耐热增强涡轮机将成主要课题

　　由于在电网中涡轮机直接推动直流发电机发电，因此涡轮机被看成是现代电网的核心部分，如何改进涡轮机，提高其效率也成了各国研究的主要课题。一台更好的涡轮机不仅可以提高能源利用率，同时也能提高电网效率、减少温室气体排放，可谓是好处多多。

　　将水加热成水蒸气推动涡轮机旋转是大部分发电的基本原理。例如，位于西弗吉尼亚州的“登山者发电厂”每分钟需消耗14吨煤炭，保证电厂1300兆瓦的发电量。电厂燃烧室内的温度高达500℃，炽热的蒸汽通过管道，送到重200吨、长30米的巨型涡轮机上，推动叶片旋转。这样的机械旋转紧接着推动装有铜线的管子在磁场中运动，产生电流，通过电网将电力输送到居民家中。涡轮机生产商阿尔斯通电力公司的技术部总监查尔斯·苏西尔说，目前电厂中用于发电的涡轮机一般分为蒸汽涡轮机和燃气涡轮机两种。大多数发电厂，不管是煤炭、天然气火电厂、核电厂，还是风电厂都要依赖这两种涡轮机。“将涡轮机的效率提高1%，就可使‘登山者发电厂’实现每年减排408万吨。”美国通用电气总经理埃里克·格布哈特说。

　　一般电厂中涡轮机旋转的转速为每分钟3600圈。核电厂内，蒸汽涡轮机的体型更大，因此转速会减半，为每分钟1800圈。同时，一般涡轮机的设计寿命至少为20年。在这段时间涡轮机必须接受严峻考验，其中包括在其周围高速运行的温度高达620℃的水滴，水滴可能会侵蚀涡轮机；而高温则会使钢等金属软化，导致部分零件的永久性损伤。但矛盾的是，设备工作的环境温度越高，效率就会越高。因此科学家们很长一段时间以来一直在致力于提高涡轮机的耐热性，并取得了一些成就。苏西尔介绍，向钢中添加镍合金会提高涡轮机的耐热性，可能将涡轮机的工作环境温度提高至700℃。如此高的工作温度可以让煤炭火电厂捕捉50%煤炭燃料产生的能量，而目前煤炭火电厂的平均效率为40%左右。而通用电气则正研究利用碳纤维以及碳化硅合成物（俗称金刚砂）制成的陶瓷提高涡轮机的工作温度。通用电气的高级陶瓷实验室目前正在一台实验用的涡轮机上试验陶瓷的性能。

　　给涡轮机降温是对其进行保护最重要的一点。大多数电厂都依赖电厂附近的河水为涡轮机降温，但随着淡水资源的日益稀缺，这种方法势必受到威胁。美国纽约市就指出，如果印第安角核电厂想要延长使用寿命，就必须放弃淡水降温，转而使用空气为涡轮机降温。不幸的是，空气降温意味着效率损失。水降温法可以让涡轮机的工作温度更高，而若使用空气降温，涡轮机就要改小，从而使效率降低。直到今天，还没有比水降温法更好的方法。