超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用
來源：人民日報 時間：2026-01-19 15:45
近期，被稱為“超碳一號”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現(xiàn)商業(yè)運行。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，標志著我國率先打通這項前沿技術(shù)從實驗室到商業(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，記者走進首鋼水城鋼鐵（集團）有限責(zé)任公司廠區(qū)發(fā)現(xiàn)，和傳統(tǒng)發(fā)電機組工作時的水蒸氣彌漫不同，“超碳一號”運行時干凈整潔。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，靠蒸汽推動汽輪機發(fā)電。而“超碳一號”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)：既有氣體的流動性，又有液體的高密度。當溫度超過31攝氏度、壓強達到7.38兆帕（大概是標準大氣壓的73倍）時，二氧化碳就會進入這種狀態(tài)。
在“超碳一號”設(shè)計團隊看來，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，能儲存更多能量，做功能力更強；另一方面，它流動阻力小，加熱后可以直接膨脹推動發(fā)電，不用像水那樣經(jīng)歷氣液態(tài)之間的相變過程，不僅流程更簡單，響應(yīng)速度也更快。
這一改變帶來了一連串優(yōu)勢：首先，它既不消耗水資源，也不會產(chǎn)生廢水。這對缺水地區(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”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。
首鋼水鋼集團設(shè)備工程部副部長孟瑋給出了一組直觀數(shù)據(jù)：和當前主流的燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)相比，根據(jù)應(yīng)用場景不同，“超碳一號”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)運行
超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢早被業(yè)界認可，被譽為熱電轉(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》中將其列為重點推進的前沿能源技術(shù)。
但從理論上的推演，到實驗室的小范圍測試，再到工業(yè)場景的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，中間橫亙著無數(shù)難題。對企業(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，很多企業(yè)都不敢輕易嘗試。
中國核動力研究設(shè)計院的團隊從2009年就開始鉆研這項技術(shù)。在中核集團首席科學(xué)家、“超碳一號”總設(shè)計師黃彥平的帶領(lǐng)下，團隊用7年時間完成了基礎(chǔ)理論研究和試驗平臺搭建，2016年進入實驗室測試，2019年實現(xiàn)小規(guī)模發(fā)電驗證。就在技術(shù)需要“落地”的關(guān)鍵節(jié)點，首鋼水鋼集團也迎來了設(shè)備更新?lián)Q代的契機。
“我們不算短期風(fēng)險賬，只看長遠發(fā)展賬。”孟瑋回憶起當時的決策，“‘超碳一號’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，這個險值得冒！”最終，首鋼水鋼集團決定聯(lián)合中核集團中國核動力研究設(shè)計院、濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司，共同推進這個全球首套項目。
2023年底，“超碳一號”正式動工。2025年11月，“超碳一號”并網(wǎng)發(fā)電調(diào)試成功，一個月后順利實現(xiàn)商業(yè)運行，我國就此成為全球首個將這項技術(shù)商業(yè)化的國家。
帶來多重利好
“超碳一號”的商業(yè)運行，給我國能源利用、產(chǎn)業(yè)升級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組，“超碳一號”每年能多發(fā)電7000余萬千瓦時。對鋼鐵、水泥等高能耗產(chǎn)業(yè)來說，這項技術(shù)就像“能量回收器”，能把原本浪費的熱量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益，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，它是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要助力。黃彥平測算，要是把這項技術(shù)推廣到全國的燒結(jié)余熱改造項目，每年能節(jié)約標準煤約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)保護之間找到平衡點。
從能源安全的角度看，它能豐富我國的能源供給路徑。這項技術(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存能量，需要時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。目前，中核集團已啟動“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發(fā)電”示范項目，入選國家能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備名單，預(yù)計2028年完成示范，未來將進一步提升我國能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和靈活性。
濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司“超碳一號”項目負責(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)嵩磮鼍?，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。這項技術(shù)未來還將滲透到多個領(lǐng)域，為我國實現(xiàn)“雙碳”目標、保障能源安全注入強勁動力。
責(zé)任編輯：江蓬新
