12月20日，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”示范工程在贵州六盘水首钢水城钢铁厂成功投运，意味着全球首次将超临界二氧化碳发电技术从实验室推向商业落地。

超临界二氧化碳发电技术实验装置。图片来源：中核集团

“超碳一号”如何发电？

不论是传统的火力发电还是先进的核电技术，以及各类余热蒸汽发电，原理都类似于“烧开水”，就是用热量将水变为水蒸气，推动汽轮机转动来发电。而“超碳一号”是将液态二氧化碳加温、加压成为超临界状态带动发电机发电。

二氧化碳在超临界状态下密度大，接近液体，使得它能储存更多能量，如同一个“壮汉”，比起传统水蒸气“肌肉”更多，而且它的黏度很低，接近气体，意味着流动阻力更小，直接加热膨胀做功，不发生相变，过程更为简单，响应速度更快。

超临界二氧化碳发电分为四个步骤：压缩、加热、膨胀、冷却，就像往一个钢铁容器里吹气，随着吹的气越来越多，容器里的气体密度和压力越来越大，再给容器内部升温，形成高温高压环境，使内能大大增加。

这时，给容器开一个小孔，高温高压的气体快速喷出，推动一个风车拖动发电机转动，从而实现发电。

据介绍，相比目前使用的烧结余热蒸汽发电技术，“超碳一号”发电效率可以提升85%以上，在原有发电基础上，每年还可以多发电7000万千瓦时以上。

未来应用前景如何？

据了解，“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”新能源储能发电示范项目预计2026年上半年在新疆开工建设，项目利用风电光伏富余电力加热熔盐，在电网需要时，高温熔盐通过超临界二氧化碳将热能快速转化为电能。

此外，超临界二氧化碳发电技术在海上油气钻井平台、大型船舶这些对设备体积要求较高的领域也有广阔的应用前景。“超碳一号”不仅效率高，而且有系统紧凑、辅助系统少和响应速度快的优势，连场地需求也可以“瘦身”50%。

全球首台商用超临界二氧化碳发电机组厂房外景。图片来源：中核集团

当前，钢铁、水泥等传统产业是能源消耗和碳排放的重点领域，也是推进“双碳”工作的主战场。大量的工业余热以废水废液、高温烟气、高温产品以及炉渣等形式直接排放到环境中。把工业余热高效利用，是节能降碳的一个实招、硬招。

在不远的将来，超临界二氧化碳技术还可以与各种热源组合成发电系统，在光热发电、余热发电、储能发电等领域具有良好的应用前景，为实现“双碳”目标加油助力。

来源丨央视新闻