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黄彦平：一条预言多年的发电新路径，被中国工程师自主实现了
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黄彦平中核集团首席科学家，“超碳一号”总设计师
最后更新: 2025-12-24 09:55:56【导读】 12月20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钢集团成功商运，这也是超临界二氧化碳余热发电技术“超碳一号”的全球示范工程。
【文/ 黄彦平】
大家好，我是“超碳一号”的总设计师黄彦平。
作为这个项目从构思到落地的主要负责人，我来为大家补上一些技术细节和幕后故事，再和大家聊聊这项突破究竟意味着什么。
一切的起点，其实源于我们对一个老问题的追问。
一百多年来，人类最主流的发电方式本质上没有改变——现代火力发电厂与核电厂的主要发电方式仍是蒸汽发电，因此网友常调侃：人类科技的尽头是“烧开水”。蒸汽发电技术是工业时代的伟大成就，稳定、可靠且成熟，但以蒸汽为循环工质的发电技术面临效率瓶颈，而体积大、系统复杂的固有特点也限制了其应用范围的持续拓展。
那么，能不能找到一种能够弥补这种工质短板、实现发电技术创新的新工质？
2009年，在一次专题研讨会上，我收到了一张由他人转交的纸条，上面是孙玉发院士的笔迹。他提到，超临界二氧化碳发电技术具有研究潜力，可以深入探索。纸条虽轻，在我手里却沉甸甸的。这不是一道命令，而是一位前辈科学家基于深厚学识给出的、指向未来的可能路径。
实际上，二氧化碳是国内外同行从数十种工质中综合筛选出的 “天选之子”。它天然存在、化学性质稳定、工业应用广泛。当温度超过31℃、压力升高至73个大气压以上时，二氧化碳会进入超临界状态，不同于常规的“固、液、气”三态，此时的二氧化碳既像液体一样密度高，做功能力强，又像气体一样粘度低，流动阻力小。
超临界二氧化碳发电技术正是以超临界态的二氧化碳为工质，实现从热能到电能的转换。得益于其特殊物性，该技术具有高效率的核心优势——理论发电效率可以突破50%。我们目前掌握的核心技术，可以填补世界范围内中小功率规模、中高温热源场景的高效发电技术空白，实现节能降碳，推动能源结构优化和可持续发展。未来，通过持续的技术攻关，该型技术还可以向更高功率等级、更高工作温度的应用场景拓展。
同样得益于超临界二氧化碳的独特物性，循环全程处于超临界态，不发生相变，使得该发电技术的机组体积小、能量密度高，可有效减少设备数量和体积，便于模块化集成部署。以“超碳一号”系统为例，主要设备仅包括压气机、膨胀机、冷却器、回热器和热源换热器，机组体积较传统蒸汽发电机组减少一半，且操控简单、运维成本低。
原理听起来优美又简洁，对吗？但搞工程的人都知道，从优美的原理到成功应用，中间隔着一道道工程的铜墙铁壁。在这个过程中，有几个关键设备必须突破，
我们撞上的第一堵墙，就是压气机。
我们可以把压气机比作系统的心脏。传统水泵工作在性质稳定的液态区，而我们的压气机必须在物性剧烈变化的临界点附近实现对二氧化碳的稳定压缩，这对设计与制造提出了极高要求。另一大难点是密封：发电过程中高温高压的超临界二氧化碳推动涡轮机高速旋转，要保障它尽可能少地向环境泄漏工质，系统的密封结构必须做到耐高温高压、耐磨损。
上述问题限制了国际上很多团队的发展。
通过自主研发，我们团队试错了上百种设计和工艺方案，并与东方电气等重型设备企业联合攻关，采用了一些传统技术认为不可能实现的方法，最终解决了这些难题。到目前为止，我们已经成功研制出6款不同型号压气机，均实现满负荷长期运行，可支撑100 kWe-100 MWe功率等级的发电系统。
如果说压气机是心脏，那么换热器就如同遍布全身的毛细血管网。作为热量传递的核心设备，它直接关系到系统效率。超临界二氧化碳的表面换热能力较差，只有水的1/3左右，因此必须采用高比表面积、高承压能力、耐腐蚀性强的换热器来弥补其换热能力不足的短板。这不仅需要全新的换热构型设计，还要解决毫米级薄板的高强度大面积非连续焊接难题。
要实现这种特殊焊接，必须依赖一台专用机器。然而在起步阶段，国内没有任何单位能够制造此类设备。我们曾希望借鉴国际经验，但现实给了我们深刻一课：团队先后四次派员前往当时技术最领先的公司调研，对方连车间大门都未允许进入，更别提参观设备了。
这件事，反而让我们彻底清醒。我们下定决心，要自己干，要靠自己研制出完全国产化的焊接机器。
- 原标题：从实验室到商用的突破，意味着什么？ 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 小婷
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