<p class="ql-block">20251220超碳一號發(fā)電終于從實驗室進入商業(yè)發(fā)電運行</p><p class="ql-block"> 超碳一號”位于中國貴州省六盤水市，是由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余熱發(fā)電工程，是全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組。</p> <p class="ql-block">超碳一號”位于中國貴州省六盤水市，是由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余熱發(fā)電工程，是全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組?！俺家惶枴辈捎贸R界二氧化碳作為循環(huán)工質，通過構建閉式布雷頓循環(huán)實現(xiàn)高效穩(wěn)定做功，將液態(tài)二氧化碳在溫度超過31攝氏度、壓力升高至73個大氣壓以上的超臨界狀態(tài)帶動發(fā)電機發(fā)電。2005年，濟鋼集團自主研發(fā)、建成燒結機余熱發(fā)電系統(tǒng)。2009年，中國核動力院開始開展超臨界二氧化碳發(fā)電技術研究。2023年5月，濟鋼國際與核動力院簽署合作協(xié)議。同年8月，濟鋼集團與首鋼水鋼集團正式簽訂項目合同。12月，項目正式開工。2025年11月23日，項目實現(xiàn)滿功率并網(wǎng)調試成功。12月20日，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組成功商運，超臨界二氧化碳發(fā)電技術從實驗室推向商業(yè)落地。 “超碳一號”相比燒結余熱蒸汽發(fā)電技術，發(fā)電效率提升85%以上，凈發(fā)電量提升50%以上，場地需求減小50%，每年多發(fā)電7000萬千瓦時以上，發(fā)電收入增加近3000萬元。中核集團于2024年啟動“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發(fā)電”示范項目，該項目入選國家能源領域第五批首臺(套)重大技術裝備，預計2028年完成示范應用。該技術可應用于鋼鐵、水泥、玻璃等行業(yè)的余熱利用，在光熱發(fā)電、余熱發(fā)電、儲能發(fā)電等領域具有良好的應用前景。</p><p class="ql-block"> 技術原理與核心優(yōu)勢</p><p class="ql-block">?顛覆性技術路徑?：“超碳一號”采用?超臨界二氧化碳?取代傳統(tǒng)水蒸氣作為循環(huán)工質。當二氧化碳的溫度和壓力超過臨界點（31.1℃，7.38兆帕）時，會進入一種兼具氣體流動性與液體高密度的超臨界狀態(tài)，成為高效的能量載體。??</p><p class="ql-block">?閉式布雷頓循環(huán)?：該系統(tǒng)通過構建?閉式布雷頓循環(huán)?實現(xiàn)高效穩(wěn)定做功。超臨界二氧化碳在換熱器中吸收工業(yè)余熱后，轉化為高溫高壓流體驅動透平機（渦輪）旋轉發(fā)電，完成能量轉換后經(jīng)冷卻壓縮重新進入循環(huán)，整個過程?無需工質相變（如水的汽化）?，且系統(tǒng)完全封閉，不消耗水資源也無廢水產(chǎn)生。??</p><p class="ql-block">?顯著的性能提升?：相比傳統(tǒng)的燒結余熱蒸汽發(fā)電技術，“超碳一號”實現(xiàn)了全方位突破。??</p><p class="ql-block">?發(fā)電效率提升85%以上?。??</p><p class="ql-block">?凈發(fā)電量提升50%以上?。??</p><p class="ql-block">?系統(tǒng)結構大幅精簡?，設備數(shù)量減少，?占地面積縮小約50%?。??</p><p class="ql-block">?運維便捷性顯著提高?。??</p><p class="ql-block">商業(yè)運行與經(jīng)濟效益</p><p class="ql-block">? 項目落地與商運?：該示范工程位于首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司，裝機容量為?2×15兆瓦?，專門回收鋼鐵燒結工序產(chǎn)生的400℃至600℃中高溫余熱進行發(fā)電。項目于2023年底開工，2025年11月23日實現(xiàn)滿功率并網(wǎng)調試，并于?2025年12月20日正式宣布商業(yè)運行成功?。??</p><p class="ql-block">? 直接經(jīng)濟效益?：項目投運后，?每年可新增發(fā)電量超過7000萬千瓦時（度）?，為企業(yè)創(chuàng)造約?3000萬元?的額外發(fā)電收入。同時，每噸燒結礦的余熱凈發(fā)電量從行業(yè)原有水平（約15度以下）提升至?22度以上，甚至達到37度左右?，降本增效成果顯著。?</p><p class="ql-block">? 環(huán)保與社會效益?：每年多發(fā)的數(shù)千萬度電，相當于節(jié)約數(shù)萬噸標準煤，并減少相應的二氧化碳排放。該技術為高效回收利用工業(yè)余熱、減少能源浪費提供了全新方案，對推動工業(yè)綠色低碳轉型、助力國家“雙碳”目標具有重要戰(zhàn)略意義。??</p><p class="ql-block"> 發(fā)展歷程與未來前景</p><p class="ql-block">?研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化歷程?：中國核動力研究設計院自?2009年?開始基礎研究。團隊歷經(jīng)多年攻關，于2019年成功實現(xiàn)兆瓦級實驗室系統(tǒng)滿功率穩(wěn)定發(fā)電，為工程化奠定基礎。?2022年?，濟鋼國際尋求合作并最終促成項目落地。2024年，中核集團啟動了?“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發(fā)電”?示范項目，預計2028年完成示范應用。??</p><p class="ql-block">? 廣闊的應用場景?：該技術尤其適合?中小功率規(guī)模及中高溫熱源?的高效利用。除鋼鐵行業(yè)燒結余熱外，還可應用于焦化、煤氣發(fā)電等環(huán)節(jié)，以及?化工、水泥、玻璃、電解鋁?等多個高耗能傳統(tǒng)行業(yè)的余熱回收。此外，在?光熱發(fā)電、儲能發(fā)電?等領域也具有良好的應用前景。??</p><p class="ql-block">? 產(chǎn)業(yè)化加速推進?：2026年1月10日，山東省召開了“超碳一號”技術產(chǎn)業(yè)化論證評估會，權威專家一致認為該技術是?革命性創(chuàng)新?，產(chǎn)業(yè)化在多領域具備很高的推廣價值。技術聯(lián)盟正在形成，旨在加速該前沿技術的產(chǎn)業(yè)化進程。??</p> <p class="ql-block">超碳一號”作為全球首套超臨界二氧化碳發(fā)電工程，其經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在發(fā)電量提升、成本節(jié)約和投資回報等方面。根據(jù)公開資料，其核心經(jīng)濟數(shù)據(jù)如下：</p><p class="ql-block">? 年發(fā)電量?：與首鋼水鋼集團原有的老舊機組相比，“超碳一號”每年可多發(fā)電?7000余萬千瓦時?。這相當于為超過3.5萬戶家庭提供全年用電。?</p><p class="ql-block">? 發(fā)電效率提升?：在相同應用場景下，“超碳一號”的凈發(fā)電效率比傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電技術提高?20%—50%?。部分數(shù)據(jù)顯示，其熱電轉換效率比傳統(tǒng)機組提升?85%以上?。?</p><p class="ql-block">?年經(jīng)濟效益?：僅通過發(fā)電收益一項，該系統(tǒng)每年即可為廠區(qū)創(chuàng)造近?3000萬元?的經(jīng)濟收益。?</p><p class="ql-block">? 能耗與投資節(jié)約?：該技術的應用使廠區(qū)整體能耗下降?12%?。同時，由于設備體積僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的一半，節(jié)省了大量廠房空間和基建投資，原計劃拆除的老廠房被改造為儲能中心，節(jié)省了上千萬元的建設成本。?</p><p class="ql-block"> 這些數(shù)據(jù)表明，“超碳一號”不僅將工業(yè)余熱轉化為高價值的電能，還顯著降低了企業(yè)的運營成本，為高耗能行業(yè)的綠色轉型提供了經(jīng)濟可行的解決方案。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 二氧化碳發(fā)電技術主要利用超臨界狀態(tài)的二氧化碳（溫度>31°C、壓力>7.38 MPa）作為工質，通過布雷頓循環(huán)（壓縮-加熱-膨脹-冷卻）將熱能轉化為電能，其核心原理是高溫高壓二氧化碳推動渦輪機直接發(fā)電，無需傳統(tǒng)“燒開水”過程。</p><p class="ql-block">二氧化碳發(fā)電技術原理詳解</p><p class="ql-block">該技術基于超臨界二氧化碳的物理特性（兼具氣體流動性和液體高密度）和閉式循環(huán)系統(tǒng)，具體步驟如下：</p><p class="ql-block">?壓縮階段?：常溫常壓二氧化碳經(jīng)壓縮機加壓至超臨界狀態(tài)（壓力15-32 MPa，溫度100-300°C），壓縮產(chǎn)生的熱量被回收存儲。??</p><p class="ql-block">?加熱階段?：超臨界二氧化碳通過換熱器吸收外部熱源（如工業(yè)廢熱、太陽能或核能），溫度升至500-700°C，形成高溫高壓工質。??</p><p class="ql-block">?膨脹發(fā)電階段?：高溫高壓二氧化碳推動透平機（渦輪機）旋轉，帶動發(fā)電機直接輸出電能。此過程不發(fā)生相變，能量轉換效率比傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電高8%以上。??</p><p class="ql-block">?冷卻回收階段?：做功后的二氧化碳進入冷卻器降溫降壓，恢復初始狀態(tài)后重新進入壓縮機，形成閉式循環(huán)。?</p><p class="ql-block">超臨界二氧化碳的關鍵特性</p><p class="ql-block">?高效能量搬運?：密度達數(shù)百公斤/立方米（是普通氣體數(shù)百倍），可攜帶更多熱能；黏度低，流動阻力小，系統(tǒng)響應速度比蒸汽機組快70%。??</p><p class="ql-block">?無需水資源?：全程無水運行，避免傳統(tǒng)發(fā)電的鍋爐和冷凝系統(tǒng)，設備體積縮小50%以上。??</p><p class="ql-block">技術優(yōu)勢與應用場景</p><p class="ql-block">?核心優(yōu)勢?：</p><p class="ql-block">效率提升：熱效率達40%-50%（傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)約35%），降低發(fā)電成本。??1??9</p><p class="ql-block">環(huán)保安全：零碳排放，無爆炸風險，工質可循環(huán)利用。??</p><p class="ql-block">?主要應用?：</p><p class="ql-block">工業(yè)廢熱回收（如鋼鐵廠400°C余熱發(fā)電）。??</p><p class="ql-block">太陽能光熱發(fā)電（效率提升8%）。??</p><p class="ql-block">核能及艦船動力（系統(tǒng)緊湊，適應狹小空間）。??</p> <p class="ql-block">解說二氧化碳視頻</p><p class="ql-block"> </p><p class="ql-block"> 超碳一號”發(fā)電效率的具體數(shù)據(jù)如下：</p><p class="ql-block">?發(fā)電效率提升?：相比傳統(tǒng)的燒結余熱蒸汽發(fā)電技術，“超碳一號”的發(fā)電效率提升?85%以上?。 ?.</p><p class="ql-block">?凈發(fā)電量提升?：凈發(fā)電量提升?50%以上?。 ?</p><p class="ql-block">?年發(fā)電量增加?：每年可多發(fā)電?7000萬千瓦時以上?（即7000萬度電）。 ?</p><p class="ql-block">?發(fā)電效率數(shù)值?：有資料提及“超碳一號”的發(fā)電效率達到?42.7%?，比全球最先進的超臨界蒸汽發(fā)電系統(tǒng)（效率39%）提升了3.7個百分點。 ?</p><p class="ql-block">此外，“超碳一號”還具有系統(tǒng)緊湊、場地需求減少50%、輔助系統(tǒng)少、響應速度快等優(yōu)勢，適用于鋼鐵、水泥等行業(yè)的余熱利用，并在光熱發(fā)電、儲能發(fā)電等領域具有廣闊前景。 ?</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 超碳一號”的主要缺點包括：</p><p class="ql-block">?換熱能力差?：二氧化碳的換熱效率僅為水的1/3左右，需更大換熱面積才能實現(xiàn)高效發(fā)電，增加了系統(tǒng)設計和成本壓力。??</p><p class="ql-block">?泄漏控制困難?：超臨界二氧化碳對密封性要求極高，泄漏風險可能導致效率下降或系統(tǒng)故障，維護難度大。??</p><p class="ql-block">?高精度控制要求?：需維持溫度>31°C、壓力>7.38MPa的臨界狀態(tài)，壓力控制精度需達0.1MPa級，否則循環(huán)崩潰，技術門檻高。?</p><p class="ql-block">?材料與制造成本高?：需特種合金耐受600°C高溫和20兆帕高壓腐蝕，依賴進口材料，初期研發(fā)投入巨大。??</p><p class="ql-block">?工程化挑戰(zhàn)?：研發(fā)階段面臨“三無困境”（無國外經(jīng)驗、無核心設備、無測試支持），商業(yè)化推廣周期長。??</p>