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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 广西贵港:全力开展抢险救援工作

  • 陈立泉:为锂电筑基,逐梦“电动中国”

独家策划

推荐阅读
从安装智能芯片的比赛用球,到协助裁判的视频技术,再到支持百万球迷转运的中国列车……这支“中国队”被美国消费者新闻与商业频道誉为世界杯供应链“不可或缺的一环”。
2026-07-08 10:08
7月7日是小暑节气,恰逢年度“最小太阳”现身天宇。当日凌晨2时左右,地球过远日点,这是一年中地球距离太阳最远的位置,这天观测到的太阳视直径为全年最小。
2026-07-08 10:06
近日,西南石油大学新能源与材料学院光伏材料与技术科研团队传出好消息:其研发的小尺寸超高效叠层太阳能电池光电转换效率接近35%,大幅超越常规太阳能电池的光电转换效率。
2026-07-08 10:04
目前,大连海事大学已与72家行业单位建立联合培养,共建162个专业实践基地、4个工程技术中心,聘任600余名企业导师,真正实现“工程出题、校企共答、产业阅卷”。
2026-07-08 09:52
一生钢铁报国,一生慷慨无私。崔崑院士走了,但他留下的,是钢的筋骨,是火的温度,是一颗永远滚烫的赤子之心。
2026-07-08 09:45
在河北雄安人工智能产业园的一楼展厅里,一台工业机器人正利落地演示货物搬运,机械臂精准而有力;楼上,键盘敲击声此起彼伏,研发人员专注地写着代码。产业园一年前才“开业”,如今已成为人工智能公司发展的产业高地。这里诞生的国内首个处理结构化数据的通用大模型,适用于多个工业场景;这里诞生了便携式颅脑出血检测分析仪,让医学检查更加快捷便利……
2026-07-07 09:44
从“争第一”的局部超越,到“创唯一”的向上突围,再到“守专一”的产业韧性,这三重创新路径相互交织,共同勾勒出中国从“世界工厂”迈向“创新引擎”的壮阔图景
2026-07-07 09:42
近日,在内蒙古阿拉善盟额济纳旗东风镇古日乃嘎查的航天育种试验基地内,曾搭载实践十九号卫星的荒漠肉苁蓉“太空种子”,在地面选育试验中取得关键进展——首批试验植株成功开花。
2026-07-07 09:40
高校专业目录的更新,绝非简单的名称变动,而是立足国家需要、顺应产业发展、面向科技前沿之举。新农科教育已不再是单纯的“种地养猪”,而是要有系统思维和交叉学科背景,特别是打破农学、工学、理学等传统学科壁垒。
2026-07-07 09:39
夏日时节,我们有时会看到湖泊或水库的水面被一层厚厚的绿色“油漆”覆盖,水体浑浊还伴有一股怪味。“这种差异解释了为什么蓝藻水华会出现种群层面的快速崩溃,‘死亡信号’一旦扩散,就会迅速引发整片区域的蓝藻种群崩溃,也解释了为什么蓝藻水华会‘突然消失’。
2026-07-07 09:36
天问二号探测器历经约400天、行程约10亿千米的“追星”之旅,于近日与小行星2016HO3成功交会,到达距离小行星20千米处,开始科学探测。
2026-07-06 10:03
发射节奏加快、组网进程提速……近段时间以来,商业航天领域捷报频传,产业发展动能持续增强。
2026-07-06 09:54
航运活跃,满载着中国经济的蓬勃生机,也给水上交通安全带来更大挑战。今年以来,我国海事部门接连推出新举措,通航管理越来越精细高效。
2026-07-06 09:53
6月25日,科技部党组书记、部长阴和俊作了“建设科技强国支撑高质量发展”专题报告,现以问答形式摘要刊发。
2026-07-06 09:50
余姚在人才项目孵化中,不搞“撒胡椒面”式的平均用力,而是探索让链主企业充当“母体”,将创业团队“孵”出来。
2026-07-06 09:48
作为获批建设的全国首个引领性国家创新型城市,2024年、2025年,南京在全国城市创新能力百强榜单中连续两年位居第五。
2026-07-06 09:40
近年来,场景已成热词,一些企业甚至认为:“缺场景比缺资金还紧迫。我国有14亿多人口,庞大的人口基数孕育了巨大的消费市场和多样化需求,为新技术新产品提供了广阔而丰富的应用场景。
2026-07-03 09:50
夏日炎炎,海南三亚崖州湾,田间的南繁季已结束,而“数据田”里的育种仍在进行。走进海南大学南繁学院,基因组与大数据育种实验室里,不见培养皿与种苗圃,映入眼帘的是运转不息的机房。
2026-07-03 09:28
本次特检坞修历时25天,团队逐项攻坚100余项检修改造项目,同步完成全套船舶资质证书更新换发,完成燃油舱扩容升级,新增149立方米舱容,续航力由1.5万海里增加至1.8万海里,船舶自持力由60天提升至70天。
2026-07-03 09:21
北京经济技术开发区相关负责人表示,这座工厂把汽车、3C领域的精密制造经验“移植”到机器人身上,不仅让批量生产更稳、成本更低,还让每台机器人品质如一。作为世界机器人大会永久举办地,未来,北京亦庄将锚定“世界机器人看亦庄”的目标,在制造、数据、场景、安全治理上全面发力。
2026-07-03 09:20
加载更多