Прорыв в области преобразования энергии может повысить эффективность электростанций : Энергетика и окружающая среда

07 сентября 2022 г.

Исследователи из Национальной лаборатории Сандиа Министерства энергетики США успешно протестировали новую энергетическую систему, основанную на замкнутом цикле Брайтона, для доставки электроэнергии в сеть. Система может значительно повысить эффективность электростанций, включая нынешние и новые усовершенствованные реакторные системы, а также газовые и концентрированные солнечные электростанции.

Сегодняшние электростанции — атомные, газовые и угольные — используют паровой цикл Ренкина для преобразования производимого ими тепла в электричество, но эти паровые системы теряют около двух третей энергии, которую они потенциально могли бы произвести, потому что пар необходимо преобразовывать обратно. в воду, чтобы повторить цикл. Вместо этого команда Сандиа разработала простой замкнутый цикл Брайтона с рекуперацией, в котором в качестве рабочей жидкости используется сверхкритический диоксид углерода.

Сверхкритический углекислый газ, который остается внутри системы и не выделяется в виде парникового газа, может нагреваться намного горячее пара — до 700°C. Цикл Брайтона потенциально может быть гораздо более эффективным при преобразовании тепла электростанций в энергию, чем традиционный паровой цикл Ренкина, с теоретической эффективностью преобразования более 50%.

В системе, разработанной командой Sandia, углекислый газ проходит через непрерывный цикл давления, нагревания и расширения через турбину для выработки электроэнергии. Затем он охлаждается в рекуператоре, а затем возвращается в компрессор для завершения цикла.

Схема испытательного контура цикла Брайтона с замкнутым контуром (Изображение: Сандиа) Газ проходит через непрерывный цикл, где создается давление, нагревается и расширяется через турбину для выработки электроэнергии. После того, как жидкость выходит из турбины, она охлаждается в рекуператоре, а затем возвращается в компрессор для завершения цикла.

Для испытания исследователи использовали электрический нагреватель, чтобы нагреть сверхкритический диоксид углерода до 600°F (316°C), а затем вернули электроэнергию в электрическую сеть базы ВВС Сандия-Киртланд. В ходе испытания в сеть подавалась непрерывная электроэнергия в течение 50 минут, а иногда вырабатывалась до 10 киловатт электроэнергии. По словам исследователей, это первый случай, когда сетевые операторы согласились взять на себя электроэнергию, и это значительный шаг.

«Мы стремились достичь этого в течение нескольких лет, и возможность продемонстрировать, что мы можем подключить нашу систему через коммерческое устройство к сети, является первым мостом к более эффективному производству электроэнергии», — сказал Родни Кейт, менеджер для группы передовых концепций, работающей над технологией цикла Брайтона.

Команда будет работать над модификацией системы, чтобы она могла работать при более высоких температурах, и стремится к осени 2024 года продемонстрировать систему сверхкритического CO2-цикла Брайтона мощностью 1 МВт. В ходе этого процесса они надеются время от времени тестировать систему, подавая электроэнергию в систему. сети при условии, что они получат на это разрешение от операторов сети.

«Для реального коммерческого применения мы знаем, что нам нужны более крупные турбомашины, силовая электроника, более крупные подшипники и уплотнения, работающие в сверхкритическом CO2, замкнутые циклы Брайтона», — сказал ведущий исследователь Дэррин Флеминг. «Чтобы снизить риски для системы, необходимо сделать множество разных вещей, и мы сейчас над этим работаем. В 2023 году мы объединим все это в цикл рекомпрессии, а затем доведем его до даже более высокая выходная мощность, и именно тогда коммерческая отрасль сможет извлечь из этого пользу».

Проект получил поддержку в рамках программы сверхкритической трансформационной электроэнергии (STEP) Министерства энергетики, со-спонсорами которой являются офисы ядерной энергетики, управления ископаемой энергией и контролем выбросов углерода, а также энергоэффективности и возобновляемых источников энергии.

Исследование и публикация World Nuclear News

WNN — общественная информационная служба Всемирной ядерной ассоциации.

WNN — общественная информационная служба Всемирной ядерной ассоциации.

WNN — общественная информационная служба Всемирной ядерной ассоциации.