中国科学家攻克世界级难题

　　【中国科学家攻克世界级难题】在全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”的智控中心里，操作员卢芳正专注地盯着屏幕，迅速调整透平机入口参数。机组压力已升至7.94兆帕，这个看似普通的数字背后，却隐藏着一个颠覆了发电原理的世界级突破。2026年伊始，位于贵州六盘水的首钢水城钢铁厂，“超碳一号”示范工程平稳低噪运转，机身不见一丝蒸汽白烟。这一由中国核动力研究设计院、首钢水钢与济钢国际共同打造的工程，成功让“用二氧化碳发电”从实验室走进生产一线，标志着我国在下一代发电技术领域实现了跨越式领先。传统发电技术的核心原理可以简化为“烧开水”——无论是燃煤、燃气、核电还是工业余热发电，本质都是用热量将水加热成水蒸气，靠其推动汽轮机转动发电。而“超碳一号”选择了一条另辟蹊径的道路。项目主管工程师尹雄峰解释道，关键在于让二氧化碳进入超临界状态。当二氧化碳的温度和压力超过临界值（31.1℃，7.38兆帕），它就不再是普通的气体或液体，而会变成一种密度接近液体、流动性类似气体的特殊流体，同时具备极强的传热能力。这种处于超临界状态的二氧化碳，在系统中沿着清晰的路径工作：经加压加热后，流经换热器疯狂“吞噬”烧结过程中产生的工业余热，化身高温高压流体，高速冲击并推动透平机叶片带动发电机发电。完成能量转换后，降温降压的二氧化碳经冷却压缩后重回管路，开启新一轮循环。超临界二氧化碳的临界点易于实现，化学性质稳定、安全无毒、成本低廉，是这项技术的理想介质。

　　“与水蒸气相比，超临界二氧化碳就像一台拉了更多货物，却跑得更快的货车，能让余热得到充分利用。”尹雄峰用生动的比喻说明了新技术的效率优势。

　　数据印证了这一说法：相比目前行业内普遍采用的余热蒸汽发电技术，“超碳一号”的发电效率提升了85%以上，净发电量提升超过50% 。 具体到钢铁生产环节，每1吨烧结矿余热的净发电量，从以往的行业平均水平15度以下，稳步提升至22度以上，实现了切实可见的降本增效。

　　这项技术带来的改变远不止效率提升。系统变得更紧凑——场地需求相比传统蒸汽发电机组可减少50% 。 由于二氧化碳不发生相变（始终为超临界态，不像水会汽化），系统得以简化，设备数量减少，运维更加便利。

　　环保效益同样显著。“超碳一号”采用的是闭式循环系统，二氧化碳在系统内循环使用，不会排放到大气中。同时，系统完全不需要用水，彻底杜绝了耗水与废水问题，在节水环保方面具有突出优势。

　　这项技术的成功并非一蹴而就。中国核动力研究设计院项目首席专家黄彦平回忆，最初推广这项技术时面临着巨大质疑：“2013年我说超临界二氧化碳发电，别人说你是神经病，二氧化碳不就是排放气体吗？怎么可能让你发电。”

　　黄彦平与这项技术结缘始于2009年，当时我国核动力领域资深专家孙玉发院士通过一张手写纸条，建议他探索这项具有研究潜力的技术。彼时黄彦平主攻第四代核电技术研究，而超临界二氧化碳发电技术的工程化在全球范围内还是一片空白。

　　关键技术的突破源于一次刺激。2016年，团队为快速推进原理机落地，向英国公司购买一台真空扩散焊机，只为焊接一个设备，价格昂贵且后续被明确告知“再没有设备卖给你了”。这种封锁刺激了研发团队的决心：“只有自己干”。

　　最终，团队在西北工业大学找到一位材料焊接专家，通过合作攻克了这项关键技术。黄彦平坦言：“我还是非常感谢早期跟我合作的这些专家，我们都希望国内有更多的团队来共同开发。”

　　历时七年，在有限的科研经费支撑下，团队完成了基础理论研究和试验平台的搭建。 2019年10月的一个凌晨，在北京出差的黄彦平接到实验室负责人电话，对方只说“成了”两个字。这一夜，标志着我国在国际上率先实现兆瓦实验室级超临界二氧化碳系统满功率稳定发电。

　　如今，这项曾被质疑的技术已经成为国家战略性前沿技术。2017年，美国将超临界二氧化碳发电技术列为国家能源领域战略性前沿技术第二位，此后我国也将其列入《“十四五”能源领域科技创新规划》。

　　关于中国在这项技术上的领先优势，黄彦平明确表示：“我们是国际上唯一能把机组做到满发长期稳定可靠运行的团队”，“明确的是五年。”

　　从实验室走向工业化应用的历程充满挑战。虽然技术已在实验室验证，但正如黄彦平所说：“后来也有很多专家质疑说，你长期运行稳定可靠性怎么样？我说唯一的办法就做一款机器，让它一直跑。”

　　然而在实验室进行长时间、大规模的验证试验成本极高，一天的水电费接近20万元，巨额费用让后续验证举步维艰。

　　2022年8月，事情迎来转机。济钢国际董事长高忠升前来寻求商业合作，黄彦平直接问他三个问题：“你们认为我这是个新技术吗？你有钱吗？你有厂址吗？”这三个问题的肯定答复促成了最终的合作。

　　这次合作形成了多赢局面：对企业而言，“超碳一号”示范工程每年可多发7000余万度电，相当于发电收入多出近三千万元。 对研发团队来说，利用工业场景进行工程化实验，验证了系统的长期稳定性，实现了“实验室的科研工作已经迈出了实验室”。

　　“超碳一号”的成功投运，突破了世界范围内中小功率规模、中高温热源高效利用的技术瓶颈。 这项技术不仅适用于钢铁行业，还有着更广阔的应用前景。

　　技术本身具有向更大功率、更高温应用场景拓展的潜力。 在传统工业领域，钢铁、水泥等行业是能源消耗和碳排放的重点领域，大量的工业余热以废水废液、高温烟气等形式直接排放。“超碳一号”的技术路径，为这些工业余热的高效利用提供了创新解决方案。

　　在新能源领域，“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”的新能源储能发电示范项目预计2026年上半年在新疆开工建设，项目将利用风电光伏富余电力加热熔盐，在电网需要时，通过超临界二氧化碳将热能快速转化为电能。

　　在特殊应用场景中，如海上油气钻井平台、大型船舶等对设备体积要求较高的领域，超临界二氧化碳发电技术也显示出独特优势。据黄彦平介绍，这项技术未来还有望应用于火力发电、核电等传统发电领域。 随着进一步的技术成熟和成本下降，超临界二氧化碳发电技术有可能成为推动能源技术革新、助力实现“双碳”目标的重要力量。

　　“超碳一号”平稳运行，它不仅是一台发电机，更是一座连接实验室与产业、传统工业与绿色未来的桥梁。当科研团队在深夜电话中简短说出“成了”的那一刻，中国已经在下一代发电技术的全球竞赛中，跑在了最前列。这项技术的意义超越了国界，它为解决全球共同的能源效率和环境挑战，提供了一种创新的“中国方案”。随着“超碳一号”的成功投运，我们看到的不仅是一项技术的突破，更是一个以科技创新驱动绿色发展的未来正在加速到来。