Обзор технологий и систем на основе сверхкритического CO2 для производства электроэнергии

Тепловые циклы, работающие на сверхкритическом диоксиде углерода (sCO2), могут сыграть значительную роль в будущих системах производства электроэнергии, включая применение в энергетике на ископаемом топливе, атомной и концентрированной солнечной энергетике, а также в утилизации сбросного тепла. Использование sCO2 в качестве рабочего тела обеспечивает потенциальные преимущества, включая высокий тепловой КПД при температурах источника теплоты приблизительно от 350 °C до 800 °C, простую и компактную конструкцию, а также высокую эксплуатационную гибкость, что может обеспечить более низкую приведённую стоимость электроэнергии по сравнению с существующими технологиями. Однако сохраняются технические проблемы, связанные с проектированием и эксплуатацией турбомашинных компонентов и теплообменников, выбором материалов с учётом высоких рабочих температур и давлений, а также характеристикой поведения сверхкритического CO2. Кроме того, чувствительность цикла к условиям окружающей среды наряду с переменной доступностью теплоты в целевых приложениях создаёт сложности, связанные с оптимальной эксплуатацией и управлением. Цель данной статьи — представить обзор современного состояния систем производства электроэнергии на основе sCO2 с акцентом на технические и эксплуатационные вопросы. После рассмотрения исторических предпосылок и термодинамических аспектов основное внимание уделяется современному состоянию исследований и разработок в области турбомашин, теплообменников, материалов и проектирования систем управления, причём приоритет отдан экспериментальным прототипам. Обобщены разработки и текущие проблемы в ключевых областях применения, а также определены перспективные направления дальнейших исследований.