超临界二氧化碳循环发电技术是一种具有划时代意义的变革性清洁高效发电技术，被评为“全球十大突破性技术”，也被国家列入我国电力装备十大领域推广应用重点方向，在能源高效利用和国防安全等领域具有重要应用价值。2014年集团公司正式开展相关研究，以西安热工院为主，组建了一支以院首席专家李红智为带头人、20多名年轻工程师参加的青年研发团队，并联合国内其他科研、设计、制造等优势单位组建创新联合体，拉开了5兆瓦超临界二氧化碳循环发电试验机组研发和建设的序幕。

探索前行，理清技术攻关脉络

“项目开始，我们试图与国外公司合作，但一涉及到核心技术，外方技术代表就三缄其口，最后大家都放弃了跟国外合作的想法，外国人能做的，我们也一定可以做。”煤基清洁能源研究所副所长、团队成员张一帆说。就这样，团队成员开始了艰苦的自主研发之路。

项目启动初期，西安热工院阎良试验基地刚刚建设完成，完整的生活保障设施还没有配套齐全。不少人从家直接卷了铺盖来到基地，吃住都在基地解决。2018年盛夏，酷暑难耐，西安持续高温接近40度。成员们在闷热的实验室辛苦钻研，衣裳湿了干，干了又湿，晚上回到宿舍，只能自己烧热水兑冷水，简单冲洗。这样的条件和环境下，团队成员自始至终没有打过退堂鼓，科研热情和昂扬斗志与日俱增。

团队的杨玉博士，用一年时间，在全国调研了几十家企业，有时候节假日就在火车上度过，为国产化可行性进行详细把脉。团队成员群策群力、反复尝试，在实验期间多少次的失败，甚至整个方案推倒重来，都未能阻挡团队前进的脚步。办法总比困难多，在项目组成员的共同努力下，终于理清了超临界二氧化碳循环发电技术攻关的总脉络，并进行了任务分解。

开拓创新，掌握关键核心技术

在机组建设阶段，研发团队遇到的第一阻力就是“印刷电路板换热器”。当时，国内的企业只能完成零部件或其中一个环节的制造生产。张一帆和团队经过调研、探讨，制定了“两步走”计划，“首先要先把国内优势资源整合起来，组成联合攻关体，把换热器这个硬件完全拿下，彻底实现国产化。然后再开始搞系统运行，做仿真模拟，让设备跑起来。”

2017年开始，张一帆带领团队成员先后奔波往返北京、哈尔滨、成都、上海、河南、江西等地，经过1年半的沟通磨合试验，联合4家国内实力最突出的企业，成立了攻关联合体。与合作制造厂历经3年多，经过几十次的反复试验，终于攻克了高精度设计程序、光化学蚀刻和大型真空扩散焊接工艺，实现了大型印刷电路板换热器全国产化，为超临界二氧化碳循环发电奠定了硬件基础。

团队借鉴换热器的国产化路径，与合作制造厂一起针对超临界二氧化碳压缩机及透平干气密封技术进行技术攻关，历经三冬三夏，上百次的反复试验，终于成功攻克了大轴径干气密封、密封件高温材料、轴端密封自冷却、润滑油隔离气等关键技术，研制出了国际上参数最高的超临界二氧化碳透平。

至此，锅炉、换热器、透平、压缩机这“四大核心设备”全部到位。

攻坚克难，成功运行全新系统

在硬件设备攻关的关键时期，系统集成运行组也如火如荼地加紧攻关。为了同时实现功率最高和机组安全运行，张一帆有目的性、指导性地制定了好几组方案，在锅炉、汽机、调试等领域团队成员的紧密配合下，前后花了3年时间才实验成功。

2020年11月至12月，试验台全部搭建完成，进入试验调试。但是第一次试验点火就失败了。开局失利，重挫了团队成员的信心。分管项目的副院长牟春华来到团队中间，结合自己业务知识讲了一堂生动的党课，为大家除去思想包袱，重整旗鼓。

调试运行阶段，一共跳机了13次，其中9次是因为透平出了问题。“一出问题，为了保护设备，必须人为手动操作，确保轴平直不被高温烤弯。李凯伦是这个专业的负责人，不论几点跳机，他永远是第一个冲到锅炉现场手动操作解决问题。”张一帆回忆，“李凯伦膝关节滑膜炎挺严重的，但每次半夜出故障，他都是全力奔跑冲向机器，哪里还顾得上膝盖疼痛。每次看到月色下他飞奔的背影，我都深受感动。”

最终，历时7年，经过项目组的不懈努力，2021年12月，集团公司自主研发的我国首座大型超临界二氧化碳循环发电试验机组在西安热工院顺利完成72小时试运行，并正式投运。

机组发电功率5兆瓦，是世界上容量最大、参数最高的超临界二氧化碳循环发电试验机组，各项性能指标都达到国际领先水平。机组核心设备国产化率100%，申请技术专利400多项，已授权专利186项，一举打破了国外公司在该领域的长期垄断地位。

试验机组的成功投运，在世界范围内首次打通了大型超临界二氧化碳循环发电系统的全工艺流程，突破了四大核心设备的关键技术难题，标志着我国已全面掌握超临界二氧化碳循环发电整套关键核心技术，历史性地站在了世界热力发电技术领域最前沿。