劉潤鵬，宋禹飛，王宏，王昕，，劉洪濤，王鵬，張自鋒

(1.南方電網科學研究院有限責任公司，廣東 廣州 510300；2.中國南方電網有限責任公司，廣東 廣州 510300；3.華北電力大學 國家能源發(fā)展戰(zhàn)略研究院，北京 102206)

為應對氣候變化，習近平主席在第75屆聯(lián)合國大會上宣布我國力爭于2030年前實現(xiàn)二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。要實現(xiàn)“雙碳”目標，能源電力領域是主戰(zhàn)場，新能源大規(guī)模發(fā)展是基本路徑。太陽能熱發(fā)電，也被稱為聚焦型太陽能熱發(fā)電，是指利用不同方式的鏡面將太陽能聚集起來轉換為熱能，然后將收集的熱能傳遞給工質，推動汽輪機做功發(fā)電。其可以采用熔融鹽等介質實現(xiàn)大容量、低成本儲熱，是具有穩(wěn)定輸出與靈活調節(jié)能力的清潔低碳電源，也是新能源大規(guī)模發(fā)展與高效消納的重要支撐[1]。我國在2030年前碳達峰行動方案明確指出，要積極發(fā)展太陽能光熱發(fā)電，推動建立光熱發(fā)電與光伏發(fā)電、風電互補調節(jié)的風光熱綜合可再生能源發(fā)電基地[2]。我國光熱發(fā)電技術起步較晚，目前還處在產業(yè)發(fā)展初期[3]，截至2021年底，累計裝機容量為538 MW[4]，技術成熟度低，產業(yè)化不足。

技術標準體系是能源電力產業(yè)基礎的核心要素之一[5]，構建完善的光熱發(fā)電技術標準體系對于推動光熱發(fā)電技術走向成熟和規(guī)?；瘧闷鹬P鍵性基礎作用。我國“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃指出，要進一步加強能源標準化頂層設計，加快能源領域新型準體系建設，堅持能源標準化與技術創(chuàng)新、工程示范一體化推進[6]。

1 國內外標準化現(xiàn)狀

1.1 標準化組織

國際上，一些標準化組織針對光熱發(fā)電技術設立了相關技術委員會，專門負責光熱發(fā)電領域的標準化制修訂工作，主要有國際電工委員會(International Electrotechnical Commission，IEC)、國際標準化組織(International Organization for Standardization，ISO)和美國材料實驗協(xié)會(American Society of Testing Materials，ASTM)等。IEC設立了太陽能光熱電廠技術委員會IEC/TC117，工作范圍涵蓋光熱發(fā)電技術領域不同類型的系統(tǒng)及相關子系統(tǒng)的術語、設計、安裝、性能測試技術、安全要求以及電能質量等方面；ISO設立了太陽能標準化技術委員會ISO/TC180，主要涉及光照測量和儀器、程序等標準；ASTM設立了太陽能、地熱能和其他可替代能源技術委員會ASTM/E44，主要涉及適用材料組件、系統(tǒng)和子系統(tǒng)等的測試方法、規(guī)格、指南、術語等。

在國內：全國太陽能光熱發(fā)電標準化技術委員會SAC/TC565負責全國光熱發(fā)電領域的標準化工作；全國太陽能標準化技術委員會SAC/TC402在光熱發(fā)電領域主要涉及太陽能集熱器部件的標準化；全國氣候與氣候變化標準化技術委員會設立了風能、太陽能氣候資源分技術委員會TC540/SC2，涉及太陽能氣候資源監(jiān)測與評價領域的標準化；在行業(yè)標準化層面，由能源行業(yè)發(fā)電設計標準化技術委員會NEA/TC5負責蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、汽輪機等發(fā)電領域相關的標準化工作，目前尚無專門針對光熱發(fā)電的行業(yè)標準化技術委員會。

1.2 標準化研究

在光熱發(fā)電標準化方面，目前相關研究還較少，主要針對相關工作動態(tài)、標準體系框架構建展開了分析。在國際上：文獻[7]梳理了太陽能集熱、儲熱系統(tǒng)相關的歐洲標準，提出太陽能熱產品標準完善路線圖；文獻[8]對比分析了聚光光伏-光熱發(fā)電系統(tǒng)測試相關標準，指出現(xiàn)有標準體系中集成聚光光伏-光熱發(fā)電測試與質量認證相關標準的缺失。在國內：文獻[9]較早從系統(tǒng)性能測試標準的角度分析了光熱發(fā)電系統(tǒng)標準；針對我國太陽能光熱發(fā)電面臨的技術不成熟、發(fā)電成本高等問題，文獻[10]提出了逐步搭建太陽能光熱產業(yè)鏈標準體系、建立試驗評價與標準化結合機制等建議；文獻[11-12]梳理了太陽能光熱發(fā)電技術的國際標準化組織，并初步提出涵蓋基礎通用、規(guī)劃設計、施工驗收、運行維護等8個方面的標準體系；在組織建設、標準制修訂情況等方面，文獻[13]對比分析了浙江省與國內外其他的太陽能標準化組織；文獻[14]針對光熱發(fā)電提出了由基礎標準、專業(yè)領域、標準系列組成的三層次標準體系，其中基礎層涵蓋術語、通用等標準，專業(yè)層由集熱器、定日鏡等不同組件、子系統(tǒng)組成，第三層為設計技術標準、產品標準等不同流程的具體標準；文獻[15]梳理了光熱發(fā)電站的換熱系統(tǒng)結構，并分析技術要求和檢測試驗標準。

以上研究分析了光熱發(fā)電的集熱器、換熱器等關鍵部件標準，并針對光熱發(fā)電系統(tǒng)初步提出標準體系整體架構；然而，當前光熱發(fā)電技術適用標準較少，還不足以支撐產業(yè)規(guī)模化發(fā)展，同時，當前光熱發(fā)電標準體系尚未考慮在建設新型電力系統(tǒng)新形勢下，光熱發(fā)電技術發(fā)展所面臨的安全高效、清潔低碳、智慧靈活等新需求。針對以上問題，本研究擬結合新型電力系統(tǒng)發(fā)展方向，構建更加適應新型電力系統(tǒng)需求的光熱發(fā)電技術標準體系，進而整理并分析現(xiàn)有標準，明確光熱發(fā)電技術標準化現(xiàn)狀與未來布局需求，為光熱發(fā)電標準的制、修訂工作提供參考依據。

2 標準體系

2.1 架構原則

體系架構原則主要有：一是規(guī)范性，符合中國標準化法的相關規(guī)定，滿足國家標準和能源電力行業(yè)相關標準的要求；二是引領性，系統(tǒng)梳理現(xiàn)有標準并科學謀劃制訂未來標準的藍圖，切實發(fā)揮標準在推動光熱發(fā)電技術與產業(yè)發(fā)展中的支撐和引領作用；三是國際性，注意與國際相關標準體系的對接與相互兼容；四是開放性，能與時俱進，動態(tài)變化與擴展，以適應光熱發(fā)電技術的未來發(fā)展需求。

2.2 架構簡述

本研究中光熱發(fā)電技術標準體系結構分為技術基礎標準和技術專業(yè)標準兩層次，如圖1所示。技術基礎標準作為其他標準的基礎，是具有指導意義的標準，本研究遴選了標準化導則、職業(yè)健康、支持保障等領域和類目。技術專業(yè)標準依據生產流程分為規(guī)劃設計、工程建設、設備材料、調度控制、運行檢修、試驗與計量等領域，在各領域中依據系統(tǒng)構成劃分為集熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等通用類目，以及技術經濟評價、施工工藝、儀器儀表等各環(huán)節(jié)特別類目。

圖1 太陽能光熱發(fā)電技術標準體系框架Fig.1 Framework of solar thermal power technology standard system

在傳統(tǒng)技術標準體系架構基礎上，本研究提出在光熱發(fā)電技術基礎標準中新增安全、低碳、數(shù)字技術領域，作為制訂各專業(yè)、領域標準的基礎，并在技術專業(yè)標準中新增市場營銷領域，如圖1所示。安全高效是構建新型電力系統(tǒng)的基本前提，因此本研究將安全通用標準新增為制訂各專業(yè)、領域標準的基礎；清潔低碳是構建新型電力系統(tǒng)的核心目標，光熱發(fā)電是清潔低碳的發(fā)電技術，但其運行過程中補燃的存在有可能產生一定的碳排放，同時裝備制造、工程建設等過程也是重要的碳排放來源，因此光熱發(fā)電技術與產業(yè)的發(fā)展需要構建低碳、環(huán)保通用標準以發(fā)揮指導作用；數(shù)字化與智能化是光熱發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)安全、高效的重要技術支撐和抓手，光熱發(fā)電技術與產業(yè)的未來發(fā)展必須依托先進的數(shù)字信息技術，以高度數(shù)字化、智慧化形態(tài)參與新型電力系統(tǒng)運行，引領光熱電站建設、生產、運營方式重塑，因此需要構建數(shù)字技術通用標準；光熱發(fā)電產業(yè)的規(guī)?；l(fā)展要求其必須能夠通過參與電力市場運行獲取收益，擺脫對補貼的依賴，因此需要構建光熱發(fā)電參與電力市場運行的相關標準。

3 各領域標準化現(xiàn)狀

本研究梳理了光熱發(fā)電領域已有國家標準、行業(yè)標準、團體標準，各領域、層級標準分布情況見表1。當前國內光熱發(fā)電相關標準共84項，其中國家標準41項，主要分布在設備材料、試驗與計量等領域，在安全通用，低碳、環(huán)保通用，數(shù)字技術通用，職業(yè)健康等6個領域還存在空白。

表1 太陽能光熱發(fā)電技術標準分布Tab.1 Distribution of technical standards for solar thermal power generation

3.1 基礎標準

a)基礎通用標準共7項，見表2。在術語類目，GB/T 26972—2011和GB/T 40104—2021界定了塔式、拋物面槽式、拋物面碟式或線性菲涅爾式等不同類型的光熱電站子系統(tǒng)、部件和配置的主要術語和定義，GB/T 40866—2021規(guī)定了調度機構行使指揮權的系統(tǒng)和設備范圍內命名、編號規(guī)則；在數(shù)值與數(shù)據部分，GB/T 40099—2021規(guī)定了光熱電站典型年太陽輻射數(shù)據集的生成組成要素、流程和方法；標準化導則是光熱電站研究、建設的基礎規(guī)范，是近期首先需要完善的類目。

表2 太陽能光熱發(fā)電基礎通用領域標準Tab.2 Basic general area standards for solar thermal power

b)安全通用標準領域欠缺較多。未來一是制訂適應新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和控制的標準，推動故障預測與預警、恢復機制相關標準的發(fā)展；二是健全儲熱相關安全標準；三是加強電力設施保護、安全防護、應急管理等公共安全標準化工作。

c)低碳、環(huán)保通用標準領域尚缺少針對光熱電站的相關標準，隨著碳中和標準體系的完善，對此應著力重點關注，主要是建立健全光熱電站碳排放計量體系，加快完善適用于光熱電站的碳排放、核查、核算、報告標準。

d)數(shù)字技術通用標準當前已有一定基礎，并在其他領域有一定應用范例；但仍然缺乏面向光熱電站的標準，在未來建設中主要需加強與光熱電站應用的深度融合。一是推動大數(shù)據、人工智能等新興技術與光熱發(fā)電系統(tǒng)深度融合，研究制訂對應領域標準體系；二是完善光熱電站數(shù)據要素標準，建立健全數(shù)據安全、開放共享等標準規(guī)范。

e)在職業(yè)健康領域，由于目前光熱電站還處于示范階段，規(guī)?；?、商業(yè)化應用不多，相關標準還較少，但已有常規(guī)燃煤電站等相關標準可提供一定參考。

f)技術監(jiān)督領域目前有標準共6項，見表3。當前適用標準還較少，未來需要重點布局光熱電站并網標準、適應新型電力系統(tǒng)建設的電能質量技術標準以及能效標準。

表3 太陽能光熱發(fā)電技術監(jiān)督領域標準Tab.3 Standards in the field of technical supervision of solar thermal power generation

綜上，光熱發(fā)電技術基礎標準的布局建議見表4。在近期加快建立、完善數(shù)值數(shù)據、運行安全、儲能安全等基礎標準，保障光熱發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定；在中期建立、健全碳排放計量體系標準、數(shù)字化相關基礎設施、數(shù)據資源、業(yè)務應用，以及并網與電能質量等技術監(jiān)督標準，保障光熱發(fā)電系統(tǒng)建設、運行的清潔低碳與智慧高效；在遠期逐步建立多能互補等新業(yè)態(tài)標準，以及完善作業(yè)安全、支持保障等標準，支撐光熱發(fā)電新技術、新業(yè)態(tài)發(fā)展以及整體標準體系的不斷完善。

表4 太陽能光熱發(fā)電技術基礎標準布局建議Tab.4 Proposed layout of technical base standards for solar thermal power generation

3.2 專業(yè)標準

a)規(guī)劃設計領域目前含標準28項，其中有國家標準7項、行業(yè)標準21項，見表5。QX/T 89—2018規(guī)定了太陽能資源評估內容、指標、分類等；GB/T 51307—2018和GB/T 51396—2019分別規(guī)定了塔式太陽能光熱電站和槽式太陽能光熱電站的站址選擇、總體規(guī)劃，以及集熱、儲熱、汽輪機、水處理等設備與子系統(tǒng)；DL/T 5622—2021、DL/T 5605—2021等專門規(guī)定了關鍵子系統(tǒng)的設計；DL/T 5572—2020等規(guī)定了光熱電站的廠址條件、性能分析、人力資源配置、投資估算、經濟與社會影響分析等方面的規(guī)劃研究。

表5 太陽能光熱發(fā)電規(guī)劃設計領域標準(部分)Tab.5 Standards in the field of solar thermal power planning and design (partial)

b)工程建設領域目前有標準4項，均為行業(yè)標準，見表6，主要涉及驗收與質量評定。在多個子系統(tǒng)、部件的建設及施工工藝方面存在空白，亟待完善。

表6 太陽能光熱發(fā)電工程建設領域標準Tab.6 Standards in the field of construction of solar thermal power projects

c)設備材料領域目前有標準22項，包括國家標準12項、行業(yè)標準2項，以及團體標準8項，涉及吸熱器、定日鏡、真空集熱管、熔融鹽等設備與材料，見表7。GB/T 41087—2021、GB/T 41303—2022等國家標準規(guī)定了關鍵設備與子系統(tǒng)的構成、參數(shù)、正常環(huán)境條件與技術要求；NB/T 10913—2021、T/CEEIA 267—2017等行業(yè)標準、團體標準則重點規(guī)定了真空集熱管在型號、基本參數(shù)等方面的要求。目前的設備材料領域標準在菲涅爾式、碟式等發(fā)電系統(tǒng)的集熱設備，以及通用工器具、零部件與材料方面存在空白，隨著相關技術的發(fā)展成熟需要逐步完善。

表7 太陽能光熱發(fā)電設備材料領域標準(部分)Tab.7 Standards in the field of materials for solar thermal power plants (partial)

d)調度控制領域目前有標準2項，均為正在起草的國家標準，欠缺較多，亟待完善。

e)運行檢修領域目前共有標準4項，見表8。其中，團體標準T/CEC 594—2021和國家標準20210668-T-524規(guī)定了塔式太陽能光熱電站的運行監(jiān)視、運行操作、巡回檢查等方面的要求。T/CEC 20191090規(guī)定了塔式光熱電站啟動調試基本要求、啟動調試前的檢查、啟動試運以及停機要求。當前運行檢修標準尚未涉及槽式、菲涅爾式、碟式等不同類型發(fā)電系統(tǒng)以及諸多子系統(tǒng)的運行檢修。

表8 太陽能光熱發(fā)電調度控制與運行檢修領域標準(部分)Tab.8 Standards in the field of solar thermal power dispatch control and operation maintenance (partial)

f)試驗與計量領域目前共有標準12項，其中有國家標準9項、行業(yè)標準1項、團體標準2項，見表9。國家標準GB/T 4271—2021、GB/T 40858—2021等規(guī)定了吸熱器、集熱管等關鍵部件的試驗項目、試驗要求、測量內容、測量方法等方面；行業(yè)標準NB/T 10973—2022規(guī)定了塔式、拋物面槽式太陽能熱發(fā)電廠年發(fā)電量及廠用電率計算的基本原則和要求。

表9 太陽能光熱發(fā)電試驗與計量領域標準(部分)Tab.9 Standards in the field of solar thermal power testing and metrology (partial)

g)在市場營銷領域，由于目前光熱電站主要依靠補貼，尚未實現(xiàn)市場化運營，該領域仍為空白。隨著光熱發(fā)電技術的逐步成熟，市場營銷相關標準需要重點完善，以便光熱電站能夠通過參與中長期交易、現(xiàn)貨市場和輔助服務獲取收益，實現(xiàn)獨立自主運營。

綜上，光熱發(fā)電技術專業(yè)標準領域布局建議見表10。在近期以及未來一段時間，該領域布局仍應以規(guī)劃設計、設備材料為重點，逐步走向技術成熟和產業(yè)應用階段；在中期需要建立工程建設、安裝調試、運行檢修、維護等方面的標準；在遠期逐步完善各項標準，進而開展電力市場與新業(yè)態(tài)相關標準研究，以推進光熱發(fā)電技術的市場化運營。

表10 太陽能光熱發(fā)電技術專業(yè)標準布局建議Tab.10 Proposed layout of professional standards for solar thermal power technology

4 布局建議

當前我國光熱發(fā)電還處于發(fā)展初期，適用標準較少，標準體系不適應新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。本研究綜合考慮規(guī)范性、引領性、國際性、開放性等原則，結合新型電力系統(tǒng)清潔低碳、安全高效、智慧靈活等特征需求，提出面向新型電力系統(tǒng)的光熱發(fā)電技術標準體系總體架構，開展對現(xiàn)有標準的整理與分析，并對未來光熱發(fā)電技術標準布局規(guī)劃提出如下建議：

a)為滿足新型電力系統(tǒng)在安全性上的底線要求，在近期需要加快完善數(shù)值與數(shù)據、運行安全、儲能安全等3個類目基礎標準，同時結合當前光熱發(fā)電技術、裝備標準不成熟的特點，加快推進系統(tǒng)與子系統(tǒng)規(guī)劃設計、規(guī)劃報告以及關鍵設備與材料3個類目標準的健全與完善。

b)為實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的新能源逐漸成為主體電源需求，需要在上述基礎上加快推進槽式、塔式、菲涅爾式等多種形式光熱發(fā)電系統(tǒng)的工程建設、調度控制、運行檢修等6個領域相關標準的建立健全，不斷完善并網、電能質量等3個類目的技術監(jiān)督標準，為光熱發(fā)電技術走向成熟與產業(yè)化應用提供標準支撐。

c)為實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的清潔低碳核心目標以及智慧融合支撐保障需求，需要建立、健全適用于光熱電站的碳排放計量體系標準、重點設備全生命周期碳足跡標準，加快制訂適用于光熱發(fā)電的基礎設施、數(shù)據資源、業(yè)務應用等數(shù)字化、智慧化升級等5個類目相關標準。

d)為實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的高效靈活需求，促進電力資源優(yōu)化配置，挖掘光熱發(fā)電系統(tǒng)靈活調節(jié)的能力，還需要逐步完善光熱發(fā)電系統(tǒng)的電力市場與新業(yè)態(tài)2個類目相關標準，支撐光熱發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)市場化運營。