中国团队突破超临界二氧化碳发电技术 全球首台商用机组在贵州投运

问题:在“节能增效”和“降碳减排”双重约束下,钢铁、化工、水泥等流程工业普遍存在大量中低温余热,长期以来利用率不高。

传统余热发电以水—蒸汽朗肯循环为主,系统体量大、响应慢、在部分热源条件下效率受限,难以充分释放余热价值。

与此同时,先进动力循环研究不断推进,但从实验原理走向工业化、实现商用稳定运行,仍面临工程集成与关键装备瓶颈。

原因:超临界二氧化碳发电被视为新一代高效动力循环方向,其核心思路是以超临界状态的二氧化碳替代水蒸汽作为循环介质,在加温加压后驱动透平做功发电。

该路线理论效率高、设备紧凑、启停与负荷响应能力强,适配多类热源与复杂工况。

然而,技术优势背后也存在“硬约束”:系统回热需求大,而二氧化碳换热能力相对不足,要实现高效循环必须配置更大的换热面积,并同时满足高压、高温、腐蚀环境下的可靠性要求。

这直接把难题推向关键部件——高性能换热器及其制造工艺与装备。

项目团队在推进工程化过程中一度面临国内设备缺口与外部供应限制的现实挑战,倒逼关键装备自主研发与协同攻关。

影响:此次在贵州六盘水投运的“超碳一号”示范工程,落地于首钢水城钢铁厂烧结余热利用场景,装机规模为2×15兆瓦。

示范机组外观与传统余热发电机组相似,但循环介质与系统构型发生根本变化,标志着我国在超临界二氧化碳发电领域实现从技术验证到工业化应用的跨越。

项目运行数据显示,该技术在占地方面更为节约,设备场地约为同类蒸汽机组的一半;在效率与净发电能力方面也表现突出,发电效率提升幅度显著、净发电量提升明显。

更重要的是,示范工程实现长期稳定满发运行,验证了机组可靠性与商用可用性,为后续规模化推广提供了工程样本。

对行业而言,这不仅意味着余热资源可“多发电、快发电、稳发电”,也为企业降低综合能耗、提升能源利用水平提供了新的技术工具。

对策:从工程实践看,推进这类前沿发电技术产业化,需要“系统方案+关键装备+产业生态”同步发力。

一是以应用场景牵引技术迭代,在钢铁烧结余热等典型工况中持续验证效率、寿命与运维体系,形成可复制、可推广的工程包与标准化设计。

二是聚焦换热器等关键部件的材料体系、结构设计与制造工艺,提升高压密封、耐腐蚀与长期稳定性,建立从设计、制造到检测评价的全流程能力。

三是强化关键制造装备的自主可控,围绕真空扩散焊等核心设备开展联合攻关,补齐产业链短板,降低成本并提升交付能力。

四是完善示范与应用机制,通过更多行业示范项目推动技术成熟度提升,形成“示范—改进—规模化”的良性循环,带动上下游企业与科研机构共同参与,扩大创新供给。

前景:面向未来,超临界二氧化碳发电的价值不仅在于“替代一种循环介质”,更在于打开多元热源的高效利用空间。

在工业余热发电领域,该技术有望在场地受限、热源波动较大或对响应速度要求更高的场景体现优势;在火电等传统电源提效方面,可作为提升系统效率、强化调峰能力的潜在方向;在核能等对设备紧凑性与效率有更高要求的领域,也具备进一步探索的技术基础。

随着关键装备国产化程度提升、工程经验积累以及成本下降,超临界二氧化碳动力系统有望从“示范工程”走向“成套化应用”,并在更大范围内参与构建高效、低碳、安全的新型能源体系。

从实验室原理验证到工业化商运,"超碳一号"的诞生诠释了新型举国体制下关键技术攻关的中国路径。

这项突破不仅改写了全球能源技术竞争格局,更启示我们:在"双碳"目标引领下,传统工业场景恰是技术革新的最佳试验场。

当更多科研团队投身前沿探索,中国有望在能源革命中持续输出原创性解决方案。