产学研联动,兰州大成以“光热精神”奔跑在创新路上

时间:2021-05-12 20:32来源:国家光热联盟
  以走访为契机,进一步了解理事成员单位的创新产品与解决方案,精准对接发展需求,2021年4月21日下午,在国家太阳能光热产业技术创新战略联盟(下文简称太阳能光热联盟)秘书处的组织下,由联盟常务副理事长兼秘书长杜凤丽,联盟副理事长、首航高科能源技术股份有限公司总经理黄卿乐带队,与来自兰州兰石换热设备有限责任公司、宁夏中昊银晨能源技术服务有限公司、日出东方控股股份有限公司、四季沐歌科技集团有限公司、上海交通大学和中国科学院电工研究所等高校院所和企业代表等一行,来到兰州大成科技股份有限公司(下文简称兰州大成)走访调研。兰州大成相关部门负责人陪同参观调研。
  提供关键技术支撑
  兰州大成成立于1998年10月,2009年10月在原兰州大成自动化工程有限公司基础上整体改制变更为股份有限公司。现为国家火炬计划重点高新技术企业,国家创新型试点企业。目前下属全资子公司有兰州大成真空科技有限公司、兰州交大国家绿色镀膜工程中心有限责任公司、常州大成绿色镀膜科技有限公司、兰州大成铁路信号有限公司、兰州大成聚光能源科技有限公司、敦煌大成聚光热电有限公司、拉萨大成聚光能源科技有限公司。
  兰州大成主要经营聚光太阳能光热发电组件产品研发生产及聚光太阳能热源系统和光热发电系统集成建设、绿色镀膜设备、铁路信号设备等三个业务板块。公司以自动化控制技术为基础,以“绿色镀膜技术与装备”“绿色镀膜新材料”“绿色镀膜新能源”“全电子化计算机联锁系统”为主攻方向,是国内领先的绿色镀膜装备、绿色镀膜新材料装备、聚光太阳能应用系列产品和全电子化铁路信号系统解决方案提供商和生产商。
  2014年在拉萨柳梧新区建成全球海拔最高(3654米)的1MW线性菲涅耳太阳能热电联供电站, 2015年在兰州大成兰州新区工厂建成第一个屋顶 1MW分布式聚光太阳能热电联供示范项目,2016年建成了国内规模最大的太阳能工业供热能工程——青海盐湖蓝科锂业太阳能集热加温供水项目,2020年6月19日世界第一座商业化熔盐线性菲涅耳式光热发电项目正式投入商业运行。2020年12月28日,与国家能源集团甘肃电力有限公司签署战略合作框架协议,将在新建风光储一体化综合能源项目开发中开展深度合作,并首先推进光伏+光热储能示范项目建设。
  在“双碳”战略引领下,兰州大成以进一步提高工程技术开发、成果转化、辐射、推广和产业化的能力和水平,完善和创新管理体制和机制,保持可持续发展能力,为国家和甘肃地方培育节能环保、新材料、新能源、高端装备制造等四个战略性新兴产业提供关键技术支撑。并以完全自主知识产权的熔盐线性菲涅耳式高温聚光储热电站技术推广为主线,持续推进风光储一体化综合能源项目建设。
  太阳能光热技术集“大成”者
  太阳能光热联盟一行走进兰州大成太阳能聚光集热系统关键组件线生产车间,详细考察了其为国家首批太阳能热发电示范项目——敦煌50MW熔盐线性菲涅耳式光热发电项目提供配套的太阳能高温真空集热管,线性菲涅耳聚光器用复合抛物面聚光器(CPC)、中高温太阳能高温真空集热管、太阳能领域镀膜装备制造等。
  工厂负责人介绍,自2009 年起,致力于技术创新的兰州大成董事长范多旺教授带领团队在自动控制和镀膜技术基础上开始太阳能光热方向的研究。以“敢为人先、勇于创新,敢冒风险、勇于竞争”的团队精神,依靠绿色镀膜以及自动控制领域雄厚的技术实力,开始研究槽式和线性菲涅耳式集热场核心技术。历经3年,2012年5月,兰州大成自主研发的200kW槽式+线性菲涅耳聚光太阳能光热发电试验系统并网发电。同时,两组各150m长槽式集热单元和两组各96m长线性菲涅耳式集热单元也实现了集热产蒸汽。
  随后,兰州大成先后建成了一期年产2万支中高温真空集热管生产线、二次抛物面反射镜生产线、自主研发制造了4m集热管内管真空复合镀膜线、卷对卷钢(铜)带太阳能选择性吸收膜连续镀膜装备。
位于兰州新区的兰州大成太阳能光热产业基地发电系统
  在兰州大成厂区屋顶1MW线性菲涅耳太阳能热电联供项目现场。据工厂负责人介绍,该项目于2015年建成投产,项目冬季以热电联供能源站为厂房及员工生活区提供全部供暖热源,同时用于发电;其他季节项目全部用于发电,除供应厂区用电需求外,多余电量并网。该项目用实例验证了太阳能可以在靠近用户的地方直接提供热电联供高品质能源的可能性。2017年,兰州大成彻底拆除了自己公司的燃煤锅炉,对其厂房的供暖系统进行了升级改造,在屋顶共安装菲涅耳聚光器1万平方米。采用太阳能作为主要供热能源,低谷电作为辅助能源,满足了2万平米厂房供暖和7000平方米办公/生活设施的供暖供热需求。在一个供暖季整体运营费用低于60万元,运营费用比燃煤供暖降低75%,较天然气供暖降低80%,极大节省了公司供暖成本。
  对于调研团提出的屋顶安装聚光器的安全性、系统的可靠性、效率等感兴趣的问题,工厂相关负责人也一一作了解答。他说,菲涅耳聚光器抗风性能好,功率密度高,风载小,与槽式相比,因为没有旋转结构,同时聚光器更改聚光比设计更灵活,因此使用的工质也可以更灵活;使用的温度区间也较广泛。此外,目前利用全自动机器人无水清洗,每周一次,基本上不影响聚光效率。
  走访团还参观了兰州大成铁路信号设备业务板块。据介绍,兰州大成全电子化铁路信号控制系统已在我国458个火车站推广,全电子执行单元设备已出口至几内亚达圣铁路项目,顺利实现了铁道信号全电子计算机联锁系统产业化。
  产学研联动,持续创新
  10多年来,兰州大成通过在太阳能光热领域的发展,研发制成功了内管70mm的70级集热管、内管90mm的90级集热管,开发了用于导热油系统的中高温真空集热管以及熔盐系统的高温熔盐真空集热管产品系列,已建成年产5万支真空集热管的生产线,其90级(Φ90)大口径真空集热管已广泛应用于甘肃、青海、新疆、西藏等地的多个光热发电或热利用项目,并多次出口美国,成为我国目前为数不多的光热核心部件出口业绩品牌。随着采用兰州大成具有自主知识产权的线性菲涅耳聚光集热技术,且利用熔盐作为集热、传热和储热的统一介质的敦煌50MW熔盐线性菲涅耳式光热电站投运商业运行,兰州大成同时也已具备集成建设和联调百兆级可连续发电基础能源工程的能力。
  创新是根植于兰州大成血脉的因子,董事长范多旺教授在兰州交通大学教学科研第一线工作奋斗了40多年,作为兰州大成聚光太阳能科研团队带头人, 他带领大成人一直奔跑在创新的路上。向着太阳努力奔跑。“1998年,范多旺教授在工业自动化控制领域已经拥有了多个知识产权专利。为更快、更具成效地将技术转化为生产力,实现产学研无缝对接,范多旺和几位大学教师萌生了成立一家公司的想法,于是兰州大成的前身兰州大成自动化工程有限公司注册成立。”公司负责人介绍。
  在做好本专业科研、设计、研发、制造、成果转化的同时,范多旺又产生了“怎样让整个团队的研发视野更开阔,探索领域更广泛”的思维,并意识到“跨界、融合、协同”这一现代的新型科研理念是打通未来创新大道的佳径。“进入聚光太阳热能这一新型清洁能源领域,就是为了找到绿色镀膜更广泛的应用领域。提高太阳能热利用率最有效的技术路线是先聚光再利用。生产各种大型聚光器的主要材料是普通钢材和低铁玻璃,绿色镀膜技术是实现大规模聚光器制造的核心技术。也开启了范多旺和团队10多年艰辛的研发和产业化推广之路。”范多旺教授立足本专业,多学科交叉发展,在相应专业的行业、临近行业不断探究研发,尽最大努力实现产学研用,让“高大上”的论文落地开花,推动行业技术进步。也就有了今天兰州大成具有自主知识产权的线性菲涅耳聚光集热技术,有了世界首座商业化熔盐线性菲涅耳式光热电站的诞生。
  截至目前,兰州大成技术创新研究成果共申请专利92件,其中发明专利50件;获得国家科技进步二等奖2项,获得甘肃省专利一等奖1项,获得甘肃省科技进步一等奖4项,获得省部级科技进步一等奖1项、二等奖5项,被认定为国家重点新产品7项,被认定为软件产品14项,获得软件著作权证书16项。
  在太阳能领域的自主知识产权的核心技术有:已获得授权专利28件,正在实审的发明专利11件;在太阳能光热发电领域通过了4项科技成果鉴定、4项甘肃省科技重大专项通过验收、5项科技与产业项目通过验收。
  示范电站性能卓越,发电量再创新高
  “兰州大成在聚光太阳热能方向的核心竞争力是通过30多年的长期积累形成的,紧紧围绕绿色真空镀膜和安全控制核心系统这两条主线。熔盐工质线聚焦式技术具有更高的集热温度以提高发电效率,适用于大容量储热系统,电站具备24小时连续运行能力,采用熔盐作为集热、换热、储热的统一工质,减少换热环节,简化系统,模块化回路式集热系统精确、易调试。线性菲涅耳式聚光集热技术,具有灵活的集热器设计,良好的系统适应性,结构固定、没有高温旋转机构,抗风性能强。其聚光场由模块化集热支路构成,集热场规模的扩大不会降低集热效率。标准化的集热回路模块,集热支路并联连接,整体集热场分区布置,各区域及各支路可同时安装调试,极大减少调试时间。单个集热回路维护时不影响其它集热支路,减小因单个技术故障而影响整个电站运行的风险。光热电站聚光集热场性能是光热电站运行性能之根本。聚光器是精密的光学设施和系统,需要精确设计计算,也需要精确实施调试。”
  据此前太阳能光热联盟报道,在敦煌50MW熔盐线性菲涅耳式光热电站投入商业化运行之前,兰州大成已经收到了第三方国际权威的聚光太阳能技术研发和评估机构——德国弗劳恩霍夫协会太阳能研究所(FraunhoferISE)提交的兰州大成熔盐线性菲涅耳式聚光集热系统的质量评估报告。检测报告对比国际同类系统的性能,评估报告认为“兰州大成熔融盐菲涅耳回路运行可以达到其设计工况,即传热介质的出口温度为565℃。该回路性能已达到国际先进水平,另外考虑到其大型尺寸,该性能实属卓越”。而在此之前,由兰州大成自主研发生产的二次反射镜CPC、熔盐型高温真空集热管也分别通过了相关机构的性能检测。
图:参观兰州大成光热发电项目远程监控室
  据透露,在太阳能光热联盟一行来到兰州大成之际,范多旺教授正带领运维团队在敦煌对电站进行性能提升。截至目前,电站发电量持续创新高,其中5月5日实现满载发电,单日发电量达到51.765万度;再次验证兰州大成在光热领域深厚的技术储备。
   人生如茶须慢品,岁月似歌要静听。座谈交流过程中,代表们为兰州大成在科技创新和产业化方面作出的艰辛努力和留下的无数汗水而感动。认为兰州大成从太阳能光热技术研发、产品生产、技术推广形成非常完整的体系,规模化生产体现了国家水平,同时还具有非常强的市场应变能力,值得大家学习和借鉴。
  孔令刚博士说,兰州大成也将加快工程技术开发的进度,持续释放技术红利。牢牢把握“能源革命”的战略机遇,坚定不移地实施创新驱动和绿色发展战略,致力成为在绿色镀膜和智能控制领域国内一流、国际知名、贡献突出的高新技术企业。
  杜凤丽秘书长解读了近来国家部委发布太阳能热发电示范项目的上网电价政策,表示,“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,打赢低碳转型硬仗。太阳能热利用在碳减排中战略地位非常重要,在中低温太阳能热利用方面,每安装2平米太阳能热水器,在其生命周期内可以减排3902.2kg二氧化碳;在高温热发电方面,太阳能热发电的生命周期温室气体排放最低,仅为9.8~10g CO₂eq/kWh。太阳能热发电是集“清洁能源生产、储能调节和同步发电技术”于一体的灵活性电源,在构建“以新能源为主体的新型电力系统”中,太阳能热发电具有不可或缺的地位。为此,太阳能光热联盟仍在积极向国家层次争取政策支持,为太阳能光热产业发展提供坚实保障,共同为实现行业高质量发展贡献力量。
  后 记
  4月20—21日,一天半时间,飞越几千公里,太阳能光热联盟走访团通过对甘肃建材科院、兰石换热和兰州大成三家单位的走访交流。每到一处,走访团都细心观察,认真倾听讲解,就关心的问题进行探讨,详细了解企业发展状况和技术创新要点。 走访团成员表示,收获满满,既掌握了大量第一手情况,又为自身的企业经营提供了一些帮助和方向; 在感谢企业以开放态度深度交流的同时,也感谢太阳能光热联盟的组织主办,并希望以后经常组织这样的活动,提供机会,让大家能够与太阳能光热产业链上的单位有更多亲密接触,探索产业发展机遇,助力企业加速发展。(文/董清风)

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