熔鑄示范“利劍”

——佳潔能攻破高溫熔鹽卡脖子技術，助力光熱關鍵技術國產化進程

2022/03/22 來源：中國電力報   本報記者  魯珈瑞    字數： 2800版次 07

   “由于國內光熱熔鹽系統閥門產業無前例可循，國內熔鹽光熱電站熔鹽儲罐泵出口大多會選用進口電液動快關蝶閥代替逆止閥。”北京佳潔能新節能技術有限公司董事長陳金環說，這種閥門結構較為復雜，特別是驅動裝置容易出現故障，且維修價格昂貴。該閥國產化后，不僅作為熔鹽專用閥門提高了運行可靠性，同時也降低了成本。據相關數據顯示，對于100兆瓦光熱電站而言，可在此項節省投資近五百萬元。

                                   光熱設備國產化率穩步提升

     隨著第一批光熱示范項目的建成，光熱產業進入到追求“降本增效，平價上網”的發展階段。近年來，部分光熱發電投產項目已完成調試工作進入商業化運行階段，發電能力良好，并成功達到額定出力和最小技術出力，實現連續發電兩百小時以上。

     近幾年，光熱產業培養出掌握光熱發電集成能力的國內企業，這些企業還通過自主研發在核心技術領域形成了自主知識產權，成功走出國門幫助中東、北非等“一帶一路”沿線地區建設光熱項目。此外，國內光熱產業已建立起光熱發電設備制造全產業鏈，相關企事業單位超過500家，反射鏡、槽式集熱管等主要設備產能均超過200萬千瓦，國內已投運項目的設備國產化率超過90%。

     在國家首批光熱示范項目的進程中，當時的諸多客觀因素掣肘了項目開發進度，而在新的項目中，這些客觀影響因素都已不復存在，國內光熱行業的成敗將完全取決于產業自身。此時，對于國產化技術路線的摸索就顯得尤為重要。

     首航高科敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站作為全國首個100兆瓦級光熱項目，自投運以來，以積累運行示范數據為主，短期收益為輔，有效積累各大系統的各大核心裝備不同工況的運行數據、運行曲線和運行規律，有序推進各項系統性能優化和發電量穩步提升，積累了大量運行經營并取得良好的示范效果。

     該熔鹽光熱電站應用的“100兆瓦級塔式光熱電站熔鹽儲熱裝置技術”不僅實現了讓發電與天氣解耦，使光熱發電輸出更加穩定，并且沒有配置政策允許的天然氣補燃系統，使得在平價上網背景下，該系統將實現更高的經濟效益。

    同時，作為目前國內單體儲罐儲熱容量最大的熔鹽儲熱系統，具有容量大、成本低、參數高、損耗小等特點，其核心技術將可應用于火電靈活性改造等領域，未來應用前景廣闊。

              國產熔鹽閥實現關鍵技術突破

    自2016年開始，北京佳潔能新節能技術有限公司（以下簡稱“佳潔能”）與蘇州德蘭能源科技股份有限公司攜手聯合研發，同時聯合多個科研院所，通過多年的技術攻關，結合光熱熔鹽物性和具體工況，通過計算機模擬計算，對材料腐蝕性能、力學評定、冷熱交變材料匹配等方面進行分析，成功研發了高溫熔鹽截止閥、熔鹽調節閥、下降管大壓差熔鹽調節閥、熔鹽逆止閥、熔鹽蝶閥及熔鹽儀表閥，取得了十多項熔鹽閥門的專利，并在多個試驗平臺和首批示范項目應用近300臺。

    在熔鹽光熱技術中，熔鹽閥門占有舉足輕重的地位。據了解，熔鹽閥門一直被國際少數品牌壟斷，首批發電的示范項目熔鹽閥門大多依賴進口。該閥門價格昂貴，交貨周期長，售后亦無保障，特別是在國外出現新冠肺炎疫情后，交貨周期更是被無限期延長，售后服務更是無從談起。

    “熔鹽閥門作為熔鹽光熱電站中的關鍵設備，不僅要在復雜苛刻的工況下運行，還要避免閥門內漏外漏、啟閉卡澀及沖蝕等問題。”陳金環指出，熔鹽閥的可靠性和安全性關乎整個電站的正常運行和電站效益的保證，關鍵部位熔鹽閥出了問題，可能導致整個電站停運，很可能拖累整個工程，熔鹽系統對高溫熔鹽閥的質量提出了相當高的要求。

    據介紹，作為熔鹽儲罐的熔鹽泵出口，為了防止泵停機反轉，熔鹽光熱系統需要一臺熔鹽專用逆止閥做保護。由于在第一批光熱示范項目期間，放眼全球都找不到適用熔鹽的逆止閥，所以大部分熔鹽光熱示范項目只能在冷泵和熱泵出口都選用進口品牌電液動快關蝶閥代替逆止閥。電液動快關蝶閥液壓驅動裝置由液壓泵站、控制閥組、蓄能器、快速油缸、電氣控制箱等5部分組成，系統復雜，實際運行中故障不少，且價格昂貴。

    針對這種情況，佳潔能與蘇州德蘭技術團隊與項目現場技術團隊協作開發出一種新型熔鹽專用逆止閥。該閥門依靠介質本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質倒流，結構簡單，無熔鹽殘留死角，無需外部動力，故障率低。

    2017年，哈鍋與浙江大學、山東電力建設第三工程公司共同合作，在浙江大學校內聯合搭建了一個塔式光熱實驗平臺，該平臺主要進行熔鹽儲熱釋熱試驗，試驗運行過程中熔鹽最低溫度為235攝氏度，最高溫度為565攝氏度，所用熔鹽閥門26臺全部采用佳潔能的產品。試驗臺從2018年6月開始運行，已運行45個月，運行期間無出現內漏和外漏，無出現動作滯澀等質量問題，啟閉順暢，調節性能較好，達到設計要求。佳潔能熔鹽閥可以滿足光熱發電集熱儲熱換熱系統使用，該項目負責人浙江大學熱能工程研究所教授周昊對佳潔能熔鹽閥給予高度評價。

    塔式下降管調節閥是全電站最貴的技術含量最高的一臺熔鹽閥門，是保證電站正常運行的關鍵，目前需要定期更換閥內件，且價格昂貴，交貨周期長。2018年底，我們了解到某項目該閥出現一些問題，通過和項目技術人員充分溝通，了解現場實際運行工況，技術團隊經過多月努力，終于取得了重大技術突破，德蘭工廠趕制了一臺下降管大壓差調節閥，并順利了發到現場安裝，經過一年多的運行，該閥并無出現閥內件沖刷和汽蝕、調節卡澀等現象，運行可靠，調節性能良好。該閥也是世界上第一臺以循環對流為特點的下塔下降管大壓差調節閥。

    在首航的一期二期項目改造上，大范圍采用佳潔能熔鹽閥門，運行良好，未出現故障。“佳潔能于2019年5月投入項目的閥門使用效果良好，就使用情況來看，國產熔鹽閥完全可以代替進口熔鹽閥。”首航高科熔鹽光熱項目技術負責人于2021年12月4日在《佳潔能熔鹽閥使用評價》文件中表示。

    2019年4月15日，蘭州大成敦煌50兆瓦光熱發電示范項目首批運行集熱系統建成，并成功實現550攝氏度高溫運行測試。系統各項指標均達到設計要求，全部實驗系統運行正常，為項目全面建成運行打下了堅實基礎。該試驗系統所用熔鹽閥門皆為佳潔能國產熔鹽閥。

    得益于國產熔鹽閥在該實驗系統的成功應用和蘭州大成對國產化產品的信心，隨后蘭州大成敦煌50兆瓦光熱發電示范項目采用了佳潔能近200臺的熔鹽閥門，這也是國內首批示范項目較大規模采用國產熔鹽閥的光熱發電，為后續光熱發電關鍵技術國產化開了個好頭。

    近期，光伏、風電的快速發展為光熱發電帶來了發展機遇，同時也對行業提出了新的要求。在構建以新能源為主體的新型電力系統的發展目標下，各相關行業領域都在積極努力，爭取有所作為。其中，光熱發電關鍵技術的國產化勢必在我國走向“3060”目標中成為披荊斬棘的“利劍”，為示范項目添翼，開辟屬于光熱發電的新生態。熔鹽閥門作為光熱發電的關鍵設備，其關鍵技術的成功國產化，也將為后續光熱發電項目的投資成本的降低發揮舉足輕重的作用。