据媒体报道,位于贵州六盘水的首钢水城钢铁厂2×15兆瓦烧结余热发电机组,与其他烧结余热发电机组并无太大差别,实际上却有天壤之别。

要读懂这项突破的分量,得先搞清楚传统烧结余热发电的“沉疴旧疾”。

在钢铁生产的烧结环节,会持续释放巨量余热,长期以来,行业内普遍采用“水汽循环发电”的传统路径:靠余热将水加热成高温蒸汽,再驱动汽轮机转动发电。

这套沿用百年的技术方案,不仅能源转换效率偏低,还存在设备体积庞大、耗水量惊人的短板,通常每吨烧结矿通过余热发电仅能产出不足15度电,大量宝贵的余热资源就这样悄无声息地流失了。

破解这一行业困局的核心密钥,就藏在“超临界二氧化碳”这一专业概念里。

用通俗的话解释,就是让二氧化碳在31℃、7.38兆帕的特定工况下,变成一种介于气态和液态之间的特殊形态,并用其替代水来承担能量传递的核心任务。

处于超临界状态的二氧化碳,有着能量密度高、流动阻力小的显著优势,就像一位“高效能量转运工”,能把烧结余热最大限度地回收并转化为电能。

作为21世纪能源发电领域的核心前沿技术,早在2017年,美国就将其列为国家能源战略前沿技术第二位,投入数亿美元推进研发,却始终未能突破实验室验证阶段,迟迟无法迈入商业化应用的门槛。

中国在该领域的探索始于2009年,中核集团黄彦平团队从一张白纸起步,刚启动研发就遭遇了核心技术“卡脖子”:关键设备超紧凑换热器的制造,必须依赖真空扩散焊机,而这项设备和技术被国外严密封锁,国内根本无从购置。面对绝境,团队没有退缩,果断走上自主研发的道路。

历经上千次的试验迭代,报废的零部件堆积如山,团队最终不仅成功攻克了超紧凑换热器的设计与制造核心难题,还自主研制出国产化的真空扩散焊机,彻底打破了国外垄断。

2019年,全球首个兆瓦级超临界二氧化碳发电系统成功实现满功率稳定运行,中国在这一前沿领域首次完成对美国的技术反超。

实验室里的技术突破,终究需要落地产业才能释放实际价值。济钢国际凭借多年深耕烧结余热发电领域的行业积淀,敏锐捕捉到这项新技术的产业化潜力,主动向中核集团抛出合作橄榄枝。

无独有偶,当时的首钢水钢正面临传统余热发电机组升级改造的迫切需求,三方的需求高度契合,合作一拍即合。

2023年5月,三方正式签署合作协议;同年8月,项目合作合同顺利敲定;12月,“超碳一号”机组在贵州六盘水正式破土动工,技术产业化进程迈入快车道。

从实验室原型到工厂实际应用,更多严苛的挑战接踵而至。机组主管道需要承受相当于3000米深海的高压压力,管道壁厚的公差精度要求更是比国家标准高出4倍。

为了达成这一极致精度要求,技术人员只能采用人工精细打磨的“笨办法”,耗时4个月才完成400多米主管道的加工制作;与此同时,管道内部的杂质控制标准极为严苛,不允许存在1微米以上的杂质,团队创新采用“清洗液烘干称重”的精准检测方式,确保管道清洁度完全达标。

经过23个月的反复试错、优化调整,2025年11月,该项目成功实现满功率并网发电;当年12月20日,正式转入商业化运营阶段,标志着这项技术彻底落地见效。

如今,“超碳一号”用一组亮眼的数据交出了答卷:设备占地面积仅为传统余热发电机组的50%,发电效率提升幅度超85%,每吨烧结矿的余热发电量稳定在22度以上,每年可为首钢水钢新增发电量超7000万度,直接带动企业增收近3000万元。

更具行业里程碑意义的是,它成功填补了全球中小功率中高温热源高效利用的技术空白,为钢铁、化工、水泥等余热资源富集行业,提供了一套全新的高效余热回收利用解决方案。

据专业测算,若该技术在全国范围内全面推广,每年可节约标准煤483万吨,减少二氧化碳排放1285万吨,环保效益极为显著。

当美国还在实验室中为技术稳定性问题反复攻坚时,中国已经率先实现了超临界二氧化碳发电技术的商业化落地。

这5年的技术领先优势绝非偶然,既是科研团队数十年如一日潜心钻研、坚守初心的成果,也是产学研深度协同、高效联动的成功范例。

从无到有突破技术壁垒,从跟跑追赶跻身世界前列,再到如今的领跑超越,“超碳一号”不仅让传统高耗能的钢铁厂成功披上“绿色外衣”,更彰显了中国在新能源技术领域的硬核创新实力。

所谓国运,从来都不是凭空而来的幸运,而是无数科研工作者、产业建设者们不畏艰难、逢山开路、遇水架桥,用辛勤汗水和执着坚守拼搏出来的必然结果。

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