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:【大国重器零距离】二氧化碳如何变身“发电高手”?“超碳一号”总师揭秘
首页> 光明科普> 视频 > 正文

【大国重器零距离】二氧化碳如何变身“发电高手”?“超碳一号”总师揭秘

来源:光明网2025-04-28 09:55

  能源革命浪潮下,清洁发电技术的突破是推动“双碳”目标实现的关键引擎。

  二氧化碳作为导致温室效应增强的主要因素之一,如今却成为了一种变革性发电技术——超临界二氧化碳发电技术的关键载体。

  经过多年的技术攻关与示范应用,由中国核动力研究设计院打造的“超碳一号”即将并网发电。光明网特邀中国核动力院“超碳一号”总设计师黄彦平,从原理到应用,全面解读超临界二氧化碳发电技术。

【大国重器零距离】二氧化碳如何变身“发电高手”?“超碳一号”总师揭秘

  光明网:用二氧化碳发电,这背后究竟是什么原理?

  黄彦平:传统的蒸汽发电技术是将水通过热源(煤/天然气/油等)加热转化为蒸汽,推动汽轮机转动,带动发电机产生电能,这已应用140余年。

  超临界二氧化碳发电,是用处于超临界态的二氧化碳,从热源里面吸热,再推动膨胀机或者叫气体透平来发电。它的循环过程是:首先,超临界二氧化碳经过压气机升压;然后,利用换热器将工质等压加热;其次,工质进入膨胀机做功,带动发电机发电;最后,工质进入冷却器,恢复到初始状态,再进入压气机形成闭式循环。

  之所以二氧化碳能成为发电领域的“超级工质”,是因为当二氧化碳被加压至7.38兆帕、加热至31℃时,会进入超越气态和液态物质特性的“超临界态”,兼具高密度和低粘度的双重优势。整个过程中,二氧化碳都处于超临界态,没有相变,做功能力强。

  光明网:超临界二氧化碳发电,安全吗?

  黄彦平:二氧化碳的临界压力是7.38兆帕,也就是73.8个大气压。目前我们研制的“超碳一号”示范机组最高工作压力为23兆帕。而水工质的临界压力在22兆帕左右,超超临界水蒸气机组的工作压力不低于31兆帕。所以,超临界二氧化碳发电机组现在最高的工作压力都比超超临界蒸汽动力机组压力要低。相对于310个大气压的工作系统,230个大气压的工作系统安全性是更高的。

  光明网:超临界二氧化碳发电技术为什么能成为一种变革性发电技术?

  黄彦平:超临界的工质特点和构型特点,使得超临界二氧化碳发电技术在工程上有以下优势:一是高效率。中高温下效率高于传统水蒸气朗肯循环。

  二是超紧凑。得益于该技术所利用的二氧化碳的独特物质特性,机组体积小、重量轻,使得其循环发电装置能够拥有更高的能量密度,这对建设来说也是降低成本的一个方面。这种优势也进一步减少了设备数量。

【大国重器零距离】二氧化碳如何变身“发电高手”?“超碳一号”总师揭秘

  像我们研发的“超碳一号”系统主要设备是一个压气机,一个膨胀机,一个冷却器,一个回热器,还有一个换热器,简称“两机三器一系统”。

  三是快响应。超碳发电系统简单,能快速启停和负荷跟踪,适宜间歇式热源。

  光明网:“超碳一号”在研制的过程中遇到了哪些难题?

  黄彦平:超临界二氧化碳有优势,也有短板。最大的一个短板是它的表面换热能力很差,只有水的三分之一左右。所以,我们碰到的第一个难点就是要研制高比表面积的换热器。这种设备除了要增加比表面积,还要让它的承压能力、耐腐蚀性都要好,这需要毫米级薄板的高强度焊接。我们试遍了传统方法,都无法实现。

  非常幸运的是,上个世纪八九十年代,出现了一种真空扩散焊工艺。我们将这项技术用在了超临界二氧化碳换热器的研发上。为此,专门研制了系列化工业母机——大尺寸扩散焊机等设备,实现了超临界二氧化碳换热设备全国产、型谱化研制,而且可以拓展至百兆瓦级,彻底攻克了高效紧凑换热设备的工程级研制难题。

【大国重器零距离】二氧化碳如何变身“发电高手”?“超碳一号”总师揭秘

  第一代(左)/第二代(右)兆瓦级超临界二氧化碳发电技术实验装置

  还有一个难点就是控制。超临界二氧化碳有响应快的优势,引入一个热量,可以快速升压,但要做到既能响应快又能可控,这就很难。我们研制并测试验证了面向多应用场景、具备多功能、多型式的型谱化样机,这些都是首次研制。

  2023年,我们联合济钢国际在首钢水钢现场建设了2套15兆瓦超临界二氧化碳余热发电机组。项目中,这项技术的优势展露无遗,场地需求及用水需求降低50%,发电效率提升42.7%,年发电量提升84%。

【大国重器零距离】二氧化碳如何变身“发电高手”?“超碳一号”总师揭秘

  可以说,经过十余年的攻关,我国的超临界二氧化碳发电技术产学研体系基本建立,全国产化产业链条基本成型,具备了全面工程应用条件。

  光明网:接下来,还有哪些计划?

  黄彦平:我们现在已经掌握的超临界二氧化碳技术,基本上可以做到从两百千瓦到一百兆瓦这个功率等级。接下来,我们要对不同的应用场景、不同的功率等级规模,进行工程应用的探索,也就是示范。示范成功后,我们就会做标准化设计。这些对降低成本、提高运维能力和水平都是至关重要的。

  作为一项颠覆性技术,不仅仅是一个科学原理上的颠覆,在产业上也要能够带来颠覆性的收益,那才称得上颠覆性技术。

 

记 者

宋雅娟 肖春芳

剪 辑

李怡霏(实习)

[ 责编:田新宇 ]
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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 我国成功发射卫星互联网低轨27组卫星

  • 第十二届北京国际老龄产业博览会开幕

独家策划

推荐阅读
搭载“蛟龙”号载人潜水器的“深海一号”船近日从福建厦门起航,赴南太平洋执行中国大洋100航次第二航段科学考察,这也是“蛟龙”号首次在南太平洋开展调查作业。
2026-10-10 07:18
日前,中央网信办通报该专项行动第二阶段工作成效,累计清理违法违规信息561万余条,查处账号4.9万余个,处置违规网站、应用程序等2400余个。
2026-10-10 07:16
在台风“扎堆”出现的状态中,有一个“巧合”引起广泛关注:今年第9号台风“巴威”、第13号台风“白海豚”、第18号台风“沙德尔”相继登陆浙江省台州市玉环市坎门街道,上演罕见的台风登陆“帽子戏法”,创下新的华东沿海台风登陆气象纪录。
2026-10-10 07:15
近年来,我国持续强化危险化学品应急救援队伍建设。目前,全国已建成580支、4.1万余人的危险化学品应急救援队伍,国家层面建成45支国家级危险化学品应急救援队伍,基本实现重点化工区域、重大风险点位应急救援力量全覆盖,应急快速响应、就近高效处置能力不断提升。
2026-10-10 07:09
看着货架上让人眼花缭乱的食品,你会怎么挑?相信不少人都会第一时间翻看配料表。事实上,配料表的长短可不是“安全标尺”,并不和食品品质挂钩;同样,食品添加剂的种类繁多,也并不意味着有害和超标——
2026-10-10 07:06
记者邓晖从清华大学获悉,该校物理系丁世谦团队近日利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光,以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体,实现钍-229核跃迁吸收光谱测量,并将激光频率稳定锁定至核跃迁,实现核光钟运行。
2026-10-09 10:02
获嘉县艳阳天农业服务专业合作社理事长徐方子站在试验田的地头,轻点手机屏幕,电动阀应声开启,水肥顺着滴灌管线精准送达每一株玉米根部。从“会种地”到“慧种地”,从中原粮仓到国人餐桌,河南把创新嵌进农业家底里,让老把式用上新技术,让泥土地长出新生意。
2026-10-09 10:03
国家卫生健康委、国家发展改革委近日印发《医疗康复护理扩容提升工程实施方案》。根据方案,“十五五”期间,原则上支持每个省份建设至少1个康复或护理临床重点专科,省级、设区的市级临床重点专科建设向康复、护理专业倾斜。
2026-10-09 10:05
题:新就业形态劳动者权益保障新规回应哪些关切 随着依托互联网平台就业的新就业形态劳动者数量持续增长,新就业形态劳动者权益保障办法将着力保障该群体合法权益,推动新就业形态健康发展。
2026-10-09 10:07
作为区域性的综合农业服务枢纽,现代农事综合服务中心可以统筹农技、农资、农机、加工、物流、销售等服务能力。“十五五”期间,数字乡村、智慧农业既要持续加强技术研发,也要更加重视通过完善的服务体系把数字化、智能化能力送到田间地头。
2026-10-09 10:11
9月24日,江苏苏州太仓市沙溪镇虹桥村连片稻田里,晚稻正值灌浆关键期,预计10月下旬即可开镰秋收。自此,太仓全市366台粮食烘干设备实现清洁热源100%全覆盖,秋粮归仓的“最后一公里”即将全程用上绿能。
2026-10-09 10:14
你知道吗,复杂的电路系统也可以“纺”进柔软的纤维里,编织机器人电子皮肤成为可能。
2026-10-08 09:26
全球河流每年向海洋输送多少微塑料?答案是约26万吨。河流是陆源微塑料进入海洋的重要通道之一,但全球河流一年到底输送了多少微塑料,这些污染又集中在什么时候入海,一直缺少可靠估算。
2026-10-08 09:18
水稻的生长发育涉及不同类型细胞的协同作用。
2026-10-08 09:17
一粒黄豆,如何酿成一瓶“智慧”酱油?一把原丝,怎样织就全球棉纺织行业首座“灯塔工厂”?一颗玉米,又如何扛起粮食安全的分量?
2026-10-08 09:16
在分子的镜像世界里,生命体系的某些关键分子,为何偏爱其中一种模样?
2026-10-08 08:30
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
加载更多