??200年來，蒸汽發(fā)電的“燒開水”模式長期主導(dǎo)全球能源動力領(lǐng)域，但其效率、適配性與運維的瓶頸日益凸顯。在科技自立自強、“雙碳”目標(biāo)與新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的時代命題下，一場顛覆性的能源技術(shù)變革悄然落地。
??來自中國核動力研究設(shè)計院的科研團隊用17年堅守，攻克超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)，以原創(chuàng)核心技術(shù)開啟全新賽道。踐行“勇于攻堅克難、敢于超越前人，在科技創(chuàng)新中實現(xiàn)人生價值”的精神，這支平均年齡30余歲的科研隊伍，用青春智慧書寫科技自立自強的時代答卷。
??捕捉二氧化碳的“超能力”
??2025年12月20日，
貴州六盤水首鋼水鋼集團內(nèi)，隨著控制中心大屏顯示最后一組數(shù)據(jù)達標(biāo)，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組“超碳一號”成功并網(wǎng)商運，標(biāo)志著中國科學(xué)家在超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域完成了“從0到1”的突破。
??“超碳一號”的成功，并非一次偶然的技術(shù)嘗試，而是中國科研團隊立足能源技術(shù)迭代痛點持續(xù)深耕的戰(zhàn)略性布局。
??自2009年起，中核集團首席科學(xué)家、“超碳一號”總設(shè)計師黃彥平牽頭布局超臨界二氧化碳發(fā)電研究，青年科學(xué)家團隊錨定傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電的固有瓶頸，精準(zhǔn)挖掘出二氧化碳作為發(fā)電工質(zhì)的獨特“超能力”，持續(xù)攻堅17年，為能源技術(shù)革新找到了更優(yōu)突破口。
??200年來，盡管全人類的發(fā)電技術(shù)在持續(xù)進步，但不論是傳統(tǒng)的火力發(fā)電還是先進的核電技術(shù)，以及各類余熱蒸汽發(fā)電，原理都類似于“燒開水”，就是用熱量將水變?yōu)樗魵猓苿悠啓C轉(zhuǎn)動來發(fā)電。
??而隨著近年來新能源發(fā)展帶來對靈活性、響應(yīng)速度與系統(tǒng)集成度的更高要求，蒸汽輪機遭遇了水蒸氣相變特性的熱力學(xué)天花板。
??在中小功率等級場景中，蒸汽發(fā)電設(shè)備體積龐大、運維流程復(fù)雜，且功率爬坡速率小于每分鐘3%，響應(yīng)速度遲緩，無法適配新能源快速調(diào)峰、工業(yè)余熱波動的現(xiàn)代能源需求，難以契合新型
電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
??相較于傳統(tǒng)工質(zhì)，超臨界二氧化碳具備無可替代的天然優(yōu)勢。“選擇二氧化碳不是因為它新奇，而是它的臨界溫度31℃恰好卡在自然環(huán)境的‘舒適區(qū)’?！敝袊藙恿ρ芯吭O(shè)計院研究員宮厚軍介紹，不同于水等其他工質(zhì)，二氧化碳無需高成本溫控條件，通過常規(guī)加溫加壓即可實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，依托大氣、自然水體即可冷卻至超臨界狀態(tài)點，工況可實現(xiàn)性極強。
??“在超臨界狀態(tài)下，二氧化碳兼具氣體的高流動性與液體的高密度特性，尤其是超臨界狀態(tài)點附近的高比熱特性使得二氧化碳壓縮損耗低，完美適配熱力循環(huán)高效運行需求?！睂m厚軍告訴記者。
??依托這一獨特屬性，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了全方位突破。發(fā)電效率較傳統(tǒng)機組大幅提升，設(shè)備所需場地縮減50%以上，功率爬坡速率可達每分鐘10%，是傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電的3倍多，能夠快速響應(yīng)工業(yè)余熱波動、新能源并網(wǎng)調(diào)峰等復(fù)雜場景。
??同時，整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡，無需復(fù)雜的水化學(xué)處理、補水體系，運維人員可縮減至原有三分之一，真正實現(xiàn)高效、集約、輕量化運行，尤其適配
鋼鐵、
水泥、光熱發(fā)電等中高溫工業(yè)余熱利用場景，為中小功率能源裝備升級、工業(yè)
節(jié)能降碳提供了革命性解決方案。
??專家初步測算，如果將這項技術(shù)應(yīng)用于全國的燒結(jié)余熱改造，預(yù)計每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤483萬噸以上，減少二氧化
碳排放1285萬噸以上，為我國培育綠色低碳新質(zhì)生產(chǎn)力、推進“雙碳”戰(zhàn)略提供又一核心技術(shù)支撐。
??亮眼的技術(shù)優(yōu)勢背后，是數(shù)十年無人踏破的科研盲區(qū)與層層封鎖的技術(shù)壁壘。
??早在20世紀(jì)60年代，超臨界二氧化碳發(fā)電理念就由全球多國學(xué)者提出，我國科學(xué)家也早早關(guān)注到了這一理論的前景。
??但超臨界二氧化碳發(fā)電始終無法實現(xiàn)工程化落地，核心受制于兩大技術(shù)的限制：大型真空擴散焊接技術(shù)與超臨界工質(zhì)適配渦輪機技術(shù)。
??“只要知道原理，就沒有解決不了的難題?！眻F隊從零起步、自主攻堅，打造完全自主可控的中國技術(shù)方案。
??真空擴散焊接技術(shù)被稱為“原子縫合術(shù)”，是制造高端換熱器的核心工藝，也是最難突破的第一道關(guān)卡。長期以來，美、英等國壟斷真空擴散焊接技術(shù)核心工藝，對我國實施嚴(yán)格技術(shù)封鎖，核心設(shè)備、工藝參數(shù)完全保密，團隊海外考察僅能遠觀廠房。
??該技術(shù)依托真空高溫環(huán)境，讓數(shù)百層布滿微米級流道的合金板依靠原子自主擴散“生長融合”，無需焊條輔料，即可實現(xiàn)原子級無縫拼接。大型換熱器擁有幾十萬個微流道，焊接過程中壓力、溫度的細微偏差，都會造成流道堵塞、板材變形、焊接不均，直接導(dǎo)致設(shè)備報廢。
??攻關(guān)初期，國內(nèi)無設(shè)備、無工藝、無經(jīng)驗，團隊從0.6米小型焊接裝置起步，一步步迭代研發(fā)，歷經(jīng)上千次流道蝕刻試驗、數(shù)百輪工藝參數(shù)調(diào)試。單次焊接周期長達一周，反復(fù)遭遇變形開裂、介質(zhì)泄漏、融合不均等
問題，一次次歸零重來。
??“但我們最著急的不是反復(fù)失敗，而是不能讓國家的科研經(jīng)費‘打水漂’?！眻F隊扎根生產(chǎn)一線、駐廠通宵調(diào)試，聯(lián)合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)補齊工藝短板，逐步攻克蝕刻精度控制、高溫壓力平衡、原子擴散一致性等核心難題，自主迭代出0.6米至2.4米全系列真空擴散焊爐，徹底打破海外技術(shù)壟斷。
??渦輪機適配技術(shù)成為掣肘工程化落地的另一塊硬骨頭。
??傳統(tǒng)汽輪機適配氣體工質(zhì)，葉輪級數(shù)多，而小功率超臨界二氧化碳渦輪機往往需做到僅通過兩級葉輪，就能實現(xiàn)23兆帕至8兆帕的超大壓差遞減，極易出現(xiàn)轉(zhuǎn)子竄動、部件碰磨等問題。同時，系統(tǒng)對二氧化碳密封性要求極嚴(yán)苛，禁止引入外部密封介質(zhì)，必須實現(xiàn)極低泄漏率與工質(zhì)高效回收。
??針對這一難題，團隊創(chuàng)新優(yōu)化渦輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計，獨創(chuàng)軸向推力平衡方案，通過精準(zhǔn)動態(tài)施壓抵消轉(zhuǎn)子軸向推力，解決高壓工況下轉(zhuǎn)子竄動磨損難題；同時研發(fā)適配超臨界工質(zhì)的密封技術(shù)，杜絕外源介質(zhì)污染，實現(xiàn)工質(zhì)低泄漏、高回收，保障機組高效純凈運行。
??“核心技術(shù)的同步突破，補齊了超臨界二氧化碳發(fā)電的全鏈條技術(shù)短板，讓這項之前只存在于構(gòu)想的前沿技術(shù)，真正實現(xiàn)規(guī)模
化工程應(yīng)用?！睂m厚軍稱。
??提前布局新一輪創(chuàng)新攻關(guān)
??“科研人要有遠大目標(biāo)，要把中國技術(shù)帶到世界前列，這是信念，更是責(zé)任?！睂m厚軍說，“超碳一號”科研團隊匯聚大批“90后”“95后”青年博士，平均年齡30余歲，老中青傳幫帶的梯隊模式，讓這支年輕隊伍既有深耕科研的定力，更有敢闖敢創(chuàng)的活力。
??有人常年駐廠調(diào)試錯過闔家團圓，有人通宵攻堅反復(fù)打磨數(shù)據(jù)模型……一群年輕人，以坐“冷板凳”的堅守，攻克能源領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，詮釋著新時代科學(xué)家的愛國、求實、創(chuàng)新、奉獻精神。
??“自從到核動力院攻讀研究生，第一次接觸超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)以來，團隊的師兄們手把手帶我入門，從實驗臺搭建，到數(shù)據(jù)采集分析，每個環(huán)節(jié)都讓我感受到科研傳承的精神?！眻F隊中的“95后”博士生鄭若涵說。
??立足當(dāng)下的技術(shù)突破，“超碳一號”團隊如今又瞄準(zhǔn)了能源科技智能化、數(shù)字化賽道，提前布局新一輪創(chuàng)新攻關(guān)，全力探索AI智能體與超碳發(fā)電技術(shù)的深度融合。
??“針對超臨界發(fā)電全系統(tǒng)仿真，我們正著力研發(fā)AI智能體架構(gòu)，依托大模型和專用工業(yè)軟件實現(xiàn)自然語言交互控制全流程智能仿真，同時實現(xiàn)機組運行狀態(tài)實時感知、故障智能預(yù)判、運行參數(shù)自主優(yōu)化?！睂m厚軍介紹。
??“對接‘十五五’規(guī)劃攻克能源領(lǐng)域‘卡脖子’技術(shù)、提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控水平的核心要求，我們還將持續(xù)攻關(guān)超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)在更高功率級、更廣溫域、更強適應(yīng)性方向的關(guān)鍵技術(shù)，加速推動技術(shù)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化普及?！睂m厚軍說。
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