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美國的國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室正在尋求雄心勃勃的技術(shù)創(chuàng)新，這將為美國煤電發(fā)電充電，通過燃料多樣性提高電網(wǎng)可靠性和彈性。實(shí)驗(yàn)室的研究員Bo Liu就是負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的激光加熱基座生長（LHPG）系統(tǒng)。由光纖制成的創(chuàng)新傳感器，例如使用LHPG系統(tǒng)創(chuàng)建的傳感器，為先進(jìn)煤電系統(tǒng)提高效率和優(yōu)化性能提供了新的可能性。

為了保持經(jīng)濟(jì)可行性，現(xiàn)有的煤電設(shè)施必須通過減少停機(jī)時(shí)間來提高效率以降低成本并同時(shí)確保其可靠性。考慮到這一點(diǎn)，美國能源部化石能源辦公室于2018年啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃，以競(jìng)爭性資助研發(fā)（R＆D）工作，提高現(xiàn)有船隊(duì)的效率，可靠性和排放，為下一代燃煤奠定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作，并與業(yè)內(nèi)利益相關(guān)方合作開展內(nèi)部開拓性研究和分析，以確保煤炭在未來幾年的生存能力。重點(diǎn)研發(fā)工作主要集中在以下技術(shù)領(lǐng)域：

高性能材料。先進(jìn)的燃燒系統(tǒng)在將煤轉(zhuǎn)化為能源方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，效率更高，對(duì)環(huán)境的影響更小，但它們需要苛刻的條件即腐蝕性條件和高達(dá)1600攝氏度的溫度，是對(duì)鍋爐，渦輪機(jī)現(xiàn)有材料的極限和其他組件的挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@些材料必須經(jīng)受在反復(fù)加熱和冷卻時(shí)發(fā)生的膨脹和收縮。考慮到意外的材料失效是推動(dòng)燃煤發(fā)電強(qiáng)制停工的關(guān)鍵因素，國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究人員正致力于開發(fā)用于這些系統(tǒng)中的超超臨界鍋爐和渦輪機(jī)的高級(jí)合金。

傳感器和控制器。國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家正在開發(fā)新型傳感器，監(jiān)測(cè)鍋爐，渦輪機(jī)，氣化器和其他發(fā)電廠組件。在極端條件下，實(shí)時(shí)測(cè)量壓力，溫度，燃料成分和其他關(guān)鍵參數(shù)。分布式控制處理監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)并為能源系統(tǒng)的運(yùn)營商提供重要信息，使他們能夠及時(shí)采取措施提高效率。國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室專家致力于將數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)整合到智能控制中，以便根據(jù)運(yùn)行條件優(yōu)化性能。實(shí)驗(yàn)室正在研究使用高適應(yīng)性光纖傳感器，它可以長距離傳輸信號(hào)而不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。開發(fā)的激光加熱基座生長系統(tǒng)使研究人員能夠制造光纖傳感器，以便在燃煤電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)環(huán)境中發(fā)揮作用。先進(jìn)的傳感器和控制裝置可以改善負(fù)載跟蹤能力，限制循環(huán)期間的材料損壞，最大限度地減少溫室氣體排放，并通過預(yù)測(cè)性維護(hù)解決潛在問題

模擬仿真工程。國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室正在創(chuàng)建先進(jìn)的計(jì)算工具，可應(yīng)用于原子，設(shè)備，流程，電網(wǎng)和市場(chǎng)規(guī)模，以支持現(xiàn)有車隊(duì)并加速化石燃料技術(shù)的部署。這些工具使研究人員能夠模擬工程設(shè)備和系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界中的工作方式，從而更好地預(yù)測(cè)和優(yōu)化性能。通過這樣做，科學(xué)家可以通過將工作重點(diǎn)放在最可行的解決方案上來限制成本并加快研發(fā)工作。這些工具研究了多相流科學(xué)，先進(jìn)的過程系統(tǒng)工程，材料的計(jì)算建模以及確保化石能源技術(shù)成功所必需的其他領(lǐng)域。一個(gè)例子是碳捕集模擬計(jì)劃工具集，一套計(jì)算工具和模型，旨在降低碳捕獲技術(shù)在放大過程中的成本和風(fēng)險(xiǎn)。R＆D100屢獲殊榮的工具集最近作為開源軟件發(fā)布，允許行業(yè)，政府和學(xué)術(shù)界的利益相關(guān)者自由使用，修改和定制軟件，以支持碳捕獲和相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。先進(jìn)能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究所（IDAES）在此成功的基礎(chǔ)上，通過收集國家實(shí)驗(yàn)室和領(lǐng)先的研究型大學(xué)的最佳系統(tǒng)建模和優(yōu)化能力，在國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)下，開發(fā)旨在加速創(chuàng)新的下一代建模和優(yōu)化平臺(tái)，重點(diǎn)關(guān)注并優(yōu)先考慮研發(fā)，提高現(xiàn)有車隊(duì)的效率和可靠性。

這些努力的成功結(jié)合水管理研發(fā)和創(chuàng)新能源概念的應(yīng)用將確保煤基電力設(shè)施能夠以電網(wǎng)所需的速率有效地循環(huán)和發(fā)電，同時(shí)保持高水平的可靠性和環(huán)境性能。工業(yè)技術(shù)提供商，煤炭供應(yīng)商和發(fā)電機(jī)聯(lián)盟的支持和參與對(duì)于確保國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新技術(shù)的成功商業(yè)采用和廣泛部署至關(guān)重要。該實(shí)驗(yàn)室正在與現(xiàn)有的煤電廠運(yùn)營商和其他外部合作伙伴合作，以確保研究工作的相關(guān)性，并進(jìn)行快速的早期測(cè)試和部署。

由于國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室致力于通過為現(xiàn)有設(shè)施開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)來保護(hù)關(guān)鍵的燃煤發(fā)電，研究人員還致力于徹底改革下一代燃煤電廠。事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室對(duì)現(xiàn)有的燃煤電廠提供的許多新興解決方案包括新型傳感器，控制裝置和材料等也可以應(yīng)用于未來的建筑中。

根據(jù)未來電網(wǎng)不斷變化的需求，美國能源部化石能源辦公室（FE）于2018年中期發(fā)布了信息請(qǐng)求（RFI），尋求改善燃煤鍋爐蒸汽動(dòng)力循環(huán)的方法。所提供的信息有助于能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室努力開發(fā)下一代燃煤發(fā)電廠，提供穩(wěn)定的發(fā)電，具有操作靈活性，高效率和低排放。這些信息將幫助研究人員滿足所設(shè)想的未來煤電廠的具體標(biāo)準(zhǔn)。與現(xiàn)有發(fā)電相比，這些系統(tǒng)將更小，更模塊化，更靈活。能夠根據(jù)電力需求的頻繁變化進(jìn)行快速調(diào)整。它們還可以提高效率，在更高的溫度和壓力下運(yùn)行。減少運(yùn)營規(guī)模可以降低投資成本并加快商業(yè)化進(jìn)程，但這樣做往往會(huì)帶來效率的折衷。專注于小一代將開發(fā)高效，靈活的電力系統(tǒng)，減少排放，以確保在未來幾十年內(nèi)負(fù)擔(dān)得起，負(fù)責(zé)任地使用化石燃料。

煤電對(duì)國家的健康，安全和保障至關(guān)重要。國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室通過開創(chuàng)性的研發(fā)改造現(xiàn)有和未來燃煤電廠的工作，對(duì)于保持生活質(zhì)量和滿足不斷增長的電力需求是必不可少的，因?yàn)槊绹�正朝著更加多樣化的能源未來邁進(jìn)。化石能源技術(shù)的創(chuàng)新也提供了寶貴的經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)，可以激發(fā)對(duì)現(xiàn)有工廠和新設(shè)施的投資，保留可能關(guān)閉的工廠的工作，在最先進(jìn)的建筑中創(chuàng)造工作，并通過開發(fā)新材料重振制造業(yè)和技術(shù)。能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的開創(chuàng)性技術(shù)解決方案最終將通過使煤炭行業(yè)能夠適應(yīng)不斷變化的需求來最終促進(jìn)國家的繁榮。