タービンを回すには、蒸気を出して超臨界二酸化炭素を入れる。これはサンディア国立研究所が閉ループシステムを地元の電力網に接続し、約1時間にわたって約10キロワットの電力を供給した際に実証された。
サンディア国立研究所の実験ユニットは、超臨界状態（液体と気体の両方の性質を持つように加圧された状態）の二酸化炭素を用いてタービンを回転させます。超臨界状態の二酸化炭素は水蒸気よりもはるかに高温になるため、発電所レベルまで拡大し、原子力、太陽光、化石燃料で加熱すれば、はるかに高い効率を実現できる可能性があります。
10キロワット時というのは、米国の平均的な家庭が1日に消費する電力の約3分の1に過ぎず、それほど大きな量ではない。しかし、研究所が試験ループを電力網に直接接続できたことは非常に大きな意味を持つと、主任研究者のダリン・フレミング氏は述べた。
「送電網に接続するために必要なデータを入手するのに長い時間がかかりました。電力網を管理する者は誰でも、何を同期させるかについて非常に慎重です。送電網に混乱をきたす可能性があるからです」とフレミング氏は述べた。
（ブレイトン）ループ内
ブレイトンサイクルは、水を蒸発させて蒸気を作り、その蒸気でタービンを回すランキンサイクルの熱力学的代替手段です。
ランキンサイクルは効率が悪く、蒸気を水に戻す際に多くのエネルギーが失われるため、発電量の約3分の1しか電気に変換されません。サンディア国立研究所によると、ブレイトンサイクルは理論上の変換効率が50%以上に達する可能性があります。
サンディア国立研究所のシステムでは、超臨界状態のCO2が加熱され、そのエネルギーがタービンに送られます。タービンを出たCO2は再生熱交換器を通過し、そこで冷却されてから圧縮機に送られます。圧縮機は冷却されたCO2を再び加圧し、再生熱交換器に送り返して熱を回収した後、再び始動点に送り返します。米国の研究所運営者によると、システムの効率の一部はこの回収プロセスによるものです。
サンディア国立研究所は、この実験では超臨界CO2を600°F（316°C）まで加熱しただけでしたが、完全なシステムでははるかに高温になります。サンディア国立研究所のシステム図では、高圧CO2がヒーターから排出される際の温度がほぼ2倍になっていることが示されています。
サンディア国立研究所のブレイトンサイクルの図
実験をグリッドレベルに引き上げる
4月にクローズド・ブレイトン・サイクル試験ループを電力網に接続する前に、サンディア研究所は出力を調節するための適切な制御システムを見つける必要があったが、研究チームは永久磁石ローターと呼ばれるエレベーター部品の中にそれを見つけた。
同研究所によると、ローターは走行中のエレベーターのかごの位置エネルギーを電気に変換するために使用され、サンディア国立研究所が実験に使用したブレイトンサイクル試験ループと同様の原理で動作するという。
ブレイトンサイクル制御システムを備えたサンディア大学の研究者
「この類似性により、サンディアのチームはエレベーター部品会社から市販の電力エレクトロニクスを改造し、テストループから送電網への供給電力を制御することができた」とサンディアは声明で述べた。
サンディア国立研究所の機械エンジニア、ローガン・ラップ氏は、研究所の試験ループとエレベーターの部品を結合させたことは大きな前進であり、10キロワットと1メガワット以上の電力供給の境界線が「かなり明確になった」と述べた。1メガワットは500～1,000世帯に電力を供給でき、サンディア国立研究所の業界パートナーは1～5メガワットを目標としているとラップ氏は述べた。
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系統直結試験に成功したサンディア国立研究所のチームは、現在、より高い温度での発電を目指しています。2023年には、より効率の高い2基のタービン発電機を備えた発電システムを構築する予定で、2024年秋までに1MWのシステムの実証を目指しています。
サンディア国立研究所の広報担当モリー・ラッペ氏は、商業開発の魅力を高めるために、サンディア国立研究所のエンジニアらがシステムの各部分を個別に検証し、関心のある企業が必要に応じてコンポーネントを拡張できるように取り組んでいると語った。
サンディア研究所は超臨界CO₂に馴染みがあり、10年以上前からこのようなシステムの開発に取り組んできました。当時、サンディア研究所は開発を主導していると述べていましたが、超臨界CO₂生成器の実現はほぼ確実だとは述べていませんでした。それから11年が経ち、私たちは着実にその実現に近づいています。®
