中國儲能網訊：12月20日，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組在貴州六盤水首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司成功商運。
這是全球首個超臨界二氧化碳余熱發(fā)電技術“超碳一號”示范工程，有助于突破世界范圍內中小功率規(guī)模、中高溫熱源高效利用的技術瓶頸，其商運也意味著超臨界二氧化碳發(fā)電技術首次從實驗室走向商業(yè)落地，并轉向政產學研用結合的技術創(chuàng)新體系，具有里程碑意義。
正式商運現場 寧寧 攝
“超碳一號”示范工程是中核集團中國核動力研究設計院（簡稱“核動力院”）與濟鋼集團國際工程技術有限公司（簡稱“濟鋼國際”）、首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司共同推進的全球首套2×15兆瓦超臨界二氧化碳燒結余熱發(fā)電項目。相比現役燒結余熱蒸汽發(fā)電技術，“超碳一號”的發(fā)電效率提升85%以上，凈發(fā)電量提升50%以上，相當于每年多發(fā)7000萬度電。同時，由于系統簡化、設備減少、運維便利，場地需求減小50%。
正式商運現場 寧寧 攝
何為超臨界二氧化碳？
我們知道，水有固體、液體以及氣體三種相態(tài)。隨著環(huán)境的溫度和壓力升高，液、氣兩相界面消失的狀態(tài)點就叫臨界點，物質超過該臨界點后的狀態(tài)即為超臨界態(tài)。與水相似，二氧化碳也存在超臨界態(tài)?！爱敹趸紲囟瘸^31℃，壓力升高至73個大氣壓以上，二氧化碳就會進入超臨界狀態(tài)?！笨傇O計師黃彥平說。
此時，二氧化碳既不是氣體也不是液體，卻兼具兩者的優(yōu)點，像液體一樣具有高密度，又像氣體一樣具有低黏性、易壓縮。經過國內外大量研究，科學家們認為，處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳是發(fā)電的“天選之子”——相比水，它的“力氣”更大，做功能力更強，這也正是它高效搬運能量的基礎。
“可將超臨界二氧化碳看作能量搬運‘超級快遞員’?！眻F隊打了個比方，將其應用到發(fā)電系統中只需要經過接單攬件、極速“配送”、“卸貨”發(fā)電、“返程”冷卻四個步驟，即從熱源處“攬收”巨大熱能、帶著熱能高速沖向渦輪機、膨脹做功將熱能高效轉換為電能，以及完成任務冷卻后恢復初始狀態(tài)，在壓氣機的驅動下繼續(xù)投入“配送”?！八⒉簧a能量，而是不斷將熱能轉換為電能，可提高熱能利用率，實現更高的發(fā)電效率。”
理論正在照進現實。當前，這一顛覆性技術已成為全球競逐的焦點。
作為一種革新型熱電轉換技術，“超碳一號”以超臨界二氧化碳作為循環(huán)工質，通過構建閉式布雷頓循環(huán)實現高效穩(wěn)定做功。得益于超臨界二氧化碳的物質屬性，“超碳一號”具有效率高、系統緊湊、輔助系統少和機動性強等核心優(yōu)勢，未來有望向更大功率、更高溫應用場景拓展。
項目數字伴生系統展示 寧寧 攝
自2009年起，核動力院探索研究超臨界二氧化碳發(fā)電技術，先后攻克了“兩機三器一系統”（即技術所用到熱源換熱器、回熱器、冷卻器、透平機、壓縮機等關鍵設備），從設計、制造到集成應用等系列關鍵技術，建立起超臨界二氧化碳發(fā)電技術研發(fā)體系并完成技術驗證。2023年5月，核動力院與濟鋼國際簽署合作協議，12月“超碳一號”示范工程啟動建設。
在研發(fā)過程中，核動力院還聯合東方電氣集團、西安交通大學、西北工業(yè)大學、清華大學、四川大學等國內優(yōu)勢企業(yè)和高校團隊，形成了以超臨界二氧化碳發(fā)電技術為核心的產學研共同體，真正具備了完全自主的精細設計和成套供貨能力。
除了該示范項目，核動力院于2024年啟動了“熔鹽儲熱+超臨界二氧化碳發(fā)電”示范項目，已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。此外，超臨界二氧化碳余熱發(fā)電技術在光熱發(fā)電等領域也擁有廣闊的應用前景。
