在貴州六盤水首鋼水鋼集團的廠區內，燒結機的轟鳴聲與紅色鋼水、藍色s-CO?管道交織出一幅獨特的工業圖景。2025年12月20日，全球首臺商用超臨界二氧化碳發電機組在此正式投入商業運行，標志著我國在高效清潔能源技術領域取得重大突破，首次將這一前沿技術從實驗室推向工業化應用，為全球中小功率規模、中高溫熱源場景的能源利用提供了全新解決方案。

“超碳一號”示范工程由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聯合推進，采用2×15兆瓦超臨界二氧化碳燒結余熱發電系統。中核集團首席科學家、“超碳一號”總設計師黃彥平解釋道：“我們將二氧化碳提純后加壓至73個大氣壓以上，使其進入超臨界態。這種狀態的二氧化碳密度接近氣態的百倍，就像鍛煉后力量大增，能更高效地搬運能量，推動發電機旋轉發電。”相較于傳統“燒開水”式發電，超臨界二氧化碳技術不僅提升了發電效率，還大幅縮小了系統體積，增強了機動性。

與傳統燒結余熱蒸汽發電技術相比，“超碳一號”的發電效率提升超過85%，凈發電量增加50%以上，同時系統結構簡化、設備減少、運維成本降低，場地需求縮減50%，展現出顯著的技術與經濟優勢。以首鋼水鋼為例，原燒結環冷機采用以水為循環介質的蒸汽發電技術，受朗肯循環冷源損失限制，即使煙氣回收量充足，系統凈發電效率仍不理想。通過改造，超臨界二氧化碳發電技術將發電效率提升至行業平均水平的1.85倍以上。

超臨界二氧化碳（s-CO?）是一種在臨界溫度31℃和臨界壓力7.38 MPa以上存在的特殊流體，兼具氣體的高擴散性和液體的強溶解能力，被稱為“第四態物質”。該技術利用超臨界二氧化碳作為工質，通過閉式布雷頓循環實現高效熱電轉換。其高密度、低粘度、無相變的特點，使系統效率高、體積小、響應快，尤其適用于中高溫余熱回收場景。美國能源部早在2017年將其列為國家能源領域戰略性前沿技術第二位，2018年入選《麻省理工科技評論》“全球十大突破性技術”，我國也在“十四五”能源科技創新規劃中明確其戰略地位。

若將這項技術推廣至全國燒結余熱改造，預計每年可節約標準煤483萬噸以上，減少二氧化碳排放1285萬噸以上。這一成果不僅為鋼鐵行業帶來變革，也為水泥、造紙等余熱利用行業提供了技術升級路徑。我國鋼鐵、水泥等高耗能行業余熱資源豐富，但傳統水工質朗肯循環系統復雜、效率低下，有機工質循環又難以處理高溫熱源。超臨界二氧化碳技術的突破，正是解決這一痛點的關鍵。

核動力院自2009年起啟動超臨界二氧化碳發電技術研究，聯合東方電氣、西安交通大學、清華大學等高校與企業，構建產學研協同創新體系。經過十余年攻關，團隊攻克了“兩機三器一系統”（壓縮機、透平機、回熱器、冷卻器、吸熱器及系統集成）的全套關鍵技術。其中，微通道擴散焊換熱器的研制打破了國外技術封鎖，團隊自主研發的全球最長擴散焊工業母機，實現了從原材料到整機檢測的全流程國產化。在壓縮機透平發電機組方面，團隊解決了啟動設計、推力平衡、干氣密封等難題，實現了裝備輕量化、小型化，具備完全自主的精細設計與成套供貨能力。

黃彥平回憶道：“超臨界二氧化碳發電技術此前在燒結余熱領域的應用幾乎空白，項目實施中需結合實際不斷摸索技術路線。盡管有十年基礎研究和多次演示驗證試驗的經驗，但仍面臨諸多挑戰。我們通過優化資源配置、結合計算分析與技術研討，加班加點攻關，確保了項目平穩推進。”2019年10月，核動力院首次實現兆瓦級超臨界二氧化碳簡單循環發電系統滿功率運行；2021年4月，再壓縮循環發電系統也成功滿功率發電，均為全球首次。2024年12月，項目正式商運，成為全球首個商業化運行的超臨界二氧化碳余熱發電系統，年均節約標準煤數萬噸，減排二氧化碳十余萬噸。

除鋼鐵行業外，超臨界二氧化碳發電技術在光熱發電、儲能調峰、化工、水泥、海洋平臺等領域均有廣闊前景。2024年，中核集團已啟動50兆瓦“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發電”示范項目，入選國家能源領域首臺（套）重大技術裝備，預計2028年投運，將為新能源消納與電網調峰提供支撐。黃彥平表示：“三十年職業生涯中，能帶領團隊將超碳發電技術從‘概念’變為現實，我深感榮幸。這項技術不僅是中國能源科技自主創新的里程碑，更為全球工業低碳轉型提供了中國方案。”