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勇做屹立沙漠的“拾光者”
记中国能建西北院光热发电项目土建攻关组


近日,在新疆哈密市伊吾县淖毛湖镇戈壁上的光热工业园区内,由中国能建西北院参股投资并总承包建设的哈密50兆瓦熔盐塔式光热发电站正式进入并网发电期。1万余面五边形"巨蜥式"定日镜将太阳光反射、聚集到集热塔顶部,每年可输出1.98亿度清洁电力。
  从广袤无垠的撒哈拉沙漠,到海拔近3000米的青藏高原腹地,再到新疆荒凉的戈壁,如今,在这些全世界日照资源最丰富的的地区,太阳正以一种新的形式——光热发电在荒漠中迸发能量,书写着人类逐日的新篇章。
  在这些荡气回肠的篇章里,皆有西北院浓墨重彩的一笔。西北院深耕光热发电十余载,在塔式、槽式、线性菲涅尔等光热项目上取得了耀眼的成绩,成为国内唯一同时拥有光热科研示范项目、商业运行项目的设计企业。而在西北院一步步"征服"光热发电的道路上,有这样一个团队,他们叩石垦壤,精诚钻研;他们不怕"烫手山芋",敢啃"硬骨头";他们争分夺秒,攻坚技术难题;他们为工程的安全稳固保驾护航,为项目的推进扫清障碍;他们参与制定行业标准,推动行业技术发展进步……他们,便是西北院光热发电项目土建攻关组。


破局——攻坚克难勇做先耕行者


西北院2007年便涉足光热发电项目设计,是国内最早开展光热发电技术研发的电力设计企业之一。彼时,光热发电方兴未艾,国内外投入应用的光热电站数量不多,且技术保密,许多光热发电特殊结构物设计尚无规范规程可依,可借鉴的经验少之又少,这些都给西北院团队带来了极大挑战。
  面对这样的情况,西北院土建结构专业团队迅速成立技术攻关小组,由李红星副总工程师担任团队负责人,与土建结构室主工何邵华共同组成土建光热攻关组的"排头兵",重点研究存在的新的结构形式和新的技术难点,在项目推进过程中与时间赛跑,攻克技术难点问题,并将成果应用到实际工程中。
  摩洛哥努奥塔式光热电站是目前世界上单机容量最大的电站,其中作为动力之源的吸热塔的设计是整个项目成败的关键。
  "单机容量最大,吸热塔最高,努奥三期项目创下两项世界之最的同时,也意味着我们面临着前所未有的设计挑战!"李红星副总工程师介绍。
  本工程吸热塔高243米,底部直径23米,是典型的高柔细结构。根据工艺要求,在吸热塔顶部要布置各类大型设备,塔顶荷载重达3000吨,且吸热塔结构外形有突变,这些特征都决定了它与其它高耸结构有较大区别。而当时在国际范围内尚未有相应的规程规范来指导设计。这给西北院在吸热塔的结构的设计上带来很大挑战,其抗风、抗震、消能减振问题亟待研究解决。
  李红星在仔细评估项目情况后,带领攻关组迅速行动,一方面立刻联系国内风工程方面的学者,咨询讨教,另一方面深入研究国内外设计规范及其背景资料,对高柔细吸热塔结构开展了风洞试验研究和有限元数值模拟分析,最终,经过攻关组的不懈努力,成功地解决了设计难题。高243米的吸热塔稳稳矗立于撒哈拉滚烫的沙砾中,犹如一块丰碑,篆刻着西北院人的智慧与勇气。
  此次设计难关的攻克不仅顺利解决了吸热塔结构设计的技术难题,而且为行业乃至土木工程学科的发展也做出了一定贡献,其研究成果还被纳入相关规范,成功应用于后续相关工程实践中。
  在哈密光热发电项目中,高温熔盐储罐基础和定日镜基础的设计是最大的技术难题。高温熔盐罐内温度在580℃左右,并且熔盐的密度较大,基础设计时需兼顾保温隔热和承载力要求。针对这一情况,西北院土建攻关组开展了大量的研究工作,最终选择以散粒体陶粒土作为熔盐罐基础的保温隔热材料,引入环形钢板外箍以满足承载力的要求。工程实践表明,该基础设计方案不仅经济合理,而且施工方便。
  定日镜具有面积大,自重轻、数量多的特点,对于安装精度要求极高,针对这些特点,西北院土建攻关组设计了桩柱一体的混凝土预应力管桩方案,充分利用预应力管桩承载力高、刚度大的特点,采用栽桩施工方法,不仅施工方便,而且在节约造价的同时也节省了工期。
  而在海西州多能互补集成优化示范工程光热项目中,作为太阳能光热电站储换热区域主要构筑物之一的熔盐泵支架又为设计师带来了挑战。项目中熔盐泵支架需采用悬挑长度达到7到10米的长悬挑结构,西北院土建攻关组在总结摩洛哥项目设计经验的基础上,进行了多项数值模拟分析与计算,最终成功将长悬挑支架应用于本项目中,对结构的布置方案进行了较大优化和调整。
  在探索光热发电项目的过程中,诸如此类特殊构筑物设计的技术困境还遇到过很多次,而每一次,西北院土建攻关组都冲锋在前,挑大梁,堪重任,以推动行业技术发展为目标,攻克技术难关,根据施工条件、施工环境积极提出应对方案,快速响应,不仅为西北院光热项目的推进扫清障碍,同时也勇敢的走在技术探索前沿,披荆斩棘,为光热发电行业的技术进步贡献应有之力。


合作——协同设计铸就精品工程


在项目推进过程中,设计单位之间、各专业之间如何良好协同设计成为制约工程设计质量、工作效率的关键所在。
  在努奥三期项目中,西北院与国外公司存在很多设计配合工作,而由于中外双方在文化、理念、设计流程上存在较大差异,双方的磨合问题贯穿整个设计过程。在吸热塔基础设计过程中,双方存在分歧,僵持不下,另一面,现场施工进度压力极大,于是,西北院土建攻关组加强了与外方团队的沟通,李红星、何邵华、杜吉克等设计人员白天不辞劳苦地分析模型、研究规范、商量方案,工作到深夜一两点,紧接着,再克服7个小时的时差,与外方团队开数个小时的视频会议沟通。正是在这样没日没夜连轴转的努力下,在与外方团队不断的相互碰撞与学习中,西北院土建攻关组充分发挥了多方协作效应,为精品工程的建造提供了良好的支撑。
  此外,西北院土建攻关组在技术攻关过程中还与许多厂家、科研机构和高校进行了调研与合作,并做了大量的文献收集和研究工作,完成了多项创新型示范项目的设计,为精品工程的打造奠定了良好基础。


收获——精诚深耕结出累累硕果


在不断克服难题的过程中,西北院土建攻关组完成的多项研究填补了国内光热工程领域的空白,为光热工程施工图设计创造了条件,更提高了我国塔式光热电站的技术和应用水平,有助于实现塔式光热电站高效、安全、稳定运行的目标,对国内外光热电站的有序良性发展提供了有力的技术支持。
  此外,西北院土建攻关组不仅承担了太阳能光热发电的多项科研工作,还积极参与了国家光热发电相关标准和规范的制定,并取得多项成果和奖项。迄今为止,团队已申请发明专利3项,授权实用新型专利9项,研究成果被纳入国家标准《塔式太阳能光热电站设计标准》,能源行业标准《塔式太阳能电站吸热结构设计规范》,汇编入著作《塔式太阳能光热发电站设计关键技术》,为项目审查和设计提供了依据。其技术成果率先在国内光热电站中得到应用,并在国外"一带一路"多个工程项目中,得到业界广泛认可,取得了显著的经济效益和社会效益。参与的项目共获得国家优质工程金奖1项,电力行业优秀工程设计一等奖4项,电力建设科技进步一等奖1项,中能建规划设计集团科技进步一等奖1项。


潮起宜踏浪,风正可扬帆。西北院土建攻关组攻坚克难,无惧挑战的每一个日与夜也正是西北院所有研发人员的缩影。在西北院光热领域硕果累累的背后,是所有西北院研发人员不忘初心、牢记使命的担当;是开拓创新、永不停步的信念;更是风雨兼程、砥砺前行的精神。放眼未来,在"3060"目标的指引下,他们将进一步瞄准太阳能光热技术前沿,挑战攻关重大科研课题,做一往无前的"拾光者",为大力发展光热发电事业再续新篇章。

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