CO₂動力循環應用熱源范圍廣泛，在工業余熱能、地熱能、太陽熱能、生物質能、核能及常規化石能源領域，均具有極大的發展空間。在中高溫熱能發電領域，優勢更加明顯，具有引領發電領域革命，成為主流和核心發電技術的潛力。美國Sandia國家實驗室、西南研究院（SwRI）和Lawrence Berkeley國家實驗室等研究機構已將其作為革命性前沿技術積極研究。

　　該循環工質CO₂無毒、不可燃、穩定、環境友好、成本低廉，是廣泛存在于自然界和工業過程中的自然工質。CO₂動力循環中工質常處于超臨界狀態（超臨界布雷頓循環中工質均處于超臨界狀態，跨臨界CO₂動力循環中工質吸熱和膨脹初期處于超臨界狀態），使得CO₂動力循環具有極高的循環熱效率和功率密度。美國Sandia國家實驗室指出，超臨界CO₂布雷頓循環在熱源溫度為538°C時可實現43%的熱效率，在700°C時給出高達50%的熱效率，顯著高于熱力發電傳統朗肯循環33%左右的熱效率。高功率密度使得CO₂動力循環發電機組尺寸縮減為傳統朗肯循環發電機組的幾十甚至百分之一，備受空間、輪船、潛艇等空間狹小場合的青睞。

　　中國科學院力學研究所采用滾動轉子膨脹機作為系統膨脹部件，在實驗室實現了CO₂跨臨界動力循環發電，并開展了系統循環實驗研究，相關成果發表于Energy (Pan L, Li B, Wei X and Li T, Energy, 2016, 95: 247-254)。

　　在較低的運行參數下，高壓側壓力為11.0MPa、低壓側壓力為4.6MPa、膨脹機進口溫度為80°C，獲得了1.1kW的穩定發電功率和5.0%的循環熱效率（不考慮工質泵耗功）。CO₂動力循環壓差較大，致使膨脹機內部高壓腔和低壓腔間動密封效率較低，易形成較大的內部泄漏，膨脹機效率普遍不高，該實驗中膨脹機等熵效率達到21.4%。滾動轉子膨脹機存在啟動死點，并且啟動瞬間發電功率極大，然后迅速下降，存在一個較大波動，最終達到穩定運行。系統發電功率受工質泵轉速影響較大，隨工質泵轉速的升高而增大。當工質泵轉速保持恒定時，發電電流隨負載電阻的升高而降低，而發電電壓變化很小，造成發電功率與負載電阻呈負相關關系。

　　上述研究工作獲得中科院重大科研裝備研制項目“純低溫余熱CO₂工質發電實驗平臺研制”的支持。

圖1. CO₂跨臨界動力循環實驗平臺

圖2. 實驗過程中發電功率變化規律