中國儲能網(wǎng)訊：祖國西北，廣袤的沙漠戈壁正變身能源高地。吸熱塔高高矗立，千萬架風機迎風旋轉(zhuǎn)，調(diào)峰火電機組晝夜轟鳴，源源不斷將能源送入千家萬戶。
傳統(tǒng)能源與風電、光熱等新能源多能互補的背后，是各類能源裝備在極端環(huán)境中的“煎熬”：吸熱塔頂?shù)耐繉映惺苤?00多攝氏度的持續(xù)炙烤，風機機艙在盛夏飆升約90攝氏度，火電廠爐膛內(nèi)壁被高堿煤腐蝕得千瘡百孔……
如何延長能源裝備使用壽命，實現(xiàn)降本增效？中國科學院蘭州化學物理研究所高祥虎團隊，圍繞關(guān)鍵材料技術(shù)，研發(fā)出多套特種涂層，為能源裝備“穿上鎧甲”。
讓電廠爐膛延壽
火電機組是調(diào)節(jié)新能源穩(wěn)定發(fā)電的“壓艙石”。對于火電廠來說，燃煤成本占發(fā)電總成本的70%以上?？紤]到經(jīng)濟效益，火電廠多選用來自新疆準東煤田的高堿煤。
但高堿煤富含堿金屬及氯、硫元素，燃燒時容易引發(fā)爐膛結(jié)焦、高溫腐蝕甚至爆管，不僅煤耗高、熱效率低，還具有安全隱患。甘肅省酒泉市瓜州縣的常樂電廠，是全國最大的百萬千瓦調(diào)峰電廠。因燃用高堿煤，導致爐膛結(jié)焦和高溫腐蝕，嚴重影響機組的安全性和經(jīng)濟性。非計劃停機一次，直接經(jīng)濟損失達千萬元。
面對這一難題，應用涂層是較好的解決辦法。但傳統(tǒng)涂層導熱率低，應用在爐膛上影響傳熱效率；且調(diào)峰機組頻繁升降負荷，爐膛金屬熱脹冷縮，普通涂層極易剝落。
為此研究團隊開發(fā)出納米高熵陶瓷涂層，集防結(jié)焦、耐高溫腐蝕、高導熱于一體，還能降低煤耗。簡而言之，既能保護爐膛，又不耽誤發(fā)電。
在火電廠做實驗，天窗期只有四五個小時。團隊成員常常凌晨兩點進現(xiàn)場，工作到早上六點。進爐膛也有危險，需要從一個孔鉆進去再爬到高處。
功夫不負有心人。西安熱工研究院測試結(jié)果顯示：采用新涂層材料后，鍋爐熱效率提升0.46%，供電煤耗降低1.5克每千瓦時。以1000兆瓦機組為例，每年可節(jié)煤1.5萬噸，減排二氧化碳3.4萬噸。
目前，這項技術(shù)已在常樂電廠示范應用。運行3年來，爐膛管壁未出現(xiàn)明顯結(jié)焦、腐蝕等安全隱患?！笆逦濉逼陂g，成果還將推廣至新疆、青海、內(nèi)蒙古、寧夏等省區(qū)。
給儲能系統(tǒng)降溫
在“沙戈荒”新能源基地中，光伏發(fā)電、風力發(fā)電、電化學儲能是風光儲多能系統(tǒng)的重要組成部分。
戈壁光照強、溫差大、輻射烈，儲能系統(tǒng)及相關(guān)電力設備常年暴露在烈日之下。盛夏時節(jié)，集裝箱表面溫度可達八九十攝氏度，高溫導致設備效率下降、能耗增加，安全風險也隨之攀升。而傳統(tǒng)降溫依靠空調(diào)，耗電高。
基于光譜學科基礎(chǔ)，研究團隊把“吸熱”的思路反過來，開發(fā)了輻射制冷涂層。輻射制冷的原理是，物體在反射大部分太陽光的同時，通過大氣窗口向外太空發(fā)射電磁波，從而帶走自身熱量。
“輻射制冷技術(shù)不消耗任何能源，是一種變革性的節(jié)能新技術(shù)?！备呦榛⒔榻B。
在青海省格爾木市的電化學儲能電站，這項技術(shù)已示范應用了兩年。噴涂了輻射制冷涂層的儲能集裝箱表面，降溫幅度達15至30攝氏度，日均空調(diào)制冷能耗可降低10%至15%。
這項技術(shù)還延伸應用到光熱電站?；谘芯繄F隊研發(fā)的輻射制冷材料，吸熱塔局部降溫可達150至250攝氏度，有效保護了其中的電子器件。這是國內(nèi)外首次將高溫輻射制冷應用于光熱電站，為能源設施安全筑起了一道新的防線。
為吸熱塔換上“中國芯”
沙漠中，數(shù)萬面定日鏡將陽光反射到吸熱塔頂，加熱塔內(nèi)熔鹽，產(chǎn)生高溫蒸汽驅(qū)動發(fā)電。吸熱器，是整座吸熱塔最明亮的部分，光能在這里轉(zhuǎn)換為熱能，它是整座光熱電站的心臟。
此前，我國塔式光熱電站面臨多重困境，相關(guān)材料、技術(shù)、裝備的發(fā)展均較為薄弱。
以吸熱器表面的高溫太陽能吸熱材料為例，這種關(guān)鍵光學材料一旦斷供，國內(nèi)光熱電站將陷入被動。
“吸熱器基材通常是鎳基合金。如果有一種材料，能盡可能多地吸收太陽光，同時盡可能少地散失熱量，就能最大效率地收集太陽能。”高祥虎解釋，為此團隊創(chuàng)制了納米高熵光譜選擇性太陽能吸收涂層。
但吸熱器成本高昂，企業(yè)要控制風險，往往只敢選用具有電站使用業(yè)績的材料。實驗室的成果沒有機會應用，又如何走向成熟？
首航高科邁出“敢吃螃蟹”的一步，同意讓該技術(shù)在敦煌百兆瓦塔式熔鹽光熱電站上進行能效測試。測試結(jié)果顯示，運用該技術(shù)的吸熱器吸熱效率提升3.9%，可靠性、穩(wěn)定性、能效均優(yōu)于國外產(chǎn)品，成功實現(xiàn)國產(chǎn)替代進口。
團隊又接連突破了涂層高空原位太陽能聚光固化技術(shù)，建立起吸收涂層熱性能評價方法，創(chuàng)制出適用于我國西北地區(qū)強風沙、強輻照、極端溫差環(huán)境的大容量、高參數(shù)、國產(chǎn)化熔鹽吸熱器，從材料、技術(shù)、裝備制造到系統(tǒng)集成，實現(xiàn)全鏈條貫通。
2025年，這套技術(shù)獲得甘肅省科技進步獎一等獎。截至目前，技術(shù)成果已在甘肅、新疆、青海、西藏等省區(qū)的12座光熱電站實現(xiàn)應用，應用裝機規(guī)模突破1吉瓦。
高祥虎常說，搶占科技制高點有時效性。找到了方向，材料研發(fā)、工程驗證、推向市場，每一個環(huán)節(jié)都要快。動作慢了，再好的成果也可能變成遺憾。一項項技術(shù)突破、一件件成果落地，團隊一直在和時間賽跑。
