面对全球碳排放危机，中国科学家将目光投向了一种意想不到的解决方案——二氧化碳，这种常见的温室气体正成为燃煤发电领域高效清洁利用的关键。
2025年3月，吉林油田二氧化碳先导示范项目顺利通过吉林省能源局能源领域首台(套)重大技术装备审查。五个月后，中国科学院工程热物理研究所与日本东北大学合作共建的“中日超临界能源环境技术国际联合实验室”建设启动会在北京成功举行。
这些项目标志着中国在超临界二氧化碳发电技术领域已经从实验室研究走向工程化应用阶段，预示着下一代燃煤供热技术正在悄然崛起。
一、技术突破：从理论到实践的跨越
超临界二氧化碳发电技术采用超临界态二氧化碳作为工作介质，在封闭的热力循环中做功，使热电转换效率大幅提升。当二氧化碳被加压加热至31℃、7.38MPa临界点时，这种特殊流体兼具气体的高扩散性和液体的高密度特性。
中核集团首席科学家黄彦平团队从无到有地创建了我国的超临界二氧化碳发电系统研发体系。该技术通过攻克高温紧凑型换热器、高效率涡轮机等核心难题，发电效率较传统蒸汽发电技术提升5个点以上，系统响应速度加快20倍，设备体积缩减50%。
2025年5月，中国科学院工程热物理研究所自主研发的分级加压富氧燃烧技术完成兆瓦级中试验证，实现1.0兆帕压力下72小时连续平稳运行，干烟气中二氧化碳浓度达到93%以上。
二、能效优势：重新定义发电效率
超临界二氧化碳循环在传热效率方面表现卓越。超临界二氧化碳的比热容是蒸汽的5倍，传热系数提升40%，这使得系统热效率突破性提升至50%以上，远超传统燃煤电厂35%的平均水平。
在敦煌百兆瓦熔盐塔式光热电站，超临界二氧化碳发电系统与熔盐储热结合，使系统年均效率达24%，较传统蒸汽循环提升6个百分点。这种“光热+二氧化碳”模式使度电成本降至0.38元，逼近光伏平价水平。
世界首台660MW超超临界“W”火焰锅炉设计发电标煤耗低至284.01克/千瓦时，较传统机组每度电节约标煤20克，年均可节约标煤12万吨。全部投运后，年发电量约60亿千瓦时，预计年减排二氧化碳30余万吨。
三、工程应用：示范项目引领商业化进程
吉林油田CO2超临界管道配套长时储能示范项目，是中国石油集团公司实施碳达峰行动方案重大工程之一。该项目利用了管道大容量、高压和管道内超临界CO2工质，释能时利用管道内9MPa的超临界二氧化碳膨胀发电，储能时再将0.1MPa二氧化碳增压注入9MPa高压管道中，从而用于驱油埋存，实现了国内首创。
2025年9月，中国华能集团有限公司在京召开超临界二氧化碳循环发电领域战新产业发展方向与重点项目专家评审会议。会议邀请了来自清华大学、浙江大学、西安交通大学等多单位专家，对中国华能超临界二氧化碳循环发电领域战新产业“十五五”专项规划与重点项目进行了评审。
华能西安热工院研发的5MW超临界二氧化碳发电模块，核心设备国产化率已达92%。转子直径1.2米的涡轮机采用3D打印整体成型技术，耐温能力提升至650℃，单机功率密度是蒸汽轮机的20倍。
四、商业突破点：降耗与创新并进
在降耗方面，吉林油田项目创新了换热介质选择。国内压缩气体储能项目一般选取导热油作为换热介质，不但价格昂贵、产品短缺，更存在较大安全风险隐患。
该项目探索“中压水+导热油”耦合技术，根据温度梯度切换导热介质，最大程度减少导热油用量，从而提升了安全性能，大大降低了工程成本。
在系统集成方面，超临界二氧化碳发电系统正在与多种能源形式深度融合。中国核动力研究设计院研发的第四代核能系统，采用氦气-二氧化碳联合循环。
高温气冷堆出口氦气温度达750℃，通过热交换器将热量传递给二氧化碳循环系统，使核电站整体效率突破50%大关。
五、挑战与瓶颈：成本与材料限制
尽管技术前景广阔，超临界二氧化碳发电技术仍面临商业化瓶颈。研究表明，超临界二氧化碳循环的平准化电力成本(LCOE)至少比蒸汽循环高9%，即使关键组件成本降低50%仍无法实现成本持平。
成本分解显示，sCO2系统仅在简单回热循环的间接成本方面有优势。其换热器成本显著高于蒸汽系统，特别是采用温度敏感型成本模型时，粒子换热器(PHX)成本随温度呈指数增长。
高压高温材料也是技术推广的制约因素。目前，国内透平机在7MPa压力工况下产品已经成熟，但尚未满足9MPa超临界CO2工况。吉林油田与中国石油规划总院以及相关高校联合开展技术攻关，同步挖掘CO2“超临界-气态”相变潜热，使该研究走在了国内前列。
六、未来路径：政策支持与产业链协同
国家政策支持对该技术的商业化至关重要。国家能源局《新型电力系统发展蓝皮书》明确提出，到2030年建成10个百兆瓦级超临界二氧化碳发电示范项目。
随着山东高等研究院突破700℃高温合金材料技术，二氧化碳发电系统正向更高参数迈进，预计2035年热效率将突破60%，度电成本有望降至0.25元以下。
中国完整的产业链是实现技术突破的核心支撑。研发团队从基础材料到核心装备，全链条创新。为突破2.4米级真空扩散焊接技术，解决大型结构件精密焊接难题，研发团队联合国内高校、科研院所、制造企业等，通过“缺什么造什么”的自主化路径，逐一打通，进而形成了完整的工业闭环。
随着山东高等研究院突破700℃高温合金材料技术，二氧化碳发电系统正向更高参数迈进。
预计到2035年，超临界二氧化碳发电系统热效率将突破60%，度电成本有望降至0.25元以下。
内蒙古鄂尔多斯的全球首个万吨级二氧化碳制绿色甲醇项目即将投产。江苏如东海上风电基地正在测试漂浮式二氧化碳压缩空气储能系统。
曾经困扰人类的温室气体，正成为打开新能源时代的密钥。
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