超碳一号：告别“烧开水”的能源革命

2025年12月20日，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组在贵州六盘水成功商运，标志着我国自主研发的超临界二氧化碳余热发电技术“超碳一号”正式从实验室走向商业落地。

这一被业内称为“能源领域颠覆性突破”的技术，不仅改写了人类两百年来依赖“烧开水”（蒸汽发电）的传统模式，更为工业低碳转型与“双碳”目标实现提供了全新解决方案。

什么是“超碳一号”？——革新型热电转换技术的核心逻辑

“超碳一号”是由中核集团中国核动力研究设计院牵头，联合济钢集团国际工程技术有限公司、首钢水城钢铁（集团）有限责任公司共同研发的15兆瓦级超临界二氧化碳烧结余热发电系统。其核心创新在于以“超临界二氧化碳”替代水作为循环工质，通过闭式布雷顿循环实现高效热电转换。

所谓“超临界二氧化碳”，是指温度超过31℃、压力升至73个大气压以上时，二氧化碳呈现出的特殊流体状态——既像液体一样密度大、能储存更多能量，又像气体一样粘度低、流动阻力小，被称为“第四态物质”。“超碳一号”总设计师黄彦平形象地解释：“这种状态的二氧化碳就像‘力气大增的壮汉’，能更高效地传递能量，推动发电机旋转发电，且循环过程中不发生相变，从根本上提升了能量转换效率。”

相较于传统蒸汽发电的“烧开水”原理，“超碳一号”的工作流程更为简洁：先将二氧化碳提纯加压至超临界状态，再通过压缩机和换热器进一步提升其压力与温度，高温高压的超临界二氧化碳推动透平旋转发电，做功后的二氧化碳经冷却后循环复用，形成闭环系统。

核心优势何在？——效率与经济性的双重突破

与现役烧结余热蒸汽发电技术相比，“超碳一号”的优势体现在多个维度，其中效率提升最为显著：发电效率提升85%以上，净发电量提升50%以上。对首钢水钢而言，在原有烧结工艺完全不变的情况下，仅通过余热回收系统改造，每年即可多发电7000余万度，增加发电收入近3000万元。

除了效率优势，“超碳一号”还实现了系统的“极致瘦身”：由于超临界二氧化碳的高密度特性，系统所需设备数量大幅减少，辅助系统简化，场地需求直接降低50%，同时运维成本显著下降，具备“系统紧凑、响应速度快、机动性强”的特点。专家测算，若将该技术推广至全国钢铁行业烧结余热改造，每年可节约标准煤约483万吨，减少二氧化碳排放1285万吨以上，环保效益与经济效益同样突出。

十年磨一剑——自主创新的攻关之路

“超碳一号”的成功并非一蹴而就。早在2009年，中核集团核动力院就启动了超临界二氧化碳发电技术研究，历经十余年攻关，逐步攻克了“两机三器一系统”（压缩机、透平机、回热器、冷却器、吸热器及系统集成）的设计、制造与集成应用等系列关键技术。其中，微通道扩散焊换热器的研制打破了国外技术封锁，团队自主研发的全球最长扩散焊工业母机，实现了从原材料到整机检测的全流程国产化；在压缩机透平发电机组方面，攻克了启动设计、推力平衡等难题，实现装备轻量化、小型化，最终形成了完全自主的精细设计和成套供货能力。

研发过程中，核动力院联合东方电气集团、西安交通大学、清华大学等国内优势企业和高校，构建了产学研协同创新体系。2023年5月，核动力院与济钢国际签署合作协议；同年12月，“超碳一号”示范工程正式开工；2025年12月，全球首台商用机组成功商运，完成了从技术验证到商业落地的关键跨越。

不止于余热发电——广阔的应用前景

作为中小功率规模、中高温热源高效利用的颠覆性技术，“超碳一号”的应用场景远不止钢铁行业烧结余热回收。当前，钢铁、水泥、玻璃等传统产业是能源消耗和碳排放的重点领域，大量工业余热被直接排放，“超碳一号”的推广将为这些行业的余热利用带来技术变革。

放眼未来，该技术还可与多种热源组合形成发电系统：在新能源领域，与光热发电结合可提升储能效率；在储能领域，中核集团已启动“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”示范项目，该项目入选国家能源领域第五批首台（套）重大技术装备，预计2028年完成示范应用，可有效解决风电、光伏等新能源的间歇性、波动性问题，为电网调峰提供支撑；此外，其紧凑、高效的特点还适用于海洋平台、化工等特殊场景。

超临界二氧化碳发电技术早已得到全球认可：美国能源部2017年将其列为国家能源领域战略性前沿技术第二位，2018年入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”，我国也将其列入“十四五能源领域科技创新规划”。“超碳一号”的商业落地，不仅标志着我国在该领域实现全球领跑，更首次将超临界二氧化碳发电技术从实验室推向工业化应用，为全球工业低碳转型提供了中国方案。

从“不被理解的概念”到“商业运行的现实”，“超碳一号”的十年攻关之路，是我国能源科技自主创新的生动缩影。在“双碳”目标引领下，这一技术有望成为推动能源结构优化、培育新质生产力的关键引擎，为全球能源革命注入中国力量。

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