给“沙戈荒”能源装备“穿铠甲”

来源：光明日报

祖国西北，广袤的沙漠戈壁正变身能源高地。吸热塔高高矗立，千万架风机迎风旋转，调峰火电机组昼夜轰鸣，源源不断将能源送入千家万户。

传统能源与风电、光热等新能源多能互补的背后，是各类能源装备在极端环境中的“煎熬”：吸热塔顶的涂层承受着500多摄氏度的持续炙烤，风机机舱在盛夏飙升约90摄氏度，火电厂炉膛内壁被高碱煤腐蚀得千疮百孔……

如何延长能源装备使用寿命，实现降本增效？中国科学院兰州化学物理研究所高祥虎团队，围绕关键材料技术，研发出多套特种涂层，为能源装备“穿上铠甲”。

让电厂炉膛延寿

火电机组是调节新能源稳定发电的“压舱石”。对于火电厂来说，燃煤成本占发电总成本的70%以上。考虑到经济效益，火电厂多选用来自新疆准东煤田的高碱煤。

但高碱煤富含碱金属及氯、硫元素，燃烧时容易引发炉膛结焦、高温腐蚀甚至爆管，不仅煤耗高、热效率低，还具有安全隐患。甘肃省酒泉市瓜州县的常乐电厂，是全国最大的百万千瓦调峰电厂。因燃用高碱煤，导致炉膛结焦和高温腐蚀，严重影响机组的安全性和经济性。非计划停机一次，直接经济损失达千万元。

面对这一难题，应用涂层是较好的解决办法。但传统涂层导热率低，应用在炉膛上影响传热效率；且调峰机组频繁升降负荷，炉膛金属热胀冷缩，普通涂层极易剥落。

为此研究团队开发出纳米高熵陶瓷涂层，集防结焦、耐高温腐蚀、高导热于一体，还能降低煤耗。简而言之，既能保护炉膛，又不耽误发电。

在火电厂做实验，天窗期只有四五个小时。团队成员常常凌晨两点进现场，工作到早上六点。进炉膛也有危险，需要从一个孔钻进去再爬到高处。

功夫不负有心人。西安热工研究院测试结果显示：采用新涂层材料后，锅炉热效率提升0.46%，供电煤耗降低1.5克每千瓦时。以1000兆瓦机组为例，每年可节煤1.5万吨，减排二氧化碳3.4万吨。

目前，这项技术已在常乐电厂示范应用。运行3年来，炉膛管壁未出现明显结焦、腐蚀等安全隐患。“十五五”期间，成果还将推广至新疆、青海、内蒙古、宁夏等省区。

给储能系统降温

在“沙戈荒”新能源基地中，光伏发电、风力发电、电化学储能是风光储多能系统的重要组成部分。

戈壁光照强、温差大、辐射烈，储能系统及相关电力设备常年暴露在烈日之下。盛夏时节，集装箱表面温度可达八九十摄氏度，高温导致设备效率下降、能耗增加，安全风险也随之攀升。而传统降温依靠空调，耗电高。

基于光谱学科基础，研究团队把“吸热”的思路反过来，开发了辐射制冷涂层。辐射制冷的原理是，物体在反射大部分太阳光的同时，通过大气窗口向外太空发射电磁波，从而带走自身热量。

“辐射制冷技术不消耗任何能源，是一种变革性的节能新技术。”高祥虎介绍。

在青海省格尔木市的电化学储能电站，这项技术已示范应用了两年。喷涂了辐射制冷涂层的储能集装箱表面，降温幅度达15至30摄氏度，日均空调制冷能耗可降低10%至15%。

这项技术还延伸应用到光热电站。基于研究团队研发的辐射制冷材料，吸热塔局部降温可达150至250摄氏度，有效保护了其中的电子器件。这是国内外首次将高温辐射制冷应用于光热电站，为能源设施安全筑起了一道新的防线。

为吸热塔换上“中国芯”

沙漠中，数万面定日镜将阳光反射到吸热塔顶，加热塔内熔盐，产生高温蒸汽驱动发电。吸热器，是整座吸热塔最明亮的部分，光能在这里转换为热能，它是整座光热电站的心脏。

此前，我国塔式光热电站面临多重困境，相关材料、技术、装备的发展均较为薄弱。

以吸热器表面的高温太阳能吸热材料为例，这种关键光学材料一旦断供，国内光热电站将陷入被动。

“吸热器基材通常是镍基合金。如果有一种材料，能尽可能多地吸收太阳光，同时尽可能少地散失热量，就能最大效率地收集太阳能。”高祥虎解释，为此团队创制了纳米高熵光谱选择性太阳能吸收涂层。

但吸热器成本高昂，企业要控制风险，往往只敢选用具有电站使用业绩的材料。实验室的成果没有机会应用，又如何走向成熟？

首航高科迈出“敢吃螃蟹”的一步，同意让该技术在敦煌百兆瓦塔式熔盐光热电站上进行能效测试。测试结果显示，运用该技术的吸热器吸热效率提升3.9%，可靠性、稳定性、能效均优于国外产品，成功实现国产替代进口。

团队又接连突破了涂层高空原位太阳能聚光固化技术，建立起吸收涂层热性能评价方法，创制出适用于我国西北地区强风沙、强辐照、极端温差环境的大容量、高参数、国产化熔盐吸热器，从材料、技术、装备制造到系统集成，实现全链条贯通。

2025年，这套技术获得甘肃省科技进步奖一等奖。截至目前，技术成果已在甘肃、新疆、青海、西藏等省区的12座光热电站实现应用，应用装机规模突破1吉瓦。

高祥虎常说，抢占科技制高点有时效性。找到了方向，材料研发、工程验证、推向市场，每一个环节都要快。动作慢了，再好的成果也可能变成遗憾。一项项技术突破、一件件成果落地，团队一直在和时间赛跑。