中國儲能網(wǎng)訊：二氧化碳既是植物光合作用的“原料”，也是導(dǎo)致全球氣候變暖的“罪魁禍?zhǔn)住?。但如今在能源領(lǐng)域，它卻搖身一變，成為了搬運(yùn)能量的“超級快遞員”。2025年12月20日，由中核集團(tuán)中國核動力研究設(shè)計(jì)院研發(fā)的全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組，即超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)“超碳一號”的全球示范工程，在貴州六盤水首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司成功投入商業(yè)運(yùn)行。
二氧化碳如何發(fā)電？在常溫常壓下，二氧化碳是氣態(tài)；當(dāng)溫度和壓力達(dá)到特定條件時(shí)，它會進(jìn)入超臨界狀態(tài)。此時(shí)，二氧化碳既不是氣體也不是液體，而是兼具氣體的擴(kuò)散性和液體的溶解性，它能夠快速、高效地穿梭于能量轉(zhuǎn)換的各個(gè)環(huán)節(jié)，將原本難以利用的能量收集起來，并轉(zhuǎn)化為可用的電能，宛如一個(gè)靈活的“能量搬運(yùn)工”。
傳統(tǒng)的鋼鐵行業(yè)燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)，雖能將余熱轉(zhuǎn)化為電能，但效率較低，能量損失較大。而超臨界二氧化碳余熱發(fā)電技術(shù)則能實(shí)現(xiàn)更高效的能量轉(zhuǎn)換，且工作原理并不復(fù)雜。在鋼鐵廠等工業(yè)場所，高溫余熱會使超臨界二氧化碳溫度升高、壓力增大。這些高溫高壓的超臨界二氧化碳隨后進(jìn)入透平發(fā)電機(jī)組，推動機(jī)組旋轉(zhuǎn)發(fā)電。與傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電相比，超臨界二氧化碳的密度更大，在相同體積下能夠攜帶更多的能量。這就好比一個(gè)大力士和一個(gè)普通人搬運(yùn)重物，大力士能夠在更短的時(shí)間內(nèi)搬運(yùn)更多的東西。因此，同樣應(yīng)用場景下，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)能夠在更小的設(shè)備容量內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)電功率，發(fā)電效率較傳統(tǒng)技術(shù)提升85%以上，凈發(fā)電量提升50%以上，同時(shí)，還具有系統(tǒng)簡化、設(shè)備減少、運(yùn)維便利、場地面積減少50%等優(yōu)勢。
將超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向商業(yè)應(yīng)用并非一帆風(fēng)順，研究團(tuán)隊(duì)曾面臨諸多挑戰(zhàn)。
首先是材料問題。超臨界二氧化碳處于高溫高壓狀態(tài)，對設(shè)備的材料要求極為苛刻，普通的材料根本無法忍受這樣的惡劣環(huán)境，容易發(fā)生腐蝕、損壞等狀況。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過無數(shù)次試驗(yàn)，終于尋得一種特殊的合金材料。它具有良好的耐高溫、耐高壓和耐腐蝕性能，能夠確保設(shè)備在長期運(yùn)行中穩(wěn)定可靠。
其次是密封問題。超臨界二氧化碳的泄漏不僅會導(dǎo)致能量損耗，還可能對環(huán)境造成危害。如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠密封，成為研究團(tuán)隊(duì)面臨的又一難題。
他們借鑒了航空航天領(lǐng)域的先進(jìn)密封技術(shù)，結(jié)合超臨界二氧化碳的特性，研發(fā)出一種新型密封結(jié)構(gòu)，有效解決了泄漏問題。
最后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)復(fù)雜多變，需要精確的控制和調(diào)節(jié)。研究團(tuán)隊(duì)通過建立數(shù)學(xué)模型、開展仿真模擬等手段，持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)的控制策略，確保系統(tǒng)能夠在各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行。
超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅為工業(yè)余熱發(fā)電帶來了新的契機(jī)，還在其他領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。
在工業(yè)余熱發(fā)電領(lǐng)域，它可以廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)。這些行業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的余熱，通過超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)，可將這些余熱轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，降低企業(yè)的能源消耗和生產(chǎn)成本。
在熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發(fā)電領(lǐng)域，這種技術(shù)為可再生能源的大規(guī)模存儲和穩(wěn)定輸出提供了全新的解決方案。熔鹽儲能技術(shù)可以將太陽能、風(fēng)能等間歇性可再生能源儲存起來，并在需要的時(shí)候釋放熱能。而超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)則可以將儲存的能量高效地轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能源的穩(wěn)定供應(yīng)。這種組合方式有望解決可再生能源的波動性問題，推動可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用。
超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的成功商業(yè)應(yīng)用，讓我們看到了二氧化碳在能源利用方面的巨大潛力，也為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題提供了新的思路。隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和完善，相信這位搬運(yùn)能量的“超級快遞員”將在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
