電力変換のブレークスルーによりプラント効率が向上する可能性 : エネルギーと環境

2022 年 9 月 7 日

米国エネルギー省サンディア国立研究所の研究者は、系統に電力を供給するための閉ループ ブレイトン サイクルに基づく新しい電力システムのテストに成功しました。 このシステムは、現在および新しい先進的原子炉システムやガス火力発電所や集中型太陽光発電所を含む発電所の効率を劇的に向上させる可能性があります。

今日の原子力、ガス、石炭の発電所は、蒸気ベースのランキン サイクルを使用して、生成する熱を電気に変換しますが、蒸気を再変換する必要があるため、これらの蒸気ベースのシステムでは、潜在的に生成できるエネルギーの約 3 分の 2 が失われます。水に入れてサイクルを繰り返します。 サンディアのチームは代わりに、作動流体として超臨界二酸化炭素を使用する単純な回収式閉ループ ブレイトン サイクルを開発しました。

超臨界二酸化炭素はシステム内に留まり、温室効果ガスとして放出されませんが、蒸気よりもはるかに高温になり、最大 700°C になります。 ブレイトン サイクルは、発電所からの熱をエネルギーに変換する点で、従来の蒸気ベースのランキン サイクルよりもはるかに効率的であり、理論上の変換効率は 50% 以上となる可能性があります。

サンディアのチームが開発したシステムでは、二酸化炭素ガスが加圧され、加熱され、タービンを通って膨張するという連続ループを通過して発電します。 次に、回収熱交換器で冷却されてから、コンプレッサーに戻ってサイクルが完了します。

閉ループのブレイトン サイクル テスト ループの図 (画像: Sandia) ガスは、加圧、加熱され、タービンを通って膨張する連続ループを通過して発電します。 流体はタービンを出た後、復熱装置で冷却された後、圧縮機に戻ってサイクルを完了します。

このテストでは、研究者らは電気ヒーターを使用して超臨界二酸化炭素を 600°F (316°C) まで加熱し、サンディア・カートランド空軍基地の電力網に電力を戻しました。 このテストでは、送電網に 50 分間継続的に電力を供給し、場合によっては最大 10 キロワットの電力を生成しました。 研究者らは、送電網運営会社が電力の引き継ぎに同意したのは初めてで、重要な一歩であると述べた。

「私たちは何年にもわたってここに到達するために努力してきました。商用機器を介してシステムを送電網に接続できることを実証できたことは、より効率的な発電への最初の架け橋となります。」とマネージャーのロドニー・キース氏は述べています。ブレイトン サイクル テクノロジーに取り組んでいる高度なコンセプト グループ向け。

チームは、より高い温度で動作できるようにシステムの修正に取り組み、2024 年秋までに 1 MW の超臨界 CO2 ブレイトン サイクル システムを実証することを目指しています。このプロセスを通じて、チームは時々、システムに電力を供給してシステムをテストしたいと考えています。ただし、グリッド運営者から承認を得ることを条件とします。

「実際の商業用途には、超臨界CO2、クローズドブレイトンサイクルで機能する、より大型のターボ機械、パワーエレクトロニクス、より大型のベアリングとシールが必要であることがわかっています」と主任研究員のダリン・フレミング氏は述べた。 「システムのリスクを取り除くためにはさまざまなことが必要であり、私たちは現在それらに取り組んでいます。2023年にはそれをすべて再圧縮ループにまとめ、その後均等化する予定です」より高い出力が得られ、商業産業がそこから利用できるようになります。」

このプロジェクトは、原子力エネルギー、化石エネルギーと炭素管理、エネルギー効率と再生可能エネルギーの各局が共催するエネルギー省の超臨界変成電力（STEP）プログラムを通じて支援されている。

World Nuclear News による調査および執筆

WNN は世界原子力協会の広報サービスです。

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