前言
2025年12月20日，贵州六盘水首钢水钢厂区内，“超碳一号”超临界二氧化碳发电机组成功并网发电，这是全球首台！商用超临界二氧化碳发电工程正式投运。
这项被美国列为国家能源战略前沿技术、钻研十多年却困于实验室的“黑科技”，最终由中国率先实现商业化突破。
作为革新型热电转换技术，将钢铁烧结余热利用率提升85%以上，年增发电量超7000万度，彻底打破了美国在该领域的长期技术垄断。
从2009年启动研发到2025年商业落地，中国科研团队用十六年坚守，完成了从跟跑到领跑的跨越，为全球能源高效利用与“双碳”目标实现提供了中国方案，更彰显了中国在能源科技领域的创新硬实力。
美国的主导与中国的技术革命
在全球能源转型的浪潮中，超临界二氧化碳发电技术，一直被视为下一代能源系统的核心方向，更是各国争夺能源科技话语权的战略高地。
这项技术的革命性意义，在于彻底颠覆了延续百年的“烧开水”发电模式。
传统火电、核电乃至余热发电，均需通过加热水产生蒸汽推动涡轮做功，而超临界二氧化碳发电则利用特殊状态下的二氧化碳作为能量载体，实现了效率与环保的双重突破。
其核心原理是将二氧化碳加热至31℃以上、加压至73个大气压以上，使其进入兼具液体高密度与气体低黏度的超临界状态，这种“天选工质”能储存更多能量且流动阻力极小，发电效率较传统机组提升5-8个百分点，系统占地面积减少50%以上。
2017年，美国能源部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第2位，累计投入数亿美元，集结西南研究院等顶尖机构组建攻关团队，试图抢占技术制高点。
2018年，该技术入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”，成为全球能源领域的研发热点。
美国的技术路线聚焦光热发电、核电等高端场景，NetPower公司建成的50兆瓦天然气示范电站曾引发广泛关注，但始终未能突破商业运行瓶颈，核心设备长期依赖进口部件支撑试验，商业化落地时间表一再推迟。
即便如此，美国仍通过技术封锁、设备禁运等手段，试图垄断超临界二氧化碳发电的核心技术，遏制其他国家的研发进程。
我国作为工业大国，钢铁、水泥、化工等行业，每年排放的中高温余热资源折合标准煤超亿吨，传统蒸汽发电技术因效率低下，大量余热被白白浪费。
同时，在风电、光伏等新能源发展过程中，间歇性发电难题亟待解决，而超临界二氧化碳发电与熔盐储能的组合方案，能高效转化弃风弃光的富余电力，为新型电力系统提供稳定支撑。
然而，受限于美国的技术垄断，我国早期在该领域面临无参考资料、无核心设备、无成熟工艺的“三无”困境，尤其是用于核心部件制造的真空扩散焊机等关键设备被国外封锁，研发工作举步维艰。
在超临界二氧化碳发电技术研发初期，国际顶尖学术会议上相关核心数据，多被美国团队垄断，我国科研人员难以获取关键技术参数。
国内企业试图引进相关技术时，要么遭遇漫天要价，要么被明确拒绝，这让我国深刻认识到，核心能源技术买不来、讨不来，必须走自主创新之路。
随着“双碳”战略的推进，我国对高效能源利用技术的需求愈发迫切，突破超临界二氧化碳发电技术垄断，不仅是破解工业余热浪费的现实需要，更是保障国家能源安全、抢占全球能源科技高地的战略使命。
在这样的背景下，我国将超临界二氧化碳发电技术列入“十四五能源领域科技创新规划”，形成了国家层面的战略布局。
中核集团中国核动力研究设计院率先牵头，联合东方电气集团、西安交通大学、清华大学等优势企业与高校，组建产学研攻关共同体，开启了从零起步的技术突围之路。
这场突围不仅要攻克技术难题，更要打破美国主导的全球能源技术格局，为我国工业转型升级与新能源发展注入核心动力。
十六年攻坚，铸成大国重器
2009年，中核集团首席科学家黄彦平带领团队，正式启动超临界二氧化碳发电技术研究。彼时，全球范围内仅有美国、日本等少数国家开展相关基础研究，我国在该领域几乎一片空白，连最基础的实验设备都无法进口。
研发团队面临的首个难题，便是核心部件制造所需的真空扩散焊机，这种设备能实现金属材料的高精度焊接，是制造超紧凑换热器的关键装备，而国外不仅禁止出口，连相关技术参数都严格保密。
“没有设备就自己造，没有数据就自己测”！
黄彦平团队立下誓言，开启了艰苦卓绝的攻关历程。
为研制真空扩散焊机，团队联合国内机械制造企业，从材料选型、结构设计到控制系统开发，逐一突破技术瓶颈。
仅焊接工艺优化就经历了上千次试验，报废的零件堆满了半个仓库，科研人员在车间内开展长达829天的集中攻关，终于成功研制出完全国产化的高端真空扩散焊机，各项性能指标达到国际领先水平，为后续核心部件制造奠定了基础。
2019年凌晨三点，兆瓦级超临界二氧化碳发电系统试验现场，传来振奋人心的消息，全球首个兆瓦级超临界二氧化碳发电系统，实现满功率稳定运转，各项指标均达到设计要求。
这一突破让我国在该领域首次实现对美国的技术反超，标志着我国已掌握超临界二氧化碳发电的核心基础技术。
此后，团队持续优化技术方案，不断提升系统的可靠性与经济性，为商业化落地做好准备。
2023年，技术商业化迎来关键转折。济钢国际凭借在烧结余热发电领域的技术积累与市场经验，主动与中核集团签署合作协议，共同推进技术产业化。
同年8月，济钢国际与首钢水钢签订项目合同，采用合同能源管理模式，建设全球首套2×15兆瓦超临界二氧化碳烧结余热发电示范工程。
2023年12月，“超碳一号”示范工程在贵州六盘水正式开工，经过两年的建设与调试，于2025年底成功并网发电。
十六年攻关路上，我国团队不仅突破了“两机三器一系统”的系列关键技术，更建立了完整的自主知识产权体系。
截至2025年底，已累计申请相关专利300余项，形成了覆盖设备设计、制造、系统集成、运行控制的全链条专利保护，真正实现了核心技术完全自主可控。
中国工程院院士于俊崇带领的专家组鉴定认为，该项目总体技术水平达到国际领先地位，实现了从跟跑到领跑的跨越。
“超碳一号”的全球影响
2025年12月20日，“超碳一号”示范工程在首钢水钢成功商运，实测数据显示，该机组能高效回收钢铁厂400℃-600℃的烧结机余热，年增发电量超7000万度，每年可为首钢水钢增加经济效益近3000万元，三年即可收回投资成本。
钢铁行业是我国能源消耗和碳排放的重点领域，全国现有烧结机超过300套，若全部采用“超碳一号”技术进行改造，市场规模将达到1000亿元左右。
初步测算显示，该技术在全国钢铁、水泥、玻璃等行业推广后，每年可节约标准煤483万吨，减少二氧化碳排放1285万吨，为传统工业转型升级提供了有力支撑。
首钢水钢集团设备工程部副部长孟玮坦言，传统蒸汽发电效率已触及天花板，而“超碳一号”能“吃干榨净”中低温余热，对于节能减排、降本增效是颠覆性的。
“超碳一号”的成功，打破了美国在新能源储能领域的技术优势，为我国新型电力系统建设提供了关键方案。
在海上油气钻井平台、大型船舶等空间有限的场景，其紧凑的系统结构优势明显，可大幅降低装备能耗与空间占用。
在核电领域，超临界二氧化碳发电技术可提升核反应堆的能量转换效率，增强核电的经济性与安全性。
业内预测，随着技术的不断成熟与推广，超临界二氧化碳发电技术将形成千亿级市场规模，成为我国能源产业高质量发展的新增长极。
项目研发过程中，中核集团联合东方电气集团、西北工业大学、清华大学等国内优势企业和高校，形成了以超临界二氧化碳发电技术为核心的创新共同体，实现了要素共享与价值重构，催生出“资本+技术+市场”的新业态。
这种协同创新模式，不仅加速了技术突破与商业化进程，更为我国其他前沿技术领域的发展提供了可借鉴的经验。
未来，随着创新体系的不断完善，我国将在更多能源科技前沿领域实现突破。
结语
从2009年的从零起步，到2025年的全球首台商用落地，“超碳一号”超临界二氧化碳发电机组的研发历程，是中国能源科技自主创新的生动缩影。
十六年时间里，科研团队攻克了设备制造、系统集成、工况适配等一系列“卡脖子”难题，打破了美国的长期技术垄断，实现了从跟跑到领跑的跨越。
这项技术突破的背后，是科研工作者的坚守与贡献，是产学研协同创新的强大合力，更是国家对核心技术自主可控的坚定决心。
在全球能源转型与科技竞争的大背景下，“超碳一号”的落地不仅彰显了中国的创新硬实力，更重塑了全球能源科技产业格局，让中国在下一代能源技术领域掌握了话语权。
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