瓦特的棺材板有點(diǎn)摁不住了。

　　自從瓦特改良蒸汽機(jī)以來，人類已經(jīng)用燒開水的方式發(fā)了100多年的電，哪怕是核電站，本質(zhì)也是燒開水（蒸汽發(fā)電），用蒸汽推動(dòng)渦輪。

　　現(xiàn)在，中國人開始燒二氧化碳發(fā)電了。2025年12月20日，全球首臺(tái)商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組“超碳一號”在貴州六盤水投入運(yùn)營。

　　“超碳一號”發(fā)電機(jī)組丨中核集團(tuán)

　　從空氣里變出電能，還能商業(yè)化運(yùn)作，這真的有點(diǎn)魔幻了！

　　網(wǎng)友們打出滿屏的問號丨bilibili@央視新聞

　　超臨界二氧化碳，發(fā)電的天選之子

　　燒二氧化碳發(fā)電，專業(yè)說法叫二氧化碳工質(zhì)發(fā)電。這當(dāng)然不是在空氣中點(diǎn)一把火那么簡單。我們來抓關(guān)鍵詞：超臨界，二氧化碳。

　　超臨界，物質(zhì)的奇妙屬性

　　物質(zhì)的常見狀態(tài)有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，還有個(gè)等離子態(tài)（比如火）。超臨界態(tài)則是另一種奇妙的狀態(tài)：當(dāng)溫度和壓強(qiáng)超過某個(gè)特定值，物質(zhì)會(huì)同時(shí)具有液體和氣體的特性。

　　想象一下，氣體分子本來處于一種間隔很遠(yuǎn)、四處亂竄的狀態(tài)。如果加上很高的壓強(qiáng)，分子會(huì)擠在一起，因?yàn)榛ハ辔?，不再像氣體分子一樣四處亂竄，變成了液態(tài)；這時(shí)如果再加上很高的溫度，分子們又會(huì)活躍起來，變成一種緊緊擠在一起、又上躥下跳的狀態(tài)（就是那種五彩斑斕的黑的感覺）。

　　圖丨Wikipedia

　　這種狀態(tài)的物質(zhì)，在搞電力的人來看就是遠(yuǎn)勝于水的完美發(fā)電介質(zhì)！

　　它的密度接近液態(tài)，能像水一樣攜帶很多能量用以發(fā)電；它黏度接近氣態(tài)，又比水的流動(dòng)性更好，更容易推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)起來，減少發(fā)電中的能量損耗；但它又不是真正的液體或氣體，沒有沸點(diǎn)來限制它的形態(tài)，因此可以達(dá)到很高的溫度，而溫度越高，發(fā)電效率就越高。

　　總之一句話，超臨界物質(zhì)發(fā)電，劃算！

　　為什么是二氧化碳？

　　在世間萬物中選中二氧化碳，主要是因?yàn)榘阉龀沙R界態(tài)比較容易。

　　拿我們現(xiàn)在常用的發(fā)電介質(zhì)水來說。

　　要把水搞到超臨界態(tài)，需要的溫度和壓強(qiáng)分別是374攝氏度和22兆帕。要達(dá)到374攝氏度的高溫已經(jīng)很不容易了，22兆帕更是個(gè)很高的目標(biāo)，相當(dāng)于2000多米深的海底的壓強(qiáng)，或者相當(dāng)于在1厘米見方的地方的放一頭獅子。

　　二氧化碳則好搞定很多，達(dá)到超臨界態(tài)需要的溫度是31攝氏度，這在炎熱的地區(qū)甚至不需要專門做保溫；需要的壓強(qiáng)也只有7.38兆帕，僅僅是水的三分之一。

　　二氧化碳相態(tài)變化圖，超臨界態(tài)的面積比較大，意味著比較容易達(dá)到丨張義祥, 林沖, 赫建明, 等. 2024. 頁巖的超臨界二氧化碳壓裂機(jī)理及其優(yōu)勢分析[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào), 32(4): 1301-1308. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2022-0538.

　　要把二氧化碳燒到這個(gè)溫度，我們甚至可以用很便宜的熱源：鋼廠的工業(yè)余熱。

　　這些余熱的溫度在300到600攝氏度之間，作為傳統(tǒng)火電的熱源，溫度相對較低，如果用水作為介質(zhì)發(fā)電的話效率極低，所以過去很難利用，很多都白白浪費(fèi)了。

　　這是因?yàn)槌R界態(tài)的水在發(fā)電過程中，對溫度、壓強(qiáng)要求都很高，稍微下降就會(huì)變回氣態(tài)或液態(tài)；二氧化碳的超臨界態(tài)容易達(dá)到且很穩(wěn)定，甚至能在整個(gè)發(fā)電循環(huán)中維持。

　　工業(yè)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生很多熱能，如果能利用起來會(huì)是巨大的寶藏丨wikimedia commons/Alfred T. Palmer

　　所以，“超碳一號”用工業(yè)余熱來讓二氧化碳達(dá)到超臨界態(tài)、用來發(fā)電，綽綽有余，直接變廢為寶！

　　并且，超臨界二氧化碳，還可以讓發(fā)電設(shè)備更少更緊湊，不僅節(jié)省了投資成本，還避免了能量散失。

　　全球首臺(tái)商用超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組三維示意圖丨中核集團(tuán)

　　那兩個(gè)字怎么說來著？劃算！

　　以后我們不用燒開水發(fā)電了嗎？

　　發(fā)電能燒二氧化碳了，但開水還是要繼續(xù)燒的。

　　比起蒸汽發(fā)電的傳統(tǒng)火電來說，在使用較低溫的工業(yè)余熱發(fā)電領(lǐng)域，二氧化碳工質(zhì)發(fā)電可以更高效地利用能源，效率更優(yōu)；但在使用高溫的化石燃料熱源發(fā)電領(lǐng)域，二者效率相差不多，二氧化碳工質(zhì)發(fā)電不存在全方位的優(yōu)勢。

　　此外，蒸汽發(fā)電目前依然是主流的發(fā)電方式，它龐大的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)慣性，也會(huì)讓它長期作為電力系統(tǒng)的壓艙石。

　　石破天驚的二氧化碳工質(zhì)發(fā)電不是獨(dú)霸天下，而是有更適合自己的位置。

　　因?yàn)榘l(fā)電系統(tǒng)布局緊湊、效率高，二氧化碳工質(zhì)發(fā)電更可能用到一些空間有限的場景，比如海上油井、大型船舶，實(shí)現(xiàn)小小身形大大能量。

　　又因?yàn)榘l(fā)電功率調(diào)節(jié)速度快、范圍廣，二氧化碳工質(zhì)發(fā)電發(fā)電可以完美配合出力十分不穩(wěn)定的新能源發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定供應(yīng)，主打一個(gè)滿分僚機(jī)。

　　目光再遠(yuǎn)一些，二氧化碳工質(zhì)發(fā)電可能還會(huì)用到更多“變廢為寶”的場景里，不僅僅是工業(yè)余熱，其他的光熱發(fā)電、生物質(zhì)，甚至未來的核聚變技術(shù)產(chǎn)生的余熱，也能通過二氧化碳工質(zhì)發(fā)電的方式變?yōu)殡娏Α?/p>

　　作者：藍(lán)巾

　　編輯：李小葵

　　題圖來源：中核集團(tuán)