引 言
当阳光不再只是照明取暖的自然馈赠，而是被转化为可储存、可调度、可持续输出的稳定电能，太阳能利用便迈入了更高的发展阶段。作为新质生产力“能建样板”，由太阳能光热联盟常务副理事长单位——中国能建西北院参与投资、设计、总承包建设的哈密熔盐塔式50兆瓦光热电站已实现年供电量1.983亿度，可满足24万人一整年的生活用电需求，展现出光热发电在推动能源绿色低碳转型中的巨大潜力。与传统光伏发电相比，光热发电凭借储热系统能够将太阳能“存起来”，从而有效提升发电稳定性和电网友好性。而在这套系统中，熔盐罐基础虽位于“幕后”，却承担着支撑万吨级高温熔盐、保障储热安全、实现高效保温的重要使命，是决定电站安全稳定运行的关键一环。本文将从光热发电原理出发，走进哈密项目，解析熔盐罐基础设计背后的工程智慧与技术挑战。
Part1 光热发电原理
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，目前国内外利用太阳能发电的方式主要有太阳能光伏发电和光热发电。由于太阳能具有能量密度低、随机性和间歇性的特点，受到日夜交替、季节变化、气候、地理位置差异的影响大，因此太阳能光伏发电存在着发电不稳定、对电网影响大等问题。太阳能光热发电由于配置有强大的储热系统，能有效地把太阳能储存起来，从而克服了太阳能时空不连续、不稳定性，保障了动力的稳定输出。
主流的太阳能光热发电技术有塔式太阳能光热发电和槽式太阳能光热发电两种（图1）。塔式太阳能光热发电（图2）是利用数万面定日镜将太阳光聚焦到吸热塔顶部的吸热器上，加热吸热器中的熔盐，并将高温熔盐储存于地面的储盐罐中，通过热交换产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机发电。槽式太阳能光热发电（图3）是利用数百万平米的抛物线型聚光镜，将导热油加热，通过油盐换热器加热熔盐，储存于高温熔盐储罐，然后通过热交换产生高温高压蒸汽驱动汽轮发电机发电。
图1 太阳能发电站全景
图2 塔式太阳能光热原理图
图3 槽式太阳光热发电原理图
Part2 光热电站设计的重难点
光热发电在国内外属于新的发电形式，集热区、储热区和吸热区均出现了新的结构形式和结构问题，为实现发电功能，必须解决这些土木工程技术难题。具体如下：
1. 吸热塔结构安全问题突出
吸热塔作为电站的核心构筑物，属于高柔细结构（高度200m以上、高径比约11），质量、外形和刚度突变，顶部吸热器荷载大，抗风和抗震问题突出，关键参数的取值（如阻尼比）等没有统一认识。当前规范中有关高耸结构风荷载计算是基于体型和质量沿高度均匀分布的结构，不适用吸热塔结构，针对这类特殊的结构需要提出新的风荷载计算方法。
2. 定日镜基础数量庞大，精度要求高
塔式定日镜桩柱一体式基础数量多，常规50MW工程有1万多个，单个基础优化对工程造价影响大；桩长与桩径较小，不属于长桩范畴；由于聚光精度要求，柱顶转角限值小于1~1.5mrad，刚度要求远超常规结构。
3. 支撑结构复杂，风荷载敏感性高
塔式定日镜和槽式反射镜数量多、工程量大，常规50MW工程镜面面积达60多万平方米；外形特殊，地域偏僻，需要研究适合我国国情的支架结构体系方案；结构造价对风荷载取值较为敏感，重要的风荷载计算参数需要研究确定。
4. 高温储罐基础设计难度大
储热罐储存介质温度约400~600℃，重量超万吨，失效风险极高；基础设计兼顾保温与承重，需开展温度场-应力场耦合分析；储热罐基础方案的选择、散料体材料的选择、散料体热工参数及力学参数的合理确定等均为亟待突破的技术要点。
Part3 储热罐基础设计
在当前的太阳能光热电站中，储热系统的设计对于提升电站的发电效率和延长发电时间至关重要。光热电站主要采用以熔盐为储热介质的双罐储热方式，包括一个高温储热罐和一个低温储热罐。储热时，通过低温熔盐泵将冷盐从低温储热罐打入吸热塔中的熔盐吸热器吸收热量，加热后的高温熔盐（达到额定温度）被送至高温熔盐罐保存。放热时：启动热熔盐泵，高温熔盐从热罐进入熔盐蒸汽发生器，进行熔盐-水的热交换，加热后的水生成蒸汽驱动汽轮机发电，而冷却后的熔盐则返回低温储热罐。
图4 塔式熔盐传热储热电站系统流程示意图
图5 槽式导热油传热熔盐储热电站系统流程示意图
为了提高电站的发电时间或容量，储能系统中熔盐量一般可达上万吨，同时为了提高汽轮机的发电效率，熔盐的温度通常被加至600℃左右。根据发电容量、熔盐量及散热量等要求，储热介质每天温降需控制在1℃以内。因此储热罐基础的设计既要保证结构安全，满足强度、承载力与变形控制要求；也要具备优异保温性能，实现高效隔热保温。
储热罐基础常用的型式如图6所示
图6 储热罐基础布置图
储热罐基础所用的保温材料需要同时满足低导热系数与高强度两大要求。但导热系数与强度本身呈负相关，性能难以兼顾，因此保温材料的选型是储热罐基础设计的核心。
温度是基础最主要的作用荷载，图7为模拟储热罐注盐后1天以及90天时基础瞬时温度场，基础设计中不仅要验算保温性能是否达标，还需确保在高温条件下基础结构的强度满足要求。因此温度场与温度-应力场耦合分析是储热罐基础设计不可或缺的关键环节。
基础的整体沉降与不均匀沉降也需严格控制，整体沉降限值由工艺专业根据熔盐泵的布置等确定限值，不均匀沉降则直接影响罐体及基础的结构安全。
储热罐基础内部为密闭空间，高温会导致空气热胀，因此排气设计也必须考虑以消除安全隐患。
图7 储热罐基础温度场
Part4 未来展望
目前储热罐基础多采用砂垫层、陶粒等散粒体材料，基础结构布置和保温等问题基本解决。但在高烈度区，尤其是9度抗震设防区，在地震作用下易发生罐体变位、液位大幅度晃动、失稳等风险。因此，储热罐基础的抗震设计与抗震措施仍需深入研究，以进一步提升光热电站的整体安全性与运行稳定性。