中核集團(tuán)近日宣布，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組“超碳一號”在貴州六盤水正式投入商業(yè)運行。這一突破標(biāo)志著我國在超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從實驗室研究到規(guī)模化應(yīng)用的跨越，為熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)開辟了全新路徑。

傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)普遍依賴“燒開水”原理，即通過加熱使水轉(zhuǎn)化為蒸汽推動汽輪機(jī)運轉(zhuǎn)。無論是火力發(fā)電、核電還是余熱蒸汽發(fā)電，均遵循這一模式。而超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)則徹底顛覆了這一傳統(tǒng)路徑，采用特殊狀態(tài)下的二氧化碳作為循環(huán)工質(zhì)，通過物理狀態(tài)變化直接驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)。

據(jù)項目總設(shè)計師黃彥平介紹，該技術(shù)核心在于利用超臨界二氧化碳的獨特物性。當(dāng)二氧化碳處于溫度超過31攝氏度、壓力達(dá)73個大氣壓以上的環(huán)境時，會形成兼具氣體低粘度和液體高密度的特殊狀態(tài)。這種物質(zhì)被注入發(fā)電系統(tǒng)后，經(jīng)壓縮機(jī)和換熱器持續(xù)加壓升溫，最終形成的高溫高壓流體推動透平旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。

機(jī)組采用閉式布雷頓循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計，使二氧化碳在封閉回路中高效循環(huán)做功。這種技術(shù)路線帶來三大顯著優(yōu)勢：系統(tǒng)體積較傳統(tǒng)設(shè)備縮小50%，輔助設(shè)備數(shù)量減少30%以上，且具備快速啟停的機(jī)動能力。這些特性使其成為解決中小功率熱源高效利用難題的理想方案，特別適用于工業(yè)余熱、地?zé)崮艿确植际侥茉磮鼍啊?/p>

作為全球首個2×15兆瓦級超臨界二氧化碳燒結(jié)余熱發(fā)電工程，“超碳一號”的實測數(shù)據(jù)刷新行業(yè)認(rèn)知。與現(xiàn)有蒸汽發(fā)電技術(shù)相比，其發(fā)電效率提升超85%，凈發(fā)電量增長50%以上。更關(guān)鍵的是，由于省去了鍋爐和水處理系統(tǒng)，設(shè)備占地面積縮減一半，運維成本降低40%，展現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

這項突破性成果源自中國核動力研究設(shè)計院持續(xù)十余年的技術(shù)攻關(guān)。自2009年起，該院聯(lián)合東方電氣、西安交通大學(xué)等單位組建產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，先后突破設(shè)計、制造、集成等全鏈條技術(shù)瓶頸。團(tuán)隊自主研發(fā)的“兩機(jī)三器一系統(tǒng)”核心裝備，包括透平機(jī)、壓縮機(jī)、換熱器及智能控制系統(tǒng)，使我國成為全球首個掌握該技術(shù)完整知識產(chǎn)權(quán)的國家。

在“超碳一號”成功商運的基礎(chǔ)上，中核集團(tuán)已啟動更前沿的“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發(fā)電”聯(lián)合示范項目。該技術(shù)將高溫熔鹽儲能與超臨界二氧化碳發(fā)電深度耦合，可實現(xiàn)24小時連續(xù)穩(wěn)定供電。項目于2024年入選國家能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備名錄，預(yù)計2028年完成全系統(tǒng)示范驗證。