超碳一號：告別“燒開水”的能源革命

2025年12月20日，全球首臺商用超臨界二氧化碳發電機組在貴州六盤水成功商運，標志著我國自主研發的超臨界二氧化碳余熱發電技術“超碳一號”正式從實驗室走向商業落地。

這一被業內稱為“能源領域顛覆性突破”的技術，不僅改寫了人類兩百年來依賴“燒開水”（蒸汽發電）的傳統模式，更為工業低碳轉型與“雙碳”目標實現提供了全新解決方案。

什么是“超碳一號”？——革新型熱電轉換技術的核心邏輯

“超碳一號”是由中核集團中國核動力研究設計院牽頭，聯合濟鋼集團國際工程技術有限公司、首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司共同研發的15兆瓦級超臨界二氧化碳燒結余熱發電系統。其核心創新在于以“超臨界二氧化碳”替代水作為循環工質，通過閉式布雷頓循環實現高效熱電轉換。

所謂“超臨界二氧化碳”，是指溫度超過31℃、壓力升至73個大氣壓以上時，二氧化碳呈現出的特殊流體狀態——既像液體一樣密度大、能儲存更多能量，又像氣體一樣粘度低、流動阻力小，被稱為“第四態物質”。“超碳一號”總設計師黃彥平形象地解釋：“這種狀態的二氧化碳就像‘力氣大增的壯漢’，能更高效地傳遞能量，推動發電機旋轉發電，且循環過程中不發生相變，從根本上提升了能量轉換效率。”

相較于傳統蒸汽發電的“燒開水”原理，“超碳一號”的工作流程更為簡潔：先將二氧化碳提純加壓至超臨界狀態，再通過壓縮機和換熱器進一步提升其壓力與溫度，高溫高壓的超臨界二氧化碳推動透平旋轉發電，做功后的二氧化碳經冷卻后循環復用，形成閉環系統。

核心優勢何在？——效率與經濟性的雙重突破

與現役燒結余熱蒸汽發電技術相比，“超碳一號”的優勢體現在多個維度，其中效率提升最為顯著：發電效率提升85%以上，凈發電量提升50%以上。對首鋼水鋼而言，在原有燒結工藝完全不變的情況下，僅通過余熱回收系統改造，每年即可多發電7000余萬度，增加發電收入近3000萬元。

除了效率優勢，“超碳一號”還實現了系統的“極致瘦身”：由于超臨界二氧化碳的高密度特性，系統所需設備數量大幅減少，輔助系統簡化，場地需求直接降低50%，同時運維成本顯著下降，具備“系統緊湊、響應速度快、機動性強”的特點。專家測算，若將該技術推廣至全國鋼鐵行業燒結余熱改造，每年可節約標準煤約483萬噸，減少二氧化碳排放1285萬噸以上，環保效益與經濟效益同樣突出。

十年磨一劍——自主創新的攻關之路

“超碳一號”的成功并非一蹴而就。早在2009年，中核集團核動力院就啟動了超臨界二氧化碳發電技術研究，歷經十余年攻關，逐步攻克了“兩機三器一系統”（壓縮機、透平機、回熱器、冷卻器、吸熱器及系統集成）的設計、制造與集成應用等系列關鍵技術。其中，微通道擴散焊換熱器的研制打破了國外技術封鎖，團隊自主研發的全球最長擴散焊工業母機，實現了從原材料到整機檢測的全流程國產化；在壓縮機透平發電機組方面，攻克了啟動設計、推力平衡等難題，實現裝備輕量化、小型化，最終形成了完全自主的精細設計和成套供貨能力。

研發過程中，核動力院聯合東方電氣集團、西安交通大學、清華大學等國內優勢企業和高校，構建了產學研協同創新體系。2023年5月，核動力院與濟鋼國際簽署合作協議；同年12月，“超碳一號”示范工程正式開工；2025年12月，全球首臺商用機組成功商運，完成了從技術驗證到商業落地的關鍵跨越。

不止于余熱發電——廣闊的應用前景

作為中小功率規模、中高溫熱源高效利用的顛覆性技術，“超碳一號”的應用場景遠不止鋼鐵行業燒結余熱回收。當前，鋼鐵、水泥、玻璃等傳統產業是能源消耗和碳排放的重點領域，大量工業余熱被直接排放，“超碳一號”的推廣將為這些行業的余熱利用帶來技術變革。

放眼未來，該技術還可與多種熱源組合形成發電系統：在新能源領域，與光熱發電結合可提升儲能效率；在儲能領域，中核集團已啟動“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發電”示范項目，該項目入選國家能源領域第五批首臺（套）重大技術裝備，預計2028年完成示范應用，可有效解決風電、光伏等新能源的間歇性、波動性問題，為電網調峰提供支撐；此外，其緊湊、高效的特點還適用于海洋平臺、化工等特殊場景。

超臨界二氧化碳發電技術早已得到全球認可：美國能源部2017年將其列為國家能源領域戰略性前沿技術第二位，2018年入選《麻省理工科技評論》“全球十大突破性技術”，我國也將其列入“十四五能源領域科技創新規劃”。“超碳一號”的商業落地，不僅標志著我國在該領域實現全球領跑，更首次將超臨界二氧化碳發電技術從實驗室推向工業化應用，為全球工業低碳轉型提供了中國方案。

從“不被理解的概念”到“商業運行的現實”，“超碳一號”的十年攻關之路，是我國能源科技自主創新的生動縮影。在“雙碳”目標引領下，這一技術有望成為推動能源結構優化、培育新質生產力的關鍵引擎，為全球能源革命注入中國力量。

聲明|素材取材于網絡，如有錯誤，不吝斧正。 歡迎關注我們并星標 ? ！喜歡，請點個推薦 ? ??。