超临界二氧化碳循环发电

一整缸金属粉末，中间露出半截零件。刮刀犁出的痕迹像山脊一样涌向中心，零件就埋在那片绿灰色雪原里。这是Arbor Energy放出的第一张照片。埋在里面的东西，是一台发电涡轮的氧燃烧器，纯氧和燃料要在它内部点着，并且稳住火焰。常规燃机的燃烧室得尺寸远比大部分金属3D打印可打印的尺寸更大。但这一件的尺寸为何得以3D打印？答案是超临界二氧化碳循环。什么是超临界二氧化碳循环发电？超临界二氧化碳循环就是把烧开水推汽轮机的那套发电流程里的水换成二氧化碳，并且把它压到既不像气也不像液体的那个状态，稠得像水，又能像气一样流动。同样发这么多电，这种又稠又能流的工质推动叶片时效率更高，整套涡轮和压缩机可以做得比传统机组小一大截。超临界二氧化碳能让需要的涡轮更小，3D打印这条路才打开。这种商机并不是拿着锤子找钉子才能得来的。再看清粉后的第二张图里，零件立在基板上。上段一圈圈极细的竖向纹路不是装饰，大概率是把氧和燃料掺匀的旋流叶片，或者贴着壁面走的冷却通道。这种又密又薄还带角度的形状，走精密铸造要开一套模，走电火花和铣床要一刀一刀熬工时。对激光粉末床3D打印来说，复杂的结构都是把光斑扫过去形成。同一张图里能看到黑色的树枝状支撑撑在悬空的法兰底下，打完要人工处理掉。留下的接触点还要磨。3D打印免后处理的说法，在这类高要求的零件来说一般都不成立。我们一开始没看懂的是零件周围基板散着一堆方形纹样。我们咨询专业读者应该是金相块敲掉留下的印记。搞过航空航天航海核电3D打印的读者应该都不陌生。增材件的材料性能不是查手册就有的常数。同一种粉末，激光功率、扫描速度、层厚、气流场变化，打出来的东西会有变化。所以试样和零件同炉同批、按位置分布，打完看内部质量情况。3D打印压缩的不只是开模、铸造的工期。最主要的是迭代时可以文件改完重新切片重新打。对还在迭代的动力系统，比如比较前沿的超临界二氧化碳循环，这个差别是决定性的。老制造设计变更代价太高。现在可以先3D打印出来运行试试，看数据再改。验证从推演变成了实验。Arbor的战略是模块化、可制造的电力。这话前提是单机足够小、结构足够标准且可重复。一个小型燃烧器还说明不了超临界二氧化碳循环发电技术的成熟度。但这算是3D打印在能源领域具备潜力的新应用方向。