11月19日至20日，中国核动力研究设计院举办建院60周年暨纪念彭士禄院士诞辰百年媒体活动。

记者从活动上获悉，位于成都的核动力研究设计院研发的全球首套工程化超临界二氧化碳发电系统“超碳一号”已完成并网调试，并进入满功率运行冲刺阶段，预计年内实现满功率发电。

超碳一号的出现，代表着中国的超临界二氧化碳发电技术正在领跑。“这是世界范围内超临界二氧化碳发电技术首次工程化应用。”超碳一号总设计师黄彦平说。

相比现役烧结余热蒸汽发电技术，超碳一号在余热利用率上提升超过50%，发电效率提升42.7%，年发电量提升84%。

▲超临界二氧化碳发电试验装置

替代水蒸气

以超临界态的二氧化碳发电

“电力究竟从何而来？”在介绍“超碳一号”之前，黄彦平抛出了这个问题。“目前蒸汽发电仍是现代火力发电厂和核电厂的主要发电方式，是否能找到一种能替代水蒸气的工质？”

超临界二氧化碳就是这样一个替代工质。随着超临界二氧化碳发电技术的出现，“烧开水”发电这件事迎来质变。

什么是超临界二氧化碳？

黄彦平解释，水有固、液、气三态，随着环境的温度和压力升高，液、气两相界面消失的状态点就叫做临界点，物质超过该临界点后的状态就是超临界态。二氧化碳也一样，当温度超过31℃，压力升高至73个大气压以上，二氧化碳就会进入超临界状态，即一种连续的流体状态。

把这样的连续流体二氧化碳送进发电系统里，再通过压缩机和换热器把超临界二氧化碳的压力和温度都升上去，这时候，高温高压的二氧化碳就像充了气的皮球一样，推动机器旋转起来，进而产生电能。

“在超临界状态下的二氧化碳既像液体一样密度大，又像气体一样容易被压缩，发电效率也就更高了。”黄彦平说。

简单来说，超碳一号把“烧开水”换成了烧超临界二氧化碳这种能量传递和转换的高效介质，从而实现了发电效率的大幅提升。

技术攻关

拥有自主精细设计和成套供货能力

“听起来只是找到一个替代工质，但这背后是十余年来的科研攻关。”黄彦平说，作为一个颠覆性发电技术，目前各能源技术发达国家都在对超临界二氧化碳发电技术进行科研攻关。

美国能源局2015年将其列为国家能源领域战略性前沿技术，2017年列为第2位，进行长期持续投资；2018年，超临界二氧化碳发电技术入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”。近年来，以美国为首的能源技术发达国家，围绕化石能源发电、核能、余热回收、光热发电等不同领域也开展了大量超临界二氧化碳发电技术的研究，希望通过推动能源技术革新打造新一轮的产业发展机遇和行业壁垒。

早在2009年，由核动力研究设计院研究员黄彦平带领的团队，就踏上了一段探索超临界二氧化碳动力转换技术的旅程。当时，全球关于这一领域的公开研究资料极为有限，而团队在超临界水领域的既有经验，在面对超临界二氧化碳动力系统时，似乎大部分都变得不再适用。

▲超临界二氧化碳发电技术研发团队

黄彦平推翻已有研究范式，从认识超临界二氧化碳的本质开始，搭建该技术基础理论和模型。

面对关键设备“压缩机”卡脖子的问题，他们联合东方电气参考了燃机技术进行设计；面对超临界二氧化碳换热器的难关，他们靠自己计算分析，不断试验，用了整整7年时间，发明了超临界二氧化碳能量传递技术工程化的工业母机，具备了全系统与微通道换热器、压缩机、透平机等关键设备的成套研制能力……十余年间，正是这样一次又一次“从无到有”的突破，让中国的超临界二氧化碳发电技术在国际上遥遥领先。

最重要的是，每一个难题的解决，都没有借鉴国外技术和经验，使得核动力院具备了不依赖国外的自主精细设计和成套供货能力。

全球首台商用超临界二氧化碳发电机组

预计年内实现满功率发电

历经十余年潜心攻关，该项研究终于取得重大突破。2019年10月，核动力研究设计院实现了全球首次MW级超临界二氧化碳发电装置满功率稳定发电。

2023年10月，核动力研究设计院与济钢集团国际工程技术有限公司签订了示范工程合同，启动了贵州六盘水超临界二氧化碳发电示范工程的建设。这是全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”，预计年内实现满功率发电。

“这是真正意义上的新质生产力。在原烧结工艺没有变化的情况下，每年可多发7000余万度电，发电收入多出3千余万元。”黄彦平介绍，如果将这项技术应用于全国的烧结余热改造，预计每年可以节约标准煤约483万吨，减少二氧化碳排放1285万吨。

得益于超临界二氧化碳的物质属性，超临界二氧化碳发电技术具有效率高、系统紧凑、辅助系统少和机动性强的核心优势，恰好填补了世界范围内长期以来中小功率规模（<50 MWe）、高温热源场景（>400℃）的能源动力技术空白，且未来有望向更大功率、更高温应用场景拓展。

记者了解到，核动力研究设计院还于2024年启动了“熔盐储能+超临界二氧化碳发电技术”应用示范项目，2025年8月获批国家能源领域首台套重大技术装备，10月完成可研性报告外审，预计2026年上半年在新疆开工建设。此外，超临界二氧化碳还在火力发电、太阳能发电、地热发电、生物质发电等多个领域拥有广阔应用前景。