透平膨胀机是一种速度型膨胀机械，核心原理是高压气体经喷嘴和动叶流道膨胀降压、改变流速，将气体内能转化为转子旋转机械能，其工作过程遵循热力学第一定律，气体膨胀过程中温度大幅降低，同时对外输出轴功。透平膨胀机具备转速高、体积小、重量轻、结构简单等优点，既可适配大流量、中高压力、低初温工况，也可满足高温进气的储能发电场景。
大膨胀比透平膨胀机广泛应用于压缩空气储能（CAES）、天然气液化、空分气体液化、工业余热余压回收等多个领域。其中，透平膨胀机是CAES系统释能发电环节的核心动力设备。在大容量CAES系统中，储气压力可达10~17MPa，空气膨胀后排压接近常压，系统膨胀比可突破100，显著高于常规工况，一般采用多级膨胀结构。依托大流量、高膨胀比、运行效率高的特性，大膨胀比透平膨胀机在大容量CAES项目赛道具备广阔发展前景。
近年来，我国在建或者建成投产的CAES项目不断增多，主要有国信苏盐淮安盐穴压缩空气储能项目、甘肃玉门300兆瓦级人工硐室压缩空气储能项目、信阳300MW先进压缩空气储能项目、华能金坛2×350MW盐穴压缩空气储能发电项目、内蒙古乌兰察布105万千瓦/630万千瓦时压缩空气储能项目等。受益于此，大膨胀比透平膨胀机市场空间大。
大膨胀比透平膨胀机的技术研发涉及气动设计、结构强度、材料科学等多个领域。在气动设计方面，大膨胀比会导致气体流速接近甚至超过音速，极易诱发激波损失与流动分离，降低机组工作效率。清华大学联合中国大唐集团科技创新有限公司，采用RANS、LES数值模拟并结合叶栅实验，分析了进口温度、落压比和攻角变化对高膨胀比透平叶栅性能的影响机制，发现落压比和攻角的偏离对叶栅等熵效率的影响显著，可为大膨胀比透平叶栅气动方案优化提供理论支撑。
新思界
行业分析人士表示，从大膨胀比透平膨胀机国产化进程来看，2024年5月，CPECC西南分公司与四川空分集团联合研制的“1000万立方米/天等级天然气透平膨胀机”通过鉴定，主要性能指标达到国际先进水平。该天然气工况大膨胀比透平膨胀机实现自主化，体现出我国透平装备设计制造能力显著提升，为压缩空气储能等领域用大膨胀比透平膨胀机的研发奠定了技术基础。
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