点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“超碳”登场,发电不再“烧开水”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

“超碳”登场,发电不再“烧开水”

来源:光明网-《光明日报》2026-03-11 09:29

  【科学·近距离】

  作者:黄彦平(中核集团首席科学家、中国核动力研究设计院超碳一号总设计师)

  从首次蒸汽发电至今,人类利用“烧开水”获取电力已有140余年。截至目前,蒸汽发电仍是现代火力发电厂与核电厂的主要发电方式,即便在现役的核动力航母等尖端装备上,同样离不开“蒸汽做功”。难怪网友调侃:人类科技的尽头就是烧开水。

  然而,以蒸汽为循环工质的发电技术面临效率瓶颈,而体积大、系统复杂的固有特点又限制了其在中小功率领域的应用。但随着超临界二氧化碳发电技术的出现,“烧开水”发电将迎来质变。

  什么是超临界二氧化碳?它有何厉害之处,能胜过发电元老——蒸汽?

  物质的常见状态有固、液、气三态,对于二氧化碳而言,当温度超过31℃、压力升高至73个大气压以上时,就会进入超临界状态,此时的二氧化碳既像液体一样密度高,做功能力强,又像气体一样黏度低,流动阻力小。

  超临界二氧化碳发电技术就是以超临界态的二氧化碳作为工质,实现从热能到电能的转换。由于超临界二氧化碳工质的特殊物质属性,该发电技术具有高效率的核心技术优势。其理论发电效率可以突破50%。我们的研发经验表明,该技术可填补世界范围内中小功率规模、中高温热源场景的高效发电技术空白,实现节能降碳,推动能源结构的优化和可持续发展。

  得益于超临界二氧化碳的独特物性,该发电技术的机组体积小、能量密度高,可有效减少设备数量和体积,有助于模块化集成部署。以我国自主研发的“超碳一号”系统为例,主要设备仅有压气机、膨胀机、冷却器、回热器和热源换热器,机组体积较传统蒸汽发电机组减少一半,且操控简单、运维成本低。更重要的是,超临界二氧化碳发电技术应用范围非常广泛,是光热发电、工业余热利用、新型储能等多个先进能源领域的共性前沿技术。

  既然超临界二氧化碳发电有诸多优势,为何蒸汽发电却“独领风骚”百余年?简言之,该技术要实现工业应用存在三大挑战。

  首先是热传递难。超临界二氧化碳的表面换热能力较差,只有水的1/3左右,需要采用高比表面积、高承压能力、耐腐蚀性强的换热器来弥补其换热能力不足的短板。这不仅需要设计全新的换热构型,还要解决毫米级薄板的高强度大面积非连续焊接问题。为此,我们采用真空扩散焊工艺,自主研制系列化工业母机——大尺寸扩散焊机,实现了超临界二氧化碳换热设备全国产、型谱化研制,攻克了高效、紧凑换热设备的工程级研制难题。

  其次是密封难。发电过程中,高温高压的超临界二氧化碳推动涡轮机高速旋转,要保障它尽可能少地向环境泄漏工质,系统的密封结构必须做到耐高温高压、耐磨损。我们研发了“特种材料+内冷却”专用干气密封技术,通过气流控制建立稳定气隙,解决了这个全球性难题。

  最后是控制难。在闭式热力循环系统中,某个设备得“流感”,别的设备也会被“传染”。超临界二氧化碳发电响应速度快,如何控制好设备间的协同关系,阻断“流感”的传播?我们研制并验证了面向多应用场景,具备多功能、多型式的型谱化样机,根据设备特性量身定制控制方案,开发出一套综合动态控制系统,打通了创新技术走向工程应用的全路径。

  前不久,全球首台商用超临界二氧化碳发电机组——超碳一号成功商运。作为全球首台15兆瓦超临界二氧化碳发电示范机组,相比现役烧结余热蒸汽发电机组,超碳一号的场地占用减少50%,净发电量提升50%以上,每年可多发7000余万度电。如果将其应用于全国的烧结余热发电机组改造,预计每年可节约标准煤约483万吨,减少二氧化碳排放约1285万吨。

  助力传统工业全面绿色转型的同时,超临界二氧化碳发电技术正在新型能源体系构建中大展拳脚。

  太阳能与风能等新能源具有间歇性和波动性特点,不仅存在弃风、弃光现象,也给电网调度安全带来挑战。为破解这一难题,我们启动了“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”示范项目。该项目充分利用风光大基地弃电,将低温熔盐加热至近600摄氏度,储存热能;再通过高温熔盐驱动超临界二氧化碳动力循环,将热能转化为电能,充分利用超临界二氧化碳发电技术具有的响应迅速、转换效率高等优势,为新型电网提供调峰调频调惯量的新手段,进一步提升电网运行的稳定性与安全性。

  当前,超临界二氧化碳发电技术已成为全球能源科技攻关的前沿领域。面对日趋激烈的国际竞争,我们必须持续攻关新技术,在保持技术水平国际领先地位的同时,发掘更多应用场景,为传统工业绿色转型和能源科技自立自强贡献力量。

  《光明日报》(2026年03月11日 14版)

[ 责编:王若昕 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2026首届上海商业航天大会暨展览会开幕

  • 安徽五河:纺织服装产业转型升级助力县域经济发展

独家策划

推荐阅读
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
谈及国际深海矿产开发局势,孙黎表示,当前全球深海采矿虽处于试验阶段,但各国布局势头迅猛,竞争日趋激烈。潘越建议,司法应该向社会积极传递“损害必偿、犯罪必究”的清晰信号,为海洋经济高质量发展清淤护航。
2026-03-13 10:12
当春风拂过河套平原,“沉睡”一冬的黄河“醒了”。
2026-03-13 10:08
3月12日,十四届全国人大四次会议表决通过《中华人民共和国生态环境法典》。根据代表意见,法典中增加了关于鼓励和引导使用再生水、推进生活节水的规定,并对未经批准擅自取用地下水的违法行为提高罚款上限。
2026-03-13 10:04
助力人与自然和谐共生  “十五五”时期,推进长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展,是一项重要工作。
2026-03-13 10:03
光明日报北京3月12日电 记者张晓华12日从国家航天局获悉,天问三号火星取样返回任务通过前期的技术攻关和深化论证,相关关键技术均取得突破性成果,工程主线正在开展初样研制,计划今年转入正样研制阶段,各项工作进展顺利。
2026-03-13 10:02
电子的单向开关,奠定了现代信息社会的基石。“在单原子层厚的石墨烯上,刻出一个大小精确、形状不对称的孔,无异于在头发丝上雕巨型画作。
2026-03-13 10:01
“十五五”时期,香港要主动参与国家战略布局,将自身的国际化优势、专业服务优势与国家的发展需求精准对接,为实现更高水平的开放合作贡献香港力量。在科研方面,香港科研基础扎实,有实力承担国家重大科研任务;香港科学家对参与国家科技计划、推动国家科技创新怀有很高的热情和积极性。
2026-03-12 10:30
心脑血管疾病已成为威胁我国人民生命健康的“头号杀手”。与此同时,心脑血管疾病发病及致残、致死呈现出明显的年轻化趋势,疾病负担持续加重,对我国推进健康中国建设、实现全民健康目标构成了挑战。
2026-03-12 10:30
对此,应该充分发掘当地的生态价值和文化价值,探索因地制宜的保护路径,保留浓郁“农味”与“地方味”,让古老农耕智慧、生态智慧在当代生活中延续生机、展现活力。这样不仅有助于实现农文旅融合发展,还能给我们的子孙后代保留良好的生态环境和生态景观,接续传承好丰厚灿烂的生态文化。
2026-03-12 10:30
今年政府工作报告提出,深化拓展“人工智能+”,促进新一代智能终端和智能体加快推广,推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用,培育智能原生新业态新模式。张壮代表说,在竞逐人工智能创新的赛道上,柳州加速布局。
2026-03-12 10:30
记者詹媛11日从中国科技馆了解到,我国的科普大篷车项目自2000年启动实施以来,以“科普轻骑兵”的方式活跃在祖国大江南北,将前沿科技动态、趣味互动展品、优质科教资源送到基层公众身边。
2026-03-12 10:30
“龙虾”智能体通过整合调用通信软件和大语言模型,在用户本地电脑自主执行文件管理、邮件收发、数据处理等复杂任务。”魏亮说,有关方面也会持续做好安全监测,如发现相关安全风险将及时预警,为用户安全使用提供必要的技术支持。
2026-03-11 09:36
作为人类的“第二大脑”,AI for Science正在全球范围内引发科研范式的深刻变革,也成为全国两会期间代表委员关注的话题。3月7日,在全国政协十四届四次会议第二次全体会议上,全国政协委员、中国科学院院士周志华发言建议,以人工智能引领科研范式变革。
2026-03-11 09:36
全国政协委员、中国科学院院士、南京大学副校长周志华在接受光明网记者采访。
2026-03-11 07:00
以医工交叉+成果转化为抓手,凭借硬核科创成果精准攻坚,同时高标准建设国家药监局监管科学创新基地,为产业发展提供标准与工具支撑。
2026-03-11 09:33
作者:余有成 张立华 吴 飞(分别系中国人工智能学会副秘书长;复旦大学智能机器人研究院常务副院长、特聘教授;我国的独特优势,在于探索出一条“软件定义算力、算法驱动效能、人工智能+赋能场景”的创新路径。
2026-03-11 09:32
具体而言,在种植与流通环节,中药农业面临良种普及率不高、生产种植分散、标准化程度偏低等现实问题。可制定国家统筹的野生资源抚育与替代技术攻关清单,利用大数据监测价格与供给波动,增强产业链供应链韧性。
2026-03-11 09:31
光明日报北京3月10日电 记者张晓华从中国航天科技集团获悉,目前中国探月工程四期正稳步推进,2026年将研制发射嫦娥七号探测器,首次奔赴月球南极,寻找水冰存在的证据。中国航天科技集团五院研究员孙泽洲表示,在行星探测方面,未来我国还将发射天问三号和天问四号。
2026-03-11 09:30
加载更多