沙漠、戈壁、丹霞、雪山……，它是集眾多極致風(fēng)光為一體的風(fēng)景走廊；石窟、長(zhǎng)城、邊關(guān)、古城……，它是集眾多文化遺產(chǎn)于一身的文明走廊。如今，河西走廊搭上了新能源發(fā)展的巨輪，并率先實(shí)現(xiàn)了能源消費(fèi)和能源生產(chǎn)的全面轉(zhuǎn)型，成為一條為中國(guó)不斷輸送強(qiáng)大“甘肅綠電”的能源走廊。

近年來(lái)，甘肅省委省政府高度重視能源安全、能源基地建設(shè)，已建成酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地，張掖、金昌、武威、酒泉4個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)光伏發(fā)電基地，通渭百萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。

截至2023年年底，甘肅新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模已突破5000萬(wàn)千瓦，約占全省電源總裝機(jī)容量的60％，居全國(guó)第2位。2023年，“甘肅綠電”的朋友圈持續(xù)擴(kuò)大，全年成交綠電4.32億千瓦時(shí)，輸送至全國(guó)25個(gè)省份，新能源外送規(guī)模居全國(guó)第二。“綠電”已成為甘肅亮麗的名片。

甘肅酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地

圖片來(lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng)

風(fēng)、光“棄”率高，火電來(lái)“救場(chǎng)”

風(fēng)、光是一種氣候資源，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性特征，不隨電網(wǎng)需求而動(dòng)。雖然甘肅省清潔能源發(fā)展迅猛，卻面臨“消納難”　“外送難”“調(diào)峰難”等“頑疾”，一路走來(lái)，“棄”幾乎掩蓋了新能源所有的“風(fēng)光”。2015年，全省棄風(fēng)率達(dá)39％，棄光率達(dá)31％，棄風(fēng)、棄光電量高達(dá)108億千瓦時(shí)，占新能源可發(fā)電量36.97％。

為解決河西走廊　“棄風(fēng)、棄光”問(wèn)題，西北地區(qū)最大的調(diào)峰火電—甘肅電投常樂(lè)電廠6×1000MW機(jī)組開(kāi)工建設(shè)。2021年全省新能源發(fā)電量達(dá)446億千瓦時(shí)，利用率96.83％，甘電外送達(dá)517.55億千瓦時(shí)，有力保障湖南等華中地區(qū)電力需求；作為祁韶直流唯一配套調(diào)峰電源的常樂(lè)電廠為新能源外送和消納發(fā)揮了“扛鼎”作用。

甘肅電投常樂(lè)電廠已建成4×1000MW超超臨界機(jī)組

圖片來(lái)源：甘肅電投集團(tuán)

火電機(jī)組是如何實(shí)現(xiàn)“調(diào)峰”的呢？通常，電力需求存在明顯的峰谷期，例如白天時(shí)段是甘肅省用電負(fù)荷低谷，此時(shí)風(fēng)光資源疊加，火電出力需要調(diào)到最低，若調(diào)峰能力不足，將造成能源浪費(fèi)；夜晚負(fù)荷高峰時(shí)段，新能源供給不足，火電需要滿發(fā)頂峰。這時(shí)“調(diào)峰”就發(fā)揮了重要作用，以常樂(lè)電廠1000MW超超臨界機(jī)組為例，在用電高峰時(shí)，可調(diào)控火電機(jī)組功率到1000MW滿負(fù)荷運(yùn)行，確保供電能夠滿足峰值需求；而在低谷期間，將機(jī)組負(fù)荷從1000MW降低到約350MW，以保障新能源出力。

新疆煤炭遇“瓶頸”，納米涂層“顯神通”

近年來(lái)，隨著我國(guó)煤炭資源開(kāi)采西移，新疆煤炭因儲(chǔ)量豐富、開(kāi)采方便、價(jià)格低廉、熱值高和運(yùn)輸距離短等優(yōu)勢(shì)，已成為甘肅等周邊省份火電企業(yè)主要燃用煤種。

然而現(xiàn)在開(kāi)采的煤種中含有較高成分的堿金屬、氯元素或硫元素，易導(dǎo)致鍋爐輻射受熱面結(jié)焦、高溫腐蝕、爆管、煤耗高等問(wèn)題，嚴(yán)重影響電站鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。隨著“疆煤外運(yùn)”市場(chǎng)的擴(kuò)大，燃用新疆煤引起的結(jié)焦、高溫腐蝕已成為全國(guó)火電行業(yè)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外主要采用改變鍋爐結(jié)構(gòu)和摻燒高嶺土等方式，盡可能減少鍋爐輻射受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕爆管問(wèn)題，或采用堆焊增加水冷壁厚度或熱噴涂防護(hù)涂層，延緩鍋爐水冷壁壽命，但因成本高、熱效率降低，不能從根本上解決問(wèn)題。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所高祥虎研究員團(tuán)隊(duì)

圖片來(lái)源：高祥虎提供

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所低碳能源材料組高祥虎研究員團(tuán)隊(duì)近年來(lái)圍繞電站關(guān)鍵材料，專注于大型電站鍋爐輻射受熱面防護(hù)與節(jié)能增效關(guān)鍵技術(shù)研究。受陶瓷釉啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一種納米高熵防護(hù)與節(jié)能增效陶瓷涂層，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)，從而實(shí)現(xiàn)防護(hù)與節(jié)能增效耦合，可滿足大型調(diào)峰電站及其他常規(guī)火電站的使用需求。

火力發(fā)電是指利用煤炭燃燒產(chǎn)生熱量，通過(guò)輻射換熱將水冷壁管內(nèi)的水加熱成高溫、高壓水蒸氣，從而推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。納米高熵防護(hù)與節(jié)能增效陶瓷涂層噴涂在輻射受熱面（水冷壁、過(guò)熱器）上，可依靠鍋爐啟動(dòng)時(shí)的熱量使自身發(fā)生熱固化，形成致密的陶瓷層；并且涂層與基材之間可形成牢固的化學(xué)鍵，使其在爐膛惡劣的環(huán)境中不易剝落。

噴涂防護(hù)材料的受熱面就像穿了一件“鋼鐵鎧甲”，阻隔了外部腐蝕介質(zhì)的侵入，減少了鍋爐高溫?zé)煔庵腥廴谖飳?duì)管壁的黏附，保護(hù)水冷管壁表面不受結(jié)焦、高溫腐蝕的影響；并且涂層與基材具有匹配的導(dǎo)熱率和熱膨脹系數(shù)，不影響鍋爐的傳熱效率以及使用壽命。同時(shí)，防護(hù)材料還具有的紅外輻射功效，可強(qiáng)化爐膛內(nèi)輻射傳熱，降低爐膛出口煙溫；強(qiáng)化燃燒，提高煤粉的燃盡率，降低煤耗、提高煤種的適應(yīng)性。

納米高熵陶瓷涂層防結(jié)焦、耐高溫腐蝕效果圖

圖片來(lái)源：高祥虎提供

“風(fēng)光”賽道上，從“大省”奔“強(qiáng)省”

經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行實(shí)踐，爐膛內(nèi)水冷壁管壁表面光滑致密、無(wú)結(jié)焦、附著物易清除，未出現(xiàn)凹坑和管壁減薄等腐蝕情況，充分證明該技術(shù)優(yōu)異的耐高溫腐蝕和防結(jié)焦性能。據(jù)悉，該技術(shù)將于2025年在甘肅超超臨界1000MW調(diào)峰機(jī)組開(kāi)展大規(guī)模示范應(yīng)用。

常樂(lè)電廠2號(hào)機(jī)組運(yùn)行11個(gè)月后墻噴涂區(qū)域水冷壁表觀形貌

圖片來(lái)源：高祥虎提供

目前，甘肅已運(yùn)行和正在建設(shè)的超超臨界1000MW火電調(diào)峰機(jī)組有19座，納米高熵防護(hù)與節(jié)能增效陶瓷涂層將確保甘肅省已投產(chǎn)和在建煤電調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行安全，為甘肅省委省政府“打造新能源千億級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈”決策部署和隴電外送提供技術(shù)支撐，助力甘肅省由“風(fēng)光大省”向“風(fēng)光強(qiáng)省”的順利轉(zhuǎn)化。

研究成果將輻射推廣至新疆、青海、內(nèi)蒙古、貴州等省，為加快煤電轉(zhuǎn)型，推動(dòng)煤電和新能源的優(yōu)化組合，保障煤炭清潔高效利用，為我國(guó)煤電向基礎(chǔ)性、支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

［1］馬軍，張國(guó)山，高祥虎，等．納米高熵陶瓷涂層在超超臨界1　000　MW機(jī)組鍋爐的防結(jié)焦耐腐蝕應(yīng)用研究［J／OL］．熱力發(fā)電：1－10［2024－05－20］．