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西北院摩洛哥Noor3塔式光熱電站吸熱塔設(shè)計(jì)紀(jì)實(shí)

來源：西北電力設(shè)計(jì)院有限公司 | 0評論 | 8589查看 | 2018-06-15 10:13:01

5月，摩洛哥瓦爾扎扎特已然進(jìn)入盛夏，陽光將蘊(yùn)含的巨大能量強(qiáng)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(dá)243米的光熱塔巍然屹立，猶如豐碑向世人展示著中國能建規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司（簡稱“西北院”）設(shè)計(jì)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(dòng)》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(xiàng)目，占地約750公頃，裝機(jī)容量150兆瓦，是目前世界上單機(jī)容量最大的塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目，是“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)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(jī)容量最大，吸熱塔最高，努奧三期項(xiàng)目創(chuàng)下兩項(xiàng)世界之最的同時(shí)，也意味著我們面臨著前所未有的設(shè)計(jì)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(tái)跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)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(dòng)力之源，其設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)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(jì)當(dāng)時(shí)主要面臨兩大難題。

　　首先是沒有可以直接遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范。按照合同要求，吸熱塔的設(shè)計(jì)應(yīng)采用美國標(biāo)準(zhǔn)，但是又要符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的要求。對于地震作用，既要遵循當(dāng)?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(dá)3000噸，目前國際上還沒有專門的設(shè)計(jì)規(guī)范。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)研和分析，設(shè)計(jì)人員最后確定采用最為接近工程實(shí)際的美國煙囪規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　其次是中外設(shè)計(jì)理念和習(xí)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(jìn)行設(shè)計(jì)，而全廠的建（構(gòu)）筑物的土建設(shè)計(jì)均則由西北院來完成，所以兩者存在著很多的設(shè)計(jì)配合工作，設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)習(xí)慣等各方面的磨合問題一直貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程?！鞍凑蘸贤s定，吸熱塔的基本設(shè)計(jì)由國外公司來完成，我們負(fù)責(zé)施工圖設(shè)計(jì)。在收到國外公司的初步概念設(shè)計(jì)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(jìn)行管道和設(shè)備布置，從而提供相關(guān)荷載，于是這就進(jìn)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(qiáng)了溝通，互相適應(yīng)，雖然還是有碰撞，但也彼此互相學(xué)到了很多新的東西?！?/div>

　　產(chǎn)研結(jié)合的成長

　　2016年9月，國家首批20個(gè)光熱發(fā)電示范項(xiàng)目正式公布，其中9個(gè)為塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目，塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目以帶儲(chǔ)熱、成本低、電力品質(zhì)優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)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(jì)方法變得十分重要和迫切，西北院在努奧項(xiàng)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(yàn)。

　　前面說到，在沒有規(guī)范可直接遵循的情況下，設(shè)計(jì)人員采用了美國煙囪規(guī)范進(jìn)行吸熱塔設(shè)計(jì)。而事實(shí)上吸熱塔并不是煙囪，因?yàn)闊焽枳韵露腺|(zhì)量分布比較均勻，各個(gè)方向的荷載都有較為成熟的計(jì)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(jì)方案更加符合工程實(shí)際，西北院特地委托湖南大學(xué)在中國工程院陳政清院士帶領(lǐng)下進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，還邀請了前國際風(fēng)工程協(xié)會(huì)主席YukioTamura教授和同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、北京大學(xué)等知名專家對試驗(yàn)方案和結(jié)果進(jìn)行了審查，確保了試驗(yàn)方案和結(jié)果的客觀性、合理性、權(quán)威性。最終，努奧項(xiàng)目光熱塔設(shè)計(jì)方案也根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了合理地修改完善，順利通過了業(yè)主方組織的各項(xiàng)評審。

　　事實(shí)上，在吸熱塔設(shè)計(jì)過程中，西北院還通過大量的有限元仿真模型進(jìn)行數(shù)值模擬，以使設(shè)計(jì)方案更加合理?！氨竟こ涛鼰崴幕A(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(jì)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(jìn)行計(jì)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(jì)算也是建立在很多計(jì)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(huì)對結(jié)果有很大的影響。比如說基礎(chǔ)的剪切計(jì)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(jìn)行了對比，最終選取了較為合理的計(jì)算方法，也贏得了業(yè)主的信任?！?/div>

　　據(jù)李紅星博士介紹，努奧光熱電站的設(shè)計(jì)工作量基本上等于國內(nèi)工程的三倍，因?yàn)槌３Ｒ褔鴥?nèi)、國外規(guī)范都先獨(dú)立算一遍，然后反復(fù)分析差異，確定最終合理的設(shè)計(jì)方案?！捌鋵?shí)這也是很好的積累過程，讓我們的設(shè)計(jì)人員更加熟悉國內(nèi)規(guī)范，也能更加深入地學(xué)習(xí)國外規(guī)范，同時(shí)也有助于我們?nèi)￠L補(bǔ)短?！崩罴t星說。

　　2018年5月22日，摩洛哥努奧三期項(xiàng)目光塔吸熱器第一階段預(yù)熱試驗(yàn)完成，為下一步進(jìn)行熔鹽調(diào)試、系統(tǒng)整套啟動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。“按照計(jì)劃，今年9月份工程將實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，我堅(jiān)信一定會(huì)成功的！”李紅星信心滿滿，“我們公司在光熱發(fā)電業(yè)務(wù)方面也必將取得更大的成績！”

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