编者注：国外在超临界二氧化碳(S-CO2)Brayton循环领域已经开展了样机制造、试验和工程示范，但国内对于超临界CO2循环技术的认识还处于初级阶段。目前已引起光热发电行业和电力行业的关注，是一种一二十年内有可能带来发电变革的一项技术，在核能发电、太阳能发电、工业废热发电、舰船推进系统等方面具有一定的应用前景。
S-CO2的应用在上世纪六七十年代就有多方面的研究，由于其功率密度高，叶片的应力很大，其轮盘和叶片需要一次性整体加工，当时的加工工艺难以满足。直到1990年代中期，五轴加工中心广泛使用，涡轮制造工艺得以突破，才开始商业化产品的研发。
本世纪以来，在能源、环保问题加剧的情况下，超临界二氧化碳发电更是引起各国的关注。美国是该项技术的积极鼓动者，从2007年以来，美国已举办了五届(分别在2007、2009、2011、2014年、2016年举行)S-CO2发电循环的国际会议，除美国外，英、德、日、韩、西班牙等有研究人员参会。赞助方有美国国家能源技术实验室(NETL)、西南研究所(SWRI)、Echogen能源系统公司、Thar能源公司(Thar Energy LLC)、Abengoa太阳能公司、电力研究所(EPRI)、Barber-Nichols公司、Aerojet Rocketdyne、Dresser-Rand、GE Global Research、Heatric等。
超临界CO2是神马??
临界点参数：30.98⁰C，7.38MPa。
S-CO2是气态和液态并存的流体，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。超临界CO2的临界条件容易达到，化学性质不活泼，无色无味无毒，安全，价格便 宜，纯度高，易获得。
S-CO2二氧化碳布雷顿循环的工作温度在临界温度之上，具有较好的传递性和快速移动的能力，高密度可以让流体的压强很高，超临界循环利用二氧化碳在临界附近的物性，减小压缩功，提高回热效率。
S-CO2布雷顿循环
具有高的流动密度、传热性，可以大大减小压气机和热量交换器、透平的尺寸，同时不需要很高的循环温度即可达到满意的转换效率，降低运行维护成本低。因此，火电、核电、太阳能发电等都尝试采用S-CO2布雷顿循环系统。
低温低压的CO2经过压气机升压后，经过回热器的高温侧预热到一定温度后，进入热源进一步加热到工作温度，然后进入透平膨胀做功;做完功的乏气进入回热器冷侧进行预冷，冷却后的CO2进入冷却器进一步冷却，最后进入压气机进行压缩完成整个循环。在实际应用中发现，回热器高、低温侧工质比热容的差异导致回热器存在“夹点”，可降低循环效率，后来系统逐渐分离成高温回热器和低温回热器以提高效率;核电中增加了再压缩等热力过程。
S-CO2布雷顿循环的主要特点
(1)能量转换效率高
S-CO2热机的单次循环(1个回热器)效率可以达到35%以上，多次循环(多个回热器和分流压缩循环)可以再增加10~15个百分点;同时在低温段已经具有很高的效率，在700℃效率可达50%。
(2)关键部件和整个系统所占空间较小
(3)经济性好
以S-CO2为工质每千瓦时的成本为0.025美元，远低于目前600 ℃超超临界机组的发电成本。相比水蒸气所需的大量锅炉管道设备，整个系统可实现模块化建造，缩短电厂建造周期，可以大大减少投入。
S-CO2的发展及现状
早在上世纪六十年代，科学家Feher就提议将CO2作为工质来建立一个超临界的热力系统发电循环。Feher还分析了此循环在理想状态下获得了55%的热效率。可见这种循环的效率表现相当可观，人们也预期将其应用到比较紧凑、便携式的发电设备之中。可是在后续的研究应用过程中困难重重，其商业化之路充满艰辛，而最近几年新能源研究的需求再次高涨，S-CO2技术被广泛提议应用到太阳能热发电的系统循环之中。Iverson等人在美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratory)建立了超临界S-CO2布雷顿发电循环设施。他们建立的这种设施可以算是近似的新型太阳能热发电电站，利用他们的这种热力循环系统产生了250KWe左右的电能。
2010年美国能源部通过了著名的Sunshot计划，其中一项就是推动太阳能热发电的每度电计算成本(LCOE)在2020年降低75%，达到6美分/千万。在这样一个背景下，众多关于新能源应用的技术研究项目被大大的推进，其中一个项目备受关注，那就是将超临界CO2作为传热介质通过布雷顿循环(简称S-CO2)提高太阳能热发电(简称SCP)效率。此项目之所以吸引着众人的目光，主要是人们似乎预见到它将给光热产业带来的巨大变革。如今，借着Sunshot计划的东风，更多的超临界S-CO2项目将要付诸实践，比如2010年10月1日美国的NREL投资1600万美元，开展了10MW超临界CO2透平项目(10MW Supercritical-CO2 Turbine Project)，工质运行温度在700°C以下，采用干法冷却技术，系统检测在核能系统实验室(NESL)，此实验项目将留下宝贵的关于S-CO2的设计经验并对S-CO2透平机的实际内效率进行验证。
2016年10月17日消息，美国能源部国家能源技术实验室资助8千万美元给一个在燃气轮机利用超临界二氧化碳(sCO2)来提高效率的中试项目，规模为10兆瓦，为期6年。
气体技术研究所将主导这个6年期项目的实施，进行系统工程设计和测试管理。通用电气全球研究将负责涡轮机械的设计和制造。西南研究所将成为项目所在地，并负责测试设施的设计、施工、运行以及评估。这个装置是美国能源部超临界转化电力(STEP)项目的一部分，旨在通过提供更清洁、可负担的电力资源来实现国家的气候和能源目标。
东芝公司日前针对正在开发的超临界二氧化碳循环火力发电系统，在达到目标压力的状态下，成功完成了燃气轮机燃烧器的燃烧试验。由此，向实现发电效率高、可回收二氧化碳、环境负荷低的系统迈进了一大步。这种系统具备与组合利用燃气和蒸汽的燃气联合循环发电同等水平的效率，同时无需另外设置分离及捕集设备就可回收高压二氧化碳。
现有燃气轮机发电设备可在20个大气压左右的压力下燃烧，而超临界二氧化碳循环火力发电系统的目标是300个大气压，因此能在高温高压条件下工作的燃气轮机燃烧器成为课题。此次试验成功意味着完成了第1阶段的开发。在开发的系统以天然气为燃料，在燃烧时，使用氧替代空气，因此也不会产生氮氧化物(NOx)。东芝与美国大型电力企业爱克斯龙电力公司(Exelon)、工程企业芝加哥桥梁及钢铁公司(Chicago Bridge and Iron Company)等于2012年6月达成合作协议，共同进行系统开发，主要负责重要部件高温高压涡轮机和燃烧器。各家公司将在美国建设试验成套设备，实施实证试验，力争在2017年实现250兆瓦(25万千瓦)级设备的商用化。
