统体积小、噪声低等优点，在很多领域具有很好的应用前景，主要可用于以下几个方而。

1.用于核反应堆发电。裂变反应堆的热量可以交换给超临界二氧化碳循环系统，再发电。与传统的蒸汽发电系统相比有了极大改善。

2.用于太阳能光热发电。 本系列126中介绍过‘光热熔盐发电’，那里用的循环传热工质是‘三元混合熔盐’，其熔点温度是220℃、气化温度是600℃，由于传热温度高，所以发电的功率大。同样地，可以用‘超临界二氧化碳’做循环传热工质，温度差可以在31-600℃ 之间，可用于中等或大型的光热发电。

3.用于工业废热发电。工业废热是一种低品位的能源，很多工业废热都被浪费了，例如冶炼的烟囱不知浪费多少热能，如果能够得到部分利用，其效果都是是很可观的。超临界二氧化碳发电系统能够在较低温度下发电，发电效率比同类热电系统高，并且体积小，便于安装。

北航工研院相关研发团队， 本项目所有技术均具备完全自主知识产权，相关发明专利、软件知识产权已在筹备申请中。

①二氧化碳临界温度和压力远低于水的临界点，在通常温度下很容易达到超临界状态。当二氧化碳的温度达到31.1℃，压力达到7. 38 MPa时就变为超临界状态了。无论是压缩工质还是加温循环工质都容易工程实现和应用。

②超临界二氧化碳具有液体的稠密性，流体密度大；带来的好处是压缩时体积变形小，压缩功耗小，而且传热效率高，做功能力强。

③超临界二氧化碳具有气体的流动性，粘性小流动性强，系统循环损耗小。

与其它热循环工质（液体水或气体氦）相比较，超临界二氧化碳的优点突出。

该产品可以：技术合作，技术转让等形式合作