2005年10月，由中材南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院春輝公司與以色列魏茲曼研究院合作，由中國(guó)工程院院士、南京市科協(xié)主席、東大—中天聯(lián)合研究中心主任張耀明主持研制的70kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程，在南京市江寧開(kāi)發(fā)區(qū)建成并成功發(fā)電。這也是我國(guó)首座塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)由1個(gè)塔柱和32面定日鏡組成，占地面積約兩個(gè)籃球場(chǎng)大小，反射的太陽(yáng)光匯聚到塔柱頂端的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化裝置，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

南京江寧70kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程。它也是我國(guó)首座塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

與后來(lái)建成的北京延慶八達(dá)嶺塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站不同的是，南京江寧70kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程采用的熱機(jī)不是蒸汽輪機(jī)，而是燃?xì)廨啓C(jī)。具體地說(shuō)，是由以方提供的經(jīng)過(guò)“太陽(yáng)能化”改造的美國(guó)霍尼韋爾Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)。

Parallon 75是霍尼韋爾公司于90年代研制的微型燃?xì)廨啓C(jī)，以天然氣為燃料，最大輸出功率75千瓦，主要用于分布式發(fā)電。應(yīng)用于南京江寧70kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)過(guò)了“太陽(yáng)能化”改造，在壓氣機(jī)和燃燒室之間增加了一個(gè)光熱集熱器

經(jīng)過(guò)“太陽(yáng)能化”改造的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)與原型機(jī)不同的是，它在壓氣機(jī)和燃燒室之間，加上了一個(gè)太陽(yáng)能集熱器?？諝獗晃肴?xì)廨啓C(jī)后，先經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，再經(jīng)由集熱器加熱，經(jīng)過(guò)這兩道工序后，高溫（1000℃）并帶有一定壓力的空氣再進(jìn)入燃燒室，混合天然氣燃燒，產(chǎn)生燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪。

實(shí)踐證明，這種做法有效降低了燃?xì)廨啓C(jī)的燃料消耗。實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果表明，與未經(jīng)改造的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)相比，經(jīng)過(guò)“太陽(yáng)能化”改造的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料消耗率僅為前者的一半左右。經(jīng)過(guò)兩年的調(diào)試、完善，和連續(xù)發(fā)電運(yùn)行測(cè)試表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操控方便、安全可靠。

南京江寧70kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程的成功，可算是燃?xì)廨啓C(jī)利用太陽(yáng)能光熱發(fā)電的成功實(shí)踐。但它所用的燃?xì)廨啓C(jī)仍然需要燃料，還不算是完全的太陽(yáng)能光熱發(fā)電。那么，有沒(méi)有什么完全利用太陽(yáng)熱能驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的辦法呢？也有。這就是超臨界二氧化碳（SCO₂）布雷頓循環(huán)。

二氧化碳有一個(gè)很獨(dú)特的物理性質(zhì)：當(dāng)溫度達(dá)到30.98℃，壓力達(dá)到7.38MPa時(shí)，其物理狀態(tài)介于液體和氣體之間，密度接近于液體，粘度接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)約為液體的100倍。這種狀態(tài)，稱(chēng)為“超臨界”狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)下的二氧化碳，密度比氣體大，粘性比液體小，具有流動(dòng)性強(qiáng)、傳熱效率高、可壓縮性小等特點(diǎn)。

二氧化碳的臨界條件容易達(dá)到，化學(xué)性質(zhì)不活潑，無(wú)色無(wú)味無(wú)毒，安全，價(jià)格便宜，純度高，易獲得。這些特性，使得它很適合用于作為熱力循環(huán)工質(zhì)。

所謂超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)，就是用超臨界狀態(tài)的二氧化碳作為工質(zhì)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱循環(huán)。但和一般的燃?xì)廨啓C(jī)不同的是，這種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室不燃燒燃料，而是用于外部熱源對(duì)二氧化碳進(jìn)行加熱。超臨界狀態(tài)的二氧化碳在經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮后，進(jìn)入燃燒室由外部熱源加熱，加熱后的高溫超臨界二氧化碳驅(qū)動(dòng)渦輪，由渦輪驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和對(duì)外輸出功率，作功之后的二氧化碳再回到壓氣機(jī)再被壓縮，如此循環(huán)往復(fù)。

不難看出，這在本質(zhì)上，就是一個(gè)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的外燃式閉循環(huán)熱機(jī)。如果用太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)作為這個(gè)系統(tǒng)的外部熱源，就是一個(gè)不需要“燒開(kāi)水”，也不需要消耗燃料的純太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)。

超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)原理圖

超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的相關(guān)研究，國(guó)際上早在20世紀(jì)六七十年代就開(kāi)始了。由于其功率密度高，對(duì)輪盤(pán)和葉片的性能要求很高，當(dāng)時(shí)的加工工藝難以滿(mǎn)足。直到90年代以后，隨著高精度數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，相關(guān)制造工藝得以突破，相關(guān)的研制工作才開(kāi)始進(jìn)行。