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导读
传统蒸汽发电主导的能源格局正迎来颠覆性变革，超临界二氧化碳发电技术以 “高效率、超紧凑、快响应” 核心优势破局。贵州六盘水 “超碳一号” 并网调试、陕西西咸试验平台技术突破，两大标杆项目标志我国该技术跻身全球领跑。
这项获 MIT 认证的突破性技术，以高密度、无相变的超临界二氧化碳为介质，解决了蒸汽发电密度低、相变复杂的固有缺陷。“超碳一号” 使钢铁余热利用率提升超 50%，年增发电 7000 余万度；西安交大团队则攻克小型化关键技术，形成全链条研发能力。
从效率突破 50%、体积仅为传统设备 1/10 的技术优势，到 “两机三器一系统” 国产化突破，我国已构建完整产学研体系。在全球多国竞逐的战略赛道上，这项技术正成为工业绿色转型、新型能源体系构建的核心动力，推动 “双碳” 目标落地。
传统蒸汽发电构筑的行业壁垒正被悄然打破。
在贵州六盘水，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组"超碳一号"于11月9日在首钢水城钢铁顺利完成并网调试；在陕西西咸新区，运行近一年的"超临界二氧化碳循环发电试验平台"成功攻克四大关键技术。一个名为"超临界二氧化碳发电"的全新技术概念走进公众视野，其衍生的系列创新成果正在全国加速落地。
"超临界二氧化碳发电技术系统简洁，具备高效率、超紧凑、快响应等核心优势，是光热、工业余热、核能、储能等多个先进能源产业的共性战略前沿技术。经过十余年攻关，我国已基本建立该技术的产学研体系，形成全国产化产业链条，不存在'卡脖子'技术风险，完全具备全面工程应用条件。"中核集团首席科学家、中国核动力研究设计院"超碳一号"总设计师黄彦平在接受中国工业报记者采访时，清晰勾勒出我国在该领域的领先格局。
这项被美国MIT评为"全球十大突破性技术"的创新，正悄然改写人类延续200余年的"烧开水"发电史。作为现代火力发电和核电的主流方式，蒸汽发电自第一次工业革命以来始终占据核心地位，但水蒸气密度低、相变过程复杂的固有缺陷，促使业界不断寻找新的能量转换介质。超临界二氧化碳的脱颖而出，正是这场技术革新的关键。
"与水蒸气相比，超临界二氧化碳密度远更高，且来源广泛、性质稳定、安全无毒，工业应用基础扎实。其临界压力适中，临界温度接近环境温度，更重要的是系统可实现全流程无相变，这为提升效率和系统紧凑性带来了革命性突破。"黄彦平用一个生动的比喻解释其原理："就像往钢铁容器里吹气，随着压力和密度不断提升，再经升温形成高温高压环境，喷出的气体能高效推动涡轮发电，且排气可循环利用。这种介质既像'壮汉'般储能充足，又像'轻骑兵'般流动顺畅，让能量转换效率大幅提升。"
全球首台商用机组落地：钢铁业的绿色革命样本
"超碳一号"的并网调试，标志着中国超临界二氧化碳发电技术正式领跑全球，这也是该技术在世界范围内首次实现工程化应用。这个由中国核动力研究设计院与济钢集团国际工程技术有限公司联合推进的2×15兆瓦超临界二氧化碳烧结余热发电示范工程，落户于贵州六盘水首钢水城钢铁（集团）有限责任公司。
相较于现役烧结余热蒸汽发电技术，"超碳一号"的余热利用率提升超50%，年发电量增幅达85%。"在原烧结工艺完全不变的情况下，每年可多发电7000余万度，增加发电收入近3千万元，这正是新质生产力的生动体现。"黄彦平给出的一组数据更具说服力：若将该技术应用于全国烧结余热改造，每年可节约标准煤约483万吨，减少二氧化碳排放1285万吨。
这项技术的大规模商用，不仅将重塑钢铁行业能源格局，更有望推动化工、水泥、造纸、火力发电、太阳能发电等多个领域的余热利用技术变革，其年上网电量提升50%以上的性能优势，将为各行业绿色转型提供核心动力。
三大核心优势：重构能源利用新逻辑
超临界二氧化碳发电技术的颠覆性，源于其在效率、体积和响应速度上的三重突破。在效率方面，其理论效率可突破50%，中高温工况下性能显著优于传统蒸汽朗肯循环，且冷端温度可通过常规冷却实现，大幅降低对冷却水的需求；在体积控制上，得益于高密度工质的强做功能力，系统整体体积仅为传统蒸汽轮机的十分之一，配合高效紧凑的微通道扩散焊换热器，模块化集成部署能力显著提升；在响应速度上，简化的热力流程和无相变特性，结合小型化设备优势，大幅减少系统热惰性，启停响应速度倍增，完美适配光热、风电等间歇性热源的能源存储需求。
"这些优势让该技术既能助力传统工业绿色转型，又能加速新型能源体系构建。"黄彦平的判断，正被不断落地的项目印证。中国核动力研究设计院自2009年率先攻关以来，已完成"两机三器一系统"全链条关键技术突破，2019年实现全球首次兆瓦级装置满功率稳定发电，2023年启动六盘水示范工程建设，预计今年年底即可实现满功率发电。
更值得关注的是，该技术已形成强大的产学研协同生态。中国核动力研究设计院联合东方电气集团、西北工业大学、清华大学等优势单位，孵化出陕西智拓固相增材制造、成都一通密封等高新技术企业，具备完全自主的精细设计和成套供货能力。在新疆，2024年启动的"熔盐储能+超临界二氧化碳发电"示范项目，于2025年8月获批国家能源领域首台套重大技术装备，预计2026年上半年开工建设。
西安创新高地：小型化技术的突破之路
在小型化、分布式发电领域，西安交通大学正构筑起另一个"超碳"技术创新高地。在中国西部科技创新港的能源科学与技术研究院，由该校能动学院教授白博峰团队研发的超临界二氧化碳循环发电试验平台，已成功运行近一年并实现四大关键技术突破。
这四项突破涵盖了技术全链条：在系统构型设计上，提出热力学分析评估方法，解决了热源、冷源与部件的匹配难题；在核心机设计上，研发高效涡轮气动热力及安全耦合技术并制成原理样机；在换热器技术上，创新热-流-固耦合优化方法，研制多款超紧凑换热器样机；在控制系统上，建立全工况动态控制策略，开发出中央控制系统及智能化软件。作为国内少数具备全链条研究设计能力的团队，其研发的试验平台已成功实现发电运行。
产学研融合正加速技术产业化进程。西安交大与我国重要印刷电路板式换热器（PCHE）供应商杭州沈氏节能科技股份有限公司共建的"先进能源动力技术研究院"已正式运行，组建"科学家+工程师"联合团队专攻超临界二氧化碳发电装备国产化。"公司已实现PCHE换热器国产化突破，成为全球主要供应商之一。"沈氏科技董事长沈卫立表示，双方将聚焦核心技术攻关，推动成果转化。
"我们在兆瓦级及以下小型化分布式发电领域更具优势，已获得国家认可和任务安排。"白博峰透露，未来四年团队将重点突破透平-压缩-发电机一体化技术，实现与传统工业的高度集成，支撑发电系统自主化落地。
全球竞争：中国领跑的战略赛道
超临界二氧化碳发电技术已成为全球能源领域的战略必争之地。美国能源局2015年将其列为国家战略性前沿技术，2017年提升至第二位并持续加大投入，截至目前政府与企业已累计投入数亿美元开展工业级验证。日本、法国、韩国、加拿大、捷克等国也纷纷跟进，在太阳能光热、燃煤发电、碳捕集等领域开展应用研究。
从全球首台商用机组并网到产学研体系成型，从大型工业余热利用到小型分布式发电突破，中国已在这场能源技术革命中占据领跑地位。随着更多示范工程落地和产业化推进，超临界二氧化碳发电技术将成为推动"双碳"目标实现、构建新型能源体系的核心力量。
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