摘要：研究学习了超临界二氧化碳发电的优势和面临的挑战，布雷顿循环相较于传统的蒸汽朗肯循环的优越性，以及超临界二氧化碳国内外发展历史和现状，最后又提出了结合太阳能实现基于太阳能的超临界二氧化碳循环发电系统的设计。
关键字：超临界二氧化碳，布雷顿循环，太阳能发电，塔式
目前，社会的发展面临着能源和环境两大难题，面对制约发展的瓶颈，急需开发新型清洁能源、提高能源利用效率。超临界二氧化碳（CO2）布雷顿循环发电技术，具有环境友好、热效率高、经济性好的特点，并且可以与现有的多种热源系统结合应用，被视为是未来发电极具前景的方向之一。同时太阳能发电也是近年来各个国家的发展重点，结合二者是未来可期的发电优良模式[1]。:
1.CO2作为循环工质的特点
CO2作为最受关注的气体之一，不仅被认为是导致地球温室效应的罪魁祸首；同时，它也在特定条件下具有特殊的性能，可作为良好的工质应用于工业生产过程。超临界CO2是温度和压力均高于临界值（Tc=30.98℃、Pc=7.38MPa）的CO2流体。超临界流体介于气体和液体之间，又同时兼有气体和液体的物理和化学性质。超临界CO2作为萃取剂、染色剂、清洗剂、反应介质等在医药工业、食品工业、轻工业、高分子科学等方面已有较多的应用[2]。
超临界二氧化碳（以下简称“S-CO2”）布雷顿循环是一种可实现高效热电转化的动力循环，它以CO2为工质，利用布雷顿循环完成能量转化，在整个循环过程中始终保持CO2为超临界状态。该循环可利用的热源温度范围广（400℃～700℃）、效率高（40%～50%），适用于太阳能、核能、分布式能源、船舶动力、燃料电池等多个领域，被认为是当前最具有发展前景的能量转换系统之一。
作为热能循环工质，与其他同类型的循环工质相比，超临界CO2既有超临界流体的一般特性，也有其独特的特点：1）密度接近液体，大于气体2个数量级；传热效率高，做功能力强；2）黏性接近气体，较液体小2个数量级；流动性强，易于扩散，系统循环损耗小；3）临界温度和压力较低，容易达到超临界状态，便于工程应用；4）较常用的惰性气体超临界流体密度大、压缩性好，系统设备结构紧凑、体积小；5）腐蚀性小于水蒸汽；6）无毒、不燃、稳定，对臭氧层无破坏，廉价易得[3]。
2.S—CO2发展历史
超临界二氧化碳(S—CO2)布雷顿循环的研究始于20世纪40年代，在20世纪60一70年代取得阶段性研究成果，之后主要由于透平机械、紧凑式热交换器制造技术不成熟而中止，直至21世纪初，S-CO2：布雷顿循环的研究才再度兴起[4]。由于CO2：化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、效率较高，S-CO2布雷顿循环被认为在第四代核反应堆(超临界水堆除外)、聚光型太阳能热发电、余热发电、地热发电等领域具有良好的应用前景。现有的研究表明，在循环效率方面，相比广泛应用的蒸汽朗肯循环，S-CO2布雷顿循环具有潜在优势，但是仍有待于对循环作深入细致的热力分析及优化，由于CO2等压比热在高压侧大于低压侧，导致温差最小的位置(“夹点[5]”)可能出现在回热器内部，无法实现理想的回热效果，所以简单S-CO2布雷顿循环的效率不高。
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