最容易讓人理解的說法是，“超超臨界”意味著火電廠能用最少的煤發(fā)出最多的電。
下面這組數據是我國的電能組成，可以看到，在2020年我國火力發(fā)電量占了全年發(fā)電量的65%。隨著社會的發(fā)展，國內電力需求也越來越大，截至2020年底，我國全社會用電量達到7.5萬億千瓦時，同比增長3.1%，人均用電量約5357千瓦時。因此提高火力發(fā)電的效率具有十分重大的意義，利用“超超臨界”發(fā)電機組發(fā)電便是其中的技術之一。
比如使用超超臨界機組的上海外高橋第三發(fā)電廠，他們每向外提供1度電只需燃燒274克煤。而作為對比，日本排名第一的磯子電廠新1號機組，2009年時，他們每向外供1度電需要燃煤304克。如果不是使用超超臨界技術，煤耗就更高了，向外供1度電需要燃煤330克至340克。
也正因此，2015年10月，美國《電力雜志》將上海外高橋第三發(fā)電廠評選為2015年度世界頂級火力發(fā)電廠，因為它是全球第一個將供電煤耗降到280克以下的發(fā)電廠。
以上咱們只是對“超超臨界”有一個總的認識，下面咱們來好好了解一下它。
臨界乳光
要理解超超臨界，我們首先得了解一下什么是“臨界”。
臨界是指由某一種狀態(tài)或物理量轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)或物理量的最低轉化條件。
對于火力發(fā)電而言，簡單理解就是用煤“燒水”，使水變成水蒸氣，這個過程中，蒸氣膨脹產生高壓后推動汽輪機轉動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。
著名物理學家皮埃爾·居里發(fā)現，一塊磁鐵加熱后，其磁性會消失。問題來了，加熱到多少溫度時磁性才會消失？這個溫度就是磁鐵的臨界溫度，為了紀念居里，又叫做居里溫度。
同理，水也有自己的臨界點。我們知道，水加熱后會變成蒸氣，但這是在空曠環(huán)境下，如果是在一個密閉的容器中加熱呢？此時，加熱密閉容器，容器中的水會蒸發(fā)，這會增加容器內的壓力，而壓力越大，水的沸點就越高。比如高壓鍋，我們要加熱到120℃左右，高壓鍋中的水才會沸騰。
問題來了。我們還是以高壓鍋來舉例子，假設這個高壓鍋異常堅固，并且是完全密封的。
此時，我們加熱高壓鍋內的水，讓其內部的氣壓不斷增加，繼而里面水的沸點也會不斷升高，這是我們可以預見的。
但是，如果我們一直這么加熱下去，讓高壓鍋內的水溫不斷升高，最后會出現什么情況？
對于這個問題，150多年前的人們一直很困惑。直到1869年，英國物理學家安德魯斯在皇家學會作了一個研究報告，這才解決了問題。
安德魯斯沒有選擇水，這是他聰明的地方，他選擇二氧化碳做實驗，因為二氧化碳沸點很低，零下56.55℃時就沸騰了。
他加熱密閉容器中的液態(tài)二氧化碳，結果他發(fā)現，在31℃附近時，容器內的液態(tài)二氧化碳和氣態(tài)二氧化碳，兩者之間的差別完全消失了。也就是說，加熱前，容器內有一個液態(tài)面，液態(tài)面上方是二氧化碳氣體。
但溫度到達31℃時，你就分不清容器內到底是氣體還是液體了，它變成了我們現在說的“超臨界流體”。
于是我們說，31.04℃就是二氧化碳的臨界溫度，在這個溫度下，容器內對應的氣壓就是二氧化碳的臨界氣壓。
超臨界流體有很多奇妙的性質
比如它具有氣體的可壓縮性，又同時具有類似于液體的較大密度和較大的溶解度，這讓其具有很多重要的作用，我們可以用它從咖啡豆里面提取咖啡因，這就是超臨界流體萃取。
“臨界乳光”現象。
最后，液體在到達自身臨界溫度時的那一刻會呈現出乳白色，這種現象就叫做“臨界乳光”。
現在，咱們再來看看水的臨界溫度和臨界氣壓。
在約374℃和22.1兆帕（約等于218個大氣壓）下，水變成了超臨界流體。
我們都知道，火電站發(fā)電是通過將水加熱，變成高溫高壓水蒸氣沖擊汽輪機從而發(fā)電的。
更大的密度：超臨界流體的密度比氣體大100倍左右，與一般液體密度相近，所以同體積的超臨界流體會和同體積的一般液體重量相差不大，大質量臨界態(tài)水在推動汽輪機轉動時便能夠提供更大的推力。
更小的黏度：超臨界流體由于分子運動劇烈，導致流動過程中的黏度減小，也就是超臨界流體內部的摩擦力小。那么在流動過程中能量的損耗也就會越少，因此能量利用效率也會得到提高。
正因為超臨界流體具有這些性質，那么發(fā)電過程中利用水的超臨界狀態(tài)也能夠使火力發(fā)電的效率得到很大的提升。一般來說，根據水的臨界點劃分，如果某個火電廠，它的水蒸氣壓力低于218個大氣壓，那么它的發(fā)電機組就是亞臨界機組。如果蒸氣壓超過218個大氣壓，那么就是超臨界機組。
那什么又是超超臨界呢？
其實，超超臨界并不是一種物理學上的劃分，而只是一種工業(yè)上的稱謂，僅僅是表示更高的壓力和更高的溫度。國際上，不同國家對超超臨界的起始溫度和壓力的定義不同。
比如日本的定義是大于24.2兆帕，或達到593℃;丹麥是大于27.5兆帕;而我國一般是壓力高于27兆帕，或溫度高于580℃。
這說的只是起始溫度，實際上，我國運行的超超臨界機組大多在600℃。
如果發(fā)電機組擁有更高的壓強以及更大的壓力，那么也被稱為“超超臨界機組”。不同國家對超超臨界的標準定義不一樣，我國一般是壓力高于27兆帕，或溫度高于580℃。
采用超超臨界機組發(fā)電，蒸氣管道能夠造得更小，同時汽輪也不需要太大便可以提供巨大的扭矩，帶動發(fā)電機轉動。從理論上來說，如果蒸氣壓力越大，那么發(fā)電效率也會越高，因此關于超超臨界發(fā)電技術還在不斷攻克當中，但在目前，中國超超臨界發(fā)電機已經走在世界前列。
十年磨一克
超超臨界意味著更高的蒸氣溫度和氣壓，而輸入汽輪機的蒸氣溫度和氣壓越高，效率也就越高，這可以從卡諾循環(huán)和朗肯循環(huán)這兩個理論上予以證明。
然而若去證明，網友們必睡倒一片。但不證明，這說法又顯得抽象。所以咱們就試著從別的角度來說說。
能量是有品質之分的，溫度越高，品質越高。
想象一下，相同體積的高壓鍋和氣球，顯然，因為高壓鍋內部氣壓高，含有的氣體量大。如果我們希望氣球內含有的氣體也跟高壓鍋一樣多，那就得把氣球體積增大很多很多倍，變成大氣球。
所以，火電站中，如果產生的蒸氣溫度越高，氣壓越大，那么相應地，輸送蒸氣的管道就能造的比較小，否則就是龐然大物。同理，汽輪機的體積也會大大減小，這能減少鋼鐵的使用量。
火電廠降低煤耗意味著減少污染，提高經濟性。所以，在火電行業(yè)內流傳著：
“十年磨一克”、“十克煤耗，一代技術”的說法。
上海外高橋第三發(fā)電廠是全球第一個將供電煤耗降到280克以下的發(fā)電廠，其機組蒸氣溫度600℃，發(fā)電效率提高到了驚人的45.4%。
然而，這還不是火電技術的終點，中國700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術試驗平臺已投入運行。未來，若700℃超超臨界發(fā)電技術商業(yè)運行后，火電的發(fā)電效率將有望提升到50%。 |
