我们知道自从瓦特发明蒸汽机以来，火和水一直领导着热能、机械、电力和能量转换过程。瓦特的蒸汽机用煤燃烧水，将其转化为蒸汽，推进活塞运动，产生机械动力。现在也是利用这个原理进行火力发电，通过使活塞往复运动使汽轮机旋转，来驱动发电机组或者使用斯特林发动机进行发电。那么，下面就来了解一下为什么用超临界二氧化碳代替水和蒸汽呢？

　　水和蒸汽只是在整个过程中起到传递能量的工程学作用。一直以来，水是一个非常好的能量传递工程，廉价可靠，可以在任何地方使用，所以无论是火力发电厂还是核电站都大量使用水和蒸汽进行发电。

　　那为什么用超临界二氧化碳代替水和蒸汽呢?这取决于超临界二氧化碳优点。

　　物质的气体和液体的不同是密度的不同。当一个气液共存的平衡系统不断升温加压时，当温度和压力上升到一定程度时，气体和液体的密度相等，它们的边界线也消失。热膨胀会使液体密度不断减小，同时气体密度随压力的变大而不断变大。物质的这种状态就是其临界状态。此时的气液状态非常接近，超临界的液体比本来的物质液体状态具有更好的流动性和热传导性。物质达到超临界状态时，气体物质像液体一样流动，液体像气体一样被压缩。利用超临界状态作为发电系统的能量传输工质，可以大幅度降低传输过程中的能量损失。

　　当压力达到220个大气压，温度达到374时，高温下膨胀的水的密度和高压下压缩的水蒸气的密度正好相同。此时，水的液体与气体没有区别，完全溶解，成为呈现新的高压高温状态的气体，水从通常的状态变成“超临界水”。溶解这种水分的压力和温度被称为“临界点”。超过“临界点”的水是超临界水。使水达到超临界状态，需要满足高温和高压两个条件，水的超临界状态有一定的氧化和腐蚀性，对系统的强度和耐腐蚀性有很高的要求。

　　同样，通过控制超临界二氧化碳的温度和压力，具体来说，温度为31，气压达到72.8地表大气压时，使这两个参数同时达到某个阈值，超临界二氧化碳也会达到特殊的超临界状态。超临界二氧化碳会变成超临界流体。此时，可以像液体一样流动，但会像气体一样被压缩，容易形成超临界状态。超临界二氧化碳是一种非常密集的流体，兼有气体特性，粘性小，流动性强，放入容器中也会像气体一样膨胀，充满整个容器。超临界二氧化碳循环无相变，压缩过程中压缩功耗有效减少，仅占率的30%，临界温度和压力远远低于水的临界点，系统循环损失小，具有液体特性，密度大，传热效率高，功能强。而常规氦气循环占45%左右，燃气轮机占50~60%。对国外研究图表的分析表明，当超临界二氧化碳温度达到550时，超临界二氧化碳发电系统从热能到输出功率的转换效率通常达到45%以上。随着温度的上升，效率也会进一步提高。

　　体积小、重量轻。超临界二氧化碳发电系统中的循环介质为二氧化碳，超临界二氧化碳发电系统的体积和重量约为传统蒸汽发电系统的50%多。在整个循环过程中超临界二氧化碳处于超临界状态，不发生相变，密度大，动能大，冷却器、管道附件尺寸小。

　　噪音低。对于旋转类机械设备，转速高，以高频振动频谱为主，有利于隔振降噪，其振动特征频率主要集中在轴频以上。超临界二氧化碳发电系统一般采用高速汽轮发电机组。

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