近日，中国华北电力大学能源动力与机械工程学院的研究团队在《能源前沿》期刊发表了一项重要研究成果。该团队提出了一种结合风能（WP）、光伏（PV）、槽式聚光太阳能（CSP）及超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环的新型发电系统，并通过创新的“容量-运行协同优化”模型，显著提升了系统的经济性和环保性。这一技术突破为全球可再生能源的高效利用提供了新思路。

突破传统瓶颈：S-CO₂循环与储能技术是关键

传统火力发电依赖化石能源，污染严重，而风电、光伏虽清洁却因间歇性易造成“弃风弃光”。为解决这一矛盾，研究团队创新性地引入槽式聚光太阳能（CSP）作为调峰电源，并搭载热储能（TES）和电加热器（EH）子系统。CSP通过聚光镜将太阳能转化为热能储存，在风光出力不足时快速补充电力；EH则可将多余风光电能转化为热能存入TES，减少能源浪费。

更关键的是，团队采用超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环替代传统蒸汽轮机。S-CO₂循环在高温高压下运行，热效率比传统蒸汽循环高出约10%，且设备体积更小、启动更快，能灵活应对电网负荷波动。研究数据显示，优化后的系统碳排放较未优化系统降低92.13%，平准化能源成本（LCOE）下降3.43%，实现了环保与经济的双重突破。

张家口实证：优化后系统弃风弃光减少46%

为验证技术可行性，团队以中国河北省张家口地区为案例进行模拟。张家口风、光资源丰富，但传统系统因调峰能力不足常导致能源浪费。通过“双层优化模型”（上层以LCOE和碳排放为优化目标，下层以可再生能源利用率为核心），团队利用NSGA-II算法嵌套线性规划（LP）求解，最终确定最优容量配置：CSP装机167兆瓦、光伏72兆瓦、风电31.8兆瓦，配以7小时热储能和45兆瓦电加热器。

运行结果显示，系统年弃风弃光量减少46%，碳排放降至370吨/年，LCOE为0.4196美元/千瓦时。对比三种参考系统（无EH、使用传统蒸汽循环、未优化系统），优化后的系统在调峰能力、储能效率和成本控制上均表现最优。例如，配备EH使系统弃电率降低52%，而S-CO₂循环的热电转换效率较蒸汽循环提升4.66%。

技术前景：为全球能源转型提供中国方案

研究进一步通过敏感性分析揭示了系统设计的灵活性。例如，聚光镜场回路数（NLoop）和CSP容量（CCSP）存在“最优区间”：NLoop在291-567回路时LCOE最低，而CSP容量在0-170兆瓦区间内可兼顾经济性与减排效果。此外，热储能（TES）对LCOE影响显著，其容量增加可大幅提升系统调峰能力，验证了“储能为可再生能源核心”的未来趋势。

该成果不仅为中国“双碳”目标提供了技术支撑，也为全球尤其是风光资源丰富地区的高比例可再生能源并网难题提供了解决方案。研究团队表示，下一步将推动该系统在大型风光基地的示范应用，并探索与氢能、电池储能的耦合，进一步降低对传统火电的依赖。

在全球能源转型的关键时期，这项技术突破标志着中国在可再生能源集成领域迈出了重要一步，也为人类应对气候变化注入了新的信心。

来源: FIE能源前沿期刊