桑迪亚国家实验室正在与三个行业伙伴合作，将一种分布式电力系统商业化，这种系统可以生产更便宜、更清洁、更高效的电力。
这些实验室与缅因州Wiscasset的Peregrine Turbine Technologies签署了为期三年的合作研发协议;弗吉尼亚州夏洛茨维尔的Xdot工程与分析;以及德克萨斯州欧文市的福斯公司。
Sandia的高级核概念经理Gary Rochau说:“这些crada为我们提供了一条与工业界一对一接触的途径，以满足我们和他们的需要，并确定了一条将改变游戏规则的技术商业化的途径。”“我们的目标是在不使用水的情况下将热能转化为电能的效率提高一倍，并使其像蒸汽一样便宜。”
Sandia正在开发超临界二氧化碳(S-CO2)再压缩封闭布雷顿循环技术，这种发电系统的热电转换效率比传统的蒸汽技术高出50%。布雷顿循环是以19世纪机械工程师乔治·布雷顿的名字命名的，他发明了在密闭空间加热空气，然后释放空气产生轴动力或推力的方法，就像喷气发动机一样。
Sandia Brayton循环的工作流体是S-CO2，化学性质稳定、成本低、无毒、不易燃、易得。“这基本上是一个以s -二氧化碳为工作流体，在闭环中运行的喷气发动机，”美国能源部(DOE)超临界转换电力项目先进反应堆技术的桑迪亚首席研究员达琳·弗莱明(Darryn Fleming)说。
最常见的动力循环是Rankine，将高压水煮沸产生蒸汽，然后通过涡轮机膨胀。循环效率约为33%，即传递给流体的热能有33%转化为电能。
弗莱明说:“在今天的市场上，发电厂百分之一的效率转化为数百万美元，因为燃烧更少的燃料来产生相同数量的电力。”“效率提高1%也能减少约2.9%的温室气体。将效率提高到50%可以减少34%的排放。随着效率的提高和自然资源消耗的减少，消费者成本将下降。”
S-CO2布雷顿循环效率更高的原因是，热涡轮排气和冷压缩机排气之间的显着温差驱动了循环内的换热，为高压流体提供了绝大多数的热量。避免了在朗肯循环中恒温冷凝蒸汽时所拒绝的热量。
桑迪亚一直在测试各种组件，轴承，密封和热交换器，接近或超过临界点，即二氧化碳的密度接近液体，但具有气体的许多特性。测试显示，该系统的几个元素还没有达到技术成熟。弗莱明说:“为了将其推向市场，我们需要提高许多组件和程序的技术准备水平，特别是密封、轴承和热交换器。”
Sandia发布了寻找工业合作伙伴的联邦商业机会广告，Peregrine、Xdot和Flowserve都在多个受访者中。
Peregrine正在与Sandia合作开发一种热交换器，这种热交换器可以处理Brayton循环中严格的热应力。Peregrine总裁David Stapp表示:“我们在涡轮增压机械热区设计方面的专业知识，并将其应用到换热器的设计中，以减轻通常由较大的温度波动造成的损害。”“这种设计将为低成本热交换器打开大门，满足商业应用中的客户需求。”
Xdot正在开发一种金属轴承，支持在S-CO2中高速旋转的涡轮轴。Xdot创始人埃里克·斯旺森表示:“滚珠轴承在S-CO2环境下工作不好。“我们有一种金属轴承，可以用S-CO2直接润滑，性能更好，成本更低，是一种更好的捕鼠器。”
在1290华氏度(700 Censius)和4400磅/平方英寸(psi)的温度下，Flowserve为动力涡轮机设计的高强度密封能够牢牢地控制进入涡轮机的s -二氧化碳。弗莱明说:“那是超高温、超高压。”“密封件可能会漏水。我们需要一只不会失血过多、不会向大气中排放二氧化碳的海豹。”
Flowserve公司的先进技术总监莱昂内尔·杨(Lionel Young)说，他的公司是从零开始研制一种可以在S-CO2环境中发挥作用的密封材料。他说:“虽然对于Flowserve来说，这种高压力和高速度的密封装置并不新鲜，但这种密封装置并不是针对这种极端温度设计的。”“关键部分是二次动态垫片的设计。密封大部分依靠传统技术，但动态垫圈必须能够滑动和密封，必须能够在这些极端的压力和温度下工作，而不泄漏。”
Sandia为其合作伙伴提供了1兆瓦特的热S-CO2再压缩封闭布雷顿循环测试回路，可以与轴承和密封专用测试平台一起进行动态测试。Sandia的测试帮助这些公司证明他们的技术适用于超临界二氧化碳。
弗莱明说:“温度和压力远远超过典型金属并非微不足道。”“超临界CO2高温高压测试非常复杂，测试成本高，风险高。我们准备进行多次大规模的演示使用高温高压。这有助于他们更快地将产品推向市场，降低风险。”
这三家公司都取得了长足的进步，并利用Sandia的技术投入和测试开发了原型，这是由政府机构和私人公司或大学之间的研发合作协议CRADAs实现的。
斯旺森说:“能和国家实验室合作真是太棒了。“他们拥有惊人的资源。我们正在分享我们的技术，随着项目的进行，我们期待着这项具有挑战性的应用的测试数据。”
Young表示，在S-CO2 Brayton循环的温度要求下，Flowserve的测试能力有限。他说:“虽然Flowserve将在全压力和全速度下测试原型机，但在较低的温度下，我们将依靠Sandia进行全温度测试。”“我们的团队和Darryn及其团队之间的合作非常出色。它们是开放的、有益的，我们相信其结果将促进密封技术的发展。”
斯塔普说，与桑迪亚专家的合作是无价的。“我太高兴了，”他说。
桑迪亚和能源部的目标是到2020年在实验室中实现10兆瓦的商业示范S-CO2布雷顿循环。弗莱明说:“现在是时候采用这项技术并建造测试平台了。”“需要做一个10兆瓦的电力演示。这正是商业实体感到兴奋的地方。他们对小型实验室不感兴趣。我们需要一个商业可扩展的系统。”
Rochau说，Brayton技术可以利用太阳能、生物燃料和天然气为分布式能源市场发电。分布式发电是在使用地点或附近生产电力，而不是在大规模的中心发电地点，需要远距离传输和本地配电。输电和配电成本通常占电力输送成本的一半。
Rochau说，Sandia正与这三家制造商合作，将美国生产、制造和出口的布雷顿推向市场技术．“我们在帮助他们，他们也在帮助我们，”他说。“如果他们看到了市场，而我们有技术，我们就会完成工程，这样他们就可以投放市场，一切就会启动起来。我们不想要一个没人能用的新玩意。”
了下:工业自动化
