美国的国家能源技术实验室正在寻求雄心勃勃的技术创新，这将为美国煤电发电充电，通过燃料多样性提高电网可靠性和弹性。实验室的研究员Bo Liu就是负责实验室的激光加热基座生长（LHPG）系统。由光纤制成的创新传感器，例如使用LHPG系统创建的传感器，为先进煤电系统提高效率和优化性能提供了新的可能性。

为了保持经济可行性，现有的煤电设施必须通过减少停机时间来提高效率以降低成本并同时确保其可靠性。考虑到这一点，美国能源部化石能源办公室于2018年启动了一项计划，以竞争性资助研发（R＆D）工作，提高现有船队的效率，可靠性和排放，为下一代燃煤奠定基础结构设计。

国家能源技术实验室负责领导这项工作，并与业内利益相关方合作开展内部开拓性研究和分析，以确保煤炭在未来几年的生存能力。重点研发工作主要集中在以下技术领域：

高性能材料。先进的燃烧系统在将煤转化为能源方面具有显著的优势，效率更高，对环境的影响更小，但它们需要苛刻的条件即腐蚀性条件和高达1600摄氏度的温度，是对锅炉，涡轮机现有材料的极限和其他组件的挑战。因为这些材料必须经受在反复加热和冷却时发生的膨胀和收缩。考虑到意外的材料失效是推动燃煤发电强制停工的关键因素，国家能源技术实验室的研究人员正致力于开发用于这些系统中的超超临界锅炉和涡轮机的高级合金。

传感器和控制器。国家能源技术实验室科学家正在开发新型传感器，监测锅炉，涡轮机，气化器和其他发电厂组件。在极端条件下，实时测量压力，温度，燃料成分和其他关键参数。分布式控制处理监测到的数据并为能源系统的运营商提供重要信息，使他们能够及时采取措施提高效率。国家能源技术实验室专家致力于将数据分析和机器学习整合到智能控制中，以便根据运行条件优化性能。实验室正在研究使用高适应性光纤传感器，它可以长距离传输信号而不会产生电磁干扰。开发的激光加热基座生长系统使研究人员能够制造光纤传感器，以便在燃煤电力系统的挑战环境中发挥作用。先进的传感器和控制装置可以改善负载跟踪能力，限制循环期间的材料损坏，最大限度地减少温室气体排放，并通过预测性维护解决潜在问题

模拟仿真工程。国家能源技术实验室正在创建先进的计算工具，可应用于原子，设备，流程，电网和市场规模，以支持现有车队并加速化石燃料技术的部署。这些工具使研究人员能够模拟工程设备和系统在现实世界中的工作方式，从而更好地预测和优化性能。通过这样做，科学家可以通过将工作重点放在最可行的解决方案上来限制成本并加快研发工作。这些工具研究了多相流科学，先进的过程系统工程，材料的计算建模以及确保化石能源技术成功所必需的其他领域。一个例子是碳捕集模拟计划工具集，一套计算工具和模型，旨在降低碳捕获技术在放大过程中的成本和风险。R＆D100屡获殊荣的工具集最近作为开源软件发布，允许行业，政府和学术界的利益相关者自由使用，修改和定制软件，以支持碳捕获和相关技术的开发。先进能源系统设计研究所（IDAES）在此成功的基础上，通过收集国家实验室和领先的研究型大学的最佳系统建模和优化能力，在国家能源技术实验室公认的领导下，开发旨在加速创新的下一代建模和优化平台，重点关注并优先考虑研发，提高现有车队的效率和可靠性。

这些努力的成功结合水管理研发和创新能源概念的应用将确保煤基电力设施能够以电网所需的速率有效地循环和发电，同时保持高水平的可靠性和环境性能。工业技术提供商，煤炭供应商和发电机联盟的支持和参与对于确保国家能源技术实验室创新技术的成功商业采用和广泛部署至关重要。该实验室正在与现有的煤电厂运营商和其他外部合作伙伴合作，以确保研究工作的相关性，并进行快速的早期测试和部署。

由于国家能源技术实验室致力于通过为现有设施开发创新技术来保护关键的燃煤发电，研究人员还致力于彻底改革下一代燃煤电厂。事实上，实验室对现有的燃煤电厂提供的许多新兴解决方案包括新型传感器，控制装置和材料等也可以应用于未来的建筑中。

根据未来电网不断变化的需求，美国能源部化石能源办公室（FE）于2018年中期发布了信息请求（RFI），寻求改善燃煤锅炉蒸汽动力循环的方法。所提供的信息有助于能源技术实验室努力开发下一代燃煤发电厂，提供稳定的发电，具有操作灵活性，高效率和低排放。这些信息将帮助研究人员满足所设想的未来煤电厂的具体标准。与现有发电相比，这些系统将更小，更模块化，更灵活。能够根据电力需求的频繁变化进行快速调整。它们还可以提高效率，在更高的温度和压力下运行。减少运营规模可以降低投资成本并加快商业化进程，但这样做往往会带来效率的折衷。专注于小一代将开发高效，灵活的电力系统，减少排放，以确保在未来几十年内负担得起，负责任地使用化石燃料。

煤电对国家的健康，安全和保障至关重要。国家能源技术实验室通过开创性的研发改造现有和未来燃煤电厂的工作，对于保持生活质量和满足不断增长的电力需求是必不可少的，因为美国正朝着更加多样化的能源未来迈进。化石能源技术的创新也提供了宝贵的经济机会，可以激发对现有工厂和新设施的投资，保留可能关闭的工厂的工作，在最先进的建筑中创造工作，并通过开发新材料重振制造业和技术。能源技术实验室的开创性技术解决方案最终将通过使煤炭行业能够适应不断变化的需求来最终促进国家的繁荣。