6月，摩洛哥瓦爾扎扎特進入盛夏，陽光將蘊含的巨大能量猛烈地投向廣袤大地。努奧三期塔式光熱電站廠區(qū)中央，一座高達243米的光熱塔巍然屹立，猶如一座巨碑，向世人展示著中國能建設(shè)計集團西北院（以下簡稱“西北院”）設(shè)計師們用智慧與汗水寫就的光電傳奇。

設(shè)計關(guān)乎項目成敗

在熱映的電影《紅海行動》中，太陽能電廠的場景拍攝就選址摩洛哥努奧光熱電站，這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，為目前世界上單機容量最大的塔式光熱發(fā)電項目，也是“一帶一路”代表工程。吸熱塔總高243米，是目前世界上最高的吸熱塔。

“單機容量最大，吸熱塔最高，努奧三期項目在創(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)。”土木工程技術(shù)部主任工程師李紅星介紹說。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吸熱器，把太陽輻射能轉(zhuǎn)化為傳熱介質(zhì)的熱能，再通過熱力循環(huán)轉(zhuǎn)換成電能的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?？梢哉f吸熱塔就是光熱電站的動力之源，其設(shè)計關(guān)乎整個項目成敗。

據(jù)李紅星介紹，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)，設(shè)計主要面臨兩大難關(guān)：

一是沒有直接遵循的設(shè)計規(guī)范。吸熱塔設(shè)計既采用美國標準，又要符合當?shù)貥藴??？拐鹪O(shè)計同樣如此。吸熱塔頂部荷載多達3000噸，目前國際上還沒有專門的設(shè)計規(guī)范。經(jīng)過反復(fù)調(diào)研和分析，設(shè)計人員最后采用了最符合實際情況的美國煙囪規(guī)范進行設(shè)計。

二是中外設(shè)計理念和習(xí)慣存在巨大差異。熔鹽管道系統(tǒng)由國外公司設(shè)計，全廠建（構(gòu)）筑物的土建設(shè)計由西北院完成，雙方工作交叉較多，設(shè)計理念、設(shè)計習(xí)慣等方面的磨合貫穿于設(shè)計全過程。“按合同要求，吸熱塔基本設(shè)計由國外公司來完成，我們負責(zé)施工圖設(shè)計。在收到國外公司的初步概念設(shè)計之后，我們就一直等對方提供管道和設(shè)備荷載，以便建立結(jié)構(gòu)模型，而對方也在等我們建立初步結(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，這就進入了死循環(huán)。”土建結(jié)構(gòu)室經(jīng)理助理何邵華舉例說，“起初，我們都遵從各自的工作流程，卻沒想到雙方流程正好是相反的。后來通過加強溝通，互相適應(yīng)，工作逐漸步入正軌。”

融會貫通產(chǎn)研結(jié)合

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)勢，得到大力扶持。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)合為此提供了寶貴的經(jīng)驗。

吸熱塔并不是煙囪，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(xué)，在陳政清院士的帶領(lǐng)下進行了風(fēng)洞實驗，還邀請了前國際風(fēng)工程協(xié)會主席Yukio Tamura 教授和國內(nèi)知名專家對試驗方案和結(jié)果進行了審查，確保試驗方案和結(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)果進行了修改完善，順利通過了業(yè)主方組織的各項評審。

在吸熱塔設(shè)計過程中，西北院通過大量的有限元仿真模型進行數(shù)值模擬，使設(shè)計方案更加科學(xué)。“吸熱塔的基礎(chǔ)采用了圓環(huán)形板式，目前國外尚沒有此類基礎(chǔ)的計算公式，我們先后采用ANSYS、ABQUAS等國際通行有限元軟件進行了計算。”結(jié)構(gòu)工程師杜吉克說，“但是有限元計算是建立在很多假定簡化條件上的，土體與基礎(chǔ)脫開情況、上部荷載的模擬施加等都會對結(jié)果有很大的影響，所以我們并沒有完全迷信于有限元模擬。以基礎(chǔ)的剪切計算為例，我們綜合考慮了國內(nèi)外的規(guī)范差異，與有限元結(jié)果進行了對比，最終選取較為合理的計算方法，贏得了業(yè)主的信任。”

李紅星介紹說，努奧光熱電站的設(shè)計工作量等于國內(nèi)工程的3倍，常常要把國內(nèi)、國外規(guī)范都先獨立算一遍，然后反復(fù)分析差異，最終確定設(shè)計方案。“這也是很好的積累過程，通過歷練，設(shè)計人員更加熟悉國內(nèi)規(guī)范、了解國外規(guī)范，取長補短，不斷提高設(shè)計水平。”

5月22日，努奧三期項目光塔吸熱器第一階段預(yù)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，西北院在光熱發(fā)電設(shè)計技術(shù)上必將取得更大的成績。”李紅星信心滿滿地說。