熔铸示范“利剑”

——佳洁能攻破高温熔盐卡脖子技术，助力光热关键技术国产化进程

2022/03/22 来源：中国电力报   本报记者  鲁珈瑞    字数： 2800版次 07

   “由于国内光热熔盐系统阀门产业无前例可循，国内熔盐光热电站熔盐储罐泵出口大多会选用进口电液动快关蝶阀代替逆止阀。”北京佳洁能新节能技术有限公司董事长陈金环说，这种阀门结构较为复杂，特别是驱动装置容易出现故障，且维修价格昂贵。该阀国产化后，不仅作为熔盐专用阀门提高了运行可靠性，同时也降低了成本。据相关数据显示，对于100兆瓦光热电站而言，可在此项节省投资近五百万元。

                                   光热设备国产化率稳步提升

     随着第一批光热示范项目的建成，光热产业进入到追求“降本增效，平价上网”的发展阶段。近年来，部分光热发电投产项目已完成调试工作进入商业化运行阶段，发电能力良好，并成功达到额定出力和最小技术出力，实现连续发电两百小时以上。

     近几年，光热产业培养出掌握光热发电集成能力的国内企业，这些企业还通过自主研发在核心技术领域形成了自主知识产权，成功走出国门帮助中东、北非等“一带一路”沿线地区建设光热项目。此外，国内光热产业已建立起光热发电设备制造全产业链，相关企事业单位超过500家，反射镜、槽式集热管等主要设备产能均超过200万千瓦，国内已投运项目的设备国产化率超过90%。

     在国家首批光热示范项目的进程中，当时的诸多客观因素掣肘了项目开发进度，而在新的项目中，这些客观影响因素都已不复存在，国内光热行业的成败将完全取决于产业自身。此时，对于国产化技术路线的摸索就显得尤为重要。

     首航高科敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站作为全国首个100兆瓦级光热项目，自投运以来，以积累运行示范数据为主，短期收益为辅，有效积累各大系统的各大核心装备不同工况的运行数据、运行曲线和运行规律，有序推进各项系统性能优化和发电量稳步提升，积累了大量运行经营并取得良好的示范效果。

     该熔盐光热电站应用的“100兆瓦级塔式光热电站熔盐储热装置技术”不仅实现了让发电与天气解耦，使光热发电输出更加稳定，并且没有配置政策允许的天然气补燃系统，使得在平价上网背景下，该系统将实现更高的经济效益。

    同时，作为目前国内单体储罐储热容量最大的熔盐储热系统，具有容量大、成本低、参数高、损耗小等特点，其核心技术将可应用于火电灵活性改造等领域，未来应用前景广阔。

              国产熔盐阀实现关键技术突破

    自2016年开始，北京佳洁能新节能技术有限公司（以下简称“佳洁能”）与苏州德兰能源科技股份有限公司携手联合研发，同时联合多个科研院所，通过多年的技术攻关，结合光热熔盐物性和具体工况，通过计算机模拟计算，对材料腐蚀性能、力学评定、冷热交变材料匹配等方面进行分析，成功研发了高温熔盐截止阀、熔盐调节阀、下降管大压差熔盐调节阀、熔盐逆止阀、熔盐蝶阀及熔盐仪表阀，取得了十多项熔盐阀门的专利，并在多个试验平台和首批示范项目应用近300台。

    在熔盐光热技术中，熔盐阀门占有举足轻重的地位。据了解，熔盐阀门一直被国际少数品牌垄断，首批发电的示范项目熔盐阀门大多依赖进口。该阀门价格昂贵，交货周期长，售后亦无保障，特别是在国外出现新冠肺炎疫情后，交货周期更是被无限期延长，售后服务更是无从谈起。

    “熔盐阀门作为熔盐光热电站中的关键设备，不仅要在复杂苛刻的工况下运行，还要避免阀门内漏外漏、启闭卡涩及冲蚀等问题。”陈金环指出，熔盐阀的可靠性和安全性关乎整个电站的正常运行和电站效益的保证，关键部位熔盐阀出了问题，可能导致整个电站停运，很可能拖累整个工程，熔盐系统对高温熔盐阀的质量提出了相当高的要求。

    据介绍，作为熔盐储罐的熔盐泵出口，为了防止泵停机反转，熔盐光热系统需要一台熔盐专用逆止阀做保护。由于在第一批光热示范项目期间，放眼全球都找不到适用熔盐的逆止阀，所以大部分熔盐光热示范项目只能在冷泵和热泵出口都选用进口品牌电液动快关蝶阀代替逆止阀。电液动快关蝶阀液压驱动装置由液压泵站、控制阀组、蓄能器、快速油缸、电气控制箱等5部分组成，系统复杂，实际运行中故障不少，且价格昂贵。

    针对这种情况，佳洁能与苏州德兰技术团队与项目现场技术团队协作开发出一种新型熔盐专用逆止阀。该阀门依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流，结构简单，无熔盐残留死角，无需外部动力，故障率低。

    2017年，哈锅与浙江大学、山东电力建设第三工程公司共同合作，在浙江大学校内联合搭建了一个塔式光热实验平台，该平台主要进行熔盐储热释热试验，试验运行过程中熔盐最低温度为235摄氏度，最高温度为565摄氏度，所用熔盐阀门26台全部采用佳洁能的产品。试验台从2018年6月开始运行，已运行45个月，运行期间无出现内漏和外漏，无出现动作滞涩等质量问题，启闭顺畅，调节性能较好，达到设计要求。佳洁能熔盐阀可以满足光热发电集热储热换热系统使用，该项目负责人浙江大学热能工程研究所教授周昊对佳洁能熔盐阀给予高度评价。

    塔式下降管调节阀是全电站最贵的技术含量最高的一台熔盐阀门，是保证电站正常运行的关键，目前需要定期更换阀内件，且价格昂贵，交货周期长。2018年底，我们了解到某项目该阀出现一些问题，通过和项目技术人员充分沟通，了解现场实际运行工况，技术团队经过多月努力，终于取得了重大技术突破，德兰工厂赶制了一台下降管大压差调节阀，并顺利了发到现场安装，经过一年多的运行，该阀并无出现阀内件冲刷和汽蚀、调节卡涩等现象，运行可靠，调节性能良好。该阀也是世界上第一台以循环对流为特点的下塔下降管大压差调节阀。

    在首航的一期二期项目改造上，大范围采用佳洁能熔盐阀门，运行良好，未出现故障。“佳洁能于2019年5月投入项目的阀门使用效果良好，就使用情况来看，国产熔盐阀完全可以代替进口熔盐阀。”首航高科熔盐光热项目技术负责人于2021年12月4日在《佳洁能熔盐阀使用评价》文件中表示。

    2019年4月15日，兰州大成敦煌50兆瓦光热发电示范项目首批运行集热系统建成，并成功实现550摄氏度高温运行测试。系统各项指标均达到设计要求，全部实验系统运行正常，为项目全面建成运行打下了坚实基础。该试验系统所用熔盐阀门皆为佳洁能国产熔盐阀。

    得益于国产熔盐阀在该实验系统的成功应用和兰州大成对国产化产品的信心，随后兰州大成敦煌50兆瓦光热发电示范项目采用了佳洁能近200台的熔盐阀门，这也是国内首批示范项目较大规模采用国产熔盐阀的光热发电，为后续光热发电关键技术国产化开了个好头。

    近期，光伏、风电的快速发展为光热发电带来了发展机遇，同时也对行业提出了新的要求。在构建以新能源为主体的新型电力系统的发展目标下，各相关行业领域都在积极努力，争取有所作为。其中，光热发电关键技术的国产化势必在我国走向“3060”目标中成为披荆斩棘的“利剑”，为示范项目添翼，开辟属于光热发电的新生态。熔盐阀门作为光热发电的关键设备，其关键技术的成功国产化，也将为后续光热发电项目的投资成本的降低发挥举足轻重的作用。