雖然目前全球正朝能源轉型、再生能源發電邁進,但現在汽輪機(steam turbine)仍然是世界供電主力,相關技術也不斷發展中,未來以「超臨界二氧化碳」為介質的渦輪機有望改變市場,便宜、體積更小,效率還高10%,美國德州示範電廠也已落成。
美國能源部、美國西南研究院(SwRI)、GTI Energy、GE Vernova 10月底宣布超臨界電廠(Supercritical Transformational Electric Power,STEP)「機械完成(mechanically complete)」,耗資1.55億美元的試點電廠現已在聖安東尼奧竣工。
跟一張桌子差不多大的渦輪機發電量卻達10 MW,可為一萬戶家庭供電。那麼這個超臨界二氧化碳(sCO2)渦輪機是如何運行的呢?當溫度和壓力分別高於約31 °C和74 bar (1,070 psi)時,二氧化碳將達到超臨界狀態,為維持在臨界溫度及臨界壓力以上的二氧化碳流體。
水當然也可以達到超臨界狀態,只是需要耗費更多的能量,溫度跟壓力需要超過373 °C和220 bar(3,191 psi)。科學家看好超臨界二氧化碳流體的特性,認為這是封閉系統(closed-loop system)中理想的能量提取選擇。
早在2016年,GE就宣布開始建造試點工廠,以證明商用可行性,預計發電量可達10 MW抽氣效率為50%,比目前40年代中期開始運行的蒸汽渦輪機高出約10%,而新型渦輪機尺寸也只有十分之一。
如果成功,較小的渦輪機不僅更便宜,所需土地面積更少,單位發電量還能更高,
最重要的是,啟動和開機速度會更快。GE的原型機運行溫度為700 °C,只需兩分鐘即可發電,而傳統蒸汽渦輪機則需要至少半小時,因此未來更快速響應電網需求。
一旦經過驗證,未來就有機會擴展到公用業務規模,並取代傳統發電廠的蒸汽渦輪機,只是目前還有許多前置作業,預計將於2024年開始運行。
(首圖來源:美國西南研究院)