又创世界第一！中国攻克美国未果难题，把“不可能”变成现实

谁能想到？美国钻研十多年都没落地的发电“黑科技”，中国居然做成了！

2025年底，在贵州六盘水的首钢水钢厂，“超碳一号”全球首台商用超临界二氧化碳发电机组，稳稳转动起来！这不仅打破了美国长期的技术垄断，更让中国在新能源领域，从“跟跑者”一跃成为“领跑者”。

颠覆百年传统的发电“新范式”

超临界二氧化碳发电技术的核心，是用处于超临界状态的二氧化碳替代传统水蒸气作为发电工质。所谓超临界状态，是指将二氧化碳加热至31℃以上、加压至73个大气压以上，使其形成兼具液体高密度与气体低黏度的特殊形态。这种形态下的二氧化碳能量密度高、流动阻力小，驱动涡轮机发电时，能大幅提升能量转换效率。

与传统蒸汽发电技术相比，该技术拥有三大显著优势。效率方面，其综合发电效率较传统机组提升85%以上，净发电量增加50%以上，能更高效地捕获利用中高温热源；体积方面，核心设备换热器的体积仅为传统设备的十分之一，整套机组占地面积减少一半，大幅降低工业场地占用成本。

环保方面，系统运行过程中碳排放强度显著降低，配套余热回收功能还能进一步提升能源利用率，契合全球“双碳”发展趋势。2018年，该技术便入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”，被视为下一代能源系统的核心方向。

美国十年攻关困于实验室

美国是最早布局超临界二氧化碳发电技术的国家之一。2017年，美国能源部将其列为国家能源领域战略性前沿技术第二优先级，累计投入数亿美元，集结西南研究院等顶尖机构组建攻关团队。其技术路径聚焦光热发电、核电等高端场景，NetPower公司建成的50兆瓦天然气示范电站仅完成实验室验证，未实现商业运行。

美国的研发困境集中在核心设备突破上。超临界二氧化碳发电系统需在极端高温高压环境下运行，温度可达700℃以上，压力最高超30兆帕，对核心部件的材料性能与制造精度要求极高。

其中，换热器作为能量转换的关键设备，需实现高换热效率与机械稳定性的平衡，美国团队始终未能攻克其长期稳定运行的技术瓶颈。截至2025年底，美国相关技术仍停留在实验室阶段，商业化落地时间表一再推迟，核心设备甚至需依赖进口部件支撑实验。

从零起步突破“卡脖子”壁垒

中国对该技术的研发始于2009年，中核集团黄彦平团队成为最早涉足这一领域的科研力量。项目启动之初，团队面临的是无参考资料、无实验设备的双重困境。用于核心部件制造的真空扩散焊机被国外技术封锁，无法进口，科研人员只能从零开始自主研发。

为突破技术瓶颈，中核集团联合东方电气集团、西北工业大学、清华大学、四川大学等国内优势企业与高校，组建产学研攻关共同体。研发团队在车间内开展长达829天的集中攻关，仅换热器部件的试验就经历上千次失败，报废的零件堆满半个仓库。

通过反复优化材料配方与制造工艺，团队不仅成功研制出完全国产化的高端真空扩散焊机，更突破了超紧凑换热器的设计与制造难题。最终成型的换热器表面面积密度超700平方米/立方米，在极端工况下仍能保持稳定运行，各项指标达到国际领先水平。

2019年的一个凌晨，兆瓦级超临界二氧化碳发电系统的试验取得关键突破。此前该系统经历多次失败，研发团队承受巨大压力。凌晨三点，试验现场传来成功的消息，全球首个兆瓦级超临界二氧化碳发电系统实现满功率稳定运转，这一突破让中国在该领域首次实现对美国的技术反超。

两年完成从实验室到产业化

从实验室技术突破到商业项目落地，中国团队仅用两年时间便完成跨越。2023年5月，济钢国际主动与中核集团签署合作协议，凭借其在烧结余热发电领域的技术积累与市场经验，共同推进技术商业化。同年8月，济钢国际与首钢水钢签订项目合同，采用合同能源管理模式建设全球首套2×15兆瓦超临界二氧化碳烧结余热发电示范工程。

2023年12月，“超碳一号”示范工程在贵州六盘水正式开工。项目建设过程中，团队攻克系统集成、工况适配等多项工程化难题，将实验室技术精准转化为工业级应用。

2025年底，项目成功并网发电，实测数据显示，设备不仅能高效回收钢铁厂400多摄氏度的烧结机余热，年增发电量超7000万度，还实现了运维成本的大幅降低。仅首钢水钢一家企业，每年便可通过该系统增加经济效益近3000万元。

“超碳一号”的商业价值不仅局限于单个企业。数据测算显示，若该技术在全国钢铁、化工等行业的工业余热回收领域推广，每年可节约标准煤483万吨，减少二氧化碳排放1285万吨。

该技术还可与熔盐储能、风电光伏等新能源组合，破解间歇性发电难题，为新型电力系统提供稳定支撑。

技术延伸

“超碳一号”的成功投运并非终点，其技术路线已展现出多领域拓展潜力。中核集团于2024年启动“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”示范项目，该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。

在光热发电领域，超临界二氧化碳技术可提升能量转换效率，降低电站建设成本，为光热发电的规模化发展提供技术支撑。

除能源电力领域外，该技术还可应用于海上油气平台、大型船舶等场景。其紧凑的系统结构适合空间有限的装备，高效的能源转换能力可降低装备能耗，市场规模有望达到千亿级。

中国工程院院士于俊崇带领的专家组鉴定认为，该项目核心技术完全自主可控，拥有完整自主知识产权，总体技术水平达到国际领先地位，为后续产业化奠定坚实基础。