高效高灵活性超临界二氧化碳发电技术

超临界二氧化碳动力循环（简称sCO2循环），采用超临界CO2为工作介质实现热功转换，具有三个优势：①CO2化学性质稳定，高温下与金属材料反应弱，为进一步提高主蒸汽参数奠定了基础。②当主蒸汽温度超过550℃ 时，sCO2循环效率高于水蒸汽朗肯循环。③sCO2循环整个系统高压运行，系统紧凑。在燃煤发电、核能、太阳能、余热利用等领域具备应用前景。

2017年以来，华北电力大学徐进良教授团队在国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委重点基金、国家能源集团重大项目的支持下，对sCO2燃煤发电系统的热力循环构建、超临界CO2传热特性、sCO2锅炉及透平等关键部件概念设计等开展了研究，取得了重要进展。相关成果获得中国电力科学技术杰出贡献奖，基于相关成果获评全国高校黄大年式教师团队，接受科技日报专访：加上高温高压二氧化碳也能当发电“能手”，重点论文入选SDG7研究论文精选集，该文集是过去5年Elsevier能源类期刊针对联合国可持续发展目标的精选论文（中国约20篇），是能源领域发展的关键性研究资源。具体成果如下：

1、超临界二氧环塔燃煤发电循环构建关键技术

引入协同学，提出多级压缩sCO2循环，结合再热及间冷，构成sCO2循环提升效率的广义路径。是国家能源集团sCO2燃煤发电技术路线的基础。提出能量复叠利用原理解决循环与热源耦合面临的烟气热量全温区吸收难题，是国家重点研发计划项目中sCO2燃煤发电烟气余热吸收的关键技术。相关技术已授权美国专利1项，中国专利4项。

2、sCO2锅炉关键技术

围绕sCO2燃煤发电锅炉面临的关键难点问题，使用分流减阻、模块化设计锅炉解决压降惩罚效应，相关成果获得国内外广泛应用。提出受热面温度控制技术，形成锅炉锅侧与炉侧协同设计方法。获得燃煤sCO2循环及全生命周期特性，构建循环侧动态响应及尺度标度律，解决机组深度调峰关键问题，从效率、经济性、动态特性等方面全面论证了sCO2燃煤发电优势。相关技术已授权中国专利3项。

3、sCO2传热及换热器关键技术

提出类沸腾理论，建立高温高压实验台，具备取得数据的能力，能够对sCO2循环关键受热面的流动阻力、传热系数进行精确预测，关联式精度明显改善，并在此基础上提出了sCO2水冷壁设计，对超临界应用技术开发具有广义指导意义。相关成果被国家能源集团新能源研究院、西安热工院等相关研究机构广泛引用，推动了我国sCO2燃煤发电技术的发展。同时具备回热器的设计能力，形成了sCO2多台回热器传并联网络设计技术。

4、太阳能光热发电与低品位能源利用技术

科研团队对中高温超临界二氧化碳太阳能发电的系统设计具有丰富经验，同时在中低温太阳能与余热利用领域深耕多年。自主研发了有机朗肯循环ORC发电系统，实现了专利向企业转让，推动了ORC在余热利用、制氢、海水淡化等领域的工程应用，对系统热力学优化及工质筛选、多目标参数优化及全生命周期评价、膨胀机中多相流理论及实验等方面具有深厚基础。相关技术已授权中国专利10项。

超高参数CO2流动传热实验平台（包括主循环回路系统、冷却水循环系统、工质充液回收系统以及数据采集系统，最大运行压力和温度分别为25MPa和500oC，实现全周均匀加热和半周非均匀加热，获得了丰富的实验数据，弥补了超高参数传热数据的不足，为发展新的超临界传热理论提供数据支撑，为锅炉设计提供第一手数据资料。）

1000MW级sCO2燃煤发电系统图（采用了以下创新性成果：锅炉模块化设计，消除了压降惩罚效应；引入协同学原理，构建了三压缩循环；能量复叠利用原理，实现烟气热量全温区吸收。在透平入口参数为630℃/35 MPa条件下，发电效率达到51%，比现有超超临界水蒸气机组提高4个百分点。）

团队通过原始创新，在该领域具备较强的竞争力，能够独立承担该领域的项目。同时在本领域具有较强的影响力，与国内多家高校团队、科研院所、重点企业有实质合作。

1、提出了能量复叠利用原理及设备共享概念，解决了sCO2循环平台搭建关键难题。

2、发明了模块化二氧化碳锅炉，消除了由于大流量引起的压降惩罚效应，为sCO2锅炉的研发提供可行的技术路径；

3、提出了超临界类沸腾理论，建立了超高参数二氧化碳传热系统，为sCO2换热器设计制造提供支撑。

本成果是国家重点研发计划项目：“超高参数高效二氧化碳燃煤发电基础理论与关键技术研究”的主要支撑，是国家自然科学基金委重点项目的主要研究对象，同时本成果应用于我国国家能源集团~20MW燃煤超临界二氧化碳平台设计。

获得中国电力科学技术杰出贡献奖。