释放海洋力量，跨临界二氧化碳循环为何能主宰海洋

广阔的海洋不仅成为船只的通道，而且成为巨大能源效率的源泉。海洋环境有着独特的挑战和机遇，为创新提供了一个有趣的舞台。跨临界二氧化碳循环就是这样一种创新，它是一项革命性的技术，有望带来显著的性能优势和环境效益。一项新的研究深入探讨了这一先进系统的核心，揭示了其在改变海洋废热回收和减少海运业碳排放方面的潜力。

跨临界二氧化碳循环因其卓越的热效率和环保效益而脱颖而出。在船舶应用中，它利用了柴油发动机产生的废热，跨临界二氧化碳循环不仅可以提高燃料效率，还可以显著减少二氧化碳排放——这是缓解气候变化的关键一步。

研究发现，与传统循环相比，跨临界CO2循环的热效率更高，可以实现更有效的能量转换并减少热量浪费。该循环提供更高的特定功率输出，这对于有限的船舶空间至关重要。与传统制冷剂相比，二氧化碳作为工作流体的全球变暖潜力可以忽略不计，使其成为船舶应用的环保选择。

跨临界CO2循环研究涉及使用REFPROP软件等先进工具进行全面的热力学分析。这些工具能够对热力学变量进行详细的敏感性分析，为在各种海洋条件下优化循环性能提供见解。

研究结果表明，在船舶中集成跨临界二氧化碳循环可以彻底改变废热回收，从而大幅节省燃料并减少排放。这项技术进步与全球为加强海洋可持续性和减少行业碳足迹所做的努力相一致。

参考文献：Jiaqi Feng,Junpeng Wang,Zhentao Chen,Yuzhe Li,Zhengyuan Luo,Bofeng Bai，Performance advantages of transcritical CO2 cycle in the marine environment.  doi.org/10.1016/j.energy.2024.132251

一、什么是跨临界二氧化碳循环？

跨临界CO2循环是一种热力学循环，其中二氧化碳( CO2 )用作工作流体并在其临界点以上运行​​。其工作原理如下：​​

• 压缩：二氧化碳气体被压缩至高压，高于其临界压力（约1,067 psia或73.8 bar ）。在此阶段，二氧化碳保持超临界状态，这意味着它既不是液体也不是气体，而是超临界流体。
• 热量添加：高压超临界CO2然后通过热交换器，吸收来自外部来源的热量（例如，来自船用柴油发动机的废热）​​​。这些热量导致二氧化碳的温度和压力进一步上升​​​。
• 膨胀：加热后的高压二氧化碳通过膨胀阀或涡轮机膨胀，导致其冷却并降低压力​。在此膨胀过程中，二氧化碳可以从超临界状态转变为气相。
• 散热：低压二氧化碳气体随后通过另一个热交换器，向周围环境散热，冷却下来，为下一个压缩循环做好准备​​​​​​。

跨临界CO2循环与传统亚临界循环相比，跨临界CO2循环可实现更高的热效率。二氧化碳的全球变暖潜能值（GWP）较低，且无臭氧消耗潜能值（ODP），是一种环保制冷剂。由于二氧化碳密度高，设备可以更紧凑，有利于空间受限的应用，例如船舶​​​​​​。

二、思考

在各种海洋环境中，最大化跨临界CO2循环效率的最佳操作条件（压力、温度等）是什么？

如何将跨临界二氧化碳循环与现有的船舶发电系统有效集成，以最大限度地降低改造成本并提高效率？

在恶劣的海洋环境中操作跨临界CO2循环会面临哪些材料和维护挑战，如何应对？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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