在哈密市西北角的荒漠戈壁上正见证着一场能源领域的伟大变革。这里,一座由26万面“大镜子”构成的超级能源工程闪耀登场。这一项目的建成并网发电,不仅仅是在戈壁滩上构建了一个庞大的能源装置,更是标志着中国光热发电技术领域迎来了重大突破,开启了光热发电的新纪元。

建成并网运行的三峡集团哈密“光热+光伏”一体化示范项目。融媒体中心记者郭子毅摄
近日,在三峡集团哈密“光热+光伏”一体化示范项目集控室里,随着并网一声令下,标志着三峡能源新疆哈密100兆瓦线性菲涅尔光热项目在经过聚光集热熔岩加热、变压器送电等一系列试验完成后,顺利并入哈密电网。这对哈密电网而言意义非凡。国网哈密供电公司电力调度控制中心电力调度员李政凯说:“项目并网发电后,年发电量约20.67亿千瓦时,相当于约92万户家庭一年的用电量,将有利于促进节能减排和生态环境保护,有效缓解大气污染防治压力,提升新疆非水电可再生能源电力消纳量。”
作为全国首个百万千瓦级全容量并网“光热+光伏”一体化项目,基地配置90万千瓦光伏与10万千瓦光热系统,形成“日间光伏主导、夜间光热补位”的互补发电模式。三峡集团哈密“光热+光伏”一体化示范项目现场负责人石勇说:“项目充分发挥光热电站的储能调峰功能与90万千瓦光伏电站形成深度互补。白天光伏发电满足电网基础负荷;夜晚或阴雨时段,光热储热系统无缝衔接供电,实现24小时稳定输出,这种‘双向调节’模式破解了新能源波动性难题,提高了整个能源基地的电力供应稳定性和可靠性,为构建以新能源为主体的新型电力系统提供了实证样本。”
哈密市依托综合能源禀赋,从国家所需哈密所能出发,率先布局建设以千万千瓦级风电,百万千瓦级光伏发电示范基地为主的国家综合能源基地。该光热项目的成功并网是这一布局中的关键一步。中国科学院院士王中林说:“调峰一定要做到智慧,该低就低,该高就高,这样才能保证绿色能源高效入网,才能平衡发展、协同发展。”
项目作为全国投运规模最大的线性菲涅尔“光热+光伏”一体化综合能源示范基地,也是全国首个百万千瓦级“光热+光伏”一体化项目,其成功并网为我国光热发电产业的发展树立了标杆,展示了我国在光热发电技术领域的实力和创新能力,对推动全国光热发电产业的发展具有重要的引领和示范作用。
敦煌大成晟能新能源科技有限公司副总工程师张志勇说:“这个电站是在国内首次实现了全镜场国产化替代,建设成本降低了,系统后期运维更加方便,在全球首创线聚焦高温集热技术开创了新的集热模式,通过特殊的机械结构和镀膜工艺,解决了高温线聚焦系统大热损的问题。”
基地创新应用了46组总长1200米的集热回路,通过26万面可自动跟踪太阳轨迹的定日镜(跟踪精度达0.01度),将阳光精准聚焦至二次反射镜,加热熔盐至550℃高温。中国电力工程顾问集团西北电力设计院设计总工程师王海霞说:“以前的二次镜长度为1000毫米,这个项目改成了500毫米,单片尺寸更小,可靠性提升,风险降低。”
项目中的二次反射镜独特的设计改进,使整个集热管滑动不受限制,减少了集热管真空损坏的可能性。同时,其镀膜工艺得到改进,反射率提高到96%—97%,使用了半强化的玻璃,硬度增加,使用寿命也增加了,集热效率得到显著提升。敦煌大成晟能新能源科技有限公司工程部主任王国栋说:“都是全自动化的跟踪,精确到0.01度,把光反射到集热管上,提高熔盐的温度。”
熔盐在这个系统中扮演着关键的角色。通过定日镜和二次反射镜的协同作用,熔盐被加热到550℃高温。这一高温使得熔盐能够携带大量的热能,为后续的发电过程提供了充足的能量来源。
中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司三峡哈密光热项目经理黄龙飞说:“项目总共为1吉瓦,其中有90万千瓦的光伏、10万千瓦的光热,90万千瓦的光伏有一路加热电源直接接入了光热电站,接到熔盐的起备变。同时配了一台25兆瓦的电加热器,再用电加热器直接来加热熔盐。不需要通过镜场也能够加热熔盐,光伏的弃电用于加热熔盐,这部分电储存起来,需要的时候再发出去,这个就是综合示范项目的意义。”

工人们正在对现场设备进行巡检。融媒体中心记者郭子毅摄
作为光热发电系统的核心能量中枢——熔盐储热系统平台,不仅承载着将镜场550摄氏度高温熔盐(全球光热领域最高运行温度之一)安全存储的关键功能,更搭载了完全自主知识产权的储罐技术体系。该技术已实现全产业链国产化,并成功输出至沙特迪拜等国际顶级光热项目,标志着我国成为全球光热储罐技术的方案主导者与标准制定者。中国电力工程顾问集团西北电力设计院三峡哈密光热项目总包项目经理陈伟说:“我们采用了半包围式的设计,熔盐泵轴长一共是三层楼高,10米多,转速达到每分钟3000转,综合各方面考虑,我们减少了熔岩泵平台的悬挑距离,增加了刚度和挠度,达到了现场对熔盐泵支架稳定运行、长期运行的要求。”
项目核心设备实现全面国产化,镜场设备国产化率100%。高度的国产化不仅降低了建设成本,还提高了我国在光热发电设备制造领域的自主性和话语权。张志勇说:“全部国产化后,整体成本降低了30%,二次开发也更加便捷,带动了全产业链的发展。”
如今,我国在拉什菲涅尔光热技术方面拥有众多自主知识产权,全球首创线聚焦高温集热技术,开创了新的一种集热模式,解决了常形成热膨胀的问题;并且针对之前项目出现的问题,如二次镜尺寸、集热管滑动结构等进行了优化,这些技术改进都具有自主知识产权,是国内领先于世界的一种技术路线。张志勇说:“目前已经在全国推广了10万千瓦机组4个,今年在建的有3个,在这过程中我们遇到了很多瓶颈,也突破了很多技术壁垒。”
项目在建设期间,高峰期现场能达到1000人左右,促进了当地的经济发展和社会稳定。王海霞说:“每年提供的清洁电力,可以供约300万人口全年的用电。新疆是一个产煤大省,煤炭资源非常丰富,因此火电占比非常巨大。随着清洁能源大规模的上网,可以进一步做到减排。”
光热发电作为清洁能源,与光伏发电一样,在发电过程中几乎不产生碳排放。哈密戈壁光热项目每年减排将近130万—150万吨的二氧化碳,与传统的化石能源发电相比,光热发电避免了煤炭燃烧过程中大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放,对改善空气质量、保护生态环境具有不可忽视的作用。
我国在拉什菲涅尔光热技术方面处于世界领先地位,且该技术具有建设运行成本低廉、系统相对简单、国产化率高、技术自主性强等诸多优势。随着技术的不断成熟和完善,线菲技术具有很大的推广潜力。未来有望在全国乃至全球范围内进行大规模推广,为更多的地区提供清洁、稳定的能源。

项目施工现场。融媒体中心记者郭子毅摄
项目团队已经规划了35万千瓦的大基地,镜场面积可能是现有的四倍。通过大规模的布局,线菲的特点是模块化的设计,通过镜场大面积区做大基地的调峰电源,可以完全替代煤电的措施,将进一步提高光热发电在能源结构中的比例,为实现“双碳”目标提供更加强有力的支撑。中国电力工程顾问集团西北电力设计院三峡哈密光热项目总包项目经理陈伟说:“在第一批的光热当中,一共总结出来了3000多条相关的经验,在第二批光热当中,运行也是越来越稳定,项目建设整体周期已经缩短到16个月,以后稳定发电效率比第一批更强,国产化率要更高。”
哈密戈壁大镜子所代表的三峡能源新疆哈密100兆瓦线性菲涅尔光热项目,是中国光热发电领域的一个里程碑,它的成功并网、独特的技术特色、创新的成果、积极的环保贡献以及对未来发展的深远意义,都表明中国光热发电已经开启了一个新的纪元。在未来的能源发展道路上,光热发电有望成为我国能源结构中的重要组成部分,为实现“双碳”目标、构建新型电力系统、推动区域经济发展和环境保护等发挥不可替代的重要作用。
文|融媒体中心记者 田玉、郭子毅 杨宏建 通讯员 冯洋