近日,被业界称为"超碳一号"的全球首套2×15兆瓦超临界二氧化碳烧结余热发电工程在贵州六盘水首钢水城钢铁集团成功投入商业运行。
这一里程碑式成果标志着我国在前沿能源技术领域实现重要突破,率先将实验室技术转化为工业应用,为全球工业余热利用提供了全新解决方案。
传统发电技术长期依赖"水蒸气循环"模式,即通过加热水产生蒸汽推动汽轮机发电。
然而,这种模式在处理中低温工业余热时存在明显局限性,转换效率偏低,且需要大量水资源。
钢铁、水泥、化工等高耗能行业每年产生的大量余热资源因此未能得到充分利用,造成能源浪费。
"超碳一号"的核心创新在于采用超临界二氧化碳作为工质替代传统水蒸气。
当二氧化碳在31摄氏度以上温度和7.38兆帕以上压力条件下,会呈现出兼具气体流动性和液体高密度的特殊状态。
这种状态下的二氧化碳具有储能密度大、流动阻力小、响应速度快等优势,能够直接膨胀做功而无需经历复杂的相变过程。
技术优势转化为实际效益十分显著。
据首钢水钢集团设备工程部副部长孟玮介绍,与传统烧结余热蒸汽发电技术相比,"超碳一号"净发电效率可提高20%至50%。
更为重要的是,该技术对热源温度要求较低,能够有效利用350至600摄氏度的中低温余热,而这部分热源在传统技术中往往被浪费。
从技术研发到商业应用的转化过程充满挑战。
中国核动力研究设计院团队自2009年开始技术攻关,在中核集团首席科学家黄彦平带领下,历经7年完成基础理论研究和试验平台建设,2016年进入实验室测试阶段,2019年实现小规模发电验证。
面对技术产业化的关键节点,首钢水钢集团展现出前瞻性战略眼光,决定承担技术风险,与中核集团、济钢集团联合推进全球首套商业化项目。
该技术的成功应用带来多重积极影响。
首先,在环保层面,超临界二氧化碳发电技术不消耗水资源,不产生废水,对缺水地区和高耗水企业具有重要意义。
其次,在经济效益方面,设备占地面积大幅减少,运行维护成本降低,为企业节能降本提供有力支撑。
再次,在能源安全角度,该技术提高了工业余热利用效率,有助于减少对外部能源的依赖。
从国际竞争格局看,美国早在2015年就将超临界二氧化碳发电技术列为国家能源领域战略性前沿技术,我国也在"十四五"能源领域科技创新规划中将其确定为重点推进方向。
此次"超碳一号"成功商业化运行,使我国在这一前沿技术领域占据领先地位,为相关产业发展和技术输出奠定基础。
展望未来,超临界二氧化碳发电技术应用前景广阔。
除钢铁行业外,该技术在水泥、化工、玻璃等高耗能行业均有巨大应用潜力。
随着技术不断成熟和成本进一步降低,预计将在更多工业领域实现推广应用,为我国实现碳达峰碳中和目标提供重要技术支撑。
把“看不见的热”变成“可计量的电”,考验的不只是单项技术突破,更是工程化能力与产业协同水平。
“超碳一号”实现商业运行,为工业余热高效利用提供了可验证的样板,也提示我们:推动绿色转型,既需要面向未来的前沿探索,更需要把技术成果落到生产一线,用稳定可靠的工程实践把节能降碳的潜力真正释放出来。