勇闯超临界二氧化碳发电“无人区”（弘扬科学家精神）

本文转自：人民日报

中核集团首席科学家、“超碳一号”总设计师黄彦平——

勇闯超临界二氧化碳发电“无人区”（弘扬科学家精神）

本报记者 苏 滨

　　人物小传

　　黄彦平，1968年12月生，湖北天门人，中核集团首席科学家，“超碳一号”总设计师。他长期从事先进核动力和新型能量转换技术科学理论、技术创新与工程应用研究，带领团队通过17年技术攻关和自主研发，实现了超临界二氧化碳发电技术从理论到工艺的全链条贯通，将超临界二氧化碳发电技术从实验室推向工程应用。先后获得国家科技进步奖一等奖、国家技术发明奖二等奖、全国创新争先奖。

　　走进贵州六盘水首钢水城钢铁集团厂区，抬眼便是一幅奇妙的画面：一边雾气腾腾，水蒸气裹着钢铁余温，慢悠悠飘向山边；另一边清清爽爽，阳光落在银亮的设备上，连管道的棱角都看得清清楚楚。为何会有这种反差？答案藏在“超碳一号”的管道里。

　　今年5月底，“超碳一号”示范工程第二台机组并网发电，全球首个超临界二氧化碳发电技术示范工程全面建成。“将传统发电技术的循环工作介质从水蒸气换成超临界二氧化碳，可以显著提升余热利用率，从而减少能源消耗。”中核集团首席科学家、“超碳一号”总设计师黄彦平介绍。

　　“迈向新领域，就要负重前行”

　　二氧化碳还能用来发电？

　　2009年的一天，黄彦平收到了一张纸条，由中国工程院院士孙玉发手写，并托人转来，上面只有一句话：国外正在研究超临界二氧化碳发电，很多人觉得不可能，你是否愿意试试？

　　当时，超临界二氧化碳发电仍停留在理论探讨阶段，工程化应用更是一片“无人区”。但纸条上的寥寥数语，让黄彦平陷入深思：“用超临界二氧化碳作为发电的循环工作介质，直接颠覆传统发电模式，万一可行呢？”

　　物质分为多种相态，常见的有固态、液态、气态，超临界态是第四种相态。当二氧化碳被加热到31摄氏度以上、加压到73个大气压以上，就会进入超临界态，化身为“超碳”。

　　无论是火电、核电还是余热发电，原理都类似于“烧开水”，把水加热变为水蒸气，推动汽轮机转动发电。这种模式设备庞大，响应迟缓，越来越难以满足新能源快速调峰的需要，也难以适应工业余热发电的特点。相关技术虽不断改进，但仍未突破这些根本性局限。

　　“超碳兼具液体的高密度、气体的低黏度，作为能量传递和热功转换的循环工作介质，不会发生相变，用它发电既能提高发电效率，又能缩小设备体积。”黄彦平带着一名学生，组建了最初的团队。没有现成经验，缺少成熟的理论体系，他们只能摸着石头过河，“迈向新领域，就要负重前行。”

　　但最初“超碳”的研究并不被看好。“排放性气体怎么可能发电？”“配套的换热器和涡轮机怎么造？这是自讨苦吃。”……同行的质疑让黄彦平倍感压力。

　　“压力最大的时候，我就翻翻历史书，让自己抽离出来，看看那些大家的成长史，觉得自己经历的也不算啥。”对基础研究的敏感让黄彦平坚信，这条路值得走。

　　2010年，黄彦平搭建起简单的自然循环实验装置。看到超临界二氧化碳平稳流动、速度远超预期，他倍感振奋，判断这个技术肯定能成。

　　“核心技术握在自己手里，心里很踏实”

　　“超碳一号”能成功运转，换热器是关键。要在一片不锈钢薄板上，精准加工数百条直径为1毫米的通道，再将数千片薄板的通道对齐，精准焊接，误差不能超过一根头发丝的1/10，才能保证长期稳定运行，不泄漏、不串通道。

　　“超临界二氧化碳物理性质特殊，传统换热器体积大、效率低，难以适用。”当时国外一家公司具备制造能力，团队多次接洽，结果被告知拒绝供货。“当时就觉得，核心技术买不来，更讨不来。既然不卖，那就自己干！”黄彦平回忆。

　　黄彦平在国内科研院所寻求技术支持，结识了西北工业大学的焊接专家，他们判断，新型换热器要用真空扩散焊。

　　研究团队几乎从零起步，朝着目标一点点迈进：前后27次优化技术方案，陆续迭代218版技术参数，报废样品堆了半间仓库。实验室灯光昼夜不息，就这样熬了829天，团队焊出了合格部件，还研制出大尺寸真空扩散焊机。

　　“回过头看我们走的这段路，尽管花费大量时间精力，但核心技术握在自己手里，心里很踏实。”黄彦平说，新型换热器的体积缩小至传统换热器的1/10。

　　随着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，黄彦平迎来科研生涯最煎熬的一段时光。

　　起初机组正常运行，但是随着负荷加大，就容易出现掉机情况，迟迟达不到满负荷状态。

　　“难道还有技术问题没吃透？”黄彦平带着团队，一遍遍给机组做“体检”，不放过每一个细节。

　　一天后半夜3点多，在北京出差的黄彦平被手机铃声惊醒，是团队同事打来的。

　　“黄老师，成了！”“我当时都蒙了，缓了一会儿，重新打了回去，才知道机组正处于满负荷状态。”难掩激动的黄彦平直奔机场，搭最早的航班赶回四川成都的实验室。

　　“搞基础研究，要坐得住冷板凳”

　　实验室里，看到屏幕上稳定跳动的数据，黄彦平长舒一口气。

　　实验室小规模发电验证成功只是第一步，如何加速推动技术从实验室走向工业化应用？

　　转机出现在2022年8月。济钢集团国际工程技术有限公司当时的负责人高忠升来寻求商业合作。

　　“你们认为我这个是新技术吗？你们有资金吗？有厂址吗？”黄彦平连发三问。

　　看到实验室里的机组徐徐运转，高忠升给出肯定回答，愿意一起闯。

　　当时，首钢水城钢铁集团正在进行设备更新，相关负责人直言，不算短期风险账，只看长远发展账。有了三方合作，2023年底，“超碳一号”示范工程在首钢水城钢铁厂破土动工。

　　比起实验室，工业场景更为复杂，要考虑地基、海拔、气候、水文等各项条件，施工标准非常苛刻。

　　2025年12月，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组成功商运。2026年5月，“超碳一号”第二台机组成功并网发电。

　　与传统的蒸汽余热发电机组相比，“超碳一号”示范工程设备占地面积缩减一半，发电效率提升85%以上，年发电量增长50%以上。对企业而言，每年可多发7000余万千瓦时电，发电增收超3000万元。

　　从最初的两人团队，到如今超过50人，历经17年持续攻关，超临界二氧化碳发电终成现实，黄彦平感慨万千：“搞基础研究，要坐得住冷板凳，才能在更多前沿领域蹚出一条自主创新之路。”

　　目前，“超碳一号”基本可以覆盖国内钢铁冶炼、化工、焦化等行业的应用场景，正继续朝着大功率、多场景、高效率的方向发展。

　　“我们已经启动‘熔盐储能+超临界二氧化碳发电’项目研究，未来能适配更多工业场景，为我国实现‘双碳’目标、保障能源安全提供更多可能。”黄彦平说。

　　记者手记

　　投身基础研究需要闯劲和韧劲

　　从开始探索，到全球首台商用机组落地，最令人动容的是黄彦平带领团队用17年啃下硬骨头的坚持。

　　从一张白纸起步攻关，17年磨一剑，最终把不可能变成全球首例。这份坚持，不仅换来超临界二氧化碳发电技术的新突破，也为全球低碳能源转型蹚出一条中国路线。

　　17年很长，长到两人的“迷你团队”成长为50余人的攻坚队伍；17年又很短，短到从拿到字条到机组并网，仿佛只是一转眼的工夫。投身基础研究，从来没有捷径可走，既需要拿出敢为人先的闯劲，又需要把“冷板凳”坐热的韧劲。当越来越多的科研人员愿意沉下心做“十年磨一剑”的事，我们在实现高水平科技自立自强的路上，一定会跑出让世界惊叹的中国加速度。