塔式太陽能光熱發電站設計標準國際化實現路徑

許繼剛，王志華

( 中國能源建設集團有限公司工程研究院，北京 100022 )

0 引言

光熱發電兼具調峰電源和儲能雙重功能，是新能源安全可靠替代傳統能源的有效手段，光熱發電規模化開發利用將成為我國新能源產業新的增長點。2022 年12 月，我國生態環境部印發《國家重點推廣的低碳技術目錄(第四批)》[1]，塔式太陽能光熱發電技術被列為國家重點推廣的低碳技術目錄(第四批)“非化石能源類技術”的第一項，成為該批35 項低碳技術之一；預計未來5 年，該技術可形成的年碳減排能力約為244 萬t 二氧化碳。標準化和國際化是引領光熱發電產業高質量發展的必然選擇。

國際電工委員會(International Electrotechnical Commission，IEC)標準IEC 62862—4—1《General requirements for the design of solar power tower plants》[2]是IEC 針對塔式太陽能光熱發電站設計的第一部綜合性技術規范，也是由中國企業主導制定的首個塔式太陽能光熱發電領域的IEC 標準，于2022 年9 月發布實施。本文基于牽頭主編我國推薦性國家標準GB/T 51307—2018《塔式太陽能光熱發電站設計標準》[3]，并成功轉化為IEC 62862—4—1 的實踐經驗，系統總結塔式太陽能光熱發電站(簡稱“塔式光熱電站”)設計標準國際化實現路徑。

1 我國光熱發電技術標準體系

1.1 光熱發電發展概況

2023 年3 月，國家能源局綜合司發布的《國家能源局綜合司關于推動光熱發電規模化發展有關事項的通知》(國能綜通新能[2023]28 號)[4]提出：結合沙漠、戈壁、荒漠地區新能源基地建設，盡快落地一批光熱發電項目；力爭“十四五”期間，全國光熱發電每年新增開工規模達到300 萬kW 左右。根據《中國太陽能熱發電行業藍皮書2023》[5]的統計數據，截至2023 年底：我國兆瓦級規模以上光熱發電機組累計裝機容量588 MW，在全球太陽能熱發電累計裝機容量中的占比約為7.8%；根據聚光形式不同，在我國并網光熱電站中，熔鹽塔式光熱發電裝機容量占比約為64.9%。我國光熱發電規模有望迎來高速增長。

標準化在推動產業規模化的同時，能夠保障電站相關建設方和生產過程的規范有序。在塔式光熱電站建設過程中，標準在協調電站投資、設計、施工、調試、運行和裝備等單位的信息交互、規范設計技術、指導新產品開發和保障生產安全等方面提供內容指引與技術支撐，發揮著基礎性和引領性的重要作用。建立和完善我國光熱發電標準體系是近年來的重點任務之一。

1.2 光熱發電標準體系框架

2022 年4 月，中國能源建設集團有限公司牽頭承擔的國家重點研發計劃“太陽能光熱發電及熱利用關鍵技術標準研究”(2017YFF0208300，簡稱“NQI 項目”)通過綜合績效評價。NQI 項目研制的太陽能光熱技術標準體系包括太陽能光熱發電標準子體系和中溫太陽能熱利用標準子體系，其中：太陽能光熱發電標準子體系覆蓋太陽能光熱發電站從設計、施工、驗收到生產運營等全生命周期的各個環節，以及安健環、技術管理等管理內容，如圖1 所示；中溫太陽能熱利用標準子體系覆蓋了相關太陽能轉化、蓄儲和利用等各個環節。

圖1 NQI項目研制的太陽能光熱發電標準子體系示意圖

太陽能光熱發電標準子體系主要包括2 個層級：1)第一層級的“基礎通用”具有普適性，包括術語、圖形符號、氣象條件和編碼等通用內容；2)第一層級的“工程建設”包括規劃設計、施工規程等內容；3)第一層級的工程建設、技術要求、試驗檢測、安裝調試驗收、運行維護和檢修規程等環節，都進一步按光熱電站聚光方式細化為塔式、槽式、菲涅爾式和碟式4 種技術路線作為第二層級；4)“安健環”細化為安全、環保、職業健康和節能管理；“技術管理”細化為技術監督、項目管理和監造。

我國已經建立覆蓋光熱發電規劃設計、施工、調試與運營的全產業標準體系，每年研究和發布標準計劃，通過行業標準、國家標準健全產業鏈各個環節的標準覆蓋度，提升產業鏈標準化水平。

NQI 項目提出的太陽能光熱發電技術標準體系明晰了光熱發電技術標準的應用目標、范圍和分類，已考慮與國際標準體系兼容，便于我國加強光熱發電標準化國際交流與合作，積極主導和參與國際技術標準的制修訂工作，加快提高我國光熱發電國際標準化影響力和話語權。

2 IEC標準編制關鍵工作

近年來，我國在電力國際標準化領域的影響力不斷提升。2022 年，在國際標準制定方面，發布了IEC 62862—4—1 和IEC TR 63363—1《柔性直流輸電系統特性 第1 部分：穩態條件》等11 項IEC 標準，成功立項電動汽車ChaoJi 直流充電接口、電力機器人術語等17 項IEC 標準。我國光熱發電標準化工作處于起步階段，光熱發電IEC 標準是新型電力系統中亟需優先部署的技術突破方向。

IEC 標準是電工電子領域國際貿易和產業合作最重要的技術基礎和技術規則，被世界各國廣泛采用。IEC 標準項目分為7 個工作階段，具體包括：前期階段(preliminary stage)、立項階段(proposal stage)、預備階段(preparatory stage)、委員會階段(committee stage)、征求意見階段(enquiry stage)、最終批準階段(final approval stage) 和出版階段(publication stage)。由于涉及不同發展水平的多個成員國，不同國家專家的專業背景、實踐情況和關注重點存在明顯差異，每個階段求同存異的過程管控都比國內繁瑣，用時更長，工作強度更大。

以下從技術儲備、項目立項、項目組工作、中方編制團隊和編制內容5 個方面分述IEC 62862—4—1 標準編制關鍵工作。

2.1 技術儲備

為了促進和規范我國太陽能光熱發電技術的發展，中國能源建設集團有限公司工程研究院(簡稱“中國能建工程研究院”)主編了GB/T 51307—2018，為后續研究和編制IEC 62862—4—1 奠定了技術基礎。GB/T 51307—2018 對我國首批光熱發電示范項目以及后續光熱電站的開發、建設、運營等直接發揮了重要的規范引領和指導作用，為“一帶一路”光熱發電項目建設起到了技術支撐和保障作用。需要指出的是，我國的國家標準、行業標準只能作為研制IEC 標準的基礎和參考資料，不能直接編譯為IEC 標準。

研究和編制IEC 62862—4—1 需要的技術儲備包括但不限于以下4 個方面：

1)充分認識光熱發電在所處的自然環境、市場、技術成熟度、設備供給水平和電網接受度等方面與傳統電源存在明顯差距；

2)國際技術標準具有多行業影響力，其內容編制應以前瞻性、學術性、實用性和指導性為價值導向，發揮技術規范和產業引領作用，對于所涉內容本身和相關領域都應有比較深入的量化研究；

3)在研究選題、編制標準的具體過程中，通過搜集以往政策執行和工程實踐中存在的各類問題，分析潛在風險和變化趨勢，使標準最大限度契合工程實踐和科技創新的規律，并以前瞻性標準導向完善對未來前沿項目和技術的支持、兼容；

4)編制團隊需付出更多的長期努力，提前做好各專業技術儲備，具備國內相關標準編制經驗，同時具有較好的英文讀寫能力。

2.2 項目立項

依托國家標準GB/T 51307—2018 的編制內容，中國能建工程研究院編制IEC 62862—4—1標準提案，通過全國太陽能光熱發電標準化技術委員會(SAC/TC565)、中國電力企業聯合會、國家標準化管理委員會申請立項IEC/TC117 的國際標準。該標準提案于2017 年11 月獲得通過，明確由中國主持編制國際標準《General requirements for the design of solar power tower plants》(編號IEC 62862—4—1)。

2.3 項目組工作

IEC 標準歷經7 個工作階段，其中，前6 個工作階段的目標是形成從前期工作項目到國際標準批準稿等不同的文件成果，見表1 所列。

項目組由來自中國、西班牙、德國、葡萄牙和摩洛哥等國家的20 多位專家組成。項目組國內外專家經過將近5 年的交流與合作，使得該標準于2022 年9 月正式發布實施。

2.4 中方編制團隊

IEC 62862—4—1 是我國光熱發電領域進入國際化標準領域的重要節點。中方編制團隊由中國能建工程研究院組建，由來自中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、內蒙古電力勘測設計院有限責任公司、中國電力科學研究院有限公司和浙江中控技術股份有限公司等多家單位十幾位塔式光熱發電相關專業成員組成。編制團隊具有前沿科研經歷和多年技術管理經驗，具備光熱發電工程實踐經驗和較廣闊的國際化視野。

2.5 編制內容

IEC 62862—4—1 適用于采用蒸汽輪發電機組的新建、擴建和改建塔式光熱電站的工程設計，主要規定了塔式光熱電站電力系統需求、太陽能資源評估、站址選擇、總體規劃、鏡場和吸熱塔布置、發電區布置、集熱系統、傳熱儲熱系統、汽輪機系統、水處理系統、信息系統、儀表與控制、電氣設備及系統、職業安全與職業健康的技術要求。

IEC 62862—4—1 按照IEC 的要求，著重突出聚光、集熱和儲熱等反映太陽能熱發電站特色的內容，不體現水工設施與系統、建筑結構和暖通等內容。這些內容可以通過引用或者參考已發布相關IEC 標準執行。

3 實現路徑

GB/T 51307—2018 屬于新編標準，是我國塔式光熱電站設計標準化的頂層設計、統籌協調和有益創新，填補了國內外太陽能光熱發電設計標準的空白。IEC 62862—4—1 國際標準編制團隊以GB/T 51307—2018 標準編制團隊核心人員為主，具有較好的技術基礎。

在GB/T 51307—2018 和IEC 62862—4—1的編制過程中，編制組面臨光熱發電系統復雜、涉及產業鏈較廣、光熱發電成本高、高性能核心設備部件的國產化制造水平較低、實際運營工程經驗較少、可借鑒的歷史數據有限、光熱發電標準缺乏，以及具備設計、施工、調試與運營的全流程標準體系尚未建立等一系列困難。同時，標準編制既要適應國家經濟社會發展水平，符合當前的實際需要，又要具有先進性和前瞻性。

3.1 以系統性思維推進前期技術研究

編制組注重標準創新和技術可靠的有機結合，以國內外技術發展趨勢和工程應用需要為導向，以多種形式組織骨干參編人員與專家進行多輪廣泛而深入的現場調研和充分交流，克服各種困難和局限。通過以系統性思維審慎推進前期技術研究，解決專業之間銜接不暢、整體技術深度把握不統一、內容表述不均衡等問題，給出了塔式光熱電站站址選擇和系統設計方法，提出了集熱、傳熱、儲熱、換熱系統以及電控、土建、輔助系統的設計方案，明確了各系統及設備的選型要求和性能指標，從而保證IEC 62862—4—1 能夠反映國內外太陽能光熱發電領域的最新設計理念。

3.2 發揮專題研究的技術支撐作用

針對影響標準質量的關鍵技術要素，組織各專業熟悉工程設計需求，了解國內外設計單位、建設單位和設備廠家等相關方的技術邊界，建立關鍵內容清單，開展光熱資源評估、鏡場設計、工藝系統集成、熔鹽儲熱系統和鏡場控制系統等14 個專題研究，以研促編，進而提煉整合設計關鍵技術，形成專題研究報告。14 個專題研究不僅是對GB/T 51307—2018 的配套支撐，更重要的是，為IEC 62862—4—1 標準編制提供了重要支撐。

為了配合國家標準GB/T 51307—2018 的宣貫工作，使有關技術人員更好地理解、掌握和執行該標準的主要內容，編制組以該標準配套的14 個專題研究報告為基礎，主編出版了專著《塔式太陽能光熱發電站設計關鍵技術》[6]，詳細解答當前塔式光熱電站設計的關鍵技術問題。

3.3 統籌兼顧共性與差異性

由于資源稟賦、國情、新能源發電成本、電力市場模式等情況不同，不同國家的電力能源政策、塔式光熱電站建設要求、新能源消納方式存在差異。編制組經過調研、分析，將我國與海外成熟電力市場的主要差異歸納總結為3 個方面，并在標準編制過程中統籌兼顧：

1)我國電網調度部門負責統籌電力電量平衡，實現發用電平衡，及時有效處置電網事故，電網一體化管理是保持電網長期安全穩定運行的獨特體制優勢。經過多年的改革探索，我國多元競爭的電力市場格局初步形成，但是新能源綠色環保低碳屬性的市場價值尚未充分體現。而海外成熟電力市場通過電力市場交易實現調度過程，市場管理者將市場交易結果轉化為對市場的調度指令，英國、美國等國的用戶可以自由選擇不同售電商提供的用電方案，海外成熟電力市場在促進新能源發展和協調相關方訴求方面進行了大量探索；

2)由于我國市場發展的區域性差異、電網體系結構龐大復雜、參與者市場意識不強等現實因素，政府必須參與維持電力市場秩序，對不同類型的新能源項目建設全過程都有詳細的政策指引、標準等管控措施；與我國相比，海外成熟電力市場更注重結果；

3)我國的標準體系比較龐大、完善、詳實，標準制修訂工作框架總體上朝著覆蓋和規范整個產業鏈的方向發展；而國外更多地關注專項技術標準。為兼顧各國的需求差異，IEC 62862—4—1 新標準著重突出能夠體現塔式光熱電站特有的工藝系統、設備設施等要素。

主導編制IEC 62862—4—1 是將我國標準國際化的有益探索。在對比研究國家標準與IEC標準的過程中，對于共性內容，充分沿用國家標準GB/T 51307—2018 積累的先進經驗和成果效能，貢獻中國方案；而對于差異性，分析各國市場和行業需求，識別、收集和研究工程實例形成標準編制基礎，經過多輪調研、溝通與論證，努力統籌協調一致，保證IEC 62862—4—1國際標準的正確性和權威性。

3.4 標準與工程實踐互饋

編制組完成的“塔式太陽能光熱發電站設計技術研究與應用”成果被中國施工企業管理協會評為2021 年工程建設科學技術進步獎一等獎，整體達到國際領先水平。該設計技術已經應用于摩洛哥努奧三期150 MW 塔式光熱電站、浙江中控德令哈50 MW 塔式光熱電站、中電哈密50 MW 塔式光熱電站和迪拜DEWA 100 MW 塔式太陽能發電項目等國內外多個工程的咨詢、設計和建設中，取得了良好的經濟效益和社會效益。

這些工程實踐為IEC 62862—4—1 標準編制提供了技術支撐。同時，在GB/T 51307—2018 和IEC 62862—4—1 的執行過程中，建議歸口單位以動態化的視角及時收集和研究各使用單位的反饋意見，根據氣候環境變化等實際情況和技術發展趨勢調整標準相關內容，形成標準與工程實踐互饋式良性循環，推動標準修訂和標準效能落地。

3.5 完善工作機制

國家標準化管理委員會代表我國參加國際標準化組織、國際電工委員會和其他國際或區域性標準化組織。IEC 62862—4—1 標準前期階段和立項階段的工作機制均為：中方編制團隊→對接全國太陽能光熱發電標準化技術委員會(SAC/TC565)→報送中國電力企業聯合會→報送國家標準化管理委員會→報送IEC。

2021 年12 月，IEC 國際標準促進中心(南京)成立，作為IEC 正式授權在中國成立的國際標準綜合服務機構，接受國家市場監督管理總局(國家標準化管理委員會)和IEC 指導。根據IEC 國際標準促進中心(南京)網站介紹，該中心是能源電力領域國際標準化工作快速通道試點單位，推動我國企業專家在碳中和等重點新興領域國際標準提案的孵化和立項，更多地引領制定和推廣國際標準。

4 結語

我國在光熱發電領域具備較成熟的技術基礎和產業基礎，在IEC 國際標準方面正在由響應性參與向前瞻性深度參與轉變。該文依托IEC 62862—4—1 標準編制實踐，分析提出我國塔式太陽能光熱發電站設計標準國際化實現路徑，具體包括以系統性思維推進前期技術研究、發揮專題研究的技術支撐作用、統籌兼顧共性與差異性、標準與工程實踐互饋和完善工作機制，以期為我國相關單位和機構主導研制IEC標準提供實踐經驗。

2022 年10 月31 日，英國標準學會(British Standards Institution，BSI)批準IEC 62862—4—1 全文成為英國標準，編號為BS IEC 62862—4—1∶ 2022，進一步提高了IEC 62862—4—1 在世界范圍內的采納率。通過主導制定國際標準IEC 62862—4—1，建立多邊互認的設計總體要求，勢必形成我國參與國際項目合作和競爭的新優勢，有利于支持我國先進低碳技術、裝備和材料的國際應用，促進國際太陽能光熱發電行業的標準體系建設和產業健康發展。