NETL的研究正在對(duì)下一代電力系統(tǒng)進(jìn)行建模，如上圖所示的NETL支持的超臨界轉(zhuǎn)換電力試點(diǎn)工廠，以減輕當(dāng)前技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。
NETL的研究人員正在努力克服與超臨界二氧化碳(supercritical carbon dioxide，sCO2)電力循環(huán)相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，這將有助于推進(jìn)下一代電力系統(tǒng)，例如NETL支持的超臨界轉(zhuǎn)換電力(Supercritical Transformational Electric Power ,STEP)試點(diǎn)工廠，這可能有助于實(shí)現(xiàn)脫碳能源的未來(lái)。
NETL的Eric Liese表示:“與蒸汽相比，使用二氧化碳作為動(dòng)力循環(huán)的工作流體具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)，包括效率更高、維護(hù)更少、設(shè)備更緊湊、成本更低?！薄坝捎谘h(huán)的一部分在流體臨界狀態(tài)附近運(yùn)行，因此需要控制策略來(lái)防止流動(dòng)不穩(wěn)定。當(dāng)功率斜坡率增加時(shí)尤其如此。電力周期越快地達(dá)到所需的電力設(shè)定值，它的價(jià)值就越大，因?yàn)樗梢愿玫貪M足可變的電網(wǎng)需求。我們的研究表明，NETL控制策略可以解決這一挑戰(zhàn)，為sCO2工廠和STEP等測(cè)試設(shè)施提供可行的解決方案，以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。”
Liese和他的同事使用基于STEP項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)模型研究了sCO2循環(huán)日益快速的功率斜坡的操作控制方案。研究小組發(fā)現(xiàn)，隨著斜坡速率的增加，流動(dòng)條件的變化也會(huì)加劇。這一現(xiàn)象已經(jīng)在其他文獻(xiàn)中被注意到，無(wú)論是模型還是實(shí)驗(yàn)。sCO2流量的過(guò)度變化將導(dǎo)致不可接受的電力輸送和可能的系統(tǒng)關(guān)閉。
Liese和他的同事們提出了兩種控制方案來(lái)緩解這些流量變化，并比較了它們?cè)诠β市逼虏僮髦械男阅?。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《應(yīng)用能源》雜志上，題為“緩解超臨界CO2再壓縮封閉布雷頓循環(huán)中流動(dòng)振蕩的控制方法”。
“我們開發(fā)了兩種控制方法，”Liese說(shuō)?！斑@兩種選擇都緩解了流量變化問(wèn)題，并在每分鐘7.5%的全功率斜坡速率下實(shí)現(xiàn)了接近的功率設(shè)定值。”
這一成就是NETL在戰(zhàn)略系統(tǒng)分析和工程理事會(huì)下進(jìn)行的重要研究的另一個(gè)例子，該研究有助于優(yōu)化先進(jìn)能源系統(tǒng)，推進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證和部署。
STEP項(xiàng)目的任務(wù)是設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行一個(gè)10兆瓦的中試規(guī)模設(shè)施，使用間接燃燒的sCO2動(dòng)力循環(huán)，在一系列運(yùn)行條件下演示組件性能和循環(huán)可操作性，并展示朝著降低電力成本的方向發(fā)展。STEP設(shè)施將為工業(yè)界和政府提供一個(gè)機(jī)會(huì)，共同開發(fā)和成熟試驗(yàn)規(guī)模的技術(shù)，以促進(jìn)商業(yè)化。
NETL是美國(guó)能源部的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，致力于推動(dòng)創(chuàng)新，為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和繁榮的能源未來(lái)提供技術(shù)解決方案。通過(guò)利用其世界一流的人才和研究設(shè)施，NETL確保負(fù)擔(dān)得起，豐富和可靠的能源，推動(dòng)強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全，同時(shí)開發(fā)技術(shù)來(lái)管理碳在整個(gè)生命周期，使所有美國(guó)人的環(huán)境可持續(xù)性。
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