超临界二氧化碳发电技术深度解析

在以热能为核心的一切发电系统中，工质的选择几乎决定了效率上限、设备形态与应用边界。一个多世纪以来，水—水蒸气体系始终是热电转换的主流方案。然而，随着高温材料、精密制造和系统集成能力的进步，一种长期停留在理论与实验阶段的技术路径正在走向工程化落地——超临界二氧化碳发电技术。

一、超临界二氧化碳为何成为新一代发电工质？

二氧化碳在31.1 °C、7.38 MPa以上进入超临界状态，此时不再区分气相与液相，呈现出一系列对能量转换极为有利的物理特性：

• 密度接近液体：单位体积携带能量显著高于水蒸气
• 黏度接近气体：流动阻力小、可实现高转速涡轮
• 无相变过程：避免沸腾与冷凝带来的不可逆损失
• 化学惰性强：对金属结构的腐蚀风险显著低于高温蒸汽

这些特性共同指向一个结果：

在相同输出功率下，系统可以更小、更高效、更稳定。

二、热力学路径的根本变化

传统蒸汽发电基于朗肯循环，其效率受限于相变损失、冷端条件与设备体量。而超临界二氧化碳发电采用的是封闭式布雷顿循环，整个过程工质始终保持在超临界区间。

典型循环包含四个基本过程：