陸超碳一號全球首發 掀發電革命

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大陸正推動新一代發電技術，以突破沿用百餘年的蒸汽發電模式。中核集團首席科學家、中國核動力研究設計院「超碳一號」總設計師黃彥平11日在《光明日報》撰文指出，人類自透過「燒開水」以蒸汽推動渦輪機發電以來，已140多年，至今仍是火力與核能發電主要發電手段，甚至核動力航母等高端裝備也依賴蒸汽做功。但隨著技術發展，蒸汽循環發電效率逐漸接近上限，加上設備體積龐大、系統複雜，使其在中小功率領域的應用受到限制。

黃彥平表示，隨著超臨界二氧化碳發電技術的發展，傳統蒸汽發電模式有望迎來新變革。當二氧化碳溫度超過攝氏31度、壓力達73個大氣壓以上時，會進入「超臨界狀態」，兼具液體密度高、做功能力強，以及氣體黏度低、流動阻力小等特性。利用超臨界二氧化碳作為循環工質，可將熱能高效率轉換為電能，理論發電效率可突破50％，被視為適用於中小功率及中高溫熱源的重要發電技術。

他指出，超臨界二氧化碳發電機組具有體積小、能量密度高的優勢。以大陸自主研發的「超碳一號」為例，其主要設備包括壓氣機、膨脹機、冷卻器、回熱器及熱源換熱器，整體機組體積較傳統蒸汽發電機組縮小約一半，並具備操作簡便、運維成本較低等特點。該技術可應用於光熱發電、工業餘熱利用及新型儲能等多個能源領域。

不過，推動技術工業化仍面臨多項挑戰。首先是換熱問題。由於超臨界二氧化碳換熱能力僅約為水的三分之一，需設計高比表面積、耐高壓且耐腐蝕的換熱設備。研究團隊透過真空擴散焊工藝，自主研製大型擴散焊機，解決毫米級薄板高強度焊接難題。

其次是密封問題，高溫高壓工質推動渦輪機高速旋轉，若密封不足易造成洩漏。科研團隊開發「特種材料＋內冷卻」乾氣密封技術，以提升設備可靠性。此外，閉式熱力循環對控制精度要求高，研究團隊建立多場景樣機測試平台並開發動態控制系統，以確保設備協同運作。

目前，全球首台商用超臨界二氧化碳發電機組「超碳一號」已成功投入運行。這座15兆瓦示範機組與傳統燒結餘熱蒸汽發電系統相比，占地面積減少50％，淨發電量提升50％以上，每年可多發電約7000萬度。若未來在大陸燒結餘熱發電系統推廣，預計每年可節省約483萬噸標準煤，並減少約1285萬噸二氧化碳排放。

研究團隊同時探索「熔鹽儲能＋超臨界二氧化碳發電」模式，利用風電與光電過剩電力加熱熔鹽儲存熱能，再透過超臨界二氧化碳動力循環發電，以提升電網調峰與穩定能力。專家表示，超臨界二氧化碳發電正成為全球能源科技競爭的前沿領域，未來有望在提升能源效率與推動工業減碳方面發揮重要作用。