全球首台商用超临界二氧化碳发电机组贵州并网 余热利用率提升超50%颠覆传统发电模式

全球首台商用超临界二氧化碳发电机组贵州并网 余热利用率提升超50%颠覆传统发电模式

本报贵阳11月12日电（记者 陈曦） 11月9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城钢铁基地顺利完成并网调试，标志着我国在新一代能源转换技术领域实现从实验室到商业化应用的跨越。该项目由中核集团中国核动力研究设计院与济钢集团联合打造，是全球首套2×15兆瓦超临界二氧化碳烧结余热发电示范工程，其核心技术将工业余热利用率提升50%以上，为钢铁、水泥等高耗能行业的节能降碳提供了全新解决方案。

技术革命：“超临界二氧化碳”替代蒸汽 改写百年发电范式

自1882年世界首座火力发电厂投运以来，“烧开水”式的蒸汽发电技术统治能源领域已超140年。而此次投用的超临界二氧化碳发电机组，以特殊状态下的二氧化碳为“工质”，彻底重构了发电逻辑——当二氧化碳被加热至31.1℃以上、加压到73个大气压时，会进入“超临界状态”：既非气体也非液体，却兼具液体的高密度与气体的低粘性，热交换效率较水蒸气提升数倍。

“这相当于用‘气态液体’推动涡轮发电。”中国核动力研究设计院项目负责人张宇研究员介绍，在贵州示范项目中，钢铁厂烧结矿冷却过程中产生的150-650℃废热，被用来加热超临界二氧化碳，驱动涡轮机旋转发电；做功后的二氧化碳经冷却降压，可循环进入系统，实现“零排放、低损耗”的闭式循环。

相较于传统蒸汽发电技术，该机组的核心优势体现在三个维度：效率跃升——余热利用率从传统技术的30%左右提升至超45%，发电效率提高3-5个百分点；体积压缩——核心涡轮机长度仅为蒸汽轮机的1/25，整套设备体积缩小至传统系统的1/10，相当于将“一间厂房的设备”压缩进集装箱；响应提速——从冷态启动到满负荷运行仅需秒级响应，可实时匹配工业余热波动，也能作为风电、光伏的调峰电源。

产业突破：十余年攻关构建全国产化链条 核心设备100%自主

此次并网的机组，是我国十余年技术积累的成果。2019年，中国核动力研究设计院在实验室实现全球首次超临界二氧化碳满功率稳定发电；2023年，项目团队与济钢集团签订示范工程合同，启动贵州六盘水项目建设；如今，项目不仅完成并网调试，更构建起从材料研发到装备制造的全产业链体系。

“超临界二氧化碳在高温高压下具有强腐蚀性，核心设备曾是‘卡脖子’难题。”张宇透露，团队攻克了400余项技术瓶颈，自主研发出耐超临界环境的特种合金材料、高精度涡轮机叶片等核心部件，实现了设备国产化率100%。例如，其自主设计的换热器，热交换效率较国际同类产品提升12%；涡轮机转速达10万转/分钟，仍能保持稳定运行。

这一突破也让超临界二氧化碳技术从“实验室概念”走向“产业化应用”。在贵州首钢水城钢铁基地，该机组每年可回收烧结余热发电超9000万度，相当于减少标煤消耗2.8万吨、减排二氧化碳7.4万吨，直接为企业增加近5000万元年收益。项目总投资约2亿元，预计3年即可收回成本。

场景拓展：从工业余热到多领域适配 重构能源利用格局

超临界二氧化碳发电技术的应用价值，远不止于工业余热回收。其“高效率、超紧凑、快响应”的特性，使其能适配多类能源场景：在光热发电领域，可替代传统蒸汽系统，将太阳能热转化效率提升40%以上；在核电领域，能缩小反应堆体积50%，提升安全性与经济性；在舰船动力领域，紧凑的系统可节省空间，同时实现快速启停，已成为下一代航母、核潜艇动力的备选方案。

中国能源研究会副理事长周大地指出，我国工业余热资源总量约占工业总能耗的17%-67%，若超临界二氧化碳技术全面推广，仅钢铁、水泥行业每年即可新增发电能力超2000亿度，相当于3个三峡电站的年发电量。“这不仅能降低企业能耗成本，更能助力‘双碳’目标实现——按当前技术推广速度，到2030年，该技术可带动全国工业领域减排二氧化碳超1.2亿吨。”

目前，项目团队已启动200兆瓦级超临界二氧化碳发电机组的研发，目标是将技术拓展至火电、核电等大功率场景。中核集团相关负责人表示，未来将推动技术标准体系建设，加速超临界二氧化碳发电技术的商业化普及，“让这一‘中国原创’技术成为全球能源转型的核心方案之一”。

全球影响：领跑新一代能源技术赛道 重塑国际竞争格局

超临界二氧化碳发电技术曾是美国、欧盟等发达国家的重点攻关方向，美国能源部自2008年起投入超20亿美元研发，但尚未实现商用化突破。而我国此次全球首台商用机组的并网，标志着在这一前沿领域实现“领跑”。

国际能源署（IEA）最新报告指出，中国在超临界二氧化碳发电领域的技术成熟度已领先全球3-5年，核心专利数量占全球总量的42%。“中国不再是能源技术的追赶者，而是规则制定者。”IEA能源技术政策部门主管法比奥·洛雷蒂评价，这一技术的产业化，将推动全球能源系统从“蒸汽时代”迈入“超临界时代”。

在贵州六盘水的项目现场，机组已进入满功率试运行阶段。张宇团队的工程师们正在调试远程控制系统，未来该机组将实现无人值守、智能运维。“从实验室到生产线，从技术突破到产业落地，我们用十余年时间证明，中国能在能源革命的新赛道上跑在前列。”张宇说，“下一个目标，是让超临界二氧化碳技术走进更多行业，让‘中国造’的高效能源系统服务全球。”