问题——工业余热资源量大、品位复杂,但长期存在“能用不好、用不充分”的现实瓶颈。
以钢铁烧结环冷机等环节为例,高温烟气余热稳定存在,却常受制于系统体积大、热转换效率不高、负荷响应慢等因素,导致回收利用的经济性与工程适配性不足。
传统蒸汽朗肯循环以水为介质,成熟可靠,但在中低品位余热、快速变工况场景下,设备冗长、热损失与运行维护压力等问题更加凸显。
如何用更合适的工质、更紧凑的装备,把“散在车间里的热”转化为“看得见的电”,成为工业节能改造的关键课题。
原因——技术路线的突破,集中体现在“工质选择”和“循环体系”两道关口。
二氧化碳在一定压力与温度条件下进入超临界状态,兼具较高密度与较低黏度,具备良好的做功能力,可在更紧凑的设备中实现高效能量转换。
围绕这一特性,研发团队提出以闭式布雷顿循环为核心的系统方案,通过透平机、压气机与换热器、回热器、冷却器等构成高效闭式循环,实现余热到电能的高效转换。
但从原理走向工程,难点不在“概念正确”,而在关键装备的工程化能力,尤其是高效换热部件的制造工艺、可靠焊接与系统集成控制等,任何一项短板都可能导致效率无法兑现或运行稳定性不足。
影响——示范机组的商运,标志着我国在新型工业余热发电方向实现从“技术验证”向“工程应用”的实质跃迁。
据介绍,“超碳一号”示范工程在贵州六盘水首钢水钢集团实现商业运行,较现役烧结余热蒸汽发电方案,发电效率预计提升85%以上、净发电量提升50%以上,同时在场地需求等方面具备明显优势。
更重要的是,这一技术体系不只是单点创新,而是对发电装备形态的一次重构:以超临界二氧化碳为工质的闭式循环,使系统更紧凑、热惯性更小,有利于跟随工业工况变化,提高余热利用的稳定性与可用性。
对钢铁等高耗能行业而言,这意味着节能降碳不再只依赖“减产控排”或单一末端治理,而可通过流程能效提升获得更可持续的减排增效空间。
对策——推动规模化应用,关键在于以示范工程牵引标准化、产业化和可复制。
其一,强化核心装备国产化与可靠性验证。
超紧凑微通道换热器、透平压气机等关键部件需要在长周期工况下完成寿命评估、故障机理分析与维护体系构建,形成可工程推广的设计与验收标准。
其二,建立与工业现场深度耦合的系统集成能力。
余热源温度波动、含尘腐蚀、空间限制与检修条件差异较大,要求在热力参数匹配、换热防堵、控制策略与并网运行等方面形成成套解决方案。
其三,以经济性为导向完善商业模式。
对企业而言,是否“算得过账”取决于投资回收期、运维成本、停机损失与政策协同,应探索合同能源管理、设备租赁、绿色电力与碳资产协同等路径,提升项目可融资性和可复制性。
前景——从钢铁烧结余热拓展到更广阔的能源场景,超临界二氧化碳发电有望成为新型电力系统的一项“高效率转换工具”。
当前,我国已基本建立相关产学研体系并形成较为完整的国产化产业链条,具备工程应用基础。
下一步,随着不同温区余热资源的分级利用需求提升,该技术可在化工、有色、建材等行业探索更多落地场景。
同时,围绕储能与调峰需求,相关单位已启动熔盐储能超临界二氧化碳发电示范工程项目,预计2026年开工建设。
若与储热技术、可再生能源制热等方式耦合,未来有望在提升电力系统灵活性、提高可再生能源消纳水平方面发挥作用。
需要指出的是,示范成功并不等同于全面铺开,仍需在成本下降、工程标准统一、供应链稳定与运行运维能力建设等方面持续攻关,推动从“个案领先”走向“行业普及”。
超临界二氧化碳发电技术的成功商运,体现了我国在能源创新领域的自主突破和技术积累。
从基础理论研究到工程示范再到商业应用,这一过程凝聚了科研团队的执着创新精神。
该技术的推广应用,不仅有助于提高工业余热利用效率、降低能源浪费,更为构建清洁低碳能源体系提供了新的技术支撑。
随着后续示范工程的推进和产业链的完善,这项自主创新成果必将在能源转型升级中发挥越来越重要的作用,为实现"双碳"目标做出积极贡献。