記者20日從中核集團(tuán)獲悉，全球首臺(tái)商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組“超碳一號(hào)”示范工程已在貴州六盤水首鋼水城鋼鐵廠順利投運(yùn)。

這是超臨界二氧化碳這一新型熱力循環(huán)工質(zhì)首次在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電的工程應(yīng)用，具有極大的商業(yè)開發(fā)潛力。

全球首臺(tái)商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組“超碳一號(hào)”成功投運(yùn)

在貴州六盤水，“超碳一號(hào)”示范工程正處于平穩(wěn)運(yùn)行階段。該項(xiàng)目摒棄了傳統(tǒng)蒸汽機(jī)發(fā)電“燒開水”的模式，轉(zhuǎn)而采用超臨界二氧化碳這一高效能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)，有效提升了發(fā)電性能指標(biāo)，標(biāo)志著超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)在全球范圍內(nèi)完成首次工程落地。

中核集團(tuán)首席科學(xué)家、“超碳一號(hào)”總設(shè)計(jì)師黃彥平介紹：“鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的余熱廢氣溫度約為400攝氏度，我們用這些廢氣加熱二氧化碳。這臺(tái)機(jī)組的核心作用是將二氧化碳加壓至200個(gè)大氣壓左右，隨后送入換熱器吸收煙氣余熱，再推動(dòng)透平做功實(shí)現(xiàn)發(fā)電?！?/p>

經(jīng)過十余年的技術(shù)攻堅(jiān)，我國(guó)已成功突破擴(kuò)散焊接工業(yè)母機(jī)、高效緊湊換熱器等關(guān)鍵技術(shù)。依托超臨界二氧化碳的獨(dú)特物質(zhì)屬性，與現(xiàn)役燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)相比，“超碳一號(hào)”的余熱利用率提升超85%，凈發(fā)電量增加50%以上。

黃彥平進(jìn)一步表示：“該技術(shù)能最大限度將工業(yè)余熱轉(zhuǎn)化為電能。按照當(dāng)?shù)仉妰r(jià)計(jì)算，若運(yùn)行狀況良好，每年可增加近5000萬元現(xiàn)金流，投資成本預(yù)計(jì)三年即可收回?！?/p>

東方電氣集團(tuán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展部副部長(zhǎng)張曉東指出：“技術(shù)推廣通常需要經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的過程，這個(gè)項(xiàng)目是重要的里程碑，具有戰(zhàn)略性示范意義。只有示范項(xiàng)目取得成功，才能推動(dòng)其他相關(guān)項(xiàng)目的開展?！?/p>

“超碳一號(hào)”：新型發(fā)電領(lǐng)域的“性能跑車”

超臨界二氧化碳發(fā)電作為一項(xiàng)全新技術(shù)，被美國(guó)能源部列為國(guó)家能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略性前沿技術(shù)。我國(guó)自2009年起啟動(dòng)相關(guān)研發(fā)工作，那么它的發(fā)電原理究竟是什么？

總臺(tái)央視記者平凡在超臨界二氧化碳發(fā)電實(shí)驗(yàn)室介紹：“這臺(tái)裝置正在將二氧化碳轉(zhuǎn)化為超臨界狀態(tài)，即在常溫31攝氏度左右將其加壓至74個(gè)大氣壓。與傳統(tǒng)水蒸氣相比，超臨界二氧化碳的發(fā)電效率可提升5至8個(gè)百分點(diǎn)?！?/p>

處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳密度較大，接近液體，能夠儲(chǔ)存更多能量，就像一個(gè)“力氣更大的壯漢”，比傳統(tǒng)水蒸氣“能量?jī)?chǔ)備更足”；同時(shí)它的黏度很低，接近氣體，流動(dòng)阻力更小，可直接加熱膨脹做功，無需發(fā)生相變，過程更簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度也更快。

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院科研人員劉旻昀表示：“超臨界二氧化碳流體密度大，做功能力更強(qiáng)。我們常說二氧化碳是‘天選之子’，因?yàn)閺?0多種工質(zhì)中篩選后發(fā)現(xiàn)，只有它具備這種獨(dú)特的做功優(yōu)勢(shì)?！?/p>

東方汽輪機(jī)有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心副主任唐濤形象地比喻：“常規(guī)發(fā)電技術(shù)好比普通轎車，而超臨界二氧化碳技術(shù)則相當(dāng)于性能跑車。”

超臨界二氧化碳發(fā)電主要分為壓縮、加熱、膨脹、冷卻四個(gè)步驟。這一過程類似于向鋼鐵容器內(nèi)充氣，隨著充氣量增加，容器內(nèi)氣體密度和壓力不斷上升，再對(duì)容器內(nèi)部加熱形成高溫高壓環(huán)境，使內(nèi)能大幅增加。此時(shí)打開容器的一個(gè)小孔，高溫高壓氣體快速噴出，推動(dòng)類似風(fēng)車的裝置帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

東方電氣集團(tuán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展部副部長(zhǎng)張曉東認(rèn)為：“這項(xiàng)技術(shù)將改變整個(gè)發(fā)電模式，對(duì)設(shè)備形態(tài)、運(yùn)行模式、運(yùn)行效率以及電廠工藝等都會(huì)產(chǎn)生顛覆性影響。”

超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)撬動(dòng)千億級(jí)市場(chǎng)

超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)未來的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？可在哪些領(lǐng)域推廣？市場(chǎng)規(guī)模又有多大？

記者了解到，“熔鹽儲(chǔ)能+超臨界二氧化碳發(fā)電”新能源儲(chǔ)能發(fā)電示范項(xiàng)目計(jì)劃于2026年上半年在新疆開工。該項(xiàng)目將利用風(fēng)電、光伏產(chǎn)生的富余電力加熱熔鹽，在電網(wǎng)需要時(shí)，高溫熔鹽通過超臨界二氧化碳將熱能快速轉(zhuǎn)化為電能。

中核集團(tuán)首席科學(xué)家、“超碳一號(hào)”總設(shè)計(jì)師黃彥平表示：“我們瞄準(zhǔn)的是‘風(fēng)光儲(chǔ)’場(chǎng)景，主要是把棄風(fēng)棄光產(chǎn)生的閑置電力儲(chǔ)存起來，再通過超臨界二氧化碳技術(shù)發(fā)電。”

除此之外，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)在海上油氣鉆井平臺(tái)、大型船舶等對(duì)設(shè)備體積要求較高的領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

東方汽輪機(jī)有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心副主任唐濤介紹：“我們的設(shè)備沒有常規(guī)機(jī)組的冷凝設(shè)備，能顯著減小設(shè)備體積，大約是常規(guī)機(jī)組的四分之一。”

據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)，僅在鋼鐵冶金行業(yè)，傳統(tǒng)燒結(jié)機(jī)余熱設(shè)備的可改造規(guī)模就超過300套。

黃彥平透露：“若對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行改造，相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模約為1000億元?！?/p>