燒結(jié)機的轟鳴聲中，紅色鋼水與藍色s-CO?管道交織成一幅工業(yè)美學畫卷。2025年12月20日，貴州六盤水首鋼水鋼集團廠區(qū)內(nèi)，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組正式投入商業(yè)運行。這標志著我國在高效清潔能源技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，首次將超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)從實驗室成功推向工業(yè)化應(yīng)用，為全球中小功率規(guī)模、中高溫熱源場景的能源利用提供了全新解決方案。

“超碳一號”示范工程由中國核動力研究設(shè)計院與濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司共同推進，采用2×15兆瓦超臨界二氧化碳燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)。通過將二氧化碳提純并加壓至73個大氣壓以上，使其由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界態(tài)，從而更高效地搬運能量，推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為電能。相較于傳統(tǒng)“燒開水”發(fā)電，“燒超臨界二氧化碳”可提升發(fā)電系統(tǒng)效率，還能大幅縮小系統(tǒng)體積，提高發(fā)電系統(tǒng)的機動性。

相比傳統(tǒng)燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)，“超碳一號”發(fā)電效率提升85%以上，凈發(fā)電量提升50%以上，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、設(shè)備減少、運維成本降低，場地需求減少50%，展現(xiàn)出顯著的技術(shù)與經(jīng)濟優(yōu)勢。

超臨界二氧化碳是一種在臨界溫度（31℃）和臨界壓力（7.38 MPa）以上存在的特殊流體狀態(tài)，兼具氣體的高擴散性和液體的強溶解能力，被稱為“第四態(tài)物質(zhì)”。這種物質(zhì)正在成為未來能源領(lǐng)域的重要方向之一。該技術(shù)利用處于超臨界態(tài)的二氧化碳作為工質(zhì)，通過閉式布雷頓循環(huán)實現(xiàn)高效熱電轉(zhuǎn)換。超臨界二氧化碳兼具氣體可壓縮性與液體流動性，具有高密度、低粘度、無相變等特點，系統(tǒng)效率高、體積小、響應(yīng)快，尤其適用于中高溫余熱回收場景。

以首鋼水鋼為例，原來的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率低，采用傳統(tǒng)的以水為循環(huán)介質(zhì)的蒸汽發(fā)電技術(shù)，存在大量冷源損失。通過本次項目改造，采用超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)進行余熱回收，較燒結(jié)余熱發(fā)電行業(yè)平均水平，發(fā)電效率提升85%以上。如果將這項技術(shù)應(yīng)用于全國的燒結(jié)余熱改造，預(yù)計每年可以節(jié)約標準煤約483萬噸以上，減少二氧化碳排放1285萬噸以上。這一成就不僅對鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響，同時也為水泥、造紙等其他余熱利用行業(yè)帶來了深刻的技術(shù)變革。

我國鋼鐵、水泥等高耗能行業(yè)余熱資源豐富，但傳統(tǒng)水工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜、效率低下，有機工質(zhì)循環(huán)又難以處理高溫熱源。超臨界二氧化碳技術(shù)的突破，正是解決這一痛點的關(guān)鍵。美國能源部早在2017年將其列為國家能源領(lǐng)域戰(zhàn)略性前沿技術(shù)第二位，2018年入選《麻省理工科技評論》“全球十大突破性技術(shù)”，我國也在“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃中明確其戰(zhàn)略地位。

核動力院自2009年起啟動超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)研究，聯(lián)合東方電氣、西安交通大學、清華大學等高校與企業(yè)，形成產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新體系。歷經(jīng)十余年攻關(guān)，團隊攻克了“兩機三器一系統(tǒng)”從設(shè)計、制造到集成應(yīng)用的全套關(guān)鍵技術(shù)。特別是在微通道擴散焊換熱器的研制上，打破了國外技術(shù)封鎖，實現(xiàn)了全流程國產(chǎn)化。在壓縮機透平發(fā)電機組方面，攻克了啟動設(shè)計、推力平衡、干氣密封等難題，實現(xiàn)裝備輕量化、小型化，具備完全自主的精細設(shè)計與成套供貨能力。

2019年10月，核動力院在全球首次實現(xiàn)兆瓦級超臨界二氧化碳簡單循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)滿功率運行；2021年4月，再壓縮循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)也實現(xiàn)滿功率發(fā)電，均為全球首次。2024年12月，項目成功商運，成為全球首個商業(yè)化運行的超臨界二氧化碳余熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可高效回收燒結(jié)環(huán)冷機尾部高溫煙氣余熱，年均節(jié)約標準煤約數(shù)萬噸，減排二氧化碳十余萬噸，經(jīng)濟效益與環(huán)保效益顯著。

除鋼鐵行業(yè)外，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)在光熱發(fā)電、儲能調(diào)峰、化工、水泥、海洋平臺等領(lǐng)域均有廣闊應(yīng)用前景。2024年，中核集團已啟動50兆瓦“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，預(yù)計2028年投運，將有力支撐新能源消納與電網(wǎng)調(diào)峰。

作為一名能源動力領(lǐng)域的科技工作者，能夠在三十年的職業(yè)生涯中，借助團隊的力量讓超碳發(fā)電技術(shù)在我國從一個“不被理解的概念”到如今正式商運，黃彥平深感榮幸和責任重大?！俺家惶枴闭酵度肷虡I(yè)運行，不僅是中國能源科技自主創(chuàng)新的重要里程碑，更為全球工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供了中國方案。在“雙碳”目標引領(lǐng)下，這項技術(shù)有望成為推動能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、培育新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵引擎。