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超臨界二氧化碳發電系統技術
成果完成人瞄準1000MW超臨界二氧化碳燃煤（sCO2）發電系統，主持了國家重點研發計劃項目“超高參數高效二氧化碳燃煤發電基礎理論與關鍵技術研究”。
本成果從系統和部件兩個層面進行研究，被推薦為2020年度國家重點研發計劃重點科技成果，并在2021年1月27日科技日報上做了報導。具體成果如下：
1、sCO2鍋爐模塊化設計：sCO2循環流量是水蒸氣機組的6-8倍，導致S-CO2鍋爐嚴重堵塞，發現機組效率懲罰效應。首次提出1/8分流減阻原理，在保持吸熱量及循環流量不變條件下，將壓降降低為傳統設計的1/8，由此提出模塊化鍋爐設計，將鍋爐壓降減小到與水蒸氣鍋爐相當或更低水平，徹底解決大壓降難題。
2、煙氣熱量全溫區吸收：針對sCO2循環適合中高溫熱源，單個sCO2循環無法吸收煙氣全溫區熱量，提出頂低復合循環，實現熱量全溫區吸收。提出能量復疊利用原理及設備共享，完全消除頂底循環效率差并簡化系統。1000MWe級燃煤sCO2發電效率達到～50%，比水蒸氣機組高3-4個百分點。
3、鍋側和爐側綜合調溫方法：針對sCO2進入鍋爐溫度較高，抬高受熱面溫度，提出鍋側和爐側綜合調溫方法，發明“冷熱匹配、層級降溫”原理，提出“上大下小+雙爐膛+煙氣再循環”的創新型鍋爐設計。建成壓力達26MPa的超高參數sCO2傳熱系統，提出超臨界傳熱類沸騰理論，結合實驗數據，給出了鍋爐管發生傳熱惡化的臨界判據。誕生第一臺超臨界二氧化碳燃煤鍋爐原理樣機。
本成果闡明了能量復疊利用原理，是能量梯級利用的繼承和發展，消除了復合循環中頂循環和低循環的效率差，最大限度挖掘了sCO2燃煤發電系統的效率優勢。并首次闡明超臨界流體分子尺度下的非均勻物質結構，顛覆了人類對超臨界流體物質結構的認知，首次將亞臨界壓力下的多相流體理論體系引入到超臨界傳熱中，初步實現了亞臨界和超臨界壓力下能量傳遞與轉換理論的統一，達到國際領先水平。
我國以煤為主，燃煤發電面臨提高效率及降低污染物排放重大需求，超超臨界燃煤發電效率已達47%，進一步提高效率受到耐高溫高壓材料限制。另外，為實現碳達峰碳中和，我國未來能源消費增量主要來自清潔能源，隨著新能源發電比例的提高及并網需求，需要燃煤發電具有深度調峰能力，sCO2燃煤發電循環系統緊湊，非常適合調峰及變負荷運行，其在靈活性上的優勢，可為我國當前面臨的能源安全、環境治理、氣候變化挑戰，推進煤炭靈活智能清潔高效發電，提供技術保障。
本成果促進了學科發展，例如，對超臨界物質結構的新認識，同時，促進了熱物理學科和材料、自動控制等交叉學科的發展。本成果具有重要的推廣應用價值，已經和神華國華（北京）電力研究院簽訂協議，進行小容量sCO2燃煤機組的概念設計，為后續建立小型示范機組奠定基礎，為十四五期間sCO2動力循環的關鍵技術及示范系統建立奠定基礎。本成果對于發展核能、太陽能及中高溫煙氣余熱驅動的超臨界二氧化碳動力循環也有借鑒和參考意義，有利于推動我國能源領域供給側結構性調整，提升能源產業競爭力，構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系，更好支撐我國經濟持續穩定發展。
燃煤發電和可再生能源互補發電是實現碳中和的重要手段，傳統的水蒸氣燃煤發電面臨深度調峰和效率懲罰巨大挑戰。本成果是區別于水蒸氣發電的能源領域變革性技術，具有以下優勢：
1、能效提升：現有水蒸氣機組發電效率以接近最大效率潛力，繼續提升空間很小，sCO2燃煤發電效率可比水蒸氣發電高3-4個百分點，對于節省國家能源資源意義大；
2、燃煤發電深度調峰：sCO2燃煤發電系統緊湊，響應迅速，可實現燃煤發電深度調峰，是解決棄風棄光、減小儲能系統壓力的有效手段。
3、空冷運行：我國具有富煤缺水的國情，燃煤發電消耗水資源大，水蒸氣發電對空冷機組具有效率懲罰。sCO2燃煤發電，由于循環側和空氣側溫差大，降低了空冷機組的效率懲罰，有利于機組的空冷運行，節省水資源。
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