- 作者：張佩茹
- 來源：規劃設計集團
- 發布時間：2021-10-25
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近日，在新疆哈密市伊吾縣淖毛湖鎮戈壁上的光熱工業園區內，由中國能建西北院參股投資并總承包建設的哈密50兆瓦熔鹽塔式光熱發電站正式進入并網發電期。1萬余面五邊形"巨蜥式"定日鏡將太陽光反射、聚集到集熱塔頂部，每年可輸出1.98億度清潔電力。
從廣袤無垠的撒哈拉沙漠，到海拔近3000米的青藏高原腹地，再到新疆荒涼的戈壁，如今，在這些全世界日照資源最豐富的的地區，太陽正以一種新的形式——光熱發電在荒漠中迸發能量，書寫著人類逐日的新篇章。
在這些蕩氣回腸的篇章里，皆有西北院濃墨重彩的一筆。西北院深耕光熱發電十余載，在塔式、槽式、線性菲涅爾等光熱項目上取得了耀眼的成績，成為國內唯一同時擁有光熱科研示范項目、商業運行項目的設計企業。而在西北院一步步"征服"光熱發電的道路上，有這樣一個團隊，他們叩石墾壤，精誠鉆研；他們不怕"燙手山芋"，敢啃"硬骨頭"；他們爭分奪秒，攻堅技術難題；他們為工程的安全穩固保駕護航，為項目的推進掃清障礙；他們參與制定行業標準，推動行業技術發展進步……他們，便是西北院光熱發電項目土建攻關組。
破局——攻堅克難勇做先耕行者
西北院2007年便涉足光熱發電項目設計，是國內最早開展光熱發電技術研發的電力設計企業之一。彼時，光熱發電方興未艾，國內外投入應用的光熱電站數量不多，且技術保密，許多光熱發電特殊結構物設計尚無規范規程可依，可借鑒的經驗少之又少，這些都給西北院團隊帶來了極大挑戰。
面對這樣的情況，西北院土建結構專業團隊迅速成立技術攻關小組，由李紅星副總工程師擔任團隊負責人，與土建結構室主工何邵華共同組成土建光熱攻關組的"排頭兵"，重點研究存在的新的結構形式和新的技術難點，在項目推進過程中與時間賽跑，攻克技術難點問題，并將成果應用到實際工程中。
摩洛哥努奧塔式光熱電站是目前世界上單機容量最大的電站，其中作為動力之源的吸熱塔的設計是整個項目成敗的關鍵。
"單機容量最大，吸熱塔最高，努奧三期項目創下兩項世界之最的同時，也意味著我們面臨著前所未有的設計挑戰！"李紅星副總工程師介紹。
本工程吸熱塔高243米，底部直徑23米，是典型的高柔細結構。根據工藝要求，在吸熱塔頂部要布置各類大型設備，塔頂荷載重達3000噸，且吸熱塔結構外形有突變，這些特征都決定了它與其它高聳結構有較大區別。而當時在國際范圍內尚未有相應的規程規范來指導設計。這給西北院在吸熱塔的結構的設計上帶來很大挑戰，其抗風、抗震、消能減振問題亟待研究解決。
李紅星在仔細評估項目情況后，帶領攻關組迅速行動，一方面立刻聯系國內風工程方面的學者，咨詢討教，另一方面深入研究國內外設計規范及其背景資料，對高柔細吸熱塔結構開展了風洞試驗研究和有限元數值模擬分析，最終，經過攻關組的不懈努力，成功地解決了設計難題。高243米的吸熱塔穩穩矗立于撒哈拉滾燙的沙礫中，猶如一塊豐碑，篆刻著西北院人的智慧與勇氣。
此次設計難關的攻克不僅順利解決了吸熱塔結構設計的技術難題，而且為行業乃至土木工程學科的發展也做出了一定貢獻，其研究成果還被納入相關規范，成功應用于后續相關工程實踐中。
在哈密光熱發電項目中，高溫熔鹽儲罐基礎和定日鏡基礎的設計是最大的技術難題。高溫熔鹽罐內溫度在580℃左右，并且熔鹽的密度較大，基礎設計時需兼顧保溫隔熱和承載力要求。針對這一情況，西北院土建攻關組開展了大量的研究工作，最終選擇以散粒體陶粒土作為熔鹽罐基礎的保溫隔熱材料，引入環形鋼板外箍以滿足承載力的要求。工程實踐表明，該基礎設計方案不僅經濟合理，而且施工方便。
定日鏡具有面積大，自重輕、數量多的特點，對于安裝精度要求極高，針對這些特點，西北院土建攻關組設計了樁柱一體的混凝土預應力管樁方案，充分利用預應力管樁承載力高、剛度大的特點，采用栽樁施工方法，不僅施工方便，而且在節約造價的同時也節省了工期。
而在海西州多能互補集成優化示范工程光熱項目中，作為太陽能光熱電站儲換熱區域主要構筑物之一的熔鹽泵支架又為設計師帶來了挑戰。項目中熔鹽泵支架需采用懸挑長度達到7到10米的長懸挑結構，西北院土建攻關組在總結摩洛哥項目設計經驗的基礎上，進行了多項數值模擬分析與計算，最終成功將長懸挑支架應用于本項目中，對結構的布置方案進行了較大優化和調整。
在探索光熱發電項目的過程中，諸如此類特殊構筑物設計的技術困境還遇到過很多次，而每一次，西北院土建攻關組都沖鋒在前，挑大梁，堪重任，以推動行業技術發展為目標，攻克技術難關，根據施工條件、施工環境積極提出應對方案，快速響應，不僅為西北院光熱項目的推進掃清障礙，同時也勇敢的走在技術探索前沿，披荊斬棘，為光熱發電行業的技術進步貢獻應有之力。
合作——協同設計鑄就精品工程
在項目推進過程中，設計單位之間、各專業之間如何良好協同設計成為制約工程設計質量、工作效率的關鍵所在。
在努奧三期項目中，西北院與國外公司存在很多設計配合工作，而由于中外雙方在文化、理念、設計流程上存在較大差異，雙方的磨合問題貫穿整個設計過程。在吸熱塔基礎設計過程中，雙方存在分歧，僵持不下，另一面，現場施工進度壓力極大，于是，西北院土建攻關組加強了與外方團隊的溝通，李紅星、何邵華、杜吉克等設計人員白天不辭勞苦地分析模型、研究規范、商量方案，工作到深夜一兩點，緊接著，再克服7個小時的時差，與外方團隊開數個小時的視頻會議溝通。正是在這樣沒日沒夜連軸轉的努力下，在與外方團隊不斷的相互碰撞與學習中，西北院土建攻關組充分發揮了多方協作效應，為精品工程的建造提供了良好的支撐。
此外，西北院土建攻關組在技術攻關過程中還與許多廠家、科研機構和高校進行了調研與合作，并做了大量的文獻收集和研究工作，完成了多項創新型示范項目的設計，為精品工程的打造奠定了良好基礎。
收獲——精誠深耕結出累累碩果
在不斷克服難題的過程中，西北院土建攻關組完成的多項研究填補了國內光熱工程領域的空白，為光熱工程施工圖設計創造了條件，更提高了我國塔式光熱電站的技術和應用水平，有助于實現塔式光熱電站高效、安全、穩定運行的目標，對國內外光熱電站的有序良性發展提供了有力的技術支持。
此外，西北院土建攻關組不僅承擔了太陽能光熱發電的多項科研工作，還積極參與了國家光熱發電相關標準和規范的制定，并取得多項成果和獎項。迄今為止，團隊已申請發明專利3項，授權實用新型專利9項，研究成果被納入國家標準《塔式太陽能光熱電站設計標準》，能源行業標準《塔式太陽能電站吸熱結構設計規范》，匯編入著作《塔式太陽能光熱發電站設計關鍵技術》，為項目審查和設計提供了依據。其技術成果率先在國內光熱電站中得到應用，并在國外"一帶一路"多個工程項目中，得到業界廣泛認可，取得了顯著的經濟效益和社會效益。參與的項目共獲得國家優質工程金獎1項，電力行業優秀工程設計一等獎4項，電力建設科技進步一等獎1項，中能建規劃設計集團科技進步一等獎1項。
潮起宜踏浪，風正可揚帆。西北院土建攻關組攻堅克難，無懼挑戰的每一個日與夜也正是西北院所有研發人員的縮影。在西北院光熱領域碩果累累的背后，是所有西北院研發人員不忘初心、牢記使命的擔當；是開拓創新、永不停步的信念；更是風雨兼程、砥礪前行的精神。放眼未來，在"3060"目標的指引下，他們將進一步瞄準太陽能光熱技術前沿，挑戰攻關重大科研課題，做一往無前的"拾光者"，為大力發展光熱發電事業再續新篇章。