據(jù)SwRI機(jī)械工程師Jeffrey Moore博士介紹，該10MW渦輪機(jī)僅僅只有大約一張普通桌子的尺寸大小，卻可以提供全球工業(yè)透平范圍內(nèi)最高的功率密度，目前只有用于航天飛機(jī)引擎的渦輪泵可與之匹敵。

圖：超臨界二氧化碳渦輪機(jī)

傳統(tǒng)光熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率一般為35%至40%，而配備sCO2渦輪機(jī)的光熱發(fā)電系統(tǒng)可實現(xiàn)近50%的熱效率。

提高動力循環(huán)的熱效率是降低CSP裝置的平準(zhǔn)化能源成本(LCOE)的關(guān)鍵。 美國能源部(DOE)已為CSP設(shè)定了到2030年儲能12小時的光熱發(fā)電系統(tǒng)達(dá)到50美元/兆瓦時的成本目標(biāo)，低于2017年估計的103美元/兆瓦時。美國能源部太陽能技術(shù)辦公室(SETO)光熱發(fā)電項目經(jīng)理Avi Shultz表示，實現(xiàn)50%的熱效率使得這一成本目標(biāo)向前邁進(jìn)了五分之一。

這種尺寸小但功力強(qiáng)大的渦輪機(jī)可耐受高達(dá)715℃的高溫以及近3,600psi(pounds per square inch，1psi=6.895kPa)的高壓，且應(yīng)用范圍極廣，適用電站裝機(jī)最高達(dá)450MW。GE高級首席工程師Doug Hofer表示，在超過700℃的工況下，基于超臨界二氧化碳的動力循環(huán)系統(tǒng)會比蒸汽循環(huán)系統(tǒng)更高效。

得益于sCO2動力循環(huán)所帶來的效率提升，光熱電站即使在沒有規(guī)模效益的條件下也可以獲得頗具競爭力的電價。

Shultz表示，即使在裝機(jī)規(guī)模低于百兆瓦的光熱電站中，sCO2動力循環(huán)依然可以保障相對較高的運(yùn)行效率，其可幫助裝機(jī)規(guī)模較小(≤50MW)且成本較低的小型光熱電站實現(xiàn)與傳統(tǒng)大型光熱電站相同的運(yùn)行效率，這將為小型光熱電站的開發(fā)帶來新的市場契機(jī)。另外，sCO2渦輪機(jī)還應(yīng)具備更優(yōu)良的快速啟動性能，因為其體積較傳統(tǒng)大型蒸汽輪機(jī)更小，需要更強(qiáng)的“爆發(fā)力”。

Shultz進(jìn)一步指出，渦輪膨脹機(jī)和渦輪機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)化離不開與之相關(guān)部件的同步研發(fā)。由SETO和DOE資助的一些項目正在研發(fā)與該sCO2渦輪機(jī)相匹配的其他部件，例如壓縮機(jī)、換熱器、軸承和密封零件，以及熱交換器等。

已有研究表明，熱交換器才是制約發(fā)電系統(tǒng)瞬態(tài)運(yùn)行的部件。對此，一群來自美國大學(xué)的研究人員于近期開發(fā)出一種由新型“金屬陶瓷”(陶瓷和金屬制成的材料)制成的換熱器，可用于高溫SCO2電站。測試證明，這種金屬陶瓷換熱器比目前采用鋼和鎳基設(shè)計的換熱器更堅固耐用。

GE研究小組將在全球首個10MW的sCO2電站--超臨界轉(zhuǎn)化電力(STEP)試驗電站中對該sCO2渦輪機(jī)的各種“版本”進(jìn)行測試，同時，不同“版本”的其他相關(guān)關(guān)鍵部件也會進(jìn)行測試。

Shultz指出，超高溫光熱系統(tǒng)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)部署還需要幾年時間，當(dāng)下需要通過測試來降低關(guān)鍵部件的風(fēng)險性，并證明技術(shù)的可行性。測試成功后，將sCO2動力循環(huán)集成到商業(yè)塔式光熱電站中是沒有問題的，采用先進(jìn)熔鹽塔式技術(shù)路線的電站可直接實現(xiàn)超臨界二氧化碳循環(huán)改造。

目前，北京首航艾啟威節(jié)能技術(shù)股份有限公司與法國電力公司、EDF(中國)投資有限公司正針對首航節(jié)能敦煌10MW光熱示范電站實施超臨界二氧化碳循環(huán)改造，整體改造計劃于2020年底完工。