實現二氧化碳發電 中國「超碳一號」商運

12月20日，全球首台商用超臨界二氧化碳發電機組在貴州六盤水首鋼水鋼集團成功商運，這也是超臨界二氧化碳餘熱發電技術「超碳一號」的全球示範工程。

「超碳一號」是中核集團中國核動力研究設計院與濟鋼集團國際工程技術有限公司、首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司共同推進的15兆瓦超臨界二氧化碳燒結餘熱發電工程。

「這是一種效率高、系統緊湊、輔助系統少和響應速度快的革新型發電技術。」中核集團首席科學家、「超碳一號」總設計師黃彥平說，本次商運意味着全球首次將超臨界二氧化碳發電技術從實驗室推向商業落地，具有里程碑式的意義。

儘管發電技術在持續進步，但不論是傳統的火力發電，還是先進的核電技術，以及各類餘熱蒸汽發電，原理都類似「燒開水」，就是用熱量將水變為水蒸氣，推動汽輪機轉動來發電。

超臨界二氧化碳發電技術讓發電從此告別「燒開水」。「二氧化碳工作壓力超過73個大氣壓、工作溫度超過31℃以後，就會進入超臨界狀態，密度變大、接近液體，能儲存更多能量，同時黏度又很低接近氣體，流動阻力更小。」黃彥平解釋道，就像一個「壯漢」騎塗了潤滑油的自行車，一下就能蹬很遠。

「相比現役燒結餘熱蒸汽發電技術，『超碳一號』發電效率提升85%以上，淨發電量提升50%以上，同時系統簡化、設備減少、運維便利，場地需求減少50%。」他說。

中國核動力研究設計院從2009年開始中國超臨界二氧化碳動力轉換技術研究。2023年，「超碳一號」示範工程開工。

「在原燒結工藝不變的情況下，企業通過該項目每年可多發7千餘萬度電，發電收入多出近3千萬元人民幣。」首鋼水城鋼鐵廠設備工程部副部長孟瑋說。

不僅如此，這一技術更是有效減少溫室氣體排放的「硬科技」。中國正在推進實現「雙碳」目標，作為能源消耗和碳排放重點領域的鋼鐵、水泥等傳統產業，通過這一技術可將大量工業餘熱高效轉化為電能。據初步測算，如果將這項技術應用於全國的燒結餘熱改造，每年可以節約標準煤483萬噸以上，減少二氧化碳排放1,285萬噸以上。

「除了餘熱發電，這項技術未來還有着十分廣闊的應用場景。」黃彥平表示，該技術有助於突破世界範圍內中小功率規模、中高溫熱源高效利用的技術瓶頸。

據了解，中核集團已於2024年啟動「熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發電」示範項目，預計2028年完成示範應用。未來，超臨界二氧化碳技術將與更多熱源組合成發電系統，在光熱發電、餘熱發電、儲能發電等領域走向應用。