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【人民日報】這支團隊，如何為沙戈荒新能源裝備披上中國鎧甲
在我國西北的沙漠、戈壁與荒漠深處，一場事關(guān)國家能源安全與綠色轉(zhuǎn)型的深刻變革正在加速推進。連片鋪展的光伏矩陣如藍色海洋，風(fēng)力發(fā)電機組迎風(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，正成為我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支點。
然而，與壯闊圖景相伴的，是極端環(huán)境帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。強烈紫外線、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，使能源裝備長期穩(wěn)定運行面臨嚴苛考驗。如何讓這些價值巨大的“大國重器”在極端環(huán)境中可靠運行，成為擺在科技工作者面前的一道現(xiàn)實難題。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所一支青年科研團隊，將目光投向這一國家重大需求。他們走出實驗室，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)，用一項項原創(chuàng)成果，為新能源裝備披上抵御極端環(huán)境的“中國鎧甲”。
一線攻關(guān)：從“驚險一分鐘”出發(fā)
科研的起點，并不總在實驗室。
“進去之后，劇烈咳嗽，根本止不住，不到一分鐘就完全扛不住，只能迅速從那個狹小的‘人孔’里爬出來。”蘭州化物所研究員、甘肅省節(jié)能與儲能材料重點實驗室主任高祥虎，對一次深入火力發(fā)電廠鍋爐爐膛的經(jīng)歷記憶猶新。
這“驚險一分鐘”，是這支青年團隊工作常態(tài)的極端縮影。他們的“實驗室”，是溫度超過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，通過狹窄平臺和臨時架設(shè)的通道進行精細作業(yè)的施工面；更是工期以小時甚至分鐘計算的檢修“天窗期”?！半姀S的檢修期非常短，可能就幾天時間，各個工種都在搶，我們的施工窗口往往只有半夜的幾個小時?！备呦榛⒒貞浀?。為了搶抓一個寶貴的作業(yè)機會，團隊曾通宵達旦守候，在凌晨2點進入現(xiàn)場，連續(xù)工作到清晨6點，緊接著其他工種的工人就要進場。
這些極端條件，構(gòu)成了他們的“第二實驗室”。
在團隊看來，面向“沙戈荒”這樣的國家重大戰(zhàn)略需求，實驗室里性能優(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工程環(huán)境中，接受最嚴酷的“壓力測試”。也正是在這樣的環(huán)境中，科研問題變得具體而清晰：材料是否耐高溫熱震？能否抵抗復(fù)雜腐蝕、嚴重磨損？施工工藝是否適應(yīng)現(xiàn)場條件？成本與效益是否匹配？這些問題，在爐膛內(nèi)、在戈壁灘上，找到了唯一有效的答案標準。正是這些“冒著熱氣”、充滿挑戰(zhàn)的一線經(jīng)歷，精準定義了團隊科技攻關(guān)的起點與方向。所有研究不再源于文獻中的空白，而是直接源于工程現(xiàn)場最真實、最緊迫的痛點——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)定運行的核心瓶頸。
“實驗室里材料性能再好，如果無法在現(xiàn)場應(yīng)用，就沒有意義?！备呦榛⒄f。
這種從工程一線出發(fā)、由真實需求反向牽引的研發(fā)模式，使團隊避免了“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，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，團隊瞄準幾個最關(guān)鍵、最薄弱的材料環(huán)節(jié)，發(fā)起集中攻堅，實現(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。長期以來，該涂層材料及熔鹽吸熱器國產(chǎn)化制造，是國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的難點。
團隊創(chuàng)制了納米高熵光譜選擇性太陽能吸收涂層，吸熱效率提升3.9%，實現(xiàn)國產(chǎn)替代進口。團隊聯(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、高空原位太陽能聚光固化關(guān)鍵技術(shù)，填補行業(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價方法，填補國內(nèi)外空白；突破吸熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制造及能效評估關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)吸熱器國產(chǎn)化自主可控制造，為光熱發(fā)電行業(yè)打造“中國芯”。
該技術(shù)已在甘肅、青海、新疆、西藏等多座光熱電站應(yīng)用，累計裝機超過1GW，顯著提升國內(nèi)高端能源裝備制造水平。相關(guān)成果獲得2025年度甘肅省科技進步獎一等獎，并為多家國內(nèi)能源裝備企業(yè)提供技術(shù)支撐。
——構(gòu)建火電轉(zhuǎn)型“防護鎧甲”
新疆準東高堿煤資源豐富，但燃燒過程中易產(chǎn)生結(jié)焦和高溫腐蝕，嚴重影響火電機組的安全性與經(jīng)濟性。
針對這一難題，團隊研發(fā)納米高熵陶瓷防護涂層，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)西安熱工研究院測試，該技術(shù)可使爐內(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機組測算，每年節(jié)煤1.5萬噸，減排二氧化碳3.4萬噸。該技術(shù)已在甘肅電投常樂發(fā)電有限責任公司（6×1000MW機組，我國百萬千瓦機組裝機規(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超超臨界機組完成工程驗證及示范應(yīng)用。這項成果，為大規(guī)模、高效、清潔利用新疆高堿煤資源，保障國家能源安全與西部能源大通道的穩(wěn)定運行，提供了切實可行且經(jīng)過驗證的關(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。
——研發(fā)儲能安全“降溫鎧甲”
“沙戈荒”地區(qū)強烈的太陽輻照導(dǎo)致能源裝備溫度極高，這對大規(guī)模電化學(xué)儲能電站的安全構(gòu)成了嚴峻挑戰(zhàn)。儲能集裝箱內(nèi)部溫度易攀升，會加速電池容量衰減、縮短使用壽命，甚至埋下熱失控的安全隱患。
團隊獨辟蹊徑，基于“輻射制冷”這一物理原理進行攻關(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光，同時以特定波段將熱量輻射到寒冷的外太空，實現(xiàn)無需能耗的被動降溫。
在中國綠發(fā)集團青海格爾木電化學(xué)儲能電站的規(guī)?；痉稇?yīng)用中，披上這層“降溫鎧甲”的儲能集裝箱效果顯著：其外表面溫度最大降低幅度可達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能系統(tǒng)的本質(zhì)安全性，也降低了全生命周期的運營成本，為“沙戈荒”地區(qū)儲能電站的大規(guī)模建設(shè)掃清了一個關(guān)鍵障礙。該技術(shù)顯著提升了儲能系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟性，同樣被推廣用于光熱電站吸熱器周邊高溫部件的防護。
——強化風(fēng)電裝備“耐蝕鎧甲”
在風(fēng)沙肆虐的戈壁荒漠，風(fēng)力發(fā)電機葉片首當其沖。強風(fēng)裹挾的沙粒猶如砂紙，持續(xù)不斷地磨蝕葉片表面，加上強烈的紫外線照射，導(dǎo)致涂層粉化、脫落，氣動外形受損，發(fā)電效率下降，維護周期縮短，成本激增。
團隊針對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)合材料防護涂層。同時，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)對現(xiàn)場的突發(fā)損傷。
在國內(nèi)多個風(fēng)電場的長期實際運行考核中，應(yīng)用了該防護技術(shù)的葉片展現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。與未加保護的葉片相比，其表面磨損程度顯著減輕，維護間隔得以延長，有效降低了“沙戈荒”地區(qū)風(fēng)電場高昂的長期運維成本，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”能源裝備材料防護的完整體系，筑牢了其長期穩(wěn)定運行的基礎(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)突破的論文寫在實驗室，但其價值的最終答辯場在廣闊的工程應(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。對于高祥虎團隊而言，跨越這道鴻溝，依靠的不僅技術(shù)過硬，更源于一場基于深度信任的“雙向奔赴”。
“最初工程試驗時，很難進入現(xiàn)場，也難以獲得信任?！备呦榛⑻寡?。
轉(zhuǎn)機來自甘肅電投常樂電廠。面對尚未大規(guī)模驗證的新技術(shù)，該企業(yè)主動承擔風(fēng)險，提供工程應(yīng)用平臺，與科研團隊開展深度合作。這場合作，一干就是數(shù)年。雙方建立起緊密產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新機制。從2號機組小心翼翼的小面積試驗，到4號、5號、6號機組的逐步擴大應(yīng)用，再到整臺機組的全面推廣與長期監(jiān)測，科研團隊長期派駐人員，扎根現(xiàn)場。涂層的每一個工藝參數(shù)，都在實際運行數(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，使防護壽命由一年提升至4~5年，實現(xiàn)性能與成本的最佳平衡。
這種“企業(yè)敢于投用、團隊全程負責、數(shù)據(jù)驅(qū)動迭代、風(fēng)險收益共擔”的緊密合作模式，被團隊內(nèi)部稱為“常樂范式”。它成功地解決了產(chǎn)學(xué)研合作中常見的“兩張皮”問題，將高校院所的創(chuàng)新能力與企業(yè)的工程化能力、市場洞察力深度融合，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“常樂范式”中錘煉出的扎實業(yè)績和過硬口碑，團隊的技術(shù)成果才獲得了行業(yè)的廣泛信任，實現(xiàn)了從甘肅一隅到輻射全國產(chǎn)業(yè)的跨越，為能源央企、國企提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，實現(xiàn)了從單點突破到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的跨越。
面向未來：服務(wù)國家能源戰(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)將進入新的階段，規(guī)模更大、技術(shù)集成度更高、對裝備可靠性的要求也更為苛刻。我國“沙戈荒”清潔能源基地建設(shè)正進入規(guī)模化推進新階段，對裝備可靠性與系統(tǒng)協(xié)同提出更高要求。與此同時，煤電在新型電力系統(tǒng)中仍承擔重要調(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。
圍繞國家“十五五”規(guī)劃布局，團隊正聚焦材料普適性與經(jīng)濟性、全燃多種高堿疆煤、極端工況材料穩(wěn)定性等關(guān)鍵問題，提前部署新一輪技術(shù)攻關(guān)。
“科技制高點是動態(tài)變化的，必須持續(xù)創(chuàng)新?！备呦榛⒈硎尽?/span>
在“沙戈荒”這片充滿挑戰(zhàn)與機遇的土地上，一項項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隊的實踐表明：科技創(chuàng)新的價值，不僅體現(xiàn)在論文與專利中，更體現(xiàn)在服務(wù)國家戰(zhàn)略、解決實際問題的能力上，必須扎根工程一線，在真實場景中接受檢驗。當科研成果真正扎根大地，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定運行的工程能力，中國能源轉(zhuǎn)型的步伐，也將更加堅實有力。（張云文）
責任編輯：宋朝軍
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