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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(cháng)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)現了能源消費和能源生產(chǎn)的全面轉型，成為一條為中國不斷輸送強大“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，已建成酒泉千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地，張掖、金昌、武威、酒泉4個(gè)百萬(wàn)千瓦級光伏發(fā)電基地，通渭百萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地。

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

甘肅酒泉千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地

圖片來(lái)源：中國新聞網(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39％，棄光率達31％，棄風(fēng)、棄光電量高達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，西北地區最大的調峰火電—甘肅電投常樂(lè )電廠(chǎng)6×1000MW機組開(kāi)工建設。2021年全省新能源發(fā)電量達446億千瓦時(shí)，利用率96.83％，甘電外送達517.55億千瓦時(shí)，有力保障湖南等華中地區電力需求；作為祁韶直流唯一配套調峰電源的常樂(lè )電廠(chǎng)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(chǎng)已建成4×1000MW超超臨界機組

圖片來(lái)源：甘肅電投集團

火電機組是如何實(shí)現“調峰”的呢？通常，電力需求存在明顯的峰谷期，例如白天時(shí)段是甘肅省用電負荷低谷，此時(shí)風(fēng)光資源疊加，火電出力需要調到最低，若調峰能力不足，將造成能源浪費；夜晚負荷高峰時(shí)段，新能源供給不足，火電需要滿(mǎn)發(fā)頂峰。這時(shí)“調峰”就發(fā)揮了重要作用，以常樂(lè )電廠(chǎng)1000MW超超臨界機組為例，在用電高峰時(shí)，可調控火電機組功率到1000MW滿(mǎn)負荷運行，確保供電能夠滿(mǎn)足峰值需求；而在低谷期間，將機組負荷從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(zhù)我國煤炭資源開(kāi)采西移，新疆煤炭因儲量豐富、開(kāi)采方便、價(jià)格低廉、熱值高和運輸距離短等優(yōu)勢，已成為甘肅等周邊省份火電企業(yè)主要燃用煤種。

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

多年來(lái)，國內外主要采用改變鍋爐結構和摻燒高嶺土等方式，盡可能減少鍋爐輻射受熱面結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。

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所高祥虎研究員團隊

圖片來(lái)源：高祥虎提供

中國科學(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隊近年來(lái)圍繞電站關(guān)鍵材料，專(zhuān)注于大型電站鍋爐輻射受熱面防護與節能增效關(guān)鍵技術(shù)研究。受陶瓷釉啟發(fā)，團隊自主研發(fā)了一種納米高熵防護與節能增效陶瓷涂層，突破了陶瓷材料防結焦、耐高溫腐蝕、紅外增效、高導熱率、熱膨脹系數可調等關(guān)鍵技術(shù)，從而實(shí)現防護與節能增效耦合，可滿(mǎn)足大型調峰電站及其他常規火電站的使用需求。

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的水加熱成高溫、高壓水蒸氣，從而推動(dòng)汽輪機旋轉，將機械能轉化成電能。納米高熵防護與節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，減少了鍋爐高溫煙氣中熔融物對管壁的黏附，保護水冷管壁表面不受結焦、高溫腐蝕的影響；并且涂層與基材具有匹配的導熱率和熱膨脹系數，不影響鍋爐的傳熱效率以及使用壽命。同時(shí)，防護材料還具有的紅外輻射功效，可強化爐膛內輻射傳熱，降低爐膛出口煙溫；強化燃燒，提高煤粉的燃盡率，降低煤耗、提高煤種的適應性。

納米高熵陶瓷涂層防結焦、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“強省”

經(jīng)過(guò)一年多的運行實(shí)踐，爐膛內水冷壁管壁表面光滑致密、無(wú)結焦、附著(zhù)物易清除，未出現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焦性能。據悉，該技術(shù)將于2025年在甘肅超超臨界1000MW調峰機組開(kāi)展大規模示范應用。

常樂(lè )電廠(chǎng)2號機組運行11個(gè)月后墻噴涂區域水冷壁表觀(guān)形貌

圖片來(lái)源：高祥虎提供

目前，甘肅已運行和正在建設的超超臨界1000MW火電調峰機組有19座，納米高熵防護與節能增效陶瓷涂層將確保甘肅省已投產(chǎn)和在建煤電調峰機組的運行安全，為甘肅省委省政府“打造新能源千億級產(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)光強省”的順利轉化。

研究成果將輻射推廣至新疆、青海、內蒙古、貴州等省，為加快煤電轉型，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，為我國煤電向基礎性、支撐性、調節性電源轉型提供技術(shù)支撐。

參考文獻：

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