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【人民日?qǐng)?bào)】這支團(tuán)隊(duì)，如何為沙戈荒新能源裝備披上中國(guó)鎧甲
在我國(guó)西北的沙漠、戈壁與荒漠深處，一場(chǎng)事關(guān)國(guó)家能源安全與綠色轉(zhuǎn)型的深刻變革正在加速推進(jìn)。連片鋪展的光伏矩陣如藍(lán)色海洋，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迎風(fēng)而立，光熱電站吸熱塔直指蒼穹，調(diào)峰火電冷卻塔高聳入云，這些“沙戈荒”大型清潔能源基地，正成為我國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支點(diǎn)。
然而，與壯闊圖景相伴的，是極端環(huán)境帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。強(qiáng)烈紫外線、高溫與晝夜溫差、風(fēng)沙沖蝕、復(fù)雜腐蝕介質(zhì)，多重因素疊加，使能源裝備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)苛考驗(yàn)。如何讓這些價(jià)值巨大的“大國(guó)重器”在極端環(huán)境中可靠運(yùn)行，成為擺在科技工作者面前的一道現(xiàn)實(shí)難題。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所一支青年科研團(tuán)隊(duì)，將目光投向這一國(guó)家重大需求。他們走出實(shí)驗(yàn)室，深入“沙戈荒”新能源基地一線，圍繞關(guān)鍵材料開展系統(tǒng)攻關(guān)，用一項(xiàng)項(xiàng)原創(chuàng)成果，為新能源裝備披上抵御極端環(huán)境的“中國(guó)鎧甲”。
一線攻關(guān)：從“驚險(xiǎn)一分鐘”出發(fā)
科研的起點(diǎn)，并不總在實(shí)驗(yàn)室。
“進(jìn)去之后，劇烈咳嗽，根本止不住，不到一分鐘就完全扛不住，只能迅速?gòu)哪莻€(gè)狹小的‘人孔’里爬出來(lái)?！碧m州化物所研究員、甘肅省節(jié)能與儲(chǔ)能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任高祥虎，對(duì)一次深入火力發(fā)電廠鍋爐爐膛的經(jīng)歷記憶猶新。
這“驚險(xiǎn)一分鐘”，是這支青年團(tuán)隊(duì)工作常態(tài)的極端縮影。他們的“實(shí)驗(yàn)室”，是溫度超過(guò)50攝氏度、空氣悶熱稀薄的巨型鍋爐內(nèi)部；是需要在幾十米高空，通過(guò)狹窄平臺(tái)和臨時(shí)架設(shè)的通道進(jìn)行精細(xì)作業(yè)的施工面；更是工期以小時(shí)甚至分鐘計(jì)算的檢修“天窗期”?！半姀S的檢修期非常短，可能就幾天時(shí)間，各個(gè)工種都在搶，我們的施工窗口往往只有半夜的幾個(gè)小時(shí)?！备呦榛⒒貞浀馈榱藫屪ヒ粋€(gè)寶貴的作業(yè)機(jī)會(huì)，團(tuán)隊(duì)曾通宵達(dá)旦守候，在凌晨2點(diǎn)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，連續(xù)工作到清晨6點(diǎn)，緊接著其他工種的工人就要進(jìn)場(chǎng)。
這些極端條件，構(gòu)成了他們的“第二實(shí)驗(yàn)室”。
在團(tuán)隊(duì)看來(lái)，面向“沙戈荒”這樣的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，實(shí)驗(yàn)室里性能優(yōu)異的樣品配方，必須在彌漫著煙塵、充斥著噪音、受限于緊張工期的真實(shí)工程環(huán)境中，接受最嚴(yán)酷的“壓力測(cè)試”。也正是在這樣的環(huán)境中，科研問(wèn)題變得具體而清晰：材料是否耐高溫?zé)嵴?？能否抵抗?fù)雜腐蝕、嚴(yán)重磨損？施工工藝是否適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件？成本與效益是否匹配？這些問(wèn)題，在爐膛內(nèi)、在戈壁灘上，找到了唯一有效的答案標(biāo)準(zhǔn)。正是這些“冒著熱氣”、充滿挑戰(zhàn)的一線經(jīng)歷，精準(zhǔn)定義了團(tuán)隊(duì)科技攻關(guān)的起點(diǎn)與方向。所有研究不再源于文獻(xiàn)中的空白，而是直接源于工程現(xiàn)場(chǎng)最真實(shí)、最緊迫的痛點(diǎn)——裝備的可靠與安全。這種從終端需求倒逼研發(fā)的路徑，確保了他們的每一次技術(shù)迭代，都直指“沙戈荒”基地穩(wěn)定運(yùn)行的核心瓶頸。
“實(shí)驗(yàn)室里材料性能再好，如果無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，就沒(méi)有意義?！备呦榛⒄f(shuō)。
這種從工程一線出發(fā)、由真實(shí)需求反向牽引的研發(fā)模式，使團(tuán)隊(duì)避免了“閉門造車”。他們的每一次技術(shù)迭代，都直接指向設(shè)備安全與效率提升這一核心目標(biāo)，也為后續(xù)成果快速轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。
系統(tǒng)突破：鍛造新能源裝備“四副鎧甲”
圍繞“沙戈荒”能源基地關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)多類型裝備的差異化需求，團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)幾個(gè)最關(guān)鍵、最薄弱的材料環(huán)節(jié)，發(fā)起集中攻堅(jiān)，實(shí)現(xiàn)了從跟跑到并跑乃至領(lǐng)跑的系統(tǒng)性突破，在短短數(shù)年內(nèi)成功鍛造出覆蓋光熱、火電、儲(chǔ)能與風(fēng)電的4副不可或缺的“材料鎧甲”。
——打造光熱發(fā)電“助攻鎧甲”
光熱發(fā)電是可再生能源中少數(shù)可提供穩(wěn)定、可調(diào)度電力的技術(shù)，對(duì)于保障電網(wǎng)安全至關(guān)重要。其核心裝備熔鹽吸熱器，猶如電站的“心臟”，表面覆蓋的高性能光譜選擇性吸收涂層，直接決定著將光能轉(zhuǎn)化為熱能的效率。長(zhǎng)期以來(lái)，該涂層材料及熔鹽吸熱器國(guó)產(chǎn)化制造，是國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)。
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制了納米高熵光譜選擇性太陽(yáng)能吸收涂層，吸熱效率提升3.9%，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)口。團(tuán)隊(duì)聯(lián)合東方鍋爐、首航高科和哈爾濱鍋爐突破吸熱器管屏涂層定制涂裝、高空原位太陽(yáng)能聚光固化關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)行業(yè)空白；首次建立吸收涂層在現(xiàn)役大型光熱電站高空原位熱效能評(píng)價(jià)方法，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外空白；突破吸熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制造及能效評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)吸熱器國(guó)產(chǎn)化自主可控制造，為光熱發(fā)電行業(yè)打造“中國(guó)芯”。
該技術(shù)已在甘肅、青海、新疆、西藏等多座光熱電站應(yīng)用，累計(jì)裝機(jī)超過(guò)1GW，顯著提升國(guó)內(nèi)高端能源裝備制造水平。相關(guān)成果獲得2025年度甘肅省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，并為多家國(guó)內(nèi)能源裝備企業(yè)提供技術(shù)支撐。
——構(gòu)建火電轉(zhuǎn)型“防護(hù)鎧甲”
新疆準(zhǔn)東高堿煤資源豐富，但燃燒過(guò)程中易產(chǎn)生結(jié)焦和高溫腐蝕，嚴(yán)重影響火電機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性。
針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)納米高熵陶瓷防護(hù)涂層，突破了陶瓷材料防結(jié)焦、耐高溫腐蝕、紅外增效、高導(dǎo)熱率、熱膨脹系數(shù)可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)西安熱工研究院測(cè)試，該技術(shù)可使?fàn)t內(nèi)有效吸熱量平均提升5.19%，鍋爐熱效率提升0.46%，供電煤耗降低1.5g/kWh。按1000MW機(jī)組測(cè)算，每年節(jié)煤1.5萬(wàn)噸，減排二氧化碳3.4萬(wàn)噸。該技術(shù)已在甘肅電投常樂(lè)發(fā)電有限責(zé)任公司（6×1000MW機(jī)組，我國(guó)百萬(wàn)千瓦機(jī)組裝機(jī)規(guī)模最大的燃煤調(diào)峰電廠，祁韶特高壓直流輸電工程的唯一配套火電電源）1000MW超超臨界機(jī)組完成工程驗(yàn)證及示范應(yīng)用。這項(xiàng)成果，為大規(guī)模、高效、清潔利用新疆高堿煤資源，保障國(guó)家能源安全與西部能源大通道的穩(wěn)定運(yùn)行，提供了切實(shí)可行且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的關(guān)鍵材料解決方案。
這一成果為高堿煤清潔利用提供了可復(fù)制路徑，已在多地形成推廣態(tài)勢(shì)。
——研發(fā)儲(chǔ)能安全“降溫鎧甲”
“沙戈荒”地區(qū)強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻照導(dǎo)致能源裝備溫度極高，這對(duì)大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部溫度易攀升，會(huì)加速電池容量衰減、縮短使用壽命，甚至埋下熱失控的安全隱患。
團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，基于“輻射制冷”這一物理原理進(jìn)行攻關(guān)。他們開發(fā)了一種高性能涂層材料，能夠高效地反射太陽(yáng)光，同時(shí)以特定波段將熱量輻射到寒冷的外太空，實(shí)現(xiàn)無(wú)需能耗的被動(dòng)降溫。
在中國(guó)綠發(fā)集團(tuán)青海格爾木電化學(xué)儲(chǔ)能電站的規(guī)?；痉稇?yīng)用中，披上這層“降溫鎧甲”的儲(chǔ)能集裝箱效果顯著：其外表面溫度最大降低幅度可達(dá)15~30攝氏度，集裝箱內(nèi)部溫升得到有效抑制，日均用于降溫的空調(diào)能耗降低10~15%。這不僅大幅提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的本質(zhì)安全性，也降低了全生命周期的運(yùn)營(yíng)成本，為“沙戈荒”地區(qū)儲(chǔ)能電站的大規(guī)模建設(shè)掃清了一個(gè)關(guān)鍵障礙。該技術(shù)顯著提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性，同樣被推廣用于光熱電站吸熱器周邊高溫部件的防護(hù)。
——強(qiáng)化風(fēng)電裝備“耐蝕鎧甲”
在風(fēng)沙肆虐的戈壁荒漠，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片首當(dāng)其沖。強(qiáng)風(fēng)裹挾的沙粒猶如砂紙，持續(xù)不斷地磨蝕葉片表面，加上強(qiáng)烈的紫外線照射，導(dǎo)致涂層粉化、脫落，氣動(dòng)外形受損，發(fā)電效率下降，維護(hù)周期縮短，成本激增。
團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一磨損與老化耦合的復(fù)雜環(huán)境，研制了兼具高耐磨、抗沖蝕、耐紫外老化的多功能一體化復(fù)合材料防護(hù)涂層。同時(shí)，配套開發(fā)了適用于百米高空的葉片損傷原位快速修復(fù)技術(shù)，以應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的突發(fā)損傷。
在國(guó)內(nèi)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行考核中，應(yīng)用了該防護(hù)技術(shù)的葉片展現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。與未加保護(hù)的葉片相比，其表面磨損程度顯著減輕，維護(hù)間隔得以延長(zhǎng)，有效降低了“沙戈荒”地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)高昂的長(zhǎng)期運(yùn)維成本，為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了材料保障。
這4副“鎧甲”，構(gòu)建起“沙戈荒”能源裝備材料防護(hù)的完整體系，筑牢了其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)防線。
協(xié)同創(chuàng)新：跨越成果轉(zhuǎn)化“關(guān)鍵一躍”
核心技術(shù)突破的論文寫在實(shí)驗(yàn)室，但其價(jià)值的最終答辯場(chǎng)在廣闊的工程應(yīng)用一線。然而，從論文到產(chǎn)品，從樣品到工程，橫亙著“最后一公里”的鴻溝。對(duì)于高祥虎團(tuán)隊(duì)而言，跨越這道鴻溝，依靠的不僅技術(shù)過(guò)硬，更源于一場(chǎng)基于深度信任的“雙向奔赴”。
“最初工程試驗(yàn)時(shí)，很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，也難以獲得信任。”高祥虎坦言。
轉(zhuǎn)機(jī)來(lái)自甘肅電投常樂(lè)電廠。面對(duì)尚未大規(guī)模驗(yàn)證的新技術(shù)，該企業(yè)主動(dòng)承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，提供工程應(yīng)用平臺(tái)，與科研團(tuán)隊(duì)開展深度合作。這場(chǎng)合作，一干就是數(shù)年。雙方建立起緊密產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新機(jī)制。從2號(hào)機(jī)組小心翼翼的小面積試驗(yàn)，到4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)機(jī)組的逐步擴(kuò)大應(yīng)用，再到整臺(tái)機(jī)組的全面推廣與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，科研團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期派駐人員，扎根現(xiàn)場(chǎng)。涂層的每一個(gè)工藝參數(shù)，都在實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的反饋中持續(xù)優(yōu)化。例如涂層厚度，從最初約50微米逐步優(yōu)化至更合理范圍，使防護(hù)壽命由一年提升至4~5年，實(shí)現(xiàn)性能與成本的最佳平衡。
這種“企業(yè)敢于投用、團(tuán)隊(duì)全程負(fù)責(zé)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)迭代、風(fēng)險(xiǎn)收益共擔(dān)”的緊密合作模式，被團(tuán)隊(duì)內(nèi)部稱為“常樂(lè)范式”。它成功地解決了產(chǎn)學(xué)研合作中常見(jiàn)的“兩張皮”問(wèn)題，將高校院所的創(chuàng)新能力與企業(yè)的工程化能力、市場(chǎng)洞察力深度融合，形成了“需求—研發(fā)—應(yīng)用—反饋—優(yōu)化”的閉環(huán)。正是憑借在“常樂(lè)范式”中錘煉出的扎實(shí)業(yè)績(jī)和過(guò)硬口碑，團(tuán)隊(duì)的技術(shù)成果才獲得了行業(yè)的廣泛信任，實(shí)現(xiàn)了從甘肅一隅到輻射全國(guó)產(chǎn)業(yè)的跨越，為能源央企、國(guó)企提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)了從單點(diǎn)突破到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的跨越。
面向未來(lái)：服務(wù)國(guó)家能源戰(zhàn)略新布局
“十五五”期間，以黃河“幾”字彎、河西走廊、新疆、青藏高原等地區(qū)為代表的清潔能源基地建設(shè)將進(jìn)入新的階段，規(guī)模更大、技術(shù)集成度更高、對(duì)裝備可靠性的要求也更為苛刻。我國(guó)“沙戈荒”清潔能源基地建設(shè)正進(jìn)入規(guī)模化推進(jìn)新階段，對(duì)裝備可靠性與系統(tǒng)協(xié)同提出更高要求。與此同時(shí)，煤電在新型電力系統(tǒng)中仍承擔(dān)重要調(diào)節(jié)作用，高堿煤等資源的清潔高效利用仍需持續(xù)突破。
圍繞國(guó)家“十五五”規(guī)劃布局，團(tuán)隊(duì)正聚焦材料普適性與經(jīng)濟(jì)性、全燃多種高堿疆煤、極端工況材料穩(wěn)定性等關(guān)鍵問(wèn)題，提前部署新一輪技術(shù)攻關(guān)。
“科技制高點(diǎn)是動(dòng)態(tài)變化的，必須持續(xù)創(chuàng)新。”高祥虎表示。
在“沙戈荒”這片充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的土地上，一項(xiàng)項(xiàng)看似不顯眼的材料技術(shù)，正默默支撐起龐大的新能源體系。
它們不像風(fēng)機(jī)葉片那樣直觀，也不如光伏板那樣耀眼，卻在極端環(huán)境中守護(hù)著設(shè)備的安全與效率，成為能源革命不可或缺的基礎(chǔ)力量。從爐膛內(nèi)的艱難探索，到戈壁灘上的規(guī)模應(yīng)用，蘭州化物所這支材料團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐表明：科技創(chuàng)新的價(jià)值，不僅體現(xiàn)在論文與專利中，更體現(xiàn)在服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、解決實(shí)際問(wèn)題的能力上，必須扎根工程一線，在真實(shí)場(chǎng)景中接受檢驗(yàn)。當(dāng)科研成果真正扎根大地，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定運(yùn)行的工程能力，中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的步伐，也將更加堅(jiān)實(shí)有力。（張?jiān)莆模?/span>
責(zé)任編輯：宋朝軍
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