用超临界CO₂发电为什么能一下子提高50％的效率

讷言

　　我们都知道CO₂是不燃烧的，为什么还要用CO₂来发电呢？又如何能用CO₂发电，能提高50％的发电效率呢？

CO₂是不燃烧的，就是把CO₂弄到超临界状态，它也不会燃烧，我们所说的用CO₂发电，是让它代替水作为能量的转换剂。传统的火力发电，是用燃烧的办法把水烧开，变成高温高压的水蒸气，让高温高压的水蒸气驱动汽轮机转动，汽轮机带动发电机转动，从而实现发电的目的。我们这里所说的用超临界CO₂发电，就是说往后发电就不用烧水了，变成了烧超临界CO₂。

我们知道，发电厂用烧水的办法发电，是把液态的水变成气态的水从而实现驱动汽轮机转动的目的。而CO₂本来就是气体，怎么能驱动汽轮机转动呢？是的，在常温常压状态下，CO₂确实是气体，但是在超临界状态下，CO₂就变成液体了，用液体CO₂代替水就能实现发电的目的。

‌1882年，瑞典工程师拉瓦尔制成了第一台‌5马力‌的单级冲动式汽轮机，把瓦特的活塞式变成了汽轮机转动，是一个很大的进步。1884年，英国工程师查尔斯·帕森斯发明了‌反动式汽轮机‌，并直接用其耦合发电机发电。这是蒸汽机发电史上的里程碑式革命。

查尔斯·帕森斯的反动式汽轮机热效率高、单机功率大、转速高，比瓦特的活塞式运动变转动要平稳得多，比拉瓦尔往复式汽轮机运行更加平稳，很快将往复式蒸汽机挤出了发电站。如今全球约‌80%‌的电量来自反动式蒸汽轮机驱动发电，包括火电、核电和光热电站。‌‌而汽轮机发电，一直以来就离不开烧水。

用锅炉烧水带动汽轮机发电，给千家万户带来了清洁能源是科学史上的一个重大进步。但是，刚开始的时候，煤炭的利用率很低，只有10％，也就是说有90％的煤炭是被浪费掉了。经过科学家140多年的一致努力，现在烧煤发电的效率已经提高到了48％，这个效率已经相当高了，发电效率每提高一个百分点，都凝结着科学家的艰难努力。现在，能实现48％的发电效率，是通过洗煤提纯提高燃烧值；把精煤研成粉末，增加煤炭与空气的接触面，来提高燃烧值而实现的。经过这些复杂步骤的处理，能把水蒸气的温度提高到1700°C，水蒸气携带的能量就能大幅度提高了。但是，由于水中含有大量的水垢，水垢长期沉积，也妨碍了煤炭燃烧后把能量传递给水，这是困扰工程师们140多年的科学难题。还有一点就是水蒸气的粘性很大，要想提高水蒸气的驱动力已经很难，再就是温度如果再提高，水分子就会分解，也就是说，用煤烧水发电，48％的效率已经达到了最高点，已经无法再向上提高了。

如何再提高一下燃煤发电的效率呢？再用提高水蒸气温度的办法显然已经行不通了。于是，探索改变用别的物质就被提上了议事日程。这就是现在用超临界CO₂发电的由来。

什么是临界CO₂呢？就是温度在31.7°C、压力在73个大气压状态下的CO₂，这个状态下的CO₂，就是临界CO₂，这个状态下的CO₂就是液态的了。超过这个状态，就是超临界CO₂了。超临界CO₂的温度每提高1°C携带的热量比水蒸气要高数倍，每降低1°C所释放的热量也是水蒸气要多数倍。由于超临界CO₂的粘性低，又没有水垢，对设备的损坏小，所携带的热量又多，所以，用于燃煤发电，就能将热效率提高50％，在原来煤炭发电效率48％的基础上，再提高50％，煤炭燃烧的利用率就达到72％了，比1884年之初的发电效率10％，提高了7.2倍，这是一个很了不起的数字，凝结着新一代又一代科技工作者长期的艰苦付出，贡献极大。