告別「燒開水」時代：解密全球首座商用 sCO2 電站「超碳一號」
【圖靈學院/專題報導/2026-1-7】
在中國大陸貴州六盤水的首鋼水鋼集團工廠內，一場寧靜卻震動全球能源界的革命正在發生。這裡沒有傳統電廠巨大的白色水蒸氣雲，只有一組運轉聲音低沉、結構緊湊的金屬裝置。
它是「超碳一號」（Chaotan No.1）由中國核工業集團（中核集團）研發，於 2024 年底正式投入商用的全球首台「超臨界二氧化碳」（sCO2）廢熱發電機組。這項技術被《麻省理工科技評論》列為全球十大突破性技術之一，它的成功商轉，標誌著人類熱能發電長達 140 年的「蒸汽時代」（Steam Rankine Cycle）即將迎來最強勁的挑戰者。
一、 核心突破：為什麼是二氧化碳？
要理解「超碳一號」的震撼力，必須先理解它打破了什麼。
自從瓦特改良蒸汽機以來，人類發電的主流邏輯幾乎沒變過：燒開水。無論是燃煤、燃氣或核能，本質上都是加熱水產生蒸汽，推動渦輪發電。然而，水蒸氣體積龐大，設備笨重，且在相變過程中會損失大量熱能。
「超碳一號」採用了超臨界二氧化碳作為介質。當二氧化碳被加壓超過 73.8 bar、溫度超過 31.1°C 時，會進入「超臨界態」。
在此狀態下，它展現了如同魔法般的物理特性：
1. 密度像液體：能像液體一樣傳遞巨大的能量。
2. 流動像氣體：黏度極低，幾乎沒有摩擦阻力。
3. 熱敏感度高：微小的溫度變化就能帶來巨大的體積膨脹，推動渦輪運轉。
二、 體積縮小 95%：能源界的「晶片級」革命
「超碳一號」最直觀的視覺衝擊在於其極致的小型化。傳統蒸汽渦輪機往往需要數層樓高的廠房來容納。而在同等功率下，sCO2 發電機組的體積僅為傳統蒸汽機組的 1/20。根據中核集團總設計師黃彥平的描述，這就像是將一台巨大的卡車引擎縮小到只有手提箱大小，卻依然輸出同樣的馬力。這種「口袋式電廠」的特性帶來了巨大的戰略優勢：
- 極低場地需求：適合寸土寸金的工業園區，甚至可安裝在船艦或移動平台上。
- 快速啟動：傳統電廠啟動需數小時，「超碳一號」僅需 10 分鐘即可滿載發電，是平衡再生能源（風電、光電）波動的最佳神隊友。
三、 變廢為寶：工業廢熱的終極捕手
「超碳一號」的首個戰場，選在了鋼鐵廠的廢熱回收。
鋼鐵、水泥、石化產業每天排放大量 300°C 至 600°C 的中溫廢熱。傳統蒸汽發電對這類「食之無味」的中溫熱源效率極低，往往只能白白排放。但這正是 sCO2 的強項。
根據運行數據，「超碳一號」的熱電轉換效率比傳統蒸汽機組高出 3% 至 5%。在貴州示範項目中，它利用鋼鐵燒結製程的廢熱發電，每年可產生 7000 萬度電，減少二氧化碳排放的同時，為企業帶來可觀的經濟收益。它不產生碳，而是利用碳的特性來消滅碳排，實現了完美的邏輯閉環。
四、 未來應用：從大漠光熱到核能艦艇
「超碳一號」的商轉只是序幕，這項技術的潛力遠不止於此。
1. 聚光太陽能（CSP）：在中國西北大漠，利用鏡面聚集陽光加熱熔鹽，配合 sCO2 發電，能以更低的成本實現 24 小時連續綠能發電。
2. 第四代核能：sCO2 循環是未來小型模組化核反應堆（SMR）的首選技術，能大幅縮小核電站體積，甚至應用於核動力航空母艦或太空電源。
3. 移動式電源：由於體積小，未來可能出現貨櫃式的 sCO2 發電站，用於救災或離島供電。
五、 結語：中國在熱能技術的「彎道超車」
過去數十年，燃氣輪機與高端熱能裝備的技術話語權多掌握在歐美大廠（如 GE、西門子）手中。「超碳一號」的出現，代表中國在下一代熱能轉換技術上實現了自主突破。
這台機組不僅僅是一台發電機，它是一個信號，預示著龐大笨重的「蒸汽時代」正逐漸謝幕，輕量、高效、靈活的「超臨界時代」已經到來。
參考資料
1. 中國核工業集團（CNNC）官方發布：關於「超碳一號」商運之新聞稿與技術參數介紹。
2. 新華社（Xinhua News Agency）：〈全球首台商用超臨界二氧化碳發電機組在貴州商運〉。
3. 科技日報：關於超臨界二氧化碳布雷頓循環技術之專題採訪。
4. 聯合新聞網（UDN）：〈二氧化碳也能用來發電 大陸「超碳一號」成功商運〉。
