经济观潮｜告别“烧开水”发电！全球首台商用超碳发电机组闯关记

“压气机出口温度正常，压力正常……”1月12日，山东济南，济钢集团国际工程技术有限公司（以下简称“济钢国际”）的智慧大屏上，一个个代表“超碳一号”发电机组运行状态的数据正在跳动。

全球首台成功商用的超临界二氧化碳发电机组，此刻正在贵州乌蒙山区安静地运转着。人类依赖了百余年的“烧开水”发电模式，自此被中国技术改写。

“超碳一号”发电主厂房内部。（中核集团中国核动力研究设计院供图）

计划一年建成最终“啃”了23个月，上千次试验“排雷”绝境逢生，“六连败”才换来第七次成功……刚刚从六盘水项目现场返济的技术团队，讲述了这一“大国重器”诞生前后的曲折经历。

牵手“国家队” 勇闯“无人区”

●济钢擅长将前沿技术在工业现场“生根”，“国家队”正是看中了这一点

2025年12月20日，一则重磅消息引爆行业：全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”在贵州顺利投入商业运行，标志着我国在这一前沿能源领域率先迈入商业化应用阶段。该工程由中国核动力研究设计院（以下简称“核动力院”）、济钢国际、首钢水城钢铁（集团）有限责任公司（以下简称“首钢水城钢铁”）共同推进。

效率更高、系统更紧凑、响应更快速，这么好的发电技术为何现在才用？

济钢国际党委副书记栾元迪解释，超临界二氧化碳发电技术的原理不复杂。瓦特改良蒸汽机以后，蒸汽发电一直是“烧开水”，就是水加压加热变成气态，推动汽轮机做功发电，之后再冷却为液态，如此循环往复。但水蒸气携带的能量很有限，效率太低，因此全球科学界一直在寻求替代工质。

超临界二氧化碳（以下简称“超碳”），一种在特定压力和温度下介于气态和液态之间的神奇流体，因其高密度、低粘度、无相变的性能特点，被视为“天选之子”。

“用于发电的超碳相当于空调里的氟利昂。”济钢国际能源环保事业部部长、项目技术总师孙航说，它将热能转换为电能，始终在超临界状态循环发电。

超碳发电机组示意图。

美国率先提出超碳发电理论，并将其列为国家能源战略前沿技术，欧盟、日本、韩国等也先后开展了这方面的研究，都希望率先突破这一革命性能源技术，抢占新一轮产业发展机遇。

在没有先例的赛道上参与全球竞争，“国家队”为何选择与山东一家地方国企合作？

当天，看着控制室大屏上的累计运行时间不断刷新，4年前与“超碳”邂逅的画面，一帧帧如电影般浮现在栾元迪眼前。

机会，来自一场技术分享会。

2022年的上海，济钢国际在一场技术路演中，第一次认识了超碳发电技术。

敏锐的嗅觉，得益于数十年的技术积淀。他们发现这项技术能显著提高烧结余热利用效率，便立即组团到核动力院交流。

中核集团首席科学家、“超碳一号”总设计师黄彦平从2009年开始研究这项技术，实验室的验证机组已获得成功，技术工艺也基本成熟。在济钢之前，一家央企曾尝试将这项技术从实验室搬到生产一线，但最终放弃了这个项目。

超临界二氧化碳发电技术实验装置。（中核集团中国核动力研究设计院供图）

“我们吃技术这碗饭，熟悉企业的痛点、难点，最擅长的就是成果转化‘最后一公里’。”扎根行业30余年的栾元迪说。

底气，来自他们在节能领域的持续创新：20世纪80年代，济钢集团率先引进国外干熄焦技术，迈出中国钢铁行业节能技术发展的重要一步；2007年，更是自主研发出国内首台套烧结余热发电装备，打破国外垄断。

在这个赛道，济钢擅长将前沿技术在工业现场“生根”，“国家队”也正是看中了这一点。

面对这项前景广阔却也充满未知的技术，济钢的决策快得令合作方惊讶。

“无钢”的济钢向何处去？答案必须是绿色、低碳、创新。

跨过成果转化“死亡之谷”

●技术成果商业化“最后一公里”被称为“死亡之谷”。这个项目要想成功，绝非简单的图纸复制，而是一场在落地中完成的“二次研发”

项目选在贵州六盘水，并非偶然。

李军卫是济钢国际的技术骨干，2022年夏天在首钢水城钢铁交流时，了解到原有的余热发电设备老旧，正面临更新，他大胆建议：直接上马最先进的超碳发电项目。

三方一拍即合——核动力院提供技术工艺，首钢水城钢铁提供落地场景，济钢国际负责工程研发、总体系统集成、投资、设计、建设、运营，项目于2023年底开工。

一切都是从零开始。栾元迪担任济钢国际超碳烧结余热发电项目总指挥，组建精干团队，挂帅出征贵州乌蒙山。

技术成果商业化“最后一公里”被称为“死亡之谷”。虽然此前有充分的心理准备，但现实难度仍然远超想象。

贵州山区“地无三里平、天无三日晴”，既要面对空间受限、多雨天气等实际情况，又要成本可控。当理想化的设计要求遭遇复杂的工程实际，便产生了研发思维与工程思维的碰撞。

研发专家更看重技术指标的先进性，济钢的工程师则满脑子是控成本、保运行。实验室是恒温恒湿环境，钢铁厂的条件不可能达到；验证机组主管道全是不锈钢，到现场就得改为合金钢，才能在高性价比的同时耐受更大压力……项目的技术方案，先后修改了五版。

栾元迪坦言，这个项目要想成功，绝非简单的图纸复制，而是一场在落地中完成的“二次研发”。

以核心设备之一——印刷电路板换热器为例，这相当于整套发电系统的血管，内部满是毫米级的流道，类似芯片用化学刻蚀法制造，一个房间大小的设备内部，管路总长达1400千米。

1720千米，是整个“超碳一号”机组所有大小管道连接起来的总长度。李军卫算过，这个数字比从济南到六盘水的直线距离还长100千米。此外，这些管道的内径更是从毫米到米级不等。如此精密复杂的设备，从设计、制造到安装调试，每一步都是在闯“无人区”。

更大的压力来自成本。采购设备时，报价大大超出了预算。

“钢铁是充分竞争的行业，经济可行是项目商业化生存的底线。”在市场摸爬滚打多年的济钢技术团队深知，先进的技术要在激烈的市场竞争中活下去，必须把成本降下来。他们凭借多年积累的供应链资源和商务谈判能力，硬是将采购价格大幅压低。

六连败后，成了！

●相较蒸汽发电，“超碳一号”净发电量提高了50%以上，水耗降低50%以上，设备占地缩小50%

2025年初，经过一年多的建设，“超碳一号”迎来首次启动。所有人都信心满满，觉得万无一失。

按下启动键，发电机组静默无声。

“这是最有信心的一次，也是打击最大的一次。”李军卫回忆，更头疼的是，找不到问题在哪儿。

没有经验，没有标准，没有师傅，团队在“三无”的情况下，面对庞大复杂的设备，只能采用“一人打喷嚏，全家吃药”的笨办法，从头查到尾，不放过任何一个可能的细节。

5月，机组再次启动，失败又一次降临。技术团队这次查了2个多月，才抓到影响系统运转的“元凶”，也摸清了原因，成功啃下了一块硬骨头。

整个调试期，他们满怀希望地尝试了六次，也彻头彻尾地失败了六次。

“超碳一号”的压气机及电动机。（中核集团中国核动力研究设计院提供）

那是最黑暗的时期。作为项目经理，李军卫濒临崩溃，身心俱疲，甚至一度怀疑还能不能成功。那段时间，他不得不靠两种药物助眠，头发也大把大把脱落。

面对一次次挫败，他们互相打气：“要相信科学，相信‘国家队’，相信自己。”

经过上千次试验，技术团队研制出30多种验证装置，甚至把笨法子、土方子都用上了……一块块硬骨头被陆续啃下。在这个项目中，团队累计解决技术问题200余项，攻克关键技术难题88项，优化提升85项……计划一年建成的项目，硬是干了23个月。

2025年11月9日，机组第七次启动。

控制室里，空气几近凝固。参数开始跳动，并网成功！

李军卫盯着屏幕，足足一刻钟没敢动，“直到旁边的人开始欢呼，我才确认，真的……成了！”

当天在庆祝仪式上讲话时，栾元迪泪流满面，几度哽咽。

12月20日，在连续安全稳定运行一个多月后，全球首台超碳发电机组“超碳一号”宣布商用成功。相较蒸汽发电，“超碳一号”净发电量提高50%以上，水耗降低50%以上，设备占地缩小50%……首钢水城钢铁这家三线老企业，也一下子成了业界明星。

“无钢”转型8年后，济钢换道超车，凭借硬核科技重新“出圈”，找到了全新的发展赛道。连日来，李军卫不断接到全国各地企业的咨询电话。如果全国的钢铁行业烧结余热利用全部升级，预计每年可节约标准煤483万吨以上，减少二氧化碳排放超1285万吨。

面对广阔的市场前景，济钢国际一方面通过“传帮带”培育该领域的技术人才，分批选派年轻骨干到首钢水城钢铁项目轮岗，为后续拓展新项目储备力量；另一方面，与核动力院联合成立合资公司，加速推广这一创新技术。

“我们暂时领先同行五年，但美国、日本、加拿大、欧洲等国家和地区都在研究，每一步都是赛跑，压力不小。”栾元迪表示，这项高效发电技术尤其适合中小功率规模、中高温热源场景，在钢铁行业除了烧结外，还可以跟焦化、煤气发电等其他环节结合，也可以用于化工、水泥、玻璃、电解铝等多个传统行业的余热回收发电，大幅提升能源利用效率。同时，也能与熔盐储能技术完美结合，解决风光电不稳定的问题，加速构建新能源体系。

1月10日，受山东省委、省政府点题推动，山东省绿色低碳产业发展协会组织、山钢集团牵头，召开“超碳一号”超临界二氧化碳高效工质发电技术产业化论证评估会。会上，来自国内能源动力、工程热物理、电力系统等领域的权威专家一致认为，“超碳一号”技术是我国在能源与工业余热利用领域的一项革命性创新，成功实现了发电工质的根本性变革。专家建议，下一步应加快建立全流程标准体系，开展多场景差异化示范，深化数据驱动与技术创新，推动技术从“首台套”向可复制、可推广、可盈利的成熟产业阶段迈进。

“我们本身就是从传统产业转型而来，初步尝到了创新驱动的甜头。作为山东的企业，我们正在积极寻找省内的合作伙伴，以创新技术推动本土产业升级，一起走绿色低碳发展的新路子。”济钢集团党委书记、董事长刘仕君表示。

（大众新闻记者 赵国陆 王雅洁 王瑛琪）