来源：知乎
大家好，我是“超碳一号”的总设计师黄彦平。
作为这个项目从构思到落地的主要负责人，我来为大家补上一些技术细节和幕后故事，再和大家聊聊这项突破究竟意味着什么。
一切的起点，其实源于我们对一个老问题的追问。
一百多年来，人类最主流的发电方式本质上没有改变——现代火力发电厂与核电厂的主要发电方式仍是蒸汽发电，因此网友常调侃：人类科技的尽头是“烧开水”。蒸汽发电技术是工业时代的伟大成就，稳定、可靠且成熟，但以蒸汽为循环工质的发电技术面临效率瓶颈，而体积大、系统复杂的固有特点也限制了其应用范围的持续拓展。
那么，能不能找到一种能够弥补这种工质短板、实现发电技术创新的新工质？
2009年，在一次专题研讨会上，我收到了一张由他人转交的纸条，上面是孙玉发院士的笔迹。他提到，超临界二氧化碳发电技术具有研究潜力，可以深入探索。纸条虽轻，在我手里却沉甸甸的。这不是一道命令，而是一位前辈科学家基于深厚学识给出的、指向未来的可能路径。
实际上，二氧化碳是国内外同行从数十种工质中综合筛选出的 “天选之子”。它天然存在、化学性质稳定、工业应用广泛。当温度超过31℃、压力升高至73个大气压以上时，二氧化碳会进入超临界状态，不同于常规的 “固、液、气”三态，此时的二氧化碳既像液体一样密度高，做功能力强，又像气体一样粘度低，流动阻力小。
超临界二氧化碳发电技术正是以超临界态的二氧化碳为工质，实现从热能到电能的转换。得益于其特殊物性，该技术具有高效率的核心优势——理论发电效率可以突破50%。我们目前掌握的核心技术，可以填补世界范围内中小功率规模、中高温热源场景的高效发电技术空白，实现节能降碳，推动能源结构优化和可持续发展。未来，通过持续的技术攻关，该型技术还可以向更高功率等级、更高工作温度的应用场景拓展。
同样得益于超临界二氧化碳的独特物性，循环全程处于超临界态，不发生相变，使得该发电技术的机组体积小、能量密度高，可有效减少设备数量和体积，便于模块化集成部署。以“超碳一号”系统为例，主要设备仅包括压气机、膨胀机、冷却器、回热器和热源换热器，机组体积较传统蒸汽发电机组减少一半，且操控简单、运维成本低。
原理听起来优美又简洁，对吗？但搞工程的人都知道，从优美的原理到成功应用，中间隔着一道道工程的铜墙铁壁。在这个过程中，有几个关键设备必须突破，
我们撞上的第一堵墙，就是压气机。
压气机及电动机
我们可以把压气机比作系统的心脏。传统水泵工作在性质稳定的液态区，而我们的压气机必须在物性剧烈变化的临界点附近实现对二氧化碳的稳定压缩，这对设计与制造提出了极高要求。另一大难点是密封：发电过程中高温高压的超临界二氧化碳推动涡轮机高速旋转，要保障它尽可能少地向环境泄漏工质，系统的密封结构必须做到耐高温高压、耐磨损。
上述问题限制了国际上很多团队的发展。
通过自主研发，我们团队试错了上百种设计和工艺方案，并与东方电气等重型设备企业联合攻关，采用了一些传统技术认为不可能实现的方法，最终解决了这些难题。到目前为止，我们已经成功研制出6款不同型号压气机，均实现满负荷长期运行，可支撑100 kWe-100 MWe功率等级的发电系统。
如果说压气机是心脏，那么换热器就如同遍布全身的毛细血管网。作为热量传递的核心设备，它直接关系到系统效率。超临界二氧化碳的表面换热能力较差，只有水的1/3左右，因此必须采用高比表面积、高承压能力、耐腐蚀性强的换热器来弥补其换热能力不足的短板。这不仅需要全新的换热构型设计，还要解决毫米级薄板的高强度大面积非连续焊接难题。
要实现这种特殊焊接，必须依赖一台专用机器。然而在起步阶段，国内没有任何单位能够制造此类设备。我们曾希望借鉴国际经验，但现实给了我们深刻一课：团队先后四次派员前往当时技术最领先的公司调研，对方连车间大门都未允许进入，更别提参观设备了。
这件事，反而让我们彻底清醒。我们下定决心，要自己干，要靠自己研制出完全国产化的焊接机器。
困难在这里就不赘述了，我们从原理啃起，自己设计、自己调试，并联合西北工业大学等知名高校，自主研制系列化工业母机——大尺寸真空扩散焊机，实现了超临界二氧化碳换热设备全国产、型谱化研制。
研制的2400mm级真空扩散焊接装备
这段经历，也让我们对“国际竞争”有了切身的理解。这项技术的战略价值，国际同行看得非常清楚。美国在2015年就将超临界二氧化碳发电技术列为国家能源战略前沿技术；2017年，又将其提升至第2位，仅次于电网现代化。
这种“高度重视”与“严密封锁”的叠加态，意味着从第一天起，这就注定是一条必须依靠自主创新才能走通的路。它逼着我们抛弃了一切幻想，从最基础的单元实验做起——2012年，我们搭建国内第一个实验回路，全部花费了12万元。
但回头看看时间线，又觉得有些耐人寻味。
当我们埋头攻克了密封、焊接等一系列工程难题，让工程验证机稳定运行时，国际上的同行还在公开探讨类似的挑战。根据我们看到的学术报告，国外某顶尖实验室在2024年达到的水平，大致与我们团队五、六年前的状态相当。所以，今天“超碳一号”能率先商运，并不是因为我们起步更早，而是因为封锁逼着我们更早、更彻底地完成了从理论到工艺的全链条贯通。
竞争就像一场马拉松，有人设置路障，反而迫使我们练就了更强的越野能力。
技术突破了，最终总要回答这个问题：有什么用？能挣钱吗？这也是团队在“硬核咖啡厅”活动里，被一位知友问到的问题。
“超碳一号”就是第一个答案。它在一条钢铁生产线上，回收烧结机排放的烟气余热来发电。15兆瓦烧结余热发电机组，占地面积只有传统蒸汽余热发电站的一半，但净发电量提升了50%以上，每年能多发电7000万度以上。我们测算过，大约三年就能收回投资。它首先是一个经得起市场检验的经济选择。
接下来我们还有“超碳二号”。太阳能与风能等新能源具有间歇性和波动性特点，不仅存在弃风、弃光现象，也给电网调度安全带来挑战。为破解这一难题，我们启动了“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”示范项目，已入选“国家能源领域第五批首台（套）重大技术装备”。该项目充分利用超临界二氧化碳发电技术具有的响应迅速、转换效率高等优势，为新型电网提供调峰调频调惯量的新手段，进一步提升电网运行的稳定性与安全性。
也有人问，十几年周期，面对无数失败和质疑，团队是怎么坚持下来的？
说实话，做从0到1的事，面对质疑是常态。2009年那会儿，团队里基本上就我一个人在琢磨。直到2010年、2011年，才有学生陆续加入，现在团队几十人了。有博士来找我，说想干这个，我说欢迎，但得先说清楚：会很苦，要学一大堆新东西，而且很可能因为一时做不出成绩而挨批评。但我也告诉他们，一旦钻进去，你会发现这里面天地广阔，非常有意思。
我知道知乎有很多有志于科研工作的青年，也想在这里分享分享我的笨办法：
别人干了没干成，要找到他没干成的原因；
别人干了，但当时有技术短板，要思考现在新技术发展能不能补上这个短板？
如果没有人干过，那自己先必须想清楚三个问题——技术原理到底成不成立？做出来有没有不可替代的优势？现有的工业体系能不能支撑它实现？想透了，就坚定地往下走。
我这个人，脸皮比较厚。别人没研究过就说不行，我觉得那是笑话。搞技术创新，有时需要这点“轴”劲，要能承受住别人的怀疑和负能量。但玩笑归玩笑，大家都有一种内生的驱动力。从怀疑“这玩意儿真能转吗”，到亲手调校的机器发出第一度电，再到目睹庞然大物般的工程机组平稳运行，这种亲手把概念从图纸变为现实的快乐，是无可替代的。科研，就是需要不间断的热情去暖化。团队成员进进出出，我们在无数次的试验中一次次失望，又一次次重整旗鼓。他们有时会吐槽我要求太严，但转头又会为了一个技术细节和我争得面红耳赤。这种纯粹，或许就是我们这个团队最宝贵的燃料。
从2009年一个模糊的想法，到今天全球首台“超碳一号”示范工程成功商运，它意味着，一条被预言了多年的、更高效的发电新路径，第一次被中国工程师用完整的自主技术，实实在在地铺成通途。当前，我国的超临界二氧化碳发电技术产学研用体系已基本建立，形成了全国产化产业链条，具备全面工程应用条件。曾经国外商业管制清单上的技术，我们已经全部实现了国产化，我们所有的技术、装备，都可以在祖国960万平方公里的土地上自主完成。
“超碳一号”是一个里程碑，但更是一个新的起点。我们将通过持续的技术攻关，推动“超碳一号”在工业余热场景推广应用的同时，让超临界二氧化碳发电技术向更大功率等级、更高热源温度的应用场景持续迈进。这条路，我们会继续脚踏实地地走下去。
谢谢大家。