就在前几天,中国人改变人类发电历史!
二氧化碳发电有点高大上,我们平常人可能理解起来比较费力。
简单的说,我们每天都在用电,手机要充电,空调要制冷,地铁要跑,工厂要生产,但我们用的电绝大部分是怎么来的?
然而一个半世纪以来,从烧煤的火电站到高大上的核电站,我们发电的底层逻辑其实就三个字——烧开水。
没错,就是那个我们每天都在上演的烧开水!
这个烧开水模式学名叫朗肯循环,简单说就是把水烧成高温高压的水蒸气,然后用这股蒸汽去吹汽轮机,让它疯狂转起来,带动发电机发电。
蒸汽通过汽轮机后就完事了,然后蒸汽在冷却变回水循环利用,这个过程我们玩了140多年,技术已经非常成熟了。
但这个技术有个天生的硬伤,从液体变成气体,需要吸收大量的热量,这叫气化潜热。可等蒸汽做完功冷却变回水的时候,这部分热量又被白白释放掉了,根本没转化成电。
热力发电厂的冷凝塔
热量被白白释放
这部分浪费掉的能量有差不多占到你烧的煤烧的天然气总热值的35%~40%。
这就好像我们花100块钱买了个大餐,结果有40块钱的东西你只能闻闻味,一口都吃不着就得扔掉,例如花甲啊、小龙虾啊。一百多年来全世界的顶尖工程师们都拿这个没办法……
但是就在前几天在贵州的六盘水,中国超探一号的二氧化碳发电正式商业运行了,记住,这不同于钍基核燃料发电还是实验期。从技术流程上讲,超探一号彻底把烧开水这个老古董送进了历史的陈列馆。
超探一号,它用什么来发电呢?
不是水,而是二氧化碳,就是我们天天说要减排的那个温室气体。
用反派来当主角,这不是简单的替换,超探一号用的是一种处于超临界状态的二氧化碳,这就像把二氧化碳关在一个小黑屋里,一边给它疯狂加压,加到73个大气压以上,一边给它升温超过31℃。
这时候神奇的事情发生了,这时二氧化碳它会进入一种既像液体一样密度超大,又像气体一样几乎没有粘性,可以自由流动的神奇形态,它不是液体也不是气体,这种超临界二氧化碳就是为发电而生的天选之子。
密度大意味着它推动发电机叶片的时候,力道十足;粘度低,意味着他在管道里跑的时候阻力极小,身轻如燕。更关键的是它在整个发电循环里根本不需要变身,不像水那样,一会儿液体一会儿气体,它全程保持超临界这一个形态,这就把40%的能量浪费给彻底杜绝了。
这个新的发电模式叫布雷顿循环。
中核集团的总设计师黄艳萍老师讲了一个特别生动的比喻,他说你就想象往一个钢罐子里吹气,越吹越多,里面的气体压力和密度就越来越大,然后你再给罐子加热,这时候你在罐子上开个小孔,噗的一下,那股高温高压的气体喷出来,就能推动发电机转了,喷出来的气体呢能回收回来,再吹进罐子里无限循环。
我们直接上数据,这可比任何华丽的辞藻都有说服力。
在钢铁厂余热发电这种场景里,超探一号的发电效率比传统烧开水模式直接提升了85%以上,净发电量提升50%以上,什么概念?
就是原来能发两度电的废热,现在能发将近三度电了,而且因为它不需要庞大的锅炉和冷却塔,整个发电机组的体积可以缩小到原来的1/10,甚至是1/25,原来需要一个足球场,现在可能一个篮球场就够了。
但是需要清楚的时,二氧化碳发电机需要加压加热,这就注定了它是其它发电机组的配套,旨在“提高发电效率”。
以六盘水首钢水城钢铁厂的这个超探一号项目来说,每年能多发7000多万度电,一年就能给企业增加将近5,000万的现金流,三年回本。
这不可不谓之改变人类文明过程。
然而,这个技术为什么我们现在才搞出来,又为什么又是我们中国最先搞出来?
显而言之,在73个大气压下运行,对材料的耐压性,对所有接口的密封性要求简直是地狱级的难度,而且整个系统的控制非常复杂,需要极其精确的调控温度和压力。
以前这些核心技术关键材料我们没有,西方对我们进行严密的技术封锁,美国人其实早就进行了研发。早在2017年,美国能源部就把超临界二氧化碳发电技术列为国家能源战略的第二号前沿技术,他们投入了数亿美元去研究,然而却起个大早,赶个晚集,甚至都没赶上大集。
全球首台商用超临界二氧化碳发电机组的技术源自中核集团中国核动力研究设计院。这一技术不仅应用于核电领域,还拓展至工业废热、太阳能光热和舰船动力等多个领域。这一重大突破,不仅标志着电力行业的一个里程碑,更展示了超临界二氧化碳技术在多个行业中的广阔应用前景。
超探一号的工程师们,花了整整15年,做了15年的冷板凳,才从实验室里的图纸变成了今天震撼世界的国之重器。从压缩机、透平机到小小的密封件,我们一个一个磕,一个一个攻关。
在这个团队里,有一群平均年龄只有35岁的年轻人,在攻克最难的高温合金密封技术时,他们连续72个小时守在实验室里,饿了就啃几口面包,困了就在地板上躺一会儿。就是靠着这股子拼劲,我们才把这个困扰了全世界科学家一百多年的世纪难题给解决了。
这已经不是一个单纯的技术突破,这是一个关于追赶反超,关于自力更生绝地反击的故事。当别人以为用封锁就能锁住我们的时候,我们却在他们画下的禁区里硬生生地开辟出了一片全新的天地。
超探一号的商用只是一个开始,一个伟大的序章,在不久的将来,在所有工业余热发电的领域,它会实现100%的替代。因为它的经济性是碾压式的。全国钢铁厂那么多烧结余热,如果都用上这个技术,每年能节约483万吨标准煤,减少1285万吨二氧化碳排放,这相当于多种了7亿棵树,它还能跟光热发电、地热发电,甚至是第四代核能完美结合,更厉害的是它能解决新能源的世纪难题。
风电光伏发电不稳定时,我们可以用多余的风光电去加热一种叫熔岩的东西储能,等需要用电的时候,再通过超临界二氧化碳发电技术,把热能高效快速的转化成电能输送到电网里。我们已经有示范项目在建了,预计2028年就能并网。
超探一号,它不仅仅是一个发电机组的名字,它是一个标志,一个宣告,它宣告了延续了140多年的烧开水发电史,从今天起由中国人亲手翻开了崭新的一页,它也宣告了在能源这个关乎国运的核心赛道上,我们不仅跟上了,而且已经开始领跑!



































