在贵州六盘水首钢水城钢铁集团的厂区内，一幅奇特的景象映入眼帘：一侧水蒸气氤氲，裹挟着钢铁生产的余温缓缓升腾；另一侧则清爽明净，阳光洒在银亮的设备上，连管道的棱角都清晰可见。这种鲜明对比的背后，是“超碳一号”超临界二氧化碳发电技术带来的革新。
今年5月，随着“超碳一号”示范工程第二台机组成功并网发电，全球首个超临界二氧化碳发电技术示范项目全面建成。中核集团首席科学家、“超碳一号”总设计师黄彦平介绍，这项技术将传统发电中循环工作介质从水蒸气替换为超临界二氧化碳，显著提升了余热利用率，大幅降低了能源消耗。
时间回溯到2009年，一张改变科研轨迹的纸条送到了黄彦平手中。中国工程院院士孙玉发手写转交的一句话——“国外正在研究超临界二氧化碳发电，很多人觉得不可能，你是否愿意试试？”——点燃了他探索未知的热情。当时，这项技术尚停留在理论阶段，工程化应用更是无人涉足的领域。
超临界二氧化碳是物质在特定条件下的第四种相态。当二氧化碳被加热至31摄氏度以上、加压至73个大气压以上时，便进入超临界状态，兼具液体的高密度与气体的低黏度。传统发电模式依赖水蒸气推动汽轮机，存在设备庞大、响应迟缓等问题，难以适应新能源调峰与工业余热利用的需求。黄彦平意识到，超临界二氧化碳作为循环工作介质，既能提高发电效率，又能缩小设备体积，这项突破可能颠覆传统发电模式。
面对质疑与压力，黄彦平带领一名学生组成初始团队，开启了“无人区”的探索。没有现成经验，缺乏成熟理论，他们只能从零开始。物质相变、热功转换、设备设计……每一个环节都充满挑战。黄彦平常通过翻阅历史书籍缓解压力，从科学大家的成长故事中汲取力量。2010年，团队搭建起自然循环实验装置，当看到超临界二氧化碳平稳流动且速度超预期时，他坚信：“这条路走对了。”
换热器是“超碳一号”的核心部件，其制造难度堪称“针尖上跳舞”。需在不锈钢薄板上加工数百条直径1毫米的通道，再将数千片薄板对齐焊接，误差需控制在头发丝的1/10以内。国外企业曾拒绝供货，倒逼团队自主攻关。黄彦平联合西北工业大学焊接专家，采用真空扩散焊技术，经过27次方案优化、218版参数迭代，耗时829天，终于焊出合格部件，并研制出大尺寸真空扩散焊机。新型换热器体积缩小至传统设备的1/10，为技术落地扫清障碍。
实验室小规模发电验证阶段，团队遭遇了最煎熬的时刻。机组在负荷加大时频繁掉机，始终无法达到满负荷状态。黄彦平带领团队逐一排查，不放过任何细节。某日后半夜，他接到团队电话：“成了！”激动的他连夜赶回实验室，看到屏幕上稳定跳动的数据，长舒一口气。这一刻，17年的坚持有了答案。
技术突破后，如何推向工业化应用成为新课题。2022年，济钢集团国际工程技术有限公司负责人高忠升主动寻求合作。黄彦平提出三问：“这是新技术吗？你们有资金吗？有厂址吗？”在看到实验室机组稳定运行后，高忠升给出肯定答复。与此同时，首钢水城钢铁集团正进行设备更新，三方一拍即合。2023年底，“超碳一号”示范工程在钢铁厂破土动工。
工业场景的复杂性远超实验室。团队需考虑地基、海拔、气候、水文等条件，施工标准近乎苛刻。2025年12月，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组成功商运；次年5月，第二台机组并网发电。与传统蒸汽余热发电机组相比，“超碳一号”设备占地面积减半，发电效率提升85%以上，年发电量增长50%以上。以首钢水城钢铁集团为例，每年可多发7000余万千瓦时电，增收超3000万元。
从两人团队到50余人攻坚，从理论探索到全球首例，黄彦平感慨：“基础研究需要坐得住冷板凳。”如今，“超碳一号”已覆盖钢铁冶炼、化工、焦化等行业，团队正推进“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”项目研究，拓展技术适配场景，为“双碳”目标与能源安全提供更多可能。
