2025年12月20日，贵州六盘水首钢水钢集团厂区内，一台看似紧凑的发电机组完成并网验收，屏幕上跳动的各项数据宣告着历史性时刻——全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”正式投运。这台由中国团队历时十余年攻关的“能源利器”，不仅攻克了困扰全球能源界的世界级难题，更以领先国际五年的技术实力，终结了人类沿用140年的“烧开水”发电模式，开启了热电转换的“后蒸汽时代”。

“超碳一号”的诞生，始于一张手写纸条的启发。2009年，中国核动力研究设计院核心科研带头人黄彦平在一次专题研讨会上，收到了核动力领域资深专家孙玉发院士托人递来的纸条，上面寥寥数语点出了超临界二氧化碳发电技术的研究潜力。彼时，这项技术在全球仍处于理论探索阶段，国内无人涉足，黄彦平却毅然从深耕多年的超临界水冷堆研究转向这一未知领域，成为国内首个“探路者”。

这一超临界二氧化碳烧结余热发电示范工程，由中核集团核动力研究设计院牵头，联合济钢国际、首钢水钢共同打造，是全球首个实现商业运行的超临界二氧化碳发电项目。其成绩单堪称颠覆性：发电效率较传统蒸汽发电技术提升85%以上，净发电量直接增加50%，在不改变原有钢铁生产工艺的前提下，每年可多发7000余万度电——这相当于3万户家庭一年的用电量，按工业用电均价计算，每年能为首钢水钢新增近3000万元发电收入，不到两年即可收回设备投资。

更令人惊叹的是其“小巧身材”带来的灵活优势。由于超临界二氧化碳的高密度特性，“超碳一号”的系统体积仅为传统蒸汽机组的十分之一，场地需求直接缩减50%——原来需要2000平方米的传统电站，如今只需1000平方米就能容纳，省下的空间可再建一个小型生产车间，对土地资源紧张的工业区而言堪称“及时雨”！

这一突破背后，是无数个日夜的坚守与攻坚。2016年，团队急需的真空扩散焊机遭遇国外禁售，只能自主研发。在西工大专家的支持下，团队历经熟个日夜，优化多次技术方案，迭代几百版焊接参数，报废的试验样件堆满半个仓库，最终研制出全球最长的扩散焊工业母机，造出全球最大的微通道换热器。2019年10月，团队在全球首次实现兆瓦级系统满功率运行；2023年项目开工，2025年顺利商运，每一步都走得坚实有力，最终实现了“两机三器一系统”核心技术100%国产化，累计申请专利47项，形成完整自主知识产权体系。

很多人会好奇：二氧化碳明明是温室气体，怎么还能用来发电？这背后的关键，在于“超临界状态”这一被称为“第四态物质”的特殊物理现象。

简单来说，当二氧化碳的温度超过31℃、压力达到73个大气压（相当于深海700米的压力）时，就会进入“超临界状态”——既像液体一样密度大（是气态的近百倍），能储存更多能量；又像气体一样黏度低，流动起来几乎没有阻力，如同一个“肌肉结实又身手敏捷的壮汉”，能量转换效率自然大幅提升。

“超碳一号”的发电过程核心是一套闭式布雷顿循环系统，分为四个关键步骤：第一步是压缩，压缩机将二氧化碳加压至200个大气压，使其初步具备能量储存能力；第二步是加热，利用钢铁厂烧结机产生的400多摄氏度余热，对高压二氧化碳进行加热，使其保持超临界状态；第三步是膨胀，高温高压的超临界二氧化碳高速喷出，推动透平机旋转，进而带动发电机发电；第四步是冷却，发电后的二氧化碳温度压力下降，经冷却器降温后回到初始状态，重新进入压缩机循环使用，整个过程封闭运行，二氧化碳不会泄漏也无需额外补充。

与传统蒸汽发电相比，这套技术的优势堪称“降维打击”。传统发电需要先把水烧开变成蒸汽，再用蒸汽推动涡轮机，过程中存在大量能量损耗，且设备庞大、响应缓慢；而超临界二氧化碳发电无需“相变”过程，能量损耗大幅减少，启动到满功率运行仅需15分钟，是传统机组的4倍以上，能精准匹配工业余热的波动特性。

用更通俗的比喻来说，传统蒸汽发电就像“用普通自行车赶路”，既要克服水变蒸汽的能量消耗，又要应对蒸汽流动的阻力；而“超碳一号”则像“给自行车装上了涡轮增压+润滑油”，力气大、阻力小，效率自然翻倍。这也是为什么它能把钢铁厂原本浪费的中低温余热（200℃-400℃）利用率从40%提升到75%，让“废热”真正变成“金矿”。

“超碳一号”的投运，绝非单一项目的成功，而是开启了一个多场景应用的能源新赛道。其高效率、超紧凑、快响应的核心优势，使其能适配多个能源领域，成为推动能源结构转型的“万能钥匙”。

在工业领域，它是“节能降耗神器”。我国钢铁、水泥、化工等行业每年产生的工业余热总量超亿吨标准煤，传统技术回收率不足30%。若将“超碳一号”技术推广至全国烧结余热改造，每年可节约标准煤483万吨，减少二氧化碳排放1285万吨——相当于种12万公顷森林的固碳效果。对单个企业而言，一座水泥厂用上该技术，每年可多发电1000万度，仅电费就能省500万元，实现“降碳”与“增收”双赢。

在新能源领域，它是“储能调峰利器”。截至2024年底，全国风光发电装机占比4风光发电装机占比42%，但发电量仅占18%，核心瓶颈是消纳能力不足。而“超碳一号”与熔盐储能的结合，能完美解决这一痛点：白天用太阳能加热熔盐储存能量，晚上用熔盐热量加热超临界二氧化碳发电，可多发15%的电，还能为电网提供转动惯量。目前中核集团已启动50兆瓦“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”示范项目，预计2028年投运，可满足20万户家庭用电需求。

在特殊场景，它是“灵活供电能手”。其紧凑的体积和稳定的性能，使其能适配海上油气平台、大型船舶、偏远地区等空间受限或能源短缺的场景。以海上石油平台为例，原来靠柴油发电机供电，既昂贵又污染，改用超临界二氧化碳发电后，每年可省1000吨柴油，减排2800吨二氧化碳，大幅降低供电成本。

业内测算，仅工业余热回收和新能源储能两大领域，超临界二氧化碳发电技术就已催生千亿级市场规模。GEP Research数据显示，2024年全球相关产业投资已突破15亿美元，预计2030年全球市场规模将达45亿美元，中国占比将超50%，未来随着向核电、光热、地热等领域拓展，市场规模有望突破万亿级。

超临界二氧化碳发电技术并非中国独有，而是全球能源领域的“兵家必争之地”。美国能源部早在2017年就将其列为国家战略性前沿技术第2位，累计投入数亿美元研发；欧盟、日本也纷纷组建团队攻关试图抢占技术高地。

但中国凭借十余年的深耕，已实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。目前美国、欧洲的相关技术仍停留在实验室验证阶段，日本甚至需要引进中国核心部件进行本土化适配，而中国已率先完成商业落地技术领先国际3-5年。更关键的是，中国已构建起全产业链自主体系，从核心设备制造到系统集成应用，完全摆脱对国外技术的依赖，研发出全球首款磁悬浮超临界二氧化碳压缩机组和透平-发电机-压缩机一体集成核心机，而欧美部分核心部件仍需从中国采购，形成了“中国主导，全球追赶”的格局。

这种领跑优势，不仅体现在技术本身，更在于标准制定权的争夺。中国正推动“超临界二氧化碳发电系统技术规范”成为ISO国际标准，而美国则联合盟友试图构建专利联盟，这场围绕技术标准的博弈，将直接影响未来全球能源产业的竞争格局。在“双碳”目标指引下，我国正从能源大国向能源强国迈进，而超临界二氧化碳发电技术，既解决了传统工业的节能降碳难题，又为新能源的规模化发展提供了支撑，成为连接传统能源新能源的关键桥梁。

“超碳一号”在贵州的投运，看似是一台发电机组的“上岗”，实则是一场关乎人类能源未来的革命。它打破了百年以来的技术路径依赖，证明了中国在前沿能源科技领域的自主创新能力；它用实实在在的商业效益，让节能环保从“社会责任”变成“经济动力”；它更以开放兼容的应用场景，为全球能源转型提供了可复制、可推广的中国方案。

随着技术的不断迭代和场景的持续拓展，我们有理由相信，超临界二氧化碳发电技术将走进更多行业、更多地区，为实现“双碳”目标注入强劲动力，为全球能源安全贡献中国智慧。这场能源革命，才刚刚开始。而中国，已经跑在了最前面！