如何用二氧化碳“烧”出电来？专访“超碳一号”总设计师黄彦平

封面新闻记者 边雪 贵州采访报道

个位数的气温夹杂微雨，12月的贵州六盘水，让人顿感冬日寒意，但在首钢水钢集团的厂区内，气氛却火热异常。全球首台商用超临界二氧化碳发电机组，正稳定运行，将烧结生产线排放的滚滚废热，转化为清洁电能。

看着屏幕前机组运行平稳的数据，中核集团首席科学家，“超碳一号”总设计师黄彦平脸上露出了笑容。这一刻，他等了十五年。

传统电厂烧煤、烧气，本质都是把水烧成蒸汽去推动汽轮机。“有相变，有巨大的能源损失，系统复杂得像一座城堡。”而黄彦平和团队选择的道路，是用二氧化碳——这种既让人爱又让人头疼的气体，在超临界状态下直接做功。

中核集团首席科学家，“超碳一号”总设计师黄彦平在项目现场。（受访者供图）

“我们干的这件事，简单说，就是不用‘烧开水’了。”黄彦平带着科研工作者特有的直白解释道，经过十余年的攻关，超临界二氧化碳发电技术产学研体系已经建立，全国产化产业链条已经成型，具备全面工程应用条件。

封锁，从零开始攻关

时间倒回2009年。黄彦平，这位核反应堆工程专家，在探索新的动力循环技术途中，盯上了超临界二氧化碳。

彼时，这项技术在国外已是前沿热点。2007年，它被写入奥巴马政府的国情咨询报告，称为将替代全球近九成蒸汽动力的“颠覆性技术”。一年后，更入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”。

而在国内，一切需从零开始。“最早就是找各方要理解的过程，”黄彦平回忆，“大家的第一反应是：二氧化碳？那不是温室气体吗？还能发电？”

更大的困难，来自技术封锁。研发的核心装备之一——微通道扩散焊换热器，是系统的“心脏”。其制造母机，全球只有两家外国公司能提供。“我们去谈购买，对方先是答应，后来连谈都不让谈了。”黄彦平告诉封面新闻记者，被逼到墙角，反而能激发出斗志。“既然买不来，那就自己造！”

随后，黄彦平联合高校团队，从零开始攻关微通道换热器的全链条技术：从特殊钢材的原材料，到微通道板片的蚀刻成型，再到最关键的——制造那台“工业母机”。

“大家现在看到的那台2.5米长的扩散焊机，全球只有三台。”黄彦平的语气里带着自豪，“另外两台是他们的，这一台，是我们自己的。”

突围，领先全新赛道

硬件封锁只是第一关。超临界二氧化碳作为一个动力工质，其物性数据、循环设计、控制逻辑，在国内全是空白。

“我们连二氧化碳在超临界状态下到底什么脾气都不知道。”黄彦平坦言。没有现成的设计软件，团队就从编写第一行代码开始，搭建自己的仿真平台。

“我们要实现从热源到发电全链条的统一建模，不能让各个专业模块‘各自为政’。”黄彦平告诉封面新闻，这支跨学科的团队，硬是啃下了这块骨头。如今，这套软件已成为国内十余所高校相关专业的教学工具，被国际期刊列为该领域代表性仿真软件之一。

关键设备随之接连突破。2018年，首台兆瓦级压缩机出厂；2019年10月15日，一个让团队铭记的日子——全球首次实现兆瓦级超临界二氧化碳简单循环发电系统满功率稳定运行。

“那天晚上，大家看着仪表盘上所有参数稳稳达到设计值，很多人眼圈都红了。”黄彦平回忆道。2021年4月，性能更优的再压缩循环系统也宣告成功，效率较第一代提升约30%。

“两机”（压缩机、透平机）、“三器”（回热器、冷却器、吸热器）的型谱化家族逐渐成型。设备越来越紧凑：第三代压缩机一体机的体积，比第一代小了近一半；最新的一体式PC机组，将压缩机、膨胀机、电机高度集成，结构精妙。

“目前我们在兆瓦级系统的工程化上，比美国略微领先一点。”黄彦平告诉封面新闻记者：“这是个全新的赛道，我们和他们，都在摸石头过河，但我们先摸到了几块关键的石头。”

落地，产学研用深度融合

技术走出实验室，需要找到现实的应用场景。2022年夏天，转机来了。

济钢国际工程技术有限公司的负责人高总找到了黄彦平。对方开门见山：“我们对你们的技术有兴趣，想看看能不能用在钢铁厂的余热回收上。”

“我记得那天特别热，高总到我办公室，衬衫都汗湿透了。”黄彦平回忆，“我们就谈了三个问题：你们有没有兴趣？有没有钱？有没有合适的厂子？”

答案都是肯定的。济钢国际是中国烧结余热发电技术的开拓者，有技术情怀，也有工程实力。双方一拍即合。2023年5月签署框架协议，8月确定在首钢水钢以EMC（合同能源管理）模式落地，12月项目正式动工。推进速度之快，超乎想象。

“我们负责核心的动力岛，他们负责工程总包和余热接口。”黄彦平说，“这是真正的产学研用结合，各展所长。”为什么是钢铁行业？数据给出了残酷的答案：中国钢铁行业碳排放约占全国总排放量的15%，其中大量能量以400-600℃的烧结烟气形式浪费。传统水蒸气循环对此“水土不服”，效率低下。

“超碳一号”的切入，精准命中痛点。根据测算，在水钢的项目中，在烧结矿产量不变的前提下，余热利用效率提升42%，净发电量提升85%以上。同时，系统设备减少，占地节约一半，运维更简单。

经济效益摆在那里。黄彦平算了一笔账：“仅全国烧结机改造，就是一个近700亿的市场。再加上化工、水泥、光热发电……前景非常广阔。”

全球首台商用超临界二氧化碳发电机组。（封面新闻记者 边雪 拍摄）

未来，技术边界不断拓展

“超碳一号”技术的落地，不是一个终点，而是一个起点。

在黄彦平的蓝图里，下一个战场是新疆。那里风电、光伏资源丰富，但“弃电”问题严重。2024年，中核集团启动了50兆瓦“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首台（套）重大技术装备。

“我们的技术启动快、调峰能力强，正好匹配新能源的间歇性特点。”黄彦平解释，“早上太阳出来，系统几分钟就能满负荷运行；云来了，又能快速降下来。这是传统蒸汽机组难以做到的。”

更大的功率等级也在规划中。“现在最大单机是16.7兆瓦，要做到50兆瓦、100兆瓦，对材料、轴承、密封都是极限挑战。”但他信心十足，“我们评估过，现有技术路线支撑100兆瓦等级没有问题。”

从军工动力到工业节能，从余热利用到电网调峰，超临界二氧化碳这项技术的边界正在不断拓展。

采访尾声，黄彦平望向窗外。他想起十几年前，自己刚开始探索这项技术时的迷茫与坚定。“能源转型是一场长征，”他说，“我们只是走完了突破核心技术、实现工程示范的第一段路。”

“接下来，是要让它真正在更多行业扎根，开花结果，为国家‘双碳’目标实实在在地出力。”黄彦平顿了顿，补充道：“这条路很难，但当你看到自己亲手设计的机器，真的把那些原本排到空中的废热，变成电输送给千家万户时，你会觉得，一切值得。”

此刻，在六盘水，那台以二氧化碳为‘血液’的钢铁巨兽，正平稳呼吸，持续不断地将热量转化为光明与动力：它轰鸣的声响，似在诉说着一段关于突围、创新与坚持的中国科技故事。

而黄彦平和他的战友们，仍步履不停，奔向下一个“创新之地”。