我国首台商用超临界二氧化碳发电机组在贵州投运 新型能源技术实现工业化应用重大突破

(问题)在“双碳”目标深入推进和制造业转型升级背景下,钢铁等高耗能行业节能降碳任务紧迫。

余热资源分布广、潜力大,但长期以来,行业余热发电主要依赖蒸汽循环技术,受制于设备体量、用水需求以及热源适配性等因素,尤其在中小功率规模、中高温热源高效利用方面存在效率瓶颈。

如何把“散、低、变”的余热更高效地转化为可用电力,成为推动产业绿色转型的重要课题。

(原因)超临界二氧化碳发电技术之所以被视为破题方向,在于其工质特性和系统机理带来的结构性优势。

二氧化碳在31℃、7.38兆帕以上进入超临界状态,呈现介于气体与液体之间的特殊流体特征,可在封闭回路中替代水蒸气进行能量转换。

相较传统蒸汽循环,该系统具备设备更紧凑、对热源适应性更强、启停响应更快等特点,同时在节水与提高净发电量方面具有明显潜力。

对于余热利用而言,这些特性直接对应行业痛点:热源波动、场地受限与用水约束。

(影响)此次在贵州六盘水投运的“超碳一号”机组,是上述技术路线首次实现商用化落地。

该示范工程建设2×15兆瓦发电机组,由济钢集团牵头,联合中国核动力研究设计院、首钢水城钢铁集团共同推进。

项目于2023年底开工,历经并网、满负荷运行等环节验证,机组在烧结矿余热利用工况下,每吨烧结矿余热净发电量保持在21度左右,明显高于行业平均水平。

按照项目方测算,相较常规蒸汽发电,该系统可实现净发电量提升50%以上、用水消耗降低50%以上。

更重要的是,这一成果推动超临界二氧化碳发电从科研样机走向工程应用,为高耗能行业“以余热发电替代外购电、以节水降耗提升综合效益”提供了可复制的技术样本。

(对策)从工程化推进过程看,示范项目的意义不仅在“首台套”本身,更在于形成了跨领域协同攻关的路径。

项目团队围绕水、锈、垢、油等关键问题开展系统性验证,自主研发30余种试验装置,完成上千次试验;工程化过程中解决技术问题200余项,攻克关键技术难题88项,并实施优化提升85项,推动关键部件与系统集成逐步成熟。

实践表明,推动新技术从“能用”到“好用、耐用、可推广”,既需要科研机构在原理与核心部件上持续突破,也需要制造业企业提供真实工况和规模化验证场景,并在投资、设计、建设、运营等全链条形成闭环管理能力。

(前景)面向未来,超临界二氧化碳发电技术的产业化应用有望在多个方向释放增量:一是在钢铁、水泥、有色等行业拓展余热回收边界,提高能源利用效率,降低综合碳排放强度;二是在新型能源体系建设中,为灵活高效的分布式发电与工业园区综合能源利用提供新选择;三是推动装备制造业在高效透平机械、密封材料、换热器等关键环节实现迭代升级,带动相关产业链向高端化、绿色化迈进。

与此同时,规模化推广仍需在标准体系、可靠性验证、运维人才培养、商业模式与投融资机制等方面持续完善,并结合不同地区资源禀赋与行业工况,形成分级分类的应用路线。

从实验室走向产业化的23个月攻坚,不仅改写了世界余热发电技术格局,更彰显了中国制造向绿色化、高端化转型的决心。

当"超碳一号"的轰鸣声在乌蒙山区响起,其传递的不仅是清洁电能,更是传统产业与新兴技术深度融合的范式价值。

这场由企业主导、科研支撑、市场验证的创新实践,正在为全球工业低碳转型提供可复制的"中国方案"。