二氧化碳变发电高手？揭秘超临界二氧化碳太阳能热发电技术
信息来源：蝌蚪五线谱
发布时间：
2025-12-01
提到二氧化碳，多数人会想到温室效应，但如今它摇身一变成为发电“主力军”。超临界二氧化碳太阳能热发电技术，正是让这种温室气体成为清洁能源的“魔法”，有望改写未来能源格局。
传统的发电技术都离不开“烧开水”，过热水蒸汽推动蒸汽轮机转动，然后进入发电机发电。但是，超临界二氧化碳循环发电系统内，流动的是超临界二氧化碳。那什么是“超临界二氧化碳”呢？物质随着温度和压力的变化，会相应地呈现出固态、液态、气态三种状态。当把处于气态、液态平衡的物质升温升压时，热膨胀引起液体密度减小、压力升高，使气液两态的界面消失而呈现非气非液的状态，这一状态点就称为临界点，当温度和压力高于物质的临界点，就进入超临界状态。超临界二氧化碳的临界温度和压力约为31.1℃和7.39MPa，此时它既不像气体那样稀疏，也不像液体那样黏稠，兼具高密度和低阻力的优点，这就好比把棉花压成钢板却仍能灵活流动，这种特性让它成为高效的 “能量搬运工”。
超临界太阳能热发电技术，通过玻璃反射镜反射聚焦太阳光，高倍聚焦的太阳光能够将固体粉末颗粒加热到800℃，再通过换热器将颗粒热量交换给二氧化碳，进而得到超临界二氧化碳（550℃、12.8MPa），进入透平，然后进入发电机发电。
超临界二氧化碳太阳能热发电技术的优势藏在细节里。在效率方面，700℃工况下，比传统蒸汽发电效率高出6%到8%，相当于同样面积的太阳能镜场多发电20%。体积更是袖珍，透平主轴长度仅为传统蒸汽机的1/25。灵活性是另一张王牌，传统蒸汽系统因存在气液相变，启动需要几小时，而超临界二氧化碳全程保持类气态，从停机到满负荷运转只需10分钟，能快速应对云层遮挡等太阳光波动。这项技术搭配熔盐储热系统，能实现24小时连续供电，解决了太阳能“看天吃饭”的难题。
2024年8月，中国科学院电工研究所牵头联合18家单位，历经5年攻关，建成全球首座超临界二氧化碳光热发电机组，在延庆实验基地实现稳定运行。项目负责人王志峰研究员介绍，项目团队在“无人区”完成了多项首创：突破太阳能高温颗粒吸热技术，用耐高温颗粒替代传统熔融盐作为吸热介质，解决700℃以上高温吸热难题；研发流化床颗粒/二氧化碳换热器，换热效率提升30%。《人民日报》（2024年11月29日01版）刊登：今年，我国成功研制出首座超临界二氧化碳光热发电机组，走在世界前列；该发电机组涉及基础理论研究、技术装备开发、系统集成多个环节，凝聚了中国科学院电工研究所、清华大学、山东电建三公司等18家单位的智慧。
从温室气体到能源新星，超临界二氧化碳正在改写能源规则。中国科学院电工研究所的技术突破不仅带动了高温材料、精密制造等产业链发展，更为我国新能源基地建设提供了“低成本—高效率—高灵活” 的解决方案。随着“双碳” 目标推进，这种技术终将成为光伏、风电的“稳定搭档”，让每一缕阳光都转化为可靠的绿色电力。
首座超临界二氧化碳光热发电机组（来源：百度百科）
作者：宫博，中国科学院电工研究所副研究员
