超700℃超超临界发电技术的未来展望-张忠孝
2024年超临界CO2发电机市场前景分析
超临界CO2发电机市场前景分析引言超临界CO2发电机作为一种新型的发电技术，具有高效、环保等优点，在近年来受到越来越多的关注。
本文旨在对超临界CO2发电机的市场前景进行分析，帮助读者更好地了解该技术的发展潜力。
超临界CO2发电机的工作原理超临界CO2发电机是利用超临界CO2流体作为工质，在高温和高压的条件下运行，实现发电的一种设备。
其工作原理主要包括CO2循环、控制系统和发电机组等。
市场需求分析1.环保因素：超临界CO2发电机工作过程中排放的CO2减少，对环境污染的影响较小，符合低碳经济的发展趋势。
2.能源需求增加：随着工业化进程的加快和电力需求的增长，对新能源技术的需求也随之增加，超临界CO2发电机作为一种高效率的发电技术，有望得到广泛应用。
3.国际合作推动：各国对于减少温室气体排放的承诺，将促进超临界CO2发电机的研发和应用。
国际间的合作将为市场的发展提供良好的机遇。
市场竞争格局分析1.技术壁垒：超临界CO2发电机的研发和制造需要较高的技术水平和资金投入，技术壁垒相对较高，能够有效限制竞争对手的进入。
2.市场份额：目前市场上超临界CO2发电机的供应商相对较少，市场份额主要由少数几家大型企业垄断，但随着技术的发展和市场的扩大，竞争格局可能会发生变化。
市场发展趋势展望1.技术优化提升：随着对超临界CO2发电机技术的不断研究和改进，其性能将逐步提高，效率更高、排放更少。
2.产业链完善：超临界CO2发电机的发展将推动相关产业链的完善，如CO2捕集和储存技术、高温材料等领域的发展。
3.国际市场扩张：随着其他国家对于减排目标的提出和可再生能源的需求的增加，超临界CO2发电机有望在国际市场上获得更广泛的应用。
总结超临界CO2发电机作为一种新兴的发电技术，具有环保、高效等优势。
在当前的能源转型和环保意识提高的环境下，其市场前景广阔。
然而，市场竞争格局和技术的改进仍然是该技术发展的主要挑战。
通过不断优化技术、完善产业链，以及国际合作，超临界CO2发电机有望成为未来能源领域的重要组成部分。
700℃超超临界燃煤发电机组发展情况概述
700℃超超临界燃煤发电机组发展情况概述（一）目前，在整个电网中，燃煤火力发电占70%左右，电力工业以燃煤发电为主的格局在很长一段时期内难以改变。
但是，燃煤发电在创造优质清洁电力的同时，又产生大量的排放污染。
为实现2008年G8（八国首脑高峰会议）确定的2050年CO2排放降低50%的目标，提高效率和降低排放的发电技术成为欧盟、日本和美国重点关注的领域。
洁净燃煤发电技有几种方法，如整体煤气化联合循环（IGCC）、增压流化床联合循环（PFBC）及超超临界技术（USC）。
目前，超超临界燃煤发电技术比较容易实现大规模产业化。
超超临界燃煤发电技术经过几十年的发展，目前已经是世界上先进、成熟达到商业化规模应用的洁净煤发电技术，在不少国家推广应用并取得了显著的节能和改善环境的效果。
据统计，目前全世界已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有600余台，其中美国约有170台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台。
目前发展700℃超超临界发电技术领先的国家主要是欧盟、日本和美国等。
700℃超超临界机组作为超超临界机组未来发展方向，本文对其发展情况进行概述，供参考。
一、概念燃煤发电机组是将煤燃烧产生的热能通过发电动力装置（电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置等）转换成电能。
燃煤发电机组主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、发电系统（汽轮机、汽轮发电机）和控制系统等组成。
燃烧系统和汽水系统产生高温高压蒸汽，发电系统实现由热能、机械能到电能的转变，控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。
燃煤发电机组运行过程中，锅炉内工质都是水，水的临界点压力为22.12MPa，温度374.15℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点。
超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12 MPa的机组，而亚临界机组是指主蒸汽压力低于这个临界压力的机组，通常出口压力在15.7～19.6 MPa。
700℃超超临界发电技术开发进展概况
Advanced Austenitic Alloys (Super 304H, 347HFG, NF709, etc.)
700
o
Average Temperature for Rupture in 100,000 hours ( C)
25
Stress (ksi)
Minimum Desired Strength at Application Temperature
Source: Saarschmiede
7
1. 欧洲 AD700计划
热挤成型的镍基合金 263管子 （ I.D. 310 x 67 mm）
310 x 67 mm Extrusion by Wyman & Gordon, Livingstone, Scotland
8
1. 欧洲 AD700计划
阀门锻件
Average Temperature for Rupture in 100,000 hours ( F)
500 1100 1200 1300 1400 70 Inconel 740 300 CCA617 Std. 617
o
Nickel-Based Alloys
Haynes 282
50
Stress (MPa)
Ferritic steel
17
1. 欧洲 AD700计划
Thermie 1000 MW DR: IP Turbine 汽轮机中压缸
10 % Cr steel
Ni base alloy
18
1. 欧洲 AD700计划
1.6 示范机组方案
• 蒸汽压力 • 蒸汽温度 • 再热蒸汽温度 35.0 MPa 700 ℃ 720 ℃
700℃高效超超临界火力发电技术发展的概述
700℃高效超超临界火力发电技术发展的概述徐炯;周一工【摘要】论述了700℃高效超超临界技术的发展状况,700℃高效超超临界技术在高效超超临界火力发电中的应用具有巨大的节能减排效益及市场前景,是极具竞争力的新一代装备.欧洲、日本和美国的高效超超临界计划均已大规模开展,并且取得了丰硕的成果.结合我国的国情,电力行业仍然以燃煤发电为主,并且具有丰富的超超临界机组设计运行经验,这些都使得我国发展高效超超临界技术具有更为重要的战略意义.同时,分析了我国发展700℃超高温技术的瓶颈,提出了合理的发展建议.【期刊名称】《上海电气技术》【年(卷),期】2012(005)002【总页数】5页(P50-54)【关键词】700℃高效超超临界;镍基耐热合金;奥氏体钢【作者】徐炯;周一工【作者单位】上海电气电站集团,上海201199;上海电气电站集团,上海201199【正文语种】中文【中图分类】TK229.2随着全球温室效应的日益加剧以及煤炭等化石燃料的日渐紧缺，如何进一步提高燃煤电站效率，减少二氧化碳（CO2）排放成为全社会越来越关注且亟待解决的问题。
火力发电行业目前面临两方面的压力，一方面市场竞争的加剧需要降低发电成本，提高发电效率；另一方面社会对全球环境问题日益关注，要求电厂降低二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、CO2 等的排放，满足环保要求。
发展洁净煤发电技术是解决这些问题的关键，主要可以通过两个方法得以实现：其一是开发利用新的高效发电技术，如整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）发电等；其二是基于常规的发电系统，提高机组的蒸汽参数，使机组达到超超临界（Ultra Supercritical，USC），发展高经济性、高效率的高参数大容量机组，到目前为止超超临界机组在国际上已相当普及。
提高机组参数成为常规燃煤电站增效减排的重要途径，也是燃煤发电技术创新和产业升级换代的主要方向[1]。
超超临界技术进一步发展的方向瓶颈和解决方案
煤用于发电的比例将越来越大。
– 从目前的53%上升到70%以上，绝对量的增加更大。
以煤为主的能源结构以使中国成为世界上最大的二氧化碳排放 国， 面临巨大的减排压力。
– 燃煤火电是中国最大和最集中的二氧化碳排放源，根据到2020年我国单 位GDP二氧化碳排放比2005年下降40-45%的目标，中国火电将面临最巨 大的减排压力。
现有所有燃煤火电厂均有大 幅度降低供电煤耗的潜力
估计现在所有燃煤电厂发电煤耗 还有下降10 gce/kWh左右的潜力
发电煤耗降低的历史
由于技术进步， 1885年世界上第一台3MWe燃煤发电机组在德国柏林诞生以来， 至今全世界平均发电煤耗已从1885年的3500gce/kWh下降到350gce/kWh
资料来源: 上海外高桥3厂7号机技术经济指标综合日报，，2010年10月27日
外三厂# 7 机组实际运行经济指标
2010年10月27日
◇ 负荷率：84.11% ◇ 带脱硫、脱硝的厂用电率：3.85% ◇ 带脱硫、脱硝实际运行供电煤耗（gce/kWh）：
276.65 ◇ 锅炉飞灰含碳量：0.4%
注：此时# 8机组正在进行大修。
生Co物-fi质rin混g G烧ain 提Ef高fici效en率cy Gain
20%
Ne近ar-期term
M中id-期term
APG TF
Lon长g-t期erm T时im间e
当前燃煤火电机组二氧化碳减排的途径
在CCS能够得到大规模推广应用之前的一个相当 长的时期，最可行、经济、可靠的燃煤火电机组 二氧化碳减排的途径是：
计算条件
节煤量 减排CO2 减排SOx 减排NOx （万吨） （万吨） （万吨） （万吨）
700℃先进超超临界燃煤机组系统设计及配套辅机发展趋势综述
700℃先进超超临界燃煤机组系统设计及配套辅机发展趋势综述摘要：700℃先进超超临界技术还处在本体材料的突破阶段，在系统方面研究较少，国内外仅有部分理论研究。
根据现有的研究开发情况，提前对700℃高超超临界机组的系统设计、布置及配套辅机的发展趋势进行论述，为今后700℃高超超临界机组的设计作理论铺垫。
关键词：700℃；燃煤发电；系统设计；机组布置0引言：2020年我国提出中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
我国能源转型要实现碳达峰、碳中和其中一个重要工作是构建清洁低碳安全高效的能源体系。
700℃先进超超临界燃煤机组技术若能成功排放[1]，在夯实煤电在能源体系中的商运，将进一步提高燃煤发电效率，降低CO2安全性作用同时，进一步降低燃煤机组的碳排放。
因此有必要对700℃先进超超临界燃煤机组系统设计、布置及配套辅机选型等进行提前研究。
1.机组容量：关于700℃先进超超临界技术未来应用于哪一个容量等级的火电厂，目前国内外均还没有相关定论。
欧洲预期建立的示范电厂为500MW容量，各大厂商也多以400MW、500MW容量进行研究。
但是这只是试验研究、示范阶段的初步研究应用，而700℃先进超超临界技术成熟和商业化后，考虑到镍基材料的价格，该技术应用于660MW容量以下这个等级机组显然是不合适的。
目前我国火力发电1000MW级机组成为主力和带基本负荷机组，因此以后700℃先进超超临界技术要在我国应用一般应在百万兆瓦及以上容量机组上，预计可能将应用到1300MW以上机组。
商业化时间：目前欧洲的700℃先进超超临界技术研究开展最早，预计2018年建立起示范电厂。
但是，据了解，近年欧洲在相关方面的研究放慢了脚步，可能是因为镍基材料特性没有完全掌握，部分试验材料的焊缝有裂纹产生，因此从时间上来说，即使今后几年700摄氏度技术发展顺利，也很难在短期内实现商业化。
700℃技术用到镍基材料，而镍基材料十分昂贵。
2024年超临界CO2发电机市场环境分析
2024年超临界CO2发电机市场环境分析1. 概述超临界CO2发电技术是一种基于超临界二氧化碳工质的发电机系统。
该技术由于其高效能、低排放和可持续性的特点，在近年来得到了广泛的关注和应用。
本文将对超临界CO2发电机市场环境进行分析，探讨其市场前景、竞争状况和发展趋势。
2. 市场前景超临界CO2发电技术具有多种优势，如高效能、低排放、可替代性等。
随着全球对环境保护和可持续能源的需求不断增加，超临界CO2发电技术将逐渐替代传统的火力发电和化石能源发电。
预计未来几年内，超临界CO2发电机市场将保持稳定增长，并有望达到数十亿美元的规模。
3. 竞争状况目前，超临界CO2发电技术市场存在一些主要竞争企业。
这些企业在技术研发、产品性能和市场份额方面具有一定的优势。
然而，在市场规模和全球布局方面，超临界CO2发电技术市场尚处于初级阶段，竞争相对较弱。
因此，在市场发展的早期阶段，企业有机会加强技术创新和市场开拓，争夺更大的市场份额。
4. 发展趋势随着技术的不断进步和投资的增加，超临界CO2发电技术将迎来更广阔的发展机遇。
未来几年内，预计超临界CO2发电技术将呈现以下几个发展趋势：•技术创新：企业将加大研发投入，改善超临界CO2发电机的效率和性能，提高整个系统的可靠性和稳定性。
•市场拓展：企业将加强市场开拓，寻找更多的项目机会和合作伙伴，以扩大超临界CO2发电机的市场份额。
•政策支持：各国政府将出台更多的环保政策和能源政策，为超临界CO2发电技术提供更好的政策环境和市场保障。
•国际合作：企业将加强国际合作，开展技术交流和合作研发，共同推动超临界CO2发电技术的全球应用和推广。
5. 总结超临界CO2发电机市场具有良好的市场前景和发展潜力。
在竞争状况相对较弱的情况下，企业有机会加强技术创新和市场开拓，争夺更大的市场份额。
未来几年内，随着技术的不断进步和政策的支持，超临界CO2发电技术将取得更广阔的发展，并成为可持续能源领域的重要组成部分。
2024年超超临界机组市场规模分析
2024年超超临界机组市场规模分析引言超超临界机组是一种高效的发电设备，具有更高的热效率和更低的排放水平。
随着全球对清洁能源的需求不断增加，超超临界机组市场正经历着快速增长。
本文将对超超临界机组市场规模进行分析。
市场概况超超临界机组市场是电力行业中一项重要的子市场。
这些机组能够在高温高压条件下运行，大大提高了燃煤发电厂的效率。
超超临界机组市场正受益于国际社会对减少碳排放的意识不断增强，以及对更可靠、更高效发电设备的需求提高。
市场规模分析根据市场研究数据，超超临界机组市场规模正呈现强劲的增长趋势。
市场规模主要通过以下几个指标进行衡量：1.装机容量超超临界机组的装机容量是衡量市场规模的关键指标之一。
预计未来几年，超超临界机组市场的装机容量将同步增长。
这主要得益于亚洲和北美这些世界上最大的电力市场对超超临界机组的巨大需求。
2.市场收入超超临界机组市场的市场收入也是一个重要的指标。
随着装机容量的增加，市场收入也在迅速增长。
作为一种高附加值的产品，超超临界机组的价格相对较高，因此市场收入也相应增加。
3.市场份额市场份额是衡量超超临界机组厂商在市场上的竞争力的指标。
目前，市场上有许多厂商竞争超超临界机组市场份额，其中一些公司在市场上占据主导地位。
然而，随着新厂商的进入，市场份额分布可能会发生变化。
市场推动因素超超临界机组市场的增长主要受到以下几个因素的推动：1.环境法规全球各地对温室气体排放的法规越来越严格，这推动了电力行业对更高效、低排放设备的需求，从而促使超超临界机组市场的增长。
2.能源需求全球对能源的需求快速增长，尤其是在亚洲等快速发展的地区。
超超临界机组具有高效的发电能力，能够满足不断增长的能源需求。
3.技术进步超超临界机组技术不断创新和改进也推动了市场的增长。
新技术的应用使得超超临界机组更加可靠、高效，满足了电力行业对于更先进设备的需求。
市场挑战超超临界机组市场虽然发展迅猛，但仍然面临着一些挑战：1.高投资成本超超临界机组的投资成本相对较高，这对一些发展中国家来说可能是一个挑战。
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725°C Test Rig
700°C Test Facility
3.成本也是制约700 ℃发展的瓶颈
250 bar / 540°C / 560°C
280 bar / 600°C / 620°C
360 bar / 700°C / 720°C
Ferrite/Martensite 80 % Austenite 20 % Ferrite/Martensite 100 %
发展商 Haynes Special Metals VDM Sumitomo Sumitomo
用途 P&SH/RH P&SH/RH P&SH/RH SH/RH SH/RH
ASME 2063
Save12
T92
12Cr-W-Co-V-Nb-N
9Cr-2W-Mo-V-Nb-N
Sumitomo
Nippon Steel
P
VWV Tubes 2179
T23 GH2984
2.25Cr-1.5W-V
Sumitomo 宝钢
\NWTubes 舰船
2199
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
Borum-Content: A617: 0 ppm A617B: 20-50 ppm
Cr
循环效率 45% 供电煤耗 280g/ kW h
700度机组
循环效率 50% 供电煤耗 250g/ kW h
饱和线
0
S
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
合金 Haynes230 INCO740 CCA617 HR6W Super304H
名义成分 57Ni-22Cr-14W-2Mo-La 5ONi-2SCr-2OCo-2Ti-2Nb-V-Al 55Ni-22Cr-0.3W-8Mo-llCo-Al 43Ni-23Cr-6W-Nb-Ti-B 18Cr-8Ni-W-Nb-N
气固多相流燃烧 汽液多相流水动力 镍基合金钢 热阻特性及热效率 煤中矿物质演变 和灰阻特性 700 ℃汽轮机内部 复杂非定常流动 热功转换过程模拟 和系统优化
1 . 研究700℃超超临界热功转换规律中的关键科学问题，获得煤粉非均相气固多相 流燃烧热释放规律、汽液多相流水动力驱动机制、热阻发展及演变规律、700℃汽机 热力系统特性。 2. 建立700℃超超临界极端热力参数下高效热质、热功传递、转换科学体系 ，为我 国700℃超超临界发电技术提供支撑，推进700℃超超临界发电技术跨越式发展。
Fusina
617B 625 OCC
617B 617B TEST LOOP HIPed components OCC 3
New materials for cost 617B HR6W HR6W617B 263 reduction OCC 617B 263 and OCC 625C improved OCC plant reliability TEST LOOP 4 and flexibility 617B 617B Casted components 625C 625C OCC OCC in view of turbine applications
4. 700℃超超临界发电高低位布置方式
高置 轴系 机组 高置轴系 机组
低置 轴系 机组
低置 轴系 机组
∏型直流锅炉时的布置方案
塔式直流锅炉时的布置方案
4. 700℃超超临界发电高低位布置方式优点
温度
锅 炉 过热 房 器再 热器
过长的主蒸汽/再 热管道去汽轮机 ~160米 汽轮机 高压缸
温度
大大缩短主蒸汽管道去汽轮机和简化二次再热的系统 锅炉房 过热器再热器 汽轮机高压缸 采用特殊双轴汽轮机高压缸 置于锅炉过热器出口附近
50%
45% 40%
镍基材料可由 29%降低到15% 左右！！
净 效 率
铁素体钢和马氏体钢 (26MPa/545oC)
35% 30%
1950 1970 1990 使用年份 2010 2030
4. 我国700℃超超临界锅炉热分配难点
4. 700℃超超临界发电基础科学问题
气固多相燃烧、汽液多相流水动力的理论 镍基合金氧化、腐蚀产生的热阻影响燃烧与水动力耦合传热的机理 高效汽轮机内部复杂非定常流动机理及其系统优化
汽 蒸发受热 机 面 房 汽轮机低压缸 省 至冷凝器 返回锅 煤 炉 器 超临界蒸汽循环过程
蒸发受热面 省煤器 返回锅炉
汽机房 特殊双轴汽轮机低压缸至冷凝器 低压缸
超临界蒸汽循环过程
4. 700℃超超临界发电高低位布置降低成本
55%
Net efficiency
镍基合金 (35MPa/700 oC) 奥氏体钢 (29MPa/600oC)
3.德国曼海姆KGM电厂实验台架
Part I Feedwater Primary stationary load Superimposed secondary non stationary load Feedwater Part II Pressure reduction stations HS 3 Steam Primary load and thermal cyclic load
3. 2013 拟建的ENCIO – 700°C 实验台架
TEST LOOP 1 22.000h aged A617B taken from COMTES700 Test Rig. Three welding technologies and several welding procedures tested LOOP 2 TEST
1. 燃煤火力未来的判断
1. 燃煤火力未来的判断
T 约700度
超高压机组
循环效率 35% 供电煤耗 360g/ kW h
亚临界机组 约600度 约570度 约540度
循环效率 38% 供电煤耗 325g/ kW h
超临界机组
循环效率 41 % 供电煤耗 300g/ kW h
超超临界机组
水的临界温度 约374度
Table The energy of the interface model surface
名称 Fe2O3(110)- NaCl(110) Al2O3 (110)- NaCl(110) NiO(110)- NaCl(110) Etotal（eV） -30187.7276 -18685,5500 -17607.8412 Esurface1(eV) -21726.802 -11468.3487 -10755.5154 Esurface2(eV) -6868.3487 -6868.3487 -6868.3487
Ferrite/Martensite 56 %
Ni-Basi%
4. 我国700℃超超临界热部件实验
4. 我国700℃超超临界热部件实验
4. 我国700℃超超临界关键热部件研制
美国SMC提供的 Φ51X8X880 740H 镍基合金管 美国PCC 公司
上海锅炉厂有限公司
TEST LOOP 5 617B 617B 617B Creep life monitoring
3. 美国在Alabama超760℃实验台架
Provides valuable validation of fireside corrosion and steam-side oxidation at temperatures up to 760 °C.
谢 谢
超700℃超超临界发电技术的未来展望
张忠孝 上海交通大学
1. 燃煤火力未来的判断
中国城市化率进程：2050年5亿人口城镇化，人均能源消费 增加3倍; “十八”大提出2020年“收入倍增计划”目标，未 来需要大量煤炭发电支撑国家目标 中国能源供应安全至今没有大问题-----“有煤”，过去、现在 和未来没有任何能源可以替代它在中国能源结构中的主导地 位 到2012年，发电装机容量10.6亿千瓦，占总装机容量的 73.44% 到2020年，我国火力发电仍然有3-4亿千瓦的缺口 高效、节能、低污染仍然是燃煤发电的主题
2010
2012
2014
2016
2018
720°C Test Rig 700°C Test Facility
725°C Test Rig
Material Investigation Material Investigation
NextGenPower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MACPLUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725 HWT GKM II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ENCIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Static load Feedwater
Thick-walled pipe Cyclic load
Part III Valves
Cold Reheat Steam
“Combustion chamber” Superheater
HPbypass
Part IV Welding
HS 4 Steam
Part V Material and component modeling
图2a NaCl与Fe2O3界面模型 图2b NaCl与Al2O3界面模型 图2c NaCl与NiO界面模型
5. 新疆煤700℃超超临界有希望解决结渣和沾污
6. 结论与建议
1. 700℃高温镍基合金材料已取得突破进展。 欧、美、日小口径管，大口径管材已有 可提供制造的型材。欧洲至少要在2018年以后进行工程示范，美、日随后跟进，主要 是针对中国市场。 2. 700℃发电技术应尽快滚动支持，建设一个现场中试平台，对下列技术进行30000万小 时以上验证： 1） 大口径管径联箱、弯头、管道及喷水、喷蒸汽减温调温方法考核 2） 安全阀、调节阀的研制和考核 3） 冷做、热做封头持久热态试验 4） 高压缸、叶片及冷却方式热态实验 5）异材焊接技术 6）喷涂技术 7）基础理论研究 3. 加强 700℃发电国际交流与合作，少走弯路和避免失误。 4. 700℃发电技术要想在短期内建设示范机组是不现实。 科技部应果断决 策，合理组织， 充分发挥各方优势，长期稳定支持，相信我国会同步 或先于欧盟制造出700℃发电机 组。