2011 年2月4日美國能源部啟動了一項名為“利用太陽能發電的創新綱領”( Sunshot Initiative) 的計劃。2011年10月25日，美國能源部宣布，作為SunShot 計劃的一部分，將在未來3 年投資6000萬美元開展應用科學研究以推動太陽能熱發電技術發展，目標是：其一，在2020 年將太陽能熱發電電價降到6美分/度。第二，研發超臨界CO2循環作為CSP電廠的動力轉換部分的系統，動力模塊造價低于1200美元/kW。第三，超臨界CO2透平入口溫度達到700℃以上。第四，熱機采用干冷卻不用水，循環效率大于50%。
相關的科研項目由Southwest Research Institute ( SwRI) 、GE、Thar Energy、Aerojet Rocketdyne等機構和多家大學承擔，包括新型聚光器、高效接收器、系統集成、透平機械、緊湊式換熱器等關鍵技術?？傮w上，受美國能源部資助的科研項目按照循序漸進的規律在逐步推進: 從小型試驗臺架的原理驗證到關鍵部件技術攻關，再到兆瓦級試驗裝置的研發; 從不同部門獨立投入到共性技術部門間聯合投入。近年來，美國能源部不斷加大、加快對資助科研項目的投入，并在2016 年投入巨資建設10MW試驗裝置，表明美國整體技術成熟度水平已達到較高級別。
美國目前是毋庸置疑的超臨界CO2循環發電技術領先者，在系統研究、機組設計、零部件加工及系統示范驗證方面開展了較多的工作。預計其將在未來2 年內完成商業示范，在3～5年將形成1～10MW 級超臨界CO2機組完整產業鏈和成功商業案例。中國國內目前還處在理論研究和小型示范機組建設規劃籌建階段，少數廠商有試制計劃和生產能力，與美國差距較為明顯。目前，在科技部的支持下，我國正在進行超臨界CO2太陽能熱發電關鍵基礎問題研究。
東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司程虎，奚正穩，孫登科等以熔鹽吸熱技術與超臨界CO2再壓縮循環耦合的系統為例，對超臨界CO2塔式光熱發電系統的特點、該技術尚需研究和解決的技術問題等進行了分析。特整理如下，以供參考。
1、超臨界CO2光熱發電系統
基于超臨界CO2布雷頓循環的塔式光熱系統模式主要有：第一，基于空氣( 或二氧化碳) 的氣體吸熱技術與超臨界CO2動力循環系統結合。第二，基于粒子的固體吸熱技術與超臨界CO2動力循環系統結合。第三，基于熔鹽的吸熱技術與超臨界CO2動力循環系統結合。
以下以熔鹽吸熱技術與超臨界CO2再壓縮循環耦合的系統為例，介紹超臨界CO2塔式光熱發電系統的特點。
超臨界CO2塔式光熱發電系統，是一種以超臨界狀態的CO2為工質的布雷頓循環系統，既能保證熔鹽吸熱、儲熱系統安全穩定工作同時也能實現電站的無水化運行。
超臨界CO2塔式光熱發電系統主要包括： 吸熱器子系統、定日鏡子系統、儲熱子系統、動力循環子系統。定日鏡通過追蹤太陽位置將陽光收集反射到吸熱器上，從而加熱吸熱器里的熔鹽工質，高溫熔鹽經下降管返回高溫罐。超臨界CO2工質與高溫熔鹽換熱，最后到渦輪機中膨脹做功。由于太陽能資源具有不穩定性，所以設置了儲熱子系統來維持光熱發電系統的穩定運行，同時也能保證系統在夜間的運行。
動力循環子系統采用超臨界CO2再壓縮循環，因為它是其他大多數衍生循環設計的基礎，具有結構簡單、效率高的特點，系統示意如圖。
圖： 基于超臨界CO2循環的塔式光熱發電系統示意圖
系統的特點主要有：1) 可顯著提高光熱發電系統效率。2) 對設備腐蝕速率更低。3) 無水處理。4) 系統結構緊湊，占地空間小。5) 降低電力成本。6) 將CO2資源化。
當然，超臨界CO2光熱發電系統也存在一些問題。其主要缺點在于: 其一，超臨界CO2光熱發電系統為高壓系統，系統壓力較大，對材料的要求比較高。其二，管道中存在較高的壓力損失。如果要建設大規模的電站，可能有50～100km長的管道，壓力損失將難以估量，這意味著它可能不適合大規模電站，僅僅適合小規模的光熱電站。
美國能源部認為，太陽能發電的成本下降應從四個方面著手：降低技術成本、降低并網成本、促進規?；蚧瘧谩⑻嵘娬拘?。超臨界CO2優良的傳熱和流動性能具有提高發電效率的巨大潛力。以超臨界CO2作為工質的太陽能熱發電系統的出現將大幅拉低光熱發電的成本，有業內專家表示，該技術將成為光熱發電實現平價上網的重要推力。
2、關鍵技術分析
超臨界CO2發電技術是未來太陽能熱發電的一個發展方向，要全面掌握和利用該技術，重點需要在以下幾個方面展開技術與市場創新與實踐研究。
1) 系統性研究超臨界CO2物性和高溫下對材料的腐蝕特性。
2) 研究超臨界CO2發電系統的光熱耦合原理與運行控制。
3) 突破超臨界CO2高速渦輪發電機組設計制造技術。
4) 開發滿足超臨界CO2發電系統工程應用的高效換熱器。
3、結語
高效的超臨界CO2循環需要熱氣體透平膨脹機運行在較高的溫度和壓力之上，在較為廣泛的負載條件下，維持高效運行，并能夠應對太陽能熱量輸入的快速波動，同時能夠快速啟動，優化電站的在線運行。此外，除了太陽能發電，超臨界CO2循環在廢熱發電、核電和化石燃料發電領域事實上也有一定的應用潛力。而對于我國太陽能熱發電行業，超臨界CO2循環技術是一條不可錯失的發展路線，建議加大科研力度或者國際合作，整合核心零部件供應商，在市場層面進行國內的示范機組建設，盡早與項目應用方開展合作，形成品牌效應。
