- 作者：張佩茹
- 來源：規(guī)劃設(shè)計集團
- 發(fā)布時間：2021-10-25
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近日，在新疆哈密市伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)戈壁上的光熱工業(yè)園區(qū)內(nèi)，由中國能建西北院參股投資并總承包建設(shè)的哈密50兆瓦熔鹽塔式光熱發(fā)電站正式進入并網(wǎng)發(fā)電期。1萬余面五邊形"巨蜥式"定日鏡將太陽光反射、聚集到集熱塔頂部，每年可輸出1.98億度清潔電力。
從廣袤無垠的撒哈拉沙漠，到海拔近3000米的青藏高原腹地，再到新疆荒涼的戈壁，如今，在這些全世界日照資源最豐富的的地區(qū)，太陽正以一種新的形式——光熱發(fā)電在荒漠中迸發(fā)能量，書寫著人類逐日的新篇章。
在這些蕩氣回腸的篇章里，皆有西北院濃墨重彩的一筆。西北院深耕光熱發(fā)電十余載，在塔式、槽式、線性菲涅爾等光熱項目上取得了耀眼的成績，成為國內(nèi)唯一同時擁有光熱科研示范項目、商業(yè)運行項目的設(shè)計企業(yè)。而在西北院一步步"征服"光熱發(fā)電的道路上，有這樣一個團隊，他們叩石墾壤，精誠鉆研；他們不怕"燙手山芋"，敢啃"硬骨頭"；他們爭分奪秒，攻堅技術(shù)難題；他們?yōu)楣こ痰陌踩€(wěn)固保駕護航，為項目的推進掃清障礙；他們參與制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動行業(yè)技術(shù)發(fā)展進步……他們，便是西北院光熱發(fā)電項目土建攻關(guān)組。
破局——攻堅克難勇做先耕行者
西北院2007年便涉足光熱發(fā)電項目設(shè)計，是國內(nèi)最早開展光熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)的電力設(shè)計企業(yè)之一。彼時，光熱發(fā)電方興未艾，國內(nèi)外投入應(yīng)用的光熱電站數(shù)量不多，且技術(shù)保密，許多光熱發(fā)電特殊結(jié)構(gòu)物設(shè)計尚無規(guī)范規(guī)程可依，可借鑒的經(jīng)驗少之又少，這些都給西北院團隊帶來了極大挑戰(zhàn)。
面對這樣的情況，西北院土建結(jié)構(gòu)專業(yè)團隊迅速成立技術(shù)攻關(guān)小組，由李紅星副總工程師擔(dān)任團隊負責(zé)人，與土建結(jié)構(gòu)室主工何邵華共同組成土建光熱攻關(guān)組的"排頭兵"，重點研究存在的新的結(jié)構(gòu)形式和新的技術(shù)難點，在項目推進過程中與時間賽跑，攻克技術(shù)難點問題，并將成果應(yīng)用到實際工程中。
摩洛哥努奧塔式光熱電站是目前世界上單機容量最大的電站，其中作為動力之源的吸熱塔的設(shè)計是整個項目成敗的關(guān)鍵。
"單機容量最大，吸熱塔最高，努奧三期項目創(chuàng)下兩項世界之最的同時，也意味著我們面臨著前所未有的設(shè)計挑戰(zhàn)！"李紅星副總工程師介紹。
本工程吸熱塔高243米，底部直徑23米，是典型的高柔細結(jié)構(gòu)。根據(jù)工藝要求，在吸熱塔頂部要布置各類大型設(shè)備，塔頂荷載重達3000噸，且吸熱塔結(jié)構(gòu)外形有突變，這些特征都決定了它與其它高聳結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別。而當(dāng)時在國際范圍內(nèi)尚未有相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范來指導(dǎo)設(shè)計。這給西北院在吸熱塔的結(jié)構(gòu)的設(shè)計上帶來很大挑戰(zhàn)，其抗風(fēng)、抗震、消能減振問題亟待研究解決。
李紅星在仔細評估項目情況后，帶領(lǐng)攻關(guān)組迅速行動，一方面立刻聯(lián)系國內(nèi)風(fēng)工程方面的學(xué)者，咨詢討教，另一方面深入研究國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范及其背景資料，對高柔細吸熱塔結(jié)構(gòu)開展了風(fēng)洞試驗研究和有限元數(shù)值模擬分析，最終，經(jīng)過攻關(guān)組的不懈努力，成功地解決了設(shè)計難題。高243米的吸熱塔穩(wěn)穩(wěn)矗立于撒哈拉滾燙的沙礫中，猶如一塊豐碑，篆刻著西北院人的智慧與勇氣。
此次設(shè)計難關(guān)的攻克不僅順利解決了吸熱塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)難題，而且為行業(yè)乃至土木工程學(xué)科的發(fā)展也做出了一定貢獻，其研究成果還被納入相關(guān)規(guī)范，成功應(yīng)用于后續(xù)相關(guān)工程實踐中。
在哈密光熱發(fā)電項目中，高溫熔鹽儲罐基礎(chǔ)和定日鏡基礎(chǔ)的設(shè)計是最大的技術(shù)難題。高溫熔鹽罐內(nèi)溫度在580℃左右，并且熔鹽的密度較大，基礎(chǔ)設(shè)計時需兼顧保溫隔熱和承載力要求。針對這一情況，西北院土建攻關(guān)組開展了大量的研究工作，最終選擇以散粒體陶粒土作為熔鹽罐基礎(chǔ)的保溫隔熱材料，引入環(huán)形鋼板外箍以滿足承載力的要求。工程實踐表明，該基礎(chǔ)設(shè)計方案不僅經(jīng)濟合理，而且施工方便。
定日鏡具有面積大，自重輕、數(shù)量多的特點，對于安裝精度要求極高，針對這些特點，西北院土建攻關(guān)組設(shè)計了樁柱一體的混凝土預(yù)應(yīng)力管樁方案，充分利用預(yù)應(yīng)力管樁承載力高、剛度大的特點，采用栽樁施工方法，不僅施工方便，而且在節(jié)約造價的同時也節(jié)省了工期。
而在海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程光熱項目中，作為太陽能光熱電站儲換熱區(qū)域主要構(gòu)筑物之一的熔鹽泵支架又為設(shè)計師帶來了挑戰(zhàn)。項目中熔鹽泵支架需采用懸挑長度達到7到10米的長懸挑結(jié)構(gòu)，西北院土建攻關(guān)組在總結(jié)摩洛哥項目設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進行了多項數(shù)值模擬分析與計算，最終成功將長懸挑支架應(yīng)用于本項目中，對結(jié)構(gòu)的布置方案進行了較大優(yōu)化和調(diào)整。
在探索光熱發(fā)電項目的過程中，諸如此類特殊構(gòu)筑物設(shè)計的技術(shù)困境還遇到過很多次，而每一次，西北院土建攻關(guān)組都沖鋒在前，挑大梁，堪重任，以推動行業(yè)技術(shù)發(fā)展為目標(biāo)，攻克技術(shù)難關(guān)，根據(jù)施工條件、施工環(huán)境積極提出應(yīng)對方案，快速響應(yīng)，不僅為西北院光熱項目的推進掃清障礙，同時也勇敢的走在技術(shù)探索前沿，披荊斬棘，為光熱發(fā)電行業(yè)的技術(shù)進步貢獻應(yīng)有之力。
合作——協(xié)同設(shè)計鑄就精品工程
在項目推進過程中，設(shè)計單位之間、各專業(yè)之間如何良好協(xié)同設(shè)計成為制約工程設(shè)計質(zhì)量、工作效率的關(guān)鍵所在。
在努奧三期項目中，西北院與國外公司存在很多設(shè)計配合工作，而由于中外雙方在文化、理念、設(shè)計流程上存在較大差異，雙方的磨合問題貫穿整個設(shè)計過程。在吸熱塔基礎(chǔ)設(shè)計過程中，雙方存在分歧，僵持不下，另一面，現(xiàn)場施工進度壓力極大，于是，西北院土建攻關(guān)組加強了與外方團隊的溝通，李紅星、何邵華、杜吉克等設(shè)計人員白天不辭勞苦地分析模型、研究規(guī)范、商量方案，工作到深夜一兩點，緊接著，再克服7個小時的時差，與外方團隊開數(shù)個小時的視頻會議溝通。正是在這樣沒日沒夜連軸轉(zhuǎn)的努力下，在與外方團隊不斷的相互碰撞與學(xué)習(xí)中，西北院土建攻關(guān)組充分發(fā)揮了多方協(xié)作效應(yīng)，為精品工程的建造提供了良好的支撐。
此外，西北院土建攻關(guān)組在技術(shù)攻關(guān)過程中還與許多廠家、科研機構(gòu)和高校進行了調(diào)研與合作，并做了大量的文獻收集和研究工作，完成了多項創(chuàng)新型示范項目的設(shè)計，為精品工程的打造奠定了良好基礎(chǔ)。
收獲——精誠深耕結(jié)出累累碩果
在不斷克服難題的過程中，西北院土建攻關(guān)組完成的多項研究填補了國內(nèi)光熱工程領(lǐng)域的空白，為光熱工程施工圖設(shè)計創(chuàng)造了條件，更提高了我國塔式光熱電站的技術(shù)和應(yīng)用水平，有助于實現(xiàn)塔式光熱電站高效、安全、穩(wěn)定運行的目標(biāo)，對國內(nèi)外光熱電站的有序良性發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。
此外，西北院土建攻關(guān)組不僅承擔(dān)了太陽能光熱發(fā)電的多項科研工作，還積極參與了國家光熱發(fā)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定，并取得多項成果和獎項。迄今為止，團隊已申請發(fā)明專利3項，授權(quán)實用新型專利9項，研究成果被納入國家標(biāo)準(zhǔn)《塔式太陽能光熱電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《塔式太陽能電站吸熱結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，匯編入著作《塔式太陽能光熱發(fā)電站設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)》，為項目審查和設(shè)計提供了依據(jù)。其技術(shù)成果率先在國內(nèi)光熱電站中得到應(yīng)用，并在國外"一帶一路"多個工程項目中，得到業(yè)界廣泛認可，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。參與的項目共獲得國家優(yōu)質(zhì)工程金獎1項，電力行業(yè)優(yōu)秀工程設(shè)計一等獎4項，電力建設(shè)科技進步一等獎1項，中能建規(guī)劃設(shè)計集團科技進步一等獎1項。
潮起宜踏浪，風(fēng)正可揚帆。西北院土建攻關(guān)組攻堅克難，無懼挑戰(zhàn)的每一個日與夜也正是西北院所有研發(fā)人員的縮影。在西北院光熱領(lǐng)域碩果累累的背后，是所有西北院研發(fā)人員不忘初心、牢記使命的擔(dān)當(dāng)；是開拓創(chuàng)新、永不停步的信念；更是風(fēng)雨兼程、砥礪前行的精神。放眼未來，在"3060"目標(biāo)的指引下，他們將進一步瞄準(zhǔn)太陽能光熱技術(shù)前沿，挑戰(zhàn)攻關(guān)重大科研課題，做一往無前的"拾光者"，為大力發(fā)展光熱發(fā)電事業(yè)再續(xù)新篇章。