兰州大成敦煌熔盐线性菲涅尔式光热发电项目示范作用研究

刘亚从 蔺峰 芦啸 卢潇

光热发电是清洁能源替代的重要组成部分，具有储能、可调峰、连续发电等优势，是国家重点支持发展的战略性新兴产业。兰州大成科技股份有限公司（以下简称“兰州大成”）自主创新熔盐线性菲涅尔式聚光集热领先技术，实现变革性清洁能源生产技术和理论的重大突破，提出了解决未来能源问题的方案。发挥兰州大成敦煌示范项目的引领作用，有助于培育省级新能源先进制造业集群，为深入推进甘肃新型工业化进程，加快建设全国重要的清洁能源产业基地提供有力支撑。

一、光热发电行业发展现状

（一）世界光热发电行业发展概况。全球光热发电行业经历了20世纪70年代研发兴起、80年代建站后长期停滞的阶段，2007年光热发电市场开始逐渐复苏。目前全球已投入运行的光热电站主要分布在美国、西班牙、印度、南非、摩洛哥、中国等国家，截至2022年底，全球太阳能光热发电累计装机容量约7050MW。据国际能源署《全球能源部门2050年净零排放路线图》预测，2030年，聚光太阳能热发电的电力装机容量将达到73GW，在全球可再生能源电力装机中占比0.7%，2050年达到426GW，占比 1.6%，太阳能热发电在全球可再生能源电力装机占比得到大幅提升。（如表1所示）

（二）我国光热发电行业发展历程。2003年—2010年，中国光热发电产业进入萌芽階段，社会资本开始布局光热发电产业链。2011年—2015年是中国光热发电试验和产业链完善阶段，我国相继建成了多个小型试验示范性项目，国内的光热发电装备制造业获得了长足发展，产业链逐步健全壮大趋于完整。2016年，国家发改委出台了《关于太阳能热发电标杆上网电价政策的通知》，随后国家能源局启动首批20个光热发电示范项目，装机规模总量达1350MW，标志着中国太阳能光热发电产业在经历技术研发积累、小规模试验系统验证、产业链布局之后，快速进入到大规模商业化发展的新阶段。（见图1）

截至2022年底，我国光热发电累计装机容量588MW，占全球光热发电累计装机容量的8.3%。国家对可再生能源发电的政策支持力度持续加大，中国光热发电行业的市场结构正在不断优化升级，预计2030年中国光热发电装机容量达到29GW，2050年达到118GW。

（三）甘肃在光热发电领域占有重要地位。甘肃属于国内太阳能资源丰富的一类地区，是全国清洁能源开发的主阵地、主战场，已投入运营和在建光热发电项目规模均处于国内领先位置。在国家批准的首批20个光热发电示范项目（总装机量1350MW）中，甘肃省布局建设9个示范项目，合计装机量650MW，分别占项目总数的45%、总装机量的48%。其中有4座塔式、4座槽式和1座菲涅尔式光热发电站，涵盖了光热发电的主要先进技术路线。截至2022年底，首批示范项目中首航敦煌100MW熔盐塔式光热电站、大成敦煌50MW熔盐菲涅尔光热电站建成投入运营，阿克塞50MW熔盐槽式光热示范项目、玉门鑫能50MW二次反射塔式光热电站、首航玉门100MW塔式光热电站等项目正在积极推进建设。

二、兰州大成敦煌熔盐线性菲涅尔光热电站典型案例分析

（一）项目背景

兰州大成是全国第五批创新型试点企业，甘肃首批战略性新兴产业骨干企业，历经多年长期实践积累，自主创新研发熔盐线性菲涅尔式高温聚光集热技术，填补了我国线性菲涅尔光热发电领域的空白，建设运营的敦煌光热电站是世界上第一座熔盐线性菲涅尔式光热发电商业电站，实现了熔盐线菲发电站从0到1的突破，对国内线菲光热电站的开发和应用具有示范引领作用。项目总投资16.88亿元，于2019年12月31日实现并网发电，2020年初进行热态进盐调试，6月18日太阳能集热场系统发电并网开始试运行，2021年4月下旬基本消缺结束，5月开始进入连续运行。（见图2）

（二）项目优势

1.设计创新多项指标显著优于国内其他项目。项目设计团队在无经验可循的情况下，通过技术创新和研发，逐一攻克了集热岛多个集热回路出口盐温均衡性、大跨距且存在多个强震源SGS钢结构平台设计难点，首创了Z型集热场设计技术，实现了集热回路流量的自平衡，各集热回路间温度偏差小于5%，创造性地开发新型热胀位移释放装置，有效降低了局部应力集中。

2.国家首批示范项目建设速度和质量的典范。商业化光热电站的建设周期普遍在两年以上，敦煌大成熔盐线菲光热发电项目自2018年7月全面开工建设到并网发电仅用510余天，大幅缩短了同类项目建设周期。2020年6月项目正式投入商业运营，各系统运营状态良好，参数平稳合理，为熔盐线菲集热场建设、运行质量积累了宝贵经验。

3.奠定技术体系和自主知识产权的领先地位。项目采用完全自主知识产权的熔盐线菲聚光集热技术，储热时长15小时，具备24小时持续发电能力，年利用小时数达4283小时。解决了线聚焦技术熔盐工质低热损运行难点，建立了熔盐线菲聚光集热技术体系和自主知识产权产业链，通过国际权威第三方的测试和评估认证，该项目成果总体处于国际领先水平。

4.技术路线和关键设备具有明显的成本优势。敦煌光热电站熔盐线菲聚光器自身简约高抗扰的结构特征和直接熔盐集热、储热、换热的运行工艺决定了技术路线具有明显的成本优势，兰州大成具备的关键设备高度模块化系统集成制造能力与低空布置维护方便的聚光器主反射镜系统，进一步降低了电站建造和运营成本。

（三）项目成效

1.经济效益。项目设计年发电量2.14亿度，按发电量计算年可节约标煤68000吨，2021年12月通过国家能源局组织的国家光热示范项目示范性验收，2023年1月列入第一批可再生能源发电补贴核查确认的合规项目清单，可以享受1.15元/度示范电价。2021年5月起实现全月连续发电运行，在集热场投运50%的情况下，2021年5月全月上网发电量为855.8万度，单日最高发电量为61.77万度，基本实现设计电量满发，超额完成国家示范项目验收指标。截至2022年底累计发电1.5亿度，利润总额超过1亿元。

2.社会效益。项目成功并网发电是开创性研究工作的重大科技成果转化，熔盐线性菲涅尔式关键部件和成套设备是集机械设计、研发、制造、自动控制与真空应用技术于一体的现代工业化高新技术装备，对其他行业有较强的带动作用。在全生产周期植入数字化和智能化理念，提升光热发电产业高精度装备制造、集成技术水平和集热效率，推动了甘肃省光热发电产业链、供应链的转型升级。

（四）创新亮点

1.熔盐线菲聚光集热系统国家级研发平台成功搭建。国家发改委、国家科技部根据兰州大成创新的“绿色镀膜”新技术理念和聚光太阳能领域的研发能力，分别授牌设立了两个国家级工程技术研究中心。成立了以兰州大成为核心，研、学、产、用无缝衔接，引领相关行业技术进步的产业技术创新联盟。

2.熔盐线菲聚光集热系统关键技术应用实现突破。项目采用熔盐作为线菲聚光集热系统的集热、传热工质，减少了换热环节，实现了550℃线聚焦高温熔盐集热技术突破，首创集热场自预热注盐和受控疏排盐的防凝运行新工艺流程。

3.熔盐线菲聚光集热系统设备国产化率大幅提升。项目采用了高聚光120倍聚光器（国外<85倍）、较大内径高温真空集热管和抗风能力强、适应我国西部环境、高可靠性的线菲集热系统，匹配使用发电效率更高的高温高压参数汽轮发电机组，整座电站设备国产化率超过了97%。

4.熔盐线菲光热电站完整产业链的培育有效推进。通过一系列自主创新，形成了具有我国特色、达到国际先进水平的产业工程技术与成套装备制造能力，建立了包括研发设计、装备制造、系统集成、工程建设及光电运维等方面技术支持和服务的全产业链体系。

三、兰州大成敦煌熔盐线性菲涅尔光热电站推广前景

（一）国家政策落地助力光热发电规模化发展。2023年4月，国家能源局《关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知》要求，相关省份要积极推进光热发电项目规划建设，根据研究成果及时调整规划或基地实施方案，统筹协调光热规划布局，合理布局或预留光热场地，在本省新能源基地建设中同步推进光热发电项目规模化、产业化发展，尽快落地一批光热发电项目，力争“十四五”期间全国光热发电每年新增开工规模达到3000MW。

（二）光热发电技术更适用于甘肃的地理省情。熔盐线菲光热电站具有镜场容积率高，抗风能力强，宽天象适应性、选址灵活、反射镜清洗便捷等突出优势，适合于甘肃省高海拔、地貌差、干旱少雨、多沙尘、辐照不稳定等自然条件下进行区域大规模开发应用。

（三）有较大的技术进步空间和成本下降潜力。敦煌熔盐线菲光热发电站经国际权威第三方16个月的评估测试报告和运行数据检测，确立了该项技术作为中国光热发电主流技术路线的可行性和示范性，其潜在的技术优势、商业价值、社会和环境效益正在逐步显现。熔盐线菲集热场单位造价已经呈现下降趋势，相对槽式、塔式集热场有较大优势，熔盐线菲领域的技术创新将推动投资性价比进一步提升。

（四）具备较强的光热电站关键设备制造能力。兰州大成聚光集热器关键部件均为自主研发生产，已达到国际先进水平，是国内、国际知名聚光太阳能应用系列产品解决方案提供商和生产商。（如表2所示）

（五）具有集成建设和联调光热电站工程能力。兰州大成熔盐线菲光热发电技术积累了在我国西部地区及青藏高原地区集成建设、联调联试和运营维护光热电站的实践经验。在甘肃省2021年首批备案的4个“光热+”项目中，有2个项目采用了熔盐线菲光热储能技术（敦煌700MW“光热储能+光伏”、玉门700MW“光热储能+光伏+风电”示范项目）。新疆维吾尔自治区2022年第二批新能源项目有多个光热储能项目意向采用兰州大成熔盐线菲技术方案。

四、推进甘肃省光热发电行业高质量发展的对策建议

推廣兰州大成敦煌熔盐线性菲涅尔式光热发电示范项目成功经验，提升核心技术和关键设备制造能力，促进光热发电行业服务体系建设，是甘肃省建设全国清洁能源产业基地示范区的重要途径。

（一）着力推进“光热+”一体化项目扩大光电产业规模

明确光热发电在清洁能源发展中的战略定位，研究出台财政、价格、土地等支持光热发电规模化发展的配套政策，按照国家能源局每年公布的光热发电装机规模配置量，提前规划百万千瓦、千万千瓦级光热发电基地。引导省内光伏/风电产业园区布局，建设一批“光热+光伏/风电”多能互补示范项目，以光热发电作为调峰手段，通过多种能源的有机整合和集成互补，实现风电、光伏、光热（及水电）等多种可再生能源互补的平价上网就地消纳或平价远距离外送消纳，促进可再生能源高比例应用，提升光热发电行业的发展规模和质量。

（二）加大甘肃省光热发电行业优质标杆企业的培育力度

鼓励光热发电行业依托国家级研发中心和创新产业联盟，以破解现有聚光光热技术产业化的难点、痛点问题为目标，加强先进光学技术实现颠覆性创新，研究开发具有自主知识产权的新一代高效太阳能聚光集热系统，抢占国际光热行业和相关科技领域制高点。发挥光热发电行业国家首批示范项目生力军作用，推动企业深耕光热发电细分领域，加强专业化、差异化发展，增强内生发展动力，以优质企业梯度培育为路径，加快把本土企业培育成具有国际竞争力和具有产业链控制力的生态主导型、承担国家能源战略发展使命的优质龙头企业。

（三）加快建设甘肃省光热发电行业先进特色产业集群

鼓励地方围绕新能源装备制造业布局建设熔盐线菲光热发电产业集群，从生产工艺、产品质量、安全生产、污染防治等方面推进集群升级改造，消化提升特种玻璃、钢铁、水泥、熔盐等传统产业，带动新材料、精密设备、智能控制等新兴产业发展；支持首批示范项目开放光热发电示范应用场景，以高效隔热功能玻璃、新一代阳光光导照明、新型薄膜太阳能发电玻璃等节能创能型绿色建材为重点，打通创新链、产业链、供应链高端关键环节，建设数字化协同平台带动上下游企业同步实施智能制造，把熔盐线菲光热发电产业培育成具有集聚度高、带动力强、协同面广的省级新能源先进制造业集群。

（四）确立光热发电储能电站市场定位并继续给予政策支持

预计到今年底，除国家首批示范项目外，甘肃省多个光热电站将实现并网发电，具备为电网提供稳定调峰调频能力，要发挥光热发电储能电站的市场作用，支持新建成的光电储能电站参与电力辅助服务市场交易，享受灵活的上网侧电价机制。光热发电技术系统较为复杂且处于商业化初期阶段，度电成本仍处高位，为加快光热发电行业市场化发展，应推动已建成示范项目尽快纳入国家补贴清单，并对陆续并网发电的国家光热发电示范项目给予政策补贴，为起步阶段的光热发电实现平价上网建立合理的缓冲期。

◆作者单位：甘肃省工业经济和信息化研究院装备制造研究所