中國儲能網(wǎng)訊：12月20日，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組在貴州六盤水首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司成功商運(yùn)。
這是全球首個(gè)超臨界二氧化碳余熱發(fā)電技術(shù)“超碳一號”示范工程，有助于突破世界范圍內(nèi)中小功率規(guī)模、中高溫?zé)嵩锤咝Ю玫募夹g(shù)瓶頸，其商運(yùn)也意味著超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)首次從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)落地，并轉(zhuǎn)向政產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系，具有里程碑意義。
正式商運(yùn)現(xiàn)場 寧寧 攝
“超碳一號”示范工程是中核集團(tuán)中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院（簡稱“核動(dòng)力院”）與濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司（簡稱“濟(jì)鋼國際”）、首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司共同推進(jìn)的全球首套2×15兆瓦超臨界二氧化碳燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目。相比現(xiàn)役燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)，“超碳一號”的發(fā)電效率提升85%以上，凈發(fā)電量提升50%以上，相當(dāng)于每年多發(fā)7000萬度電。同時(shí)，由于系統(tǒng)簡化、設(shè)備減少、運(yùn)維便利，場地需求減小50%。
正式商運(yùn)現(xiàn)場 寧寧 攝
何為超臨界二氧化碳？
我們知道，水有固體、液體以及氣體三種相態(tài)。隨著環(huán)境的溫度和壓力升高，液、氣兩相界面消失的狀態(tài)點(diǎn)就叫臨界點(diǎn)，物質(zhì)超過該臨界點(diǎn)后的狀態(tài)即為超臨界態(tài)。與水相似，二氧化碳也存在超臨界態(tài)?！爱?dāng)二氧化碳溫度超過31℃，壓力升高至73個(gè)大氣壓以上，二氧化碳就會進(jìn)入超臨界狀態(tài)?！笨傇O(shè)計(jì)師黃彥平說。
此時(shí)，二氧化碳既不是氣體也不是液體，卻兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，像液體一樣具有高密度，又像氣體一樣具有低黏性、易壓縮。經(jīng)過國內(nèi)外大量研究，科學(xué)家們認(rèn)為，處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳是發(fā)電的“天選之子”——相比水，它的“力氣”更大，做功能力更強(qiáng)，這也正是它高效搬運(yùn)能量的基礎(chǔ)。
“可將超臨界二氧化碳看作能量搬運(yùn)‘超級快遞員’。”團(tuán)隊(duì)打了個(gè)比方，將其應(yīng)用到發(fā)電系統(tǒng)中只需要經(jīng)過接單攬件、極速“配送”、“卸貨”發(fā)電、“返程”冷卻四個(gè)步驟，即從熱源處“攬收”巨大熱能、帶著熱能高速沖向渦輪機(jī)、膨脹做功將熱能高效轉(zhuǎn)換為電能，以及完成任務(wù)冷卻后恢復(fù)初始狀態(tài)，在壓氣機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)投入“配送”。“它并不生產(chǎn)能量，而是不斷將熱能轉(zhuǎn)換為電能，可提高熱能利用率，實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)電效率。”
理論正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。當(dāng)前，這一顛覆性技術(shù)已成為全球競逐的焦點(diǎn)。
作為一種革新型熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，“超碳一號”以超臨界二氧化碳作為循環(huán)工質(zhì)，通過構(gòu)建閉式布雷頓循環(huán)實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定做功。得益于超臨界二氧化碳的物質(zhì)屬性，“超碳一號”具有效率高、系統(tǒng)緊湊、輔助系統(tǒng)少和機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等核心優(yōu)勢，未來有望向更大功率、更高溫應(yīng)用場景拓展。
項(xiàng)目數(shù)字伴生系統(tǒng)展示 寧寧 攝
自2009年起，核動(dòng)力院探索研究超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)，先后攻克了“兩機(jī)三器一系統(tǒng)”（即技術(shù)所用到熱源換熱器、回?zé)崞?、冷卻器、透平機(jī)、壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備），從設(shè)計(jì)、制造到集成應(yīng)用等系列關(guān)鍵技術(shù)，建立起超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)研發(fā)體系并完成技術(shù)驗(yàn)證。2023年5月，核動(dòng)力院與濟(jì)鋼國際簽署合作協(xié)議，12月“超碳一號”示范工程啟動(dòng)建設(shè)。
在研發(fā)過程中，核動(dòng)力院還聯(lián)合東方電氣集團(tuán)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、四川大學(xué)等國內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)和高校團(tuán)隊(duì)，形成了以超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)為核心的產(chǎn)學(xué)研共同體，真正具備了完全自主的精細(xì)設(shè)計(jì)和成套供貨能力。
除了該示范項(xiàng)目，核動(dòng)力院于2024年啟動(dòng)了“熔鹽儲熱+超臨界二氧化碳發(fā)電”示范項(xiàng)目，已入選國家能源領(lǐng)域第五批首臺（套）重大技術(shù)裝備，預(yù)計(jì)2028年完成示范應(yīng)用。此外，超臨界二氧化碳余熱發(fā)電技術(shù)在光熱發(fā)電等領(lǐng)域也擁有廣闊的應(yīng)用前景。
