此前,我国科学家不通过植物的光合作用,而是把二氧化碳通过一系列的化学反应,合成出淀粉。这一次,我国科学家在二氧化碳应用方面又有了重大突破!二氧化碳还能被用来发电,我国第一座大型二氧化碳循环发电机组成功投运。在地球大气中,二氧化碳的含量位列第五,占比约为0.%。由于人类活动导致大气中的二氧化碳浓度快速升高,加剧了温室效应,如果能充分利用二氧化碳,无疑是一件重大利好的事情。但话又说回来,二氧化碳基本上都被视为一种废气,它们究竟是如何被用于发电的呢?二氧化碳发电的未来前景有多广阔呢?由此能否解决全球变暖的问题呢?目前,我国电力的主要来源是火力发电,其占比约为70%。无论是火电的煤炭燃烧,还是核电的核裂变反应,这些过程产生的巨大能量都无法直接转变为电能,最终都绕不开“烧开水”。火力或核能产生的能量被用于加热水,形成高温高压的水蒸气。这些水蒸气就像水电站的水能一样推动蒸汽轮机转动,然后再带动发电机转动,从而产生电能。完成这一过程后,水蒸气会进入冷凝器中冷却为液态水,然后再次进入循环发电过程。这种循环被称为朗肯循环,水是工质。水经过加热变成蒸汽,然后膨胀做功,消耗了有能用,熵增加。因此,需要把水从气态冷却为液态,让其熵值变小,再经过加热,使其获得有用能,才能再次膨胀做功,推动发电机发电。这个过程的热效率并不高。而我国华能西安热工院自主建成的二氧化碳循环发电机组,发电循环过程中的工质是二氧化碳。但这种二氧化碳比较特别,处于超临界状态,它们展示出的优异性能,让这种新型的动力循环变得非常有前景。那么,超临界状态的二氧化碳究竟有什么特别之处呢?在常温常压下,二氧化碳是一种气态。如果保持压力不变,给二氧化碳降温到一定程度,它们将会转变为液态。如果保持温度不变,给二氧化碳加压到一定程度,它们也会转变为液态。通过控制二氧化碳的温度和压力,使这两个参数同时达到某一临界值,二氧化碳将会处于一种特殊的超临界状态,既不是液态,也不是气态,但又同时具有液态和气态时的性质。具体而言,当温度为31℃,气压为72.8个地表大气压之时,二氧化碳就会变成超临界流体。此时,二氧化碳可以像液体那样流动,但又能像气体一样能被压缩,放到容器中也能像气体一样膨胀充满整个容器。在华能西安热工院自主研发的二氧化碳循环发电机组中,收集到的二氧化碳温度最高被加热到℃,压力最高被加压到个大气压。在这种条件下,用超临界二氧化碳作为工质,来推动汽轮机带动发电机发电。与水相比,用超临界二氧化碳作为工质来发电可以提高发电效率3%至5%。二氧化碳机组的体积也要小得多,相同的装机容量,体积只有传统蒸汽机组的4%。此外,这种新技术还能让火力发电厂有效减少二氧化碳排放量达10%,这无疑有助于节能减碳,放缓全球变暖的步伐。此次,二氧化碳循环发电机组在满负荷下成功试运行72小时后,正式投运,机组发电功率为5MW,该机组容量目前在全世界同类型中位列第一,这让我们在这项前沿技术研究处于世界领先水平。
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