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超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用

來源：人民日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2026-01-19 15:45

　　近期，被稱為“超碳一號(hào)”的全球首套2*15兆瓦超臨界二氧化碳燒結(jié)余熱發(fā)電工程，在貴州六盤水成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行。這套看似和傳統(tǒng)燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)備差別不大的裝置，藏著熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的“黑科技”——用超臨界二氧化碳替代水蒸氣發(fā)電，標(biāo)志著我國率先打通這項(xiàng)前沿技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)應(yīng)用的“最后一公里”，開啟了熱電轉(zhuǎn)換的全新階段。

　　日前，記者走進(jìn)首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司廠區(qū)發(fā)現(xiàn)，和傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組工作時(shí)的水蒸氣彌漫不同，“超碳一號(hào)”運(yùn)行時(shí)干凈整潔。正是這套設(shè)備，讓鋼鐵生產(chǎn)中原本利用率不高的余熱，變成了源源不斷的“綠色電能”。

　　發(fā)電更加節(jié)能

　　不管是傳統(tǒng)火電、核電，還是常見的余熱發(fā)電，長期以來都依賴“燒開水”的邏輯——把水加熱成蒸汽，靠蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。而“超碳一號(hào)”的核心突破，就是把能量轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)從水蒸氣換成了超臨界狀態(tài)的二氧化碳。

　　什么是“超臨界二氧化碳”？簡(jiǎn)單說，就是給二氧化碳施加特定的溫度和壓力，讓它變成一種特殊狀態(tài)：既有氣體的流動(dòng)性，又有液體的高密度。當(dāng)溫度超過31攝氏度、壓強(qiáng)達(dá)到7.38兆帕（大概是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的73倍）時(shí)，二氧化碳就會(huì)進(jìn)入這種狀態(tài)。

　　在“超碳一號(hào)”設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)看來，這種特殊狀態(tài)的二氧化碳，是發(fā)電的“好幫手”。一方面，它密度大，能儲(chǔ)存更多能量，做功能力更強(qiáng)；另一方面，它流動(dòng)阻力小，加熱后可以直接膨脹推動(dòng)發(fā)電，不用像水那樣經(jīng)歷氣液態(tài)之間的相變過程，不僅流程更簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度也更快。

　　這一改變帶來了一連串優(yōu)勢(shì)：首先，它既不消耗水資源，也不會(huì)產(chǎn)生廢水。這對(duì)缺水地區(qū)和高耗水的鋼鐵企業(yè)來說，無疑是重大利好。其次，設(shè)備更緊湊，“超碳一號(hào)”的占地面積比同等功率的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)大幅度減少。最后，它對(duì)熱源的要求也不高，鋼鐵生產(chǎn)中350攝氏度到600攝氏度的余熱，就能滿足它的運(yùn)行需求，而這些余熱在傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)中利用效率較低。

　　首鋼水鋼集團(tuán)設(shè)備工程部副部長孟瑋給出了一組直觀數(shù)據(jù)：和當(dāng)前主流的燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)相比，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，“超碳一號(hào)”的凈發(fā)電效率可提高20%—50%。這意味著，過去利用效率不高的工業(yè)余熱，現(xiàn)在能更高效地轉(zhuǎn)化為電能。

　　首次商業(yè)運(yùn)行

　　超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)早被業(yè)界認(rèn)可，被譽(yù)為熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的革新性技術(shù)。美國在2015年就將其列為國家能源領(lǐng)域戰(zhàn)略性前沿技術(shù)，我國也在《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中將其列為重點(diǎn)推進(jìn)的前沿能源技術(shù)。

　　但從理論上的推演，到實(shí)驗(yàn)室的小范圍測(cè)試，再到工業(yè)場(chǎng)景的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，中間橫亙著無數(shù)難題。對(duì)企業(yè)來說，采用全新的未成熟技術(shù)，意味著要承擔(dān)不小的風(fēng)險(xiǎn)，很多企業(yè)都不敢輕易嘗試。

　　中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的團(tuán)隊(duì)從2009年就開始鉆研這項(xiàng)技術(shù)。在中核集團(tuán)首席科學(xué)家、“超碳一號(hào)”總設(shè)計(jì)師黃彥平的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)用7年時(shí)間完成了基礎(chǔ)理論研究和試驗(yàn)平臺(tái)搭建，2016年進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，2019年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模發(fā)電驗(yàn)證。就在技術(shù)需要“落地”的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，首鋼水鋼集團(tuán)也迎來了設(shè)備更新?lián)Q代的契機(jī)。

　　“我們不算短期風(fēng)險(xiǎn)賬，只看長遠(yuǎn)發(fā)展賬?！泵犀|回憶起當(dāng)時(shí)的決策，“‘超碳一號(hào)’能把中低溫余熱‘吃干榨凈’，不管是節(jié)能減排還是降本增效，都能帶來顛覆性變化，這個(gè)險(xiǎn)值得冒！”最終，首鋼水鋼集團(tuán)決定聯(lián)合中核集團(tuán)中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院、濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司，共同推進(jìn)這個(gè)全球首套項(xiàng)目。

　　2023年底，“超碳一號(hào)”正式動(dòng)工。2025年11月，“超碳一號(hào)”并網(wǎng)發(fā)電調(diào)試成功，一個(gè)月后順利實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行，我國就此成為全球首個(gè)將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化的國家。

　　帶來多重利好

　　“超碳一號(hào)”的商業(yè)運(yùn)行，給我國能源利用、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和民生改善帶來了多重利好。

　　從企業(yè)效益的角度看，它能讓工業(yè)余熱“變廢為寶”，大幅提升企業(yè)盈利能力。孟瑋算了一筆賬：相比首鋼水鋼原來的老舊機(jī)組，“超碳一號(hào)”每年能多發(fā)電7000余萬千瓦時(shí)。對(duì)鋼鐵、水泥等高能耗產(chǎn)業(yè)來說，這項(xiàng)技術(shù)就像“能量回收器”，能把原本浪費(fèi)的熱量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)降本增效、綠色轉(zhuǎn)型。

　　從生態(tài)環(huán)保的角度看，它是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要助力。黃彥平測(cè)算，要是把這項(xiàng)技術(shù)推廣到全國的燒結(jié)余熱改造項(xiàng)目，每年能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約483萬噸，減少二氧化碳排放1285萬噸。更重要的是，它水耗較低，在我國西北、華北等缺水地區(qū)推廣，能有效緩解“煤電耗水”與“水資源短缺”的矛盾，能在能源發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間找到平衡點(diǎn)。

　　從能源安全的角度看，它能豐富我國的能源供給路徑。這項(xiàng)技術(shù)可與風(fēng)電、光伏等新能源搭配使用。比如，用風(fēng)電、光伏的富余電力加熱熔鹽儲(chǔ)存能量，需要時(shí)再通過超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)把熱能快速轉(zhuǎn)化為電能，解決新能源“不穩(wěn)定”的痛點(diǎn)。目前，中核集團(tuán)已啟動(dòng)“熔鹽儲(chǔ)能+超臨界二氧化碳發(fā)電”示范項(xiàng)目，入選國家能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備名單，預(yù)計(jì)2028年完成示范，未來將進(jìn)一步提升我國能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和靈活性。

　　濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司“超碳一號(hào)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李軍衛(wèi)表示，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)尤其適合中小功率規(guī)模、中高溫?zé)嵩磮?chǎng)景，在鋼鐵行業(yè)除了燒結(jié)外，還可以跟焦化等其他環(huán)節(jié)結(jié)合，也可用于化工、水泥、玻璃等多個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)的余熱回收發(fā)電，大幅提升能源利用效率。

　　如今，我國已基本建立超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研用體系，形成了全國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，具備了全面工程應(yīng)用的條件。這項(xiàng)技術(shù)未來還將滲透到多個(gè)領(lǐng)域，為我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、保障能源安全注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

　　責(zé)任編輯：江蓬新