中國儲能網(wǎng)訊：5月，摩洛哥瓦爾扎扎特已然進入盛夏，陽光將蘊含的巨大能量強烈地射向廣袤大地。地面上，努奧三期塔式光熱電站的建設(shè)者們正熱火朝天地辛勤工作著。廠區(qū)的中央，一座高達243米的光熱塔巍然屹立，猶如豐碑向世人展示著中國能建西北院設(shè)計師們用智慧與汗水凝成的豐功偉績……
迎難而上的挑戰(zhàn)
說起摩洛哥努奧光熱電站，看過電影《紅海行動》的人可能還有印象，里面的太陽能電廠場景就是拍攝于此。努奧塔式光熱電站正是該太陽能電廠場區(qū)的三期項目，占地約750公頃，裝機容量150兆瓦，是目前世界上單機容量最大的塔式光熱發(fā)電項目，是“一帶一路”重點項目。工程吸熱塔總高243米，也是目前世界上最高的吸熱塔。
“單機容量最大，吸熱塔最高，努奧三期項目創(chuàng)下兩項世界之最的同時，也意味著我們面臨著前所未有的設(shè)計挑戰(zhàn)！”西北院土木工程技術(shù)部主任工程師李紅星博士介紹。塔式光熱電站是通過多臺跟蹤太陽運動的定日鏡將太陽能輻射反射至放置于吸熱塔上的吸熱器中，把太陽輻射能轉(zhuǎn)化為傳熱介質(zhì)的熱能，通過熱力循環(huán)轉(zhuǎn)換成電能的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，可以說吸熱塔就是光熱電站的動力之源，其設(shè)計是整個項目成敗的關(guān)鍵。
據(jù)李紅星介紹，努奧三期吸熱塔是200米以下為混凝土結(jié)構(gòu)、200米以上為鋼結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)，其設(shè)計當時主要面臨兩大難題。
首先是沒有可以直接遵循的設(shè)計規(guī)范。按照合同要求，吸熱塔的設(shè)計應采用美國標準，但是又要符合當?shù)貥藴实囊?。對于地震作用，既要遵循當?shù)乜拐鹨?guī)范要求，也要滿足美國規(guī)范的要求。對于吸熱塔這種混合結(jié)構(gòu)，由于頂部荷載多達3000噸，目前國際上還沒有專門的設(shè)計規(guī)范。經(jīng)過反復的調(diào)研和分析，設(shè)計人員最后確定采用最為接近工程實際的美國煙囪規(guī)范進行設(shè)計。
其次是中外設(shè)計理念和習慣存在巨大差異。按照合同的分工規(guī)定，熔鹽管道系統(tǒng)由國外公司進行設(shè)計，而全廠的建（構(gòu)）筑物的土建設(shè)計均則由西北院來完成，所以兩者存在著很多的設(shè)計配合工作，設(shè)計理念、設(shè)計習慣等各方面的磨合問題一直貫穿整個設(shè)計過程?！鞍凑蘸贤s定，吸熱塔的基本設(shè)計由國外公司來完成，我們負責施工圖設(shè)計。在收到國外公司的初步概念設(shè)計之后，我們就一直等他們提供管道和設(shè)備荷載以便建立結(jié)構(gòu)模型，而他們也在等我們建立的初步結(jié)構(gòu)模型以便進行管道和設(shè)備布置，從而提供相關(guān)荷載，于是這就進入了死循環(huán)?！蔽鞅痹和两ńY(jié)構(gòu)室經(jīng)理助理何邵華舉例說，“我們起初都遵從了自己的工作流程，卻沒想到雙方流程正好是相反的，所以后來我們加強了溝通，互相適應，雖然還是有碰撞，但也彼此互相學到了很多新的東西?！?
產(chǎn)研結(jié)合的成長
2016年9月，國家首批20個光熱發(fā)電示范項目正式公布，其中9個為塔式光熱發(fā)電項目，塔式光熱發(fā)電項目以帶儲熱、成本低、電力品質(zhì)優(yōu)等優(yōu)點得到了國家的大力扶持。如何建立適合我國國情的吸熱塔結(jié)構(gòu)設(shè)計方法變得十分重要和迫切，西北院在努奧項目中的產(chǎn)研結(jié)合之路無疑為我們提供了可供借鑒的經(jīng)驗。
前面說到，在沒有規(guī)范可直接遵循的情況下，設(shè)計人員采用了美國煙囪規(guī)范進行吸熱塔設(shè)計。而事實上吸熱塔并不是煙囪，因為煙囪自下而上質(zhì)量分布比較均勻，各個方向的荷載都有較為成熟的計算理論依據(jù)，而光熱塔卻由于上部的吸熱設(shè)備等原因質(zhì)量分布并不均勻，剛度分布有突變。為了使設(shè)計方案更加符合工程實際，西北院特地委托湖南大學在中國工程院陳政清院士帶領(lǐng)下進行了風洞實驗，還邀請了前國際風工程協(xié)會主席Yukio Tamura 教授和同濟大學、浙江大學、北京大學等知名專家對試驗方案和結(jié)果進行了審查，確保了試驗方案和結(jié)果的客觀性、合理性、權(quán)威性。最終，努奧項目光熱塔設(shè)計方案也根據(jù)試驗結(jié)果進行了合理地修改完善，順利通過了業(yè)主方組織的各項評審。
事實上，在吸熱塔設(shè)計過程中，西北院還通過大量的有限元仿真模型進行數(shù)值模擬，以使設(shè)計方案更加合理。“本工程吸熱塔的基礎(chǔ)采用了圓環(huán)形板式基礎(chǔ)，目前國外尚沒有針對這類基礎(chǔ)的計算公式，所以我們先后采用了ANSYS、ABQUAS等國際通行有限元軟件進行計算?！蔽鞅痹航Y(jié)構(gòu)工程師杜吉克說，“但是，我們也并沒有完全迷信于有限元模擬。畢竟有限元計算也是建立在很多計算假定簡化條件上的，例如土體與基礎(chǔ)脫開的情況、上部荷載的模擬施加等都會對結(jié)果有很大的影響。比如說基礎(chǔ)的剪切計算，我們就是綜合考慮了國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范的差異，并與有限元結(jié)果進行了對比，最終選取了較為合理的計算方法，也贏得了業(yè)主的信任。”
據(jù)李紅星博士介紹，努奧光熱電站的設(shè)計工作量基本上等于國內(nèi)工程的三倍，因為常常要把國內(nèi)、國外規(guī)范都先獨立算一遍，然后反復分析差異，確定最終合理的設(shè)計方案?！捌鋵嵾@也是很好的積累過程，讓我們的設(shè)計人員更加熟悉國內(nèi)規(guī)范，也能更加深入地學習國外規(guī)范，同時也有助于我們?nèi)￠L補短。”李紅星說。
2018年5月22日，摩洛哥努奧三期項目光塔吸熱器第一階段預熱試驗完成，為下一步進行熔鹽調(diào)試、系統(tǒng)整套啟動奠定了基礎(chǔ)。“按照計劃，今年9月份工程將實現(xiàn)并網(wǎng)，我堅信一定會成功的！”李紅星信心滿滿，“我們公司在光熱發(fā)電業(yè)務方面也必將取得更大的成績！”
