二氧化碳“烧”出高效电，中国团队攻克世界级难题

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（来源：上观新闻）

这里是位于贵州六盘水的首钢水城钢铁厂2×15兆瓦烧结余热发电机组，从外表看，与其他烧结余热发电机组并无太大差别，实际上却有天壤之别，它首次采用超临界二氧化碳作为热力循环介质实现高效发电，是全球首台商用超临界二氧化碳发电机组，被命名为“超碳一号”示范工程。

黄彦平：我们是国际上唯一能把机组做到满发长期稳定可靠运行的团队，“超碳一号”也是全球第一次，能够把它工业化商运的团队。

记者：领先别人多少？

黄彦平：明确的是五年。

黄彦平：超临界二氧化碳发电技术，是现在21世纪发电技术的最前沿。如果我们处于领先地位，中国能够把超临界二氧化碳发电技术，一直保持在领先地位。

目前，在工业余热发电、火力发电，包括核电等传统发电领域，主流技术是蒸汽机发电，采用水作为热力循环介质，把水烧成蒸汽后推动汽轮机发电。而超临界二氧化碳发电技术是将烧开水改为烧超临界二氧化碳，对超临界二氧化碳加温加压，推动涡轮机发电。

黄彦平：这个图基本上就是，现在我们所有做动力构型的构图。

记者：从哪开始？

黄彦平：一般就是热源，在“超碳一号”里头，它就是烟气换热器。

黄彦平：就是余热，二氧化碳在管子里面走，它在管子外头加热，把二氧化碳加热就好了。

记者：二氧化碳从哪到哪？

黄彦平：二氧化碳从加热到吸热，进了透平机，它就释放了能量，推动涡轮机转动之后带电机发电。

超临界二氧化碳发电技术具有效率高、体积小、响应快、节能环保等颠覆性优势。以“超碳一号”示范工程为例，设备场地仅占原蒸汽发电机组的一半，但发电效率提升85%以上，净发电量提升50%以上。诸多优势，加上能够突破传统发电技术的场景局限，这项全新的发电技术在传统发电、新能源储能，以及有特殊要求的发电领域有着广泛的应用前景。

黄彦平与超临界二氧化碳发电技术结缘始于2009年，在一次专题研讨会上，他收到了我国核动力领域资深专家孙玉发院士托人递来的一张手写的纸条，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。当时，作为中国核动力研究设计院核心科研带头人，黄彦平主攻第四代核电技术超临界水冷堆的研究。

在世界范围内，超临界二氧化碳发电的理论基础形成于20世纪中后期。21世纪初，随着能源效率提升的迫切需求，该技术构想才逐步聚焦于发电应用。在黄彦平带领团队着手研究超临界二氧化碳发电技术的时候，这个技术的工程化还是一片空白。

黄彦平：我前面花了三年的时间。我深度研究过，它从热能动力基础理论来讲，肯定是走得通的。第一个是换热技术，这个换热技术不攻克，不做这种大型的换热装备，这型动力是走不下去的。

超临界二氧化碳发电技术虽优势显著，但也存在核心短板，那就是系统的回热量大，但二氧化碳换热能力差，仅为水的1/3左右，要想实现高效发电，必须确保有足够的换热面积。为此，研制一款具有超大换热面积，同时满足耐压、耐腐蚀等多重要求的换热器成为关键，而研制这种新型的换热器，必须依靠一种真空扩散焊机，起初，团队找遍了国内厂家，没有一家能够造出来。

黄彦平：2016年为了快速推进原理机的落地，我们也去采购过，在英国买了一台设备回来，只是用他的扩散焊机给我焊一个设备，超贵，但是从那以后，别人就告诉我，再没有设备卖给你了。那一次刺激到我们了，我们团队说怎么办，只有自己干。后来我们在西工大找到一个老师，材料的焊接专家，我说我要焊这么个东西，用这么一个原理做不做得出来，他说理论上讲是做得出来的。我还是非常感谢早期跟我合作的这些专家，我们都希望，国内有更多的团队来共同开发，像这种新技术干的人越多越好。

黄彦平：因为这个技术，可能在很多场景都可以用，假如说这项技术有很多人都在干，可能有一个聪明人，想到一个高招，他也会驱动这个技术往前发展的，所以说得最简单点，叫抱团取暖。因为人多了，这个技术大家认同度就高了，就不会像2013年我说超临界二氧化碳发电，别人说你是神经病，二氧化碳不就是排放气体吗？怎么可能让你发电，这很简单，至少没人质疑我这个问题了，那个东西是真可以发电，真是国际的前沿。

历时7年，在有限的科研经费支撑下，黄彦平带领团队完成了基础理论研究和试验平台的搭建，2016年超临界二氧化碳发电技术进入实验室测试阶段。

2019年初，超临界二氧化碳发电技术进入最为关键的实验室小规模发电验证阶段，接连不断的失败，让黄彦平经历了他科研生涯最为煎熬的一段时光。

黄彦平：很可能前面砸的很多钱都浪费了，所以当时我压力非常大，头发白成这样，基本上是这件事情折腾的。后面，我都已经有点扛不住，感觉好像前功尽弃了，前面折腾这七八年都没有希望了。

让黄彦平至今记忆犹新的是，2019年10月的某个凌晨，正在北京出差的他接到了实验室团队负责人打来的电话。

黄彦平：那时候我手是抖的，接了电话，什么话都没有，直接给我来句，成了。当时房间里是三点多钟，都蒙的，他就把电话挂了。挂了之后，后来我好像清醒了又给他打过去，我说什么？那时候大厅里头很多人都哭了，太难了。后来我赶紧去机场，买了最早的航班，回来因为我们隔得近，就直接到实验室，我一看满功率了之后还挺好，操作运行得非常稳定。我们就上报了，那是国际上第一个把这个机器跑通了的。

黄彦平带领团队成功实现兆瓦实验室级超临界二氧化碳系统满功率稳定发电，这标志着我国在该技术实验室阶段取得了重要突破。

黄彦平：我们这个技术做出来之后，国际上很快就知道了。知道了之后对做这些技术的同行来讲，它最大的好处是一种精神的支撑。因为像这种新技术，如果没有一个人在前面把它做出来，没有这种非常实际落地的话，很多搞科研的人心里会有点慌。

超临界二氧化碳发电技术在世界上逐渐受到重视，2017年被美国列为国家能源领域战略性前沿技术第2位。后来，超临界二氧化碳发电技术也被列入我国《“十四五”能源领域科技创新规划》，成为国家重点推进的前沿能源技术之一。

黄彦平：后来也有很多专家质疑说，你长期运行稳定可靠性怎么样？我说唯一的办法就做一款机器，让它一直跑。这台机器一天的水电费接近20万。

巨额的费用，让后续的验证试验举步维艰。2022年8月，事情迎来了转机，济钢国际董事长高忠升前来寻求商业合作。

黄彦平：很多人都不愿意当第一个吃螃蟹的人，他来了之后，我就问他三个问题，你们认为我这是个新技术吗？你有钱吗？你有厂址吗？我说这三个缺一个都不行。

与济钢国际的合作一拍即合，2023年底，将超临界二氧化碳发电技术应用于钢铁厂烧结余热发电的“超碳一号”示范工程在首钢水城钢铁厂破土动工。

历经两年的艰辛，“超碳一号”示范工程商业运行成功，企业通过该项目每年可多发7000余万度电，发电收入多出近三千万元。

黄彦平：我现在通过“超碳一号”工程化的过程，才彻彻底底把这项技术从原理到工程应用全串起来。在实验室做这么大的规模，肯定不是一两个亿的事，但是电厂要发电，肯定就要一直跑，这样相当于，我就用别人的余热又给别人发了电，他们赚了电的钱，我这个系统也可以验证。连续运行3000小时也没问题，不就好了吗。就相当于实验室的科研工作，已经迈出了实验室，在工业场景做了很多工程化的实验。

原标题：《二氧化碳“烧”出高效电，中国团队攻克世界级难题》

栏目主编：张武

文字编辑：高飞