Advanced Power Generation
sCO₂ Power System
这是一款采用超临界二氧化碳(sCO₂)和独家齿轮式涡轮机械技术的高效新概念发电设备，其中sCO₂兼具液体与气体优点。
超临界二氧化碳(sCO₂)，在临界温度31 ℃、临界压力73.8 bar以上时，兼具气体低摩擦与液体高密度的特性。
我们创新的涡轮机械技术，借助超临界状态下的高密度与低摩擦特性，极大提升了发电效率。与传统蒸汽涡轮机相比，它效率更高、体积更小，作为下一代发电解决方案，正广受关注。
我们创新的涡轮机械技术，借助超临界状态下的高密度与低摩擦特性，极大提升了发电效率。与传统蒸汽涡轮机相比，它效率更高、体积更小，作为下一代发电解决方案，正广受关注。
Key Benefits
与传统发电系统相比，我们的超临界二氧化碳(sCO₂)发电系统效率更高、运营成本更低，无需用水、还实现了小型化，优势众多，是高效环保的发电解决方案。
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Higher Performance
- 相较于蒸汽及有机朗肯循环，性能更具优势
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Higher Performance
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Eco-Friendly
- No Water Required
- 降低碳强度，达成环保发电
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Eco-Friendly
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Competitive LCOE* *Levelized cost of electricity
- No Fuel Required
- 维护成本低
- 与其他技术或设备相比，配套设备更简易
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Competitive LCOE* *Levelized cost of electricity
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Economic Benefit
- 通过电力生产，实现厂区电力自给并获取售电收益
- Carbon offset or Tax Credit
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Economic Benefit
Waste Heat to Power
超临界二氧化碳(sCO₂)发电系统用于燃气轮机废热回收的发电方案概念图
- 1二氧化碳供应在超临界二氧化碳(sCO₂)闭环系统中，完成初始填充、补充二氧化碳，并控制流量
- 2超临界二氧化碳(sCO₂)压缩借涡轮机动力，经压缩机产出高压超临界二氧化碳
- 3一次加热 利用涡轮机膨胀后超临界二氧化碳(sCO₂)余热，预热压缩后的超临界二氧化碳
- 4二次加热 在加热器内，超临界二氧化碳(sCO₂)与燃气轮机排出的废气进行热交换，完成加热(回收废热)
- 5超临界二氧化碳(sCO₂)膨胀超临界二氧化碳膨胀，在涡轮机中产生旋转动力，用以驱动压缩机与发电机。
- 6发电涡轮机旋转产生动力，驱动发电机发电。
- 7超临界二氧化碳(sCO₂)冷却压缩前，超临界二氧化碳与外部热交换，优化压缩机入口温度 。
超临界二氧化碳(sCO₂)发电系统主要构成部件
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sCO₂ Engine pakage
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Heater
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Pre-Cooler
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- 超临界二氧化碳(sCO₂)经压缩、膨胀过程，生产电气能源(电力)
- 压缩机、涡轮机、热交换器、发电机、供油系统 - CO₂ Management System
- 液态二氧化碳储罐、泵及气化器
- 超临界二氧化碳(sCO₂)经压缩、膨胀过程，生产电气能源(电力)
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从热源汲取能量，传输至涡轮机
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为提升压缩效率，超临界二氧化碳与外部热交换，优化压缩机入口温度 。
Achievement
完成美国政府项目，全球首次成功集成齿轮式超临界二氧化碳(sCO₂)发动机的性能与耐用性验证，还荣获“研发100大奖”（世界百大研发奖项）。
美国能源部(DOE，Department of Energy) 10 MW太阳能发电用超临界二氧化碳(sCO₂)发动机开发项目
2022年荣获R&D100*大奖
该技术被视作引领超临界二氧化碳发电系统商业化的关键
* 拥有60多年历史的“研发100大奖”，堪称“创新界的奥斯卡”。
该奖项每年从全球范围内评选出100项最具创新性的技术，在企业、政府、学术界均广受认可 。
Application
我们的超临界二氧化碳(sCO₂)发电系统，可适配450 ℃以上多种热源，涵盖燃气轮机、工业工艺废热等。
该系统也适用于太阳能发电、小型核能发电这类下一代零碳发电能源，尤其在高温热源及缺水环境下，竞争力突出。
该系统也适用于太阳能发电、小型核能发电这类下一代零碳发电能源，尤其在高温热源及缺水环境下，竞争力突出。
韩华压缩机超临界二氧化碳(sCO₂)发电系统主要应用领域
| 中温热源 (450 ℃至 600 ℃) |
燃气轮机废热 |
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|---|---|---|
| 工业废热 |
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| 高温热源 (600 ℃以上) |
CSP(Concentrated Solar Power) | |
| SMR(Small Modular Reactor) | ||
Turbo Expander Generator(TEG)
涡轮膨胀发电机(TEG)是环保高效的发电方案，能把气体余压转化为电能，适用于气体稳压站、
发电站、化工厂等场景，有效提升能源利用效率。
发电站、化工厂等场景，有效提升能源利用效率。
key Benefits
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发电效率高
- 压缩机业务中积累的流体动力设计技术，达到行业内最高水平的效率
- 确保高效，满足严格性能标准 性能测试符合美国机械工程师协会(ASME)PTC - 10二类标准
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发电效率高
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减压功能稳定，杜绝气体泄漏
- 配备智能控制系统，即便气体压力、温度、流量波动，也能稳定减压 。
- 在各类气体压缩机业务经验中积累的密封技术，实现零气体泄漏
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减压功能稳定，杜绝气体泄漏
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经济性
- 作为一种新型可再生发电方式，该技术能回收天然气中未利用能源，实现能源再生，可大幅节省电费
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经济性
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机械稳定性强
- 产品设计依托经实践验证、具备卓越耐用性与稳定性的齿轮式压缩机结构，在正常工况下，可保障长达20年以上的稳定可靠运行 。
- 符合全球工业标准的运行测试 机械运转测试符合美国石油学会(API)617第八版标准
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机械稳定性强
Energy Recovery from Waste Pressure
涡轮膨胀发电机(Turbo Expander Generator)借助膨胀轮(Expander Wheel)，将气体的压力能转化为旋转能。在此过程中，气体压力降低，温度随之下降 。
涡轮膨胀发电机(TEG)的主要部件构成与工作原理
- VGN (Variable Geometry Nozzle)
- 通过自动控制系统，让减压比持续保持稳定状态
- Expander Wheel
- 将气体的压力能转化为旋转能
- Gear Module
- 把膨胀机叶轮(Expander Wheel)的旋转运动传导至发电机
- Generator
- 膨胀机叶轮(Expander Wheel)的旋转能量转化为发电能量
涡轮膨胀发电机(TEG)的运行过程如下：
高压气体径向流入，首先在喷嘴中加速膨胀，接着高压高速流体推动膨胀轮旋转，进而传递动能(即旋转能)，最终实现发电 。
高压气体径向流入，首先在喷嘴中加速膨胀，接着高压高速流体推动膨胀轮旋转，进而传递动能(即旋转能)，最终实现发电 。
Design Capabilities
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膨胀机叶轮(Expander Wheel)分析
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膨胀机叶轮(Expander Wheel)性能测试
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高压条件下的结构专项剖析
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高温条件下的热分析
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气密性测试
References
韩国天然气公司(KOGAS)以天然气门站为依托，构建区域枢纽型复合能源中心，供应电力、天然气、热能和氢气。该复合能源中心与小型分布式电网相连，公司还在其中安装了独特的涡轮膨胀发电机(TEG)，目前已投入运营。
TEG发电输出功率：1.5 MW(压力差：60 barg→8.5 barg)
- 涡轮膨胀发电机(Turbo Expander Generator)安装情况
- 2023 年 10 月，顺利通过电气安全施工及燃气安全施工检查。
- 2023 年 11 月，项目顺利完成试运行
- 2023 年 12 月起，项目已正常运行
Application
涡轮膨胀发电机(TEG)能回收天然气输送时浪费的压力来发电。
天然气长距离输送时压力很高，调压站会在靠近用户处降压，方便使用。
传统调压站降压时，压力能量白白浪费，但用TEG就能回收这些能量用来发电。
天然气长距离输送时压力很高，调压站会在靠近用户处降压，方便使用。
传统调压站降压时，压力能量白白浪费，但用TEG就能回收这些能量用来发电。
Letdown Stations
不仅在天然气调压站，在石化工艺等众多产业领域，都会降低高压状态的天然气、蒸汽、工艺气体等的压力，进而实现压力能量的回收再利用。
Technical Specifications
| 分配 | Specifications |
|---|---|
| Maximum Inlet Pressure | up to 250 bar |
| Expansion Ratio(per stage) | up to 18(depending on process fluid and application) |
| Inlet Temperature | -220 ~ 700 ℃ |
| Maximum Number of Stage | 1 to 6 |
| Maximum Shaft Power | up to 30,000 kW(depending on process fluid and application) |
| Gases Handled | Hydrocarbon gas mixture, All industrial gases(CO₂, etc) |
| Test Code | API617, ASME PTC-10 Class 1 & 2 and HPS Standard |