位於西安熱工研究院閻良試驗基地的我國首座大型超臨界二氧化碳循環發電試驗機組的成功投運，標誌着我國已全面掌握超臨界二氧化碳循環發電整套關鍵核心技術，歷史性地站在了世界熱力發電領域的技術最前列
位於西安市閻良區的我國首座大型超臨界二氧化碳循環發電試驗機組。 記者 母家亮攝
“機組最近剛完成技術成果鑒定。”8月30日，西安熱工研究院超臨界二氧化碳循環發電技術首席專家李紅智告訴記者，就在不久前，中國電機工程學會對位於西安熱工研究院閻良試驗基地的我國首座大型超臨界二氧化碳循環發電試驗機組進行了技術鑒定。
距離去年12月8日該機組成功完成72小時試運行正式投運過去還不到一年時間，這次的鑒定意味着該機組獲得了行業專家的肯定。
我國這一首座大型超臨界二氧化碳循環發電試驗機組核心設備國產化率達100%，7年研發過程中誕生了400多項專利，打破了國外公司在該領域的長期壟斷。這些成績背後，是無數個不眠之夜……
研發，從“一張白紙”開始
以二氧化碳作為發電工質的設想，在20世紀60年代由國外科學家率先提出，但由於技術受限一直未能實現。其發電過程為二氧化碳氣體經壓縮機升壓、鍋爐加熱後，達到高溫高壓超臨界狀態，推動汽輪機旋轉，進而帶動發電機發電。與傳統水蒸氣發電技術相比，該技術發電效率高、靈活性好，可以更好地消納新能源，有效降低碳排放。當時，這項技術研究在國內尚處於空白。
“這是有可能改變未來熱力發電領域格局的顛覆性技術。”李紅智內心很堅定。
2014年，華能集團依託西安熱工研究院有限公司正式開展該項技術的相關研究，旨在實現變革性靈活低碳發電技術的重大突破。
2015年，華能集團正式立項後開始引進專業人才，組建了一支以李紅智為帶頭人、20多名工程師參加的專業研發團隊。
當這個年輕的團隊鬥志昂揚，開始走上填補技術空白的道路時，真正的困難才剛剛開始……
在試驗基地的日子
博士高煒是最早去西安熱工研究院閻良試驗基地的那批人之一。
項目啟動之初，閻良試驗基地剛剛建成，生活保障措施還沒有配套齊全。“我記得那是2017年，路上塵土飛揚，冬天也沒有暖氣。”高煒回憶，雖然很苦，但大夥都沒有被難倒，不少人從家直接帶了鋪蓋，吃住都在基地。
“都是‘理工男’，話不多，在基地就是夜以繼日做實驗、查資料、寫程序、分析數據。”李紅智口中的“理工男”們，那時面臨的不僅是艱苦的條件，還思索着如何打破技術壟斷。
超臨界二氧化碳透平及壓縮機由於工質密度大、壓力高，軸端密封始終是制約這些轉機設備運轉的一大難題。最初，項目組先後向多家國際知名干氣密封製造商發出合作意向及技術、商務諮詢，可得到的回復要麼不予合作、要麼條件極為苛刻。因此，項目組決定和國內製造廠家合作進行技術攻關。
印刷電路板換熱器也是發電機組核心設備，幾乎被國外公司所壟斷，國內沒有一家企業可以提供成熟的產品。於是，項目組決定聯合國內產業鏈上的3家製造企業，共同開展從光化學蝕刻到真空擴散焊等多個關鍵工藝流程的技術攻關。
天道酬勤。在研發團隊的努力下，歷經3年多，他們攻克了小葉高氣動優化、大軸徑干氣密封、軸端密封自冷卻結構等關鍵技術，研製出了國際上參數最高的超臨界二氧化碳透平機組。
然而，“領跑”還遠未到來。
發出第一度電
2021年2月2日，閻良試驗基地，大型超臨界二氧化碳循環發電試驗機組廠房裡，20多人屏住呼吸，盯着指揮大廳的屏幕。
“成功了！”數字的跳動加速了每個人的心跳。19時03分，試驗機組成功發出第一度電。
“當時大廳里響起了熱烈的掌聲和歡呼聲，不少人緊緊擁抱在一起。”想起那天，團隊成員吳帥帥還是抑制不住激動，“當時我們很多人都哭了，7年多的辛苦付出終於有了個好結果，我們把最艱難的階段扛過去了！”
最艱難的階段是在2020年，機組進入調試階段。
研發團隊分成兩個班組，24小時連軸轉。這是在攻克一項前沿技術，沒有任何經驗可以借鑒。
李紅智介紹，整個過程非常不順利，試驗機組經常發生非正常的跳機。儘管二氧化碳無毒，但畢竟是高溫高壓氣體，會導致人員窒息。
“團隊成員都承受着很大的壓力，精神處於高度緊張的狀態，甚至有時候還要冒着生命危險去現場排除故障。”清潔能源技術研究所副所長張一帆說，“李紅智經常是第一個衝到現場查看問題，在確保人員安全的前提下，才指揮大家進行故障排除。”
如今，機組各項性能指標都達到國際領先水平。其成功投運標誌着我國已全面掌握超臨界二氧化碳循環發電整套關鍵核心技術，歷史性地站在了世界熱力發電領域的技術最前列。
“下一步，研發團隊將對400多項技術專利進行分類整理，進一步將技術應用於高效靈活火電、光熱儲熱發電、第四代核電和大規模長時儲能等領域，為我國發電領域節能降碳探索出一條有效路徑。”李紅智說。
2013年9月17日，李紅智領證結婚。“那段時間我一直在外出差，當天是我妻子去機場接的我，下午我們去民政局領的證，第二天我又踏上了飛往新疆的航班。”他說。
這些年，研發團隊的成員都是這樣，一直在路上。
超臨界二氧化碳循環發電試驗機組成功投運的光環並沒有成為西安熱工研究院和研發團隊的探索終點。
據了解，研發團隊積極聯合國內優勢研發單位構建完整產業鏈，堅持所有核心技術自主研發，力爭實現全工藝鏈自主可控，為我國在該領域的技術競爭中繼續爭取戰略主動。（陝西日報 記者 母家亮 王佳偉）
