蒸汽涡轮机仍然生产着世界上大部分的电力，但超临界二氧化碳作为介质比水便宜得多，效率也高出 10%，使用的涡轮机却比水小 10 倍。耗资 1.55 亿美元的试验工厂现已在圣安东尼奥建成。10 月 27 日，位于德克萨斯州的超临界转型电力 (STEP) 试验工厂剪彩，项目合作伙伴西南研究院 (SwRI)、GTI 能源公司、通用电气弗诺瓦公司和美国能源部宣布该工厂"机械完工"。

位于得克萨斯州 STEP 试点设施核心的 10 兆瓦超临界二氧化碳涡轮机

上图中的设备是世界上第一台超临界二氧化碳涡轮机。它的大小与一张桌子差不多，是一台 10 兆瓦的涡轮机，能够为大约 10000 个家庭供电。在能源行业，10 兆瓦的发电量是小巫见大巫，但用这么小的涡轮机发电却可能被证明是一项革命性的壮举。

当温度和压力分别超过约 31 °C（88 °F）和 74 bar（1070 psi）时，二氧化碳就会达到超临界状态。此时，它不再像气体或液体，而开始像气体一样具有液体的密度。过了这个点，相对较小的温度变化也会导致密度的显著变化。

当然，水也可以达到超临界状态，只是需要更多的能量，温度和压力需要超过 373 °C （703 °F）和 220 bar （3191 psi）。

位于圣安东尼奥的 STEP 设施已宣布"机械完工"，将于 2024 年投入使用 图/西南研究院

这种超临界二氧化碳流体的特性使其成为在闭环系统中提取能源的理想选择。早在 2016 年，通用电气公司就宣布将开始建设一座试验工厂，以在商业相关装置中证明这一想法，预计将使用体积仅为目前涡轮机十分之一的涡轮机，在提取效率为 50% 的情况下实现 10 兆瓦的发电量，比目前运行在 40% 左右的蒸汽涡轮机高出约 10%。

这种涡轮机可以大大降低依靠热能和涡轮机发电的成本；小型涡轮机不仅成本更低，而且结构更紧凑，因此发电厂所需的土地更少。此外，它还能从给定的热源中产生更多的电能，从而减少单位碳排放量，即使是煤炭和天然气发电机也不例外。

此外，它的启动和开启速度也更快。通用电气公司的原型机在 700 °C（1292 °F）左右的温度下运行，大约两分钟就能开始发电，而蒸汽轮机至少需要半小时。因此，这些二氧化碳涡轮机对负载需求的响应速度要快得多，在以可再生能源为基础的电网中更有用武之地。

一旦得到验证，这项技术就能扩大到与公用事业相关的规模，并开始取代发电厂中的蒸汽轮机。这包括化石燃料发电厂，以及某些核电、地热、聚光太阳能和其他装置。

在试点电厂投入使用之前，还有很多工作要做，但该联盟预计它将于 2024 年开始运行。

SwRI总裁兼首席执行官亚当-汉密尔顿（Adam Hamilton）在一份新闻稿中说："STEP无疑将改变我们对发电的看法。令人兴奋的是，我们正式启动了这座试验电站，它是 SwRI 开发的潜在革命性技术的发源地"。"