這里是位于貴州六盤水的首鋼水城鋼鐵廠2×15兆瓦燒結(jié)余熱發(fā)電機組，從外表看，與其他燒結(jié)余熱發(fā)電機組并無太大差別，實際上卻有天壤之別，它首次采用超臨界二氧化碳作為熱力循環(huán)介質(zhì)實現(xiàn)高效發(fā)電，是全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組，被命名為“超碳一號”示范工程。

黃彥平：我們是國際上唯一能把機組做到滿發(fā)長期穩(wěn)定可靠運行的團隊，“超碳一號”也是全球第一次，能夠把它工業(yè)化商運的團隊。

記者：領(lǐng)先別人多少？

黃彥平：明確的是五年。

黃彥平：超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)，是現(xiàn)在21世紀發(fā)電技術(shù)的最前沿。如果我們處于領(lǐng)先地位，中國能夠把超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)，一直保持在領(lǐng)先地位。

目前，在工業(yè)余熱發(fā)電、火力發(fā)電，包括核電等傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域，主流技術(shù)是蒸汽機發(fā)電，采用水作為熱力循環(huán)介質(zhì)，把水燒成蒸汽后推動汽輪機發(fā)電。而超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)是將燒開水改為燒超臨界二氧化碳，對超臨界二氧化碳加溫加壓，推動渦輪機發(fā)電。

黃彥平：這個圖基本上就是，現(xiàn)在我們所有做動力構(gòu)型的構(gòu)圖。

記者：從哪開始？

黃彥平：一般就是熱源，在“超碳一號”里頭，它就是煙氣換熱器。

黃彥平：就是余熱，二氧化碳在管子里面走，它在管子外頭加熱，把二氧化碳加熱就好了。

記者：二氧化碳從哪到哪？

黃彥平：二氧化碳從加熱到吸熱，進了透平機，它就釋放了能量，推動渦輪機轉(zhuǎn)動之后帶電機發(fā)電。

超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)具有效率高、體積小、響應(yīng)快、節(jié)能環(huán)保等顛覆性優(yōu)勢。以“超碳一號”示范工程為例，設(shè)備場地僅占原蒸汽發(fā)電機組的一半，但發(fā)電效率提升85%以上，凈發(fā)電量提升50%以上。諸多優(yōu)勢，加上能夠突破傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的場景局限，這項全新的發(fā)電技術(shù)在傳統(tǒng)發(fā)電、新能源儲能，以及有特殊要求的發(fā)電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

黃彥平與超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)結(jié)緣始于2009年，在一次專題研討會上，他收到了我國核動力領(lǐng)域資深專家孫玉發(fā)院士托人遞來的一張手寫的紙條，提到超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)具有研究潛力，可以深入探索。當(dāng)時，作為中國核動力研究設(shè)計院核心科研帶頭人，黃彥平主攻第四代核電技術(shù)超臨界水冷堆的研究。

在世界范圍內(nèi)，超臨界二氧化碳發(fā)電的理論基礎(chǔ)形成于20世紀中后期。21世紀初，隨著能源效率提升的迫切需求，該技術(shù)構(gòu)想才逐步聚焦于發(fā)電應(yīng)用。在黃彥平帶領(lǐng)團隊著手研究超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的時候，這個技術(shù)的工程化還是一片空白。

黃彥平：我前面花了三年的時間。我深度研究過，它從熱能動力基礎(chǔ)理論來講，肯定是走得通的。第一個是換熱技術(shù)，這個換熱技術(shù)不攻克，不做這種大型的換熱裝備，這型動力是走不下去的。

超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)雖優(yōu)勢顯著，但也存在核心短板，那就是系統(tǒng)的回?zé)崃看?，但二氧化碳換熱能力差，僅為水的1/3左右，要想實現(xiàn)高效發(fā)電，必須確保有足夠的換熱面積。為此，研制一款具有超大換熱面積，同時滿足耐壓、耐腐蝕等多重要求的換熱器成為關(guān)鍵，而研制這種新型的換熱器，必須依靠一種真空擴散焊機，起初，團隊找遍了國內(nèi)廠家，沒有一家能夠造出來。

黃彥平：2016年為了快速推進原理機的落地，我們也去采購過，在英國買了一臺設(shè)備回來，只是用他的擴散焊機給我焊一個設(shè)備，超貴，但是從那以后，別人就告訴我，再沒有設(shè)備賣給你了。那一次刺激到我們了，我們團隊說怎么辦，只有自己干。后來我們在西工大找到一個老師，材料的焊接專家，我說我要焊這么個東西，用這么一個原理做不做得出來，他說理論上講是做得出來的。我還是非常感謝早期跟我合作的這些專家，我們都希望，國內(nèi)有更多的團隊來共同開發(fā)，像這種新技術(shù)干的人越多越好。

黃彥平：因為這個技術(shù)，可能在很多場景都可以用，假如說這項技術(shù)有很多人都在干，可能有一個聰明人，想到一個高招，他也會驅(qū)動這個技術(shù)往前發(fā)展的，所以說得最簡單點，叫抱團取暖。因為人多了，這個技術(shù)大家認同度就高了，就不會像2013年我說超臨界二氧化碳發(fā)電，別人說你是神經(jīng)病，二氧化碳不就是排放氣體嗎？怎么可能讓你發(fā)電，這很簡單，至少沒人質(zhì)疑我這個問題了，那個東西是真可以發(fā)電，真是國際的前沿。

歷時7年，在有限的科研經(jīng)費支撐下，黃彥平帶領(lǐng)團隊完成了基礎(chǔ)理論研究和試驗平臺的搭建，2016年超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)進入實驗室測試階段。

2019年初，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)進入最為關(guān)鍵的實驗室小規(guī)模發(fā)電驗證階段，接連不斷的失敗，讓黃彥平經(jīng)歷了他科研生涯最為煎熬的一段時光。

黃彥平：很可能前面砸的很多錢都浪費了，所以當(dāng)時我壓力非常大，頭發(fā)白成這樣，基本上是這件事情折騰的。后面，我都已經(jīng)有點扛不住，感覺好像前功盡棄了，前面折騰這七八年都沒有希望了。

讓黃彥平至今記憶猶新的是，2019年10月的某個凌晨，正在北京出差的他接到了實驗室團隊負責(zé)人打來的電話。

黃彥平：那時候我手是抖的，接了電話，什么話都沒有，直接給我來句，成了。當(dāng)時房間里是三點多鐘，都蒙的，他就把電話掛了。掛了之后，后來我好像清醒了又給他打過去，我說什么？那時候大廳里頭很多人都哭了，太難了。后來我趕緊去機場，買了最早的航班，回來因為我們隔得近，就直接到實驗室，我一看滿功率了之后還挺好，操作運行得非常穩(wěn)定。我們就上報了，那是國際上第一個把這個機器跑通了的。

黃彥平帶領(lǐng)團隊成功實現(xiàn)兆瓦實驗室級超臨界二氧化碳系統(tǒng)滿功率穩(wěn)定發(fā)電，這標志著我國在該技術(shù)實驗室階段取得了重要突破。

黃彥平：我們這個技術(shù)做出來之后，國際上很快就知道了。知道了之后對做這些技術(shù)的同行來講，它最大的好處是一種精神的支撐。因為像這種新技術(shù)，如果沒有一個人在前面把它做出來，沒有這種非常實際落地的話，很多搞科研的人心里會有點慌。

超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)在世界上逐漸受到重視，2017年被美國列為國家能源領(lǐng)域戰(zhàn)略性前沿技術(shù)第2位。后來，超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)也被列入我國《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，成為國家重點推進的前沿能源技術(shù)之一。

黃彥平：后來也有很多專家質(zhì)疑說，你長期運行穩(wěn)定可靠性怎么樣？我說唯一的辦法就做一款機器，讓它一直跑。這臺機器一天的水電費接近20萬。

巨額的費用，讓后續(xù)的驗證試驗舉步維艱。2022年8月，事情迎來了轉(zhuǎn)機，濟鋼國際董事長高忠升前來尋求商業(yè)合作。

黃彥平：很多人都不愿意當(dāng)?shù)谝粋€吃螃蟹的人，他來了之后，我就問他三個問題，你們認為我這是個新技術(shù)嗎？你有錢嗎？你有廠址嗎？我說這三個缺一個都不行。

與濟鋼國際的合作一拍即合，2023年底，將超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵廠燒結(jié)余熱發(fā)電的“超碳一號”示范工程在首鋼水城鋼鐵廠破土動工。

歷經(jīng)兩年的艱辛，“超碳一號”示范工程商業(yè)運行成功，企業(yè)通過該項目每年可多發(fā)7000余萬度電，發(fā)電收入多出近三千萬元。

黃彥平：我現(xiàn)在通過“超碳一號”工程化的過程，才徹徹底底把這項技術(shù)從原理到工程應(yīng)用全串起來。在實驗室做這么大的規(guī)模，肯定不是一兩個億的事，但是電廠要發(fā)電，肯定就要一直跑，這樣相當(dāng)于，我就用別人的余熱又給別人發(fā)了電，他們賺了電的錢，我這個系統(tǒng)也可以驗證。連續(xù)運行3000小時也沒問題，不就好了嗎。就相當(dāng)于實驗室的科研工作，已經(jīng)邁出了實驗室，在工業(yè)場景做了很多工程化的實驗。

原標題：《二氧化碳“燒”出高效電，中國團隊攻克世界級難題》

欄目主編：張武

文字編輯：高飛

本文作者：央視新聞客戶端