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首钢水钢集团成功商运，这也是超临界二氧化碳余热发电技术“超碳一号”的全球示范工程。

就此，中新社国是直通车在知乎上发起提问：全球首台“超碳一号”示范工程商运，实现商用超临界二氧化碳机组发电，从实验室到商用的突破，意味着什么？

中核集团首席科学家、“超碳一号”总设计师黄彦平亲自来答了！一起来了解这项技术突破的意义及背后的故事。

“超碳一号”是什么？

据黄彦平介绍，一百多年来，人类最主流的发电方式本质上没有改变——现代火力发电厂与核电厂的主要发电方式仍是蒸汽发电，因此网友常调侃：人类科技的尽头是“烧开水”。“蒸汽发电技术是工业时代的伟大成就，稳定、可靠且成熟，但以蒸汽为循环工质的发电技术面临效率瓶颈，而体积大、系统复杂的固有特点也限制了其应用范围的持续拓展。”

能不能找到一种能够弥补这种工质短板、实现发电技术创新的新工质？

黄彦平回忆道，2009年，在一次专题研讨会上收到了一张由他人转交的纸条，上面是孙玉发院士的笔迹。他提到，超临界二氧化碳发电技术具有研究潜力，可以深入探索。纸条虽轻，在我手里却沉甸甸的。这不是一道命令，而是一位前辈科学家基于深厚学识给出的、指向未来的可能路径。

而二氧化碳正是国内外同行从数十种工质中综合筛选出的“天选之子”。

黄彦平指出，当温度超过31℃、压力升高至73个大气压以上时，二氧化碳会进入超临界状态，不同于常规的“固、液、气”三态，此时的二氧化碳既像液体一样密度高，做功能力强，又像气体一样粘度低，流动阻力小。

超临界二氧化碳发电技术正是以超临界态的二氧化碳为工质，实现从热能到电能的转换。得益于其特殊物性，该技术具有高效率的核心优势——理论发电效率可以突破50%。“我们目前掌握的核心技术，可以填补世界范围内中小功率规模、中高温热源场景的高效发电技术空白，实现节能降碳，推动能源结构优化和可持续发展。未来，通过持续的技术攻关，该型技术还可以向更高功率等级、更高工作温度的应用场景拓展。”黄彦平表示。

知乎答主@王清扬表示，可以把它想象成一个超级流体：既能像水一样高效搬运热量，又能像风一样顺畅流过管道。正是这个特性，让它成为发电系统的理想工质。

有哪些“超”优势？

黄彦平进一步解释称，超临界二氧化碳的独特物性可使循环全程处于超临界态，不发生相变，使得该发电技术的机组体积小、能量密度高，可有效减少设备数量和体积，便于模块化集成部署。

以“超碳一号”系统为例，主要设备仅包括压气机、膨胀机、冷却器、回热器和热源换热器，机组体积较传统蒸汽发电机组减少一半，且操控简单、运维成本低。

知乎答主@ChemX表示，超临界二氧化碳发电技术不仅仅是为发电而发电，这项技术的更大的价值是与流程工业深度结合，将工业生产中不好利用的能量（废热、余热）回收起来，转化为更统一、更方便被利用的电能，并入电网。它是极其强大的能量回收及转化系统，转化率高、结构紧凑、响应灵活，能解决工业生产中余热难以利用好的老大难的问题，弥补传统水蒸气发电技术的不足，能帮助工业界节能减排，助力碳中和。

知乎答主@王清扬表示，首先，发电效率大幅提升。传统钢厂烧结余热发电，净效率往往不高。而采用“超碳一号”技术，发电效率可比行业平均水平提升85%以上。

其次，设备小巧，维护简单。因为超临界二氧化碳密度高，发电设备的涡轮、换热器等关键设备可以做得更紧凑。同等功率下，系统体积和重量比传统蒸汽系统小得多，场地需求能减少一半。同时，没有锅炉，没有庞大的冷却水系统，设备数量的减少也使得运行维护更加方便。

另外，应用场景更加灵活。“超碳一号”不仅适用于钢铁厂烧结余热，还能用在水泥、化工、有色金属等行业的高温废热回收上，未来还可能与光热、储能等产业结合，用途很广。

意味着什么？

“从2009年一个模糊的想法，到今天全球首台‘超碳一号’示范工程成功商运，它意味着，一条被预言了多年的、更高效的发电新路径，第一次被中国工程师用完整的自主技术，实实在在地铺成通途。”黄彦平说。

当前，我国的超临界二氧化碳发电技术产学研用体系已基本建立，形成了全国产化产业链条，具备全面工程应用条件。曾经国外商业管制清单上的技术，也已全部实现了国产化，“我们所有的技术、装备，都可以在祖国960万平方公里的土地上自主完成。”

技术突破了，最终总要回答这个问题：有什么用？能挣钱吗？

黄彦平说：“‘超碳一号’就是第一个答案。”

黄彦平进一步解释称，它在一条钢铁生产线上，回收烧结机排放的烟气余热来发电。15兆瓦烧结余热发电机组，占地面积只有传统蒸汽余热发电站的一半，但净发电量提升了50%以上，每年能多发电7000万度以上。“我们测算过，大约三年就能收回投资。它首先是一个经得起市场检验的经济选择。

接下来还有“超碳二号”

黄彦平介绍，太阳能与风能等新能源具有间歇性和波动性特点，不仅存在弃风、弃光现象，也给电网调度安全带来挑战。为破解这一难题，中核集团已经于2024年启动了“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”示范项目，已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。

“超碳一号”是一个里程碑，但更是一个新的起点。在不远的将来，超临界二氧化碳技术还可以与各种热源组合成发电系统，在光热发电、余热发电、储能发电等领域具有良好的应用前景，为实现“双碳”目标加油助力。

编辑：穆   然

审校：张文晖

责编：魏   晞