超临界二氧化碳

一、国外研究现状

1、美国桑迪亚国家实验室率先开展了超临界二氧化碳闭式循环的研究，通过实验对超临界二氧化碳闭式循环存在的包括压缩、轴承、密封、摩擦等问题进行了大量研究，循环实验装置获得了接近50%的发电效率。2011年3月4日桑迪亚实验室在其网站上正式宣布已经掌握了超临界二氧化碳闭式循环的关键技术。

该试验台在早期超临界二氧化碳压缩特性实验装置的基础上添加涡轮、浸入式电加热器和回热器等装置而成，其中电加热器的功率为260kW，压气机压比为1.8。

来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”

2、麻省理工（MIT）提出了3 种热力循环参数方案：

①基本设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度550℃、净效率达43%；

②先进设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度650℃、净效率达47%；

③高性能设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度700℃、净效率可达49%。

S-CO2冷却快堆（GFR）的总体方案。

反应堆热功率为2400 MW，电功率约1200 MW，采用2 环路或4环路设置，设计寿命60 a；系统热效率51%，净效率47%；堆芯进、出口温度分别为485.5、650℃，运行压力20 MPa。

3、东京工业大学（TIT）——气冷堆：反应堆热功率为600MW，堆芯出口温度为650℃，反应堆出口运行压力约为7 MPa，系统效率为45.8%。

以S-CO2作为二回路能量转换工质的核反应堆一般采用液态金属或气体冷却，以达到较高的堆芯出口温度。美国对这方面的研究主要是利用S-CO2动力系统高效率、设备简化紧凑等特点开发多功能模块化中小型核反应堆。

二、国内研究现状

1、国内清华大学核能与新能源技术研究院基于MIT提出的再压缩循环模式对S-CO2热力循环进行了初步分析，并对爱达荷国家实验室（INL）提出的柱状堆芯结构开展了初步的物理计算分析。

段承杰，杨小勇，王捷. 超临界二氧化碳布雷顿循环的参数优化[J]，原子能科学技术，2011，45 (12): 1489-1494.

颜见秋，李富，周旭华，等，气冷快堆燃料组件均匀化初步研究[J]，原子能科学与技术，2009，43 (7): 626-629.

2、理论计算：

段承杰，王捷，杨小勇，反应堆超临界CO2 Brayton循环特性[J]，原子能科学与技术，2010，44 (11): 1341-1348.

三、S-CO2工程约束条件

1、避免S-CO2高温下腐蚀金属构件和燃料元件，需限制最高温度，<670o C。

2、保证回热器不出现夹点而导致传热恶化。

3、密封元件、高压泵、高压阀门、压力自动调节阀的可靠性