塔式太阳能光热发电站设计标准国际化实现路径

许继刚，王志华

( 中国能源建设集团有限公司工程研究院，北京 100022 )

0 引言

光热发电兼具调峰电源和储能双重功能，是新能源安全可靠替代传统能源的有效手段，光热发电规模化开发利用将成为我国新能源产业新的增长点。2022 年12 月，我国生态环境部印发《国家重点推广的低碳技术目录(第四批)》[1]，塔式太阳能光热发电技术被列为国家重点推广的低碳技术目录(第四批)“非化石能源类技术”的第一项，成为该批35 项低碳技术之一；预计未来5 年，该技术可形成的年碳减排能力约为244 万t 二氧化碳。标准化和国际化是引领光热发电产业高质量发展的必然选择。

国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)标准IEC 62862—4—1《General requirements for the design of solar power tower plants》[2]是IEC 针对塔式太阳能光热发电站设计的第一部综合性技术规范，也是由中国企业主导制定的首个塔式太阳能光热发电领域的IEC 标准，于2022 年9 月发布实施。本文基于牵头主编我国推荐性国家标准GB/T 51307—2018《塔式太阳能光热发电站设计标准》[3]，并成功转化为IEC 62862—4—1 的实践经验，系统总结塔式太阳能光热发电站(简称“塔式光热电站”)设计标准国际化实现路径。

1 我国光热发电技术标准体系

1.1 光热发电发展概况

2023 年3 月，国家能源局综合司发布的《国家能源局综合司关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知》(国能综通新能[2023]28 号)[4]提出：结合沙漠、戈壁、荒漠地区新能源基地建设，尽快落地一批光热发电项目；力争“十四五”期间，全国光热发电每年新增开工规模达到300 万kW 左右。根据《中国太阳能热发电行业蓝皮书2023》[5]的统计数据，截至2023 年底：我国兆瓦级规模以上光热发电机组累计装机容量588 MW，在全球太阳能热发电累计装机容量中的占比约为7.8%；根据聚光形式不同，在我国并网光热电站中，熔盐塔式光热发电装机容量占比约为64.9%。我国光热发电规模有望迎来高速增长。

标准化在推动产业规模化的同时，能够保障电站相关建设方和生产过程的规范有序。在塔式光热电站建设过程中，标准在协调电站投资、设计、施工、调试、运行和装备等单位的信息交互、规范设计技术、指导新产品开发和保障生产安全等方面提供内容指引与技术支撑，发挥着基础性和引领性的重要作用。建立和完善我国光热发电标准体系是近年来的重点任务之一。

1.2 光热发电标准体系框架

2022 年4 月，中国能源建设集团有限公司牵头承担的国家重点研发计划“太阳能光热发电及热利用关键技术标准研究”(2017YFF0208300，简称“NQI 项目”)通过综合绩效评价。NQI 项目研制的太阳能光热技术标准体系包括太阳能光热发电标准子体系和中温太阳能热利用标准子体系，其中：太阳能光热发电标准子体系覆盖太阳能光热发电站从设计、施工、验收到生产运营等全生命周期的各个环节，以及安健环、技术管理等管理内容，如图1 所示；中温太阳能热利用标准子体系覆盖了相关太阳能转化、蓄储和利用等各个环节。

图1 NQI项目研制的太阳能光热发电标准子体系示意图

太阳能光热发电标准子体系主要包括2 个层级：1)第一层级的“基础通用”具有普适性，包括术语、图形符号、气象条件和编码等通用内容；2)第一层级的“工程建设”包括规划设计、施工规程等内容；3)第一层级的工程建设、技术要求、试验检测、安装调试验收、运行维护和检修规程等环节，都进一步按光热电站聚光方式细化为塔式、槽式、菲涅尔式和碟式4 种技术路线作为第二层级；4)“安健环”细化为安全、环保、职业健康和节能管理；“技术管理”细化为技术监督、项目管理和监造。

我国已经建立覆盖光热发电规划设计、施工、调试与运营的全产业标准体系，每年研究和发布标准计划，通过行业标准、国家标准健全产业链各个环节的标准覆盖度，提升产业链标准化水平。

NQI 项目提出的太阳能光热发电技术标准体系明晰了光热发电技术标准的应用目标、范围和分类，已考虑与国际标准体系兼容，便于我国加强光热发电标准化国际交流与合作，积极主导和参与国际技术标准的制修订工作，加快提高我国光热发电国际标准化影响力和话语权。

2 IEC标准编制关键工作

近年来，我国在电力国际标准化领域的影响力不断提升。2022 年，在国际标准制定方面，发布了IEC 62862—4—1 和IEC TR 63363—1《柔性直流输电系统特性 第1 部分：稳态条件》等11 项IEC 标准，成功立项电动汽车ChaoJi 直流充电接口、电力机器人术语等17 项IEC 标准。我国光热发电标准化工作处于起步阶段，光热发电IEC 标准是新型电力系统中亟需优先部署的技术突破方向。

IEC 标准是电工电子领域国际贸易和产业合作最重要的技术基础和技术规则，被世界各国广泛采用。IEC 标准项目分为7 个工作阶段，具体包括：前期阶段(preliminary stage)、立项阶段(proposal stage)、预备阶段(preparatory stage)、委员会阶段(committee stage)、征求意见阶段(enquiry stage)、最终批准阶段(final approval stage) 和出版阶段(publication stage)。由于涉及不同发展水平的多个成员国，不同国家专家的专业背景、实践情况和关注重点存在明显差异，每个阶段求同存异的过程管控都比国内繁琐，用时更长，工作强度更大。

以下从技术储备、项目立项、项目组工作、中方编制团队和编制内容5 个方面分述IEC 62862—4—1 标准编制关键工作。

2.1 技术储备

为了促进和规范我国太阳能光热发电技术的发展，中国能源建设集团有限公司工程研究院(简称“中国能建工程研究院”)主编了GB/T 51307—2018，为后续研究和编制IEC 62862—4—1 奠定了技术基础。GB/T 51307—2018 对我国首批光热发电示范项目以及后续光热电站的开发、建设、运营等直接发挥了重要的规范引领和指导作用，为“一带一路”光热发电项目建设起到了技术支撑和保障作用。需要指出的是，我国的国家标准、行业标准只能作为研制IEC 标准的基础和参考资料，不能直接编译为IEC 标准。

研究和编制IEC 62862—4—1 需要的技术储备包括但不限于以下4 个方面：

1)充分认识光热发电在所处的自然环境、市场、技术成熟度、设备供给水平和电网接受度等方面与传统电源存在明显差距；

2)国际技术标准具有多行业影响力，其内容编制应以前瞻性、学术性、实用性和指导性为价值导向，发挥技术规范和产业引领作用，对于所涉内容本身和相关领域都应有比较深入的量化研究；

3)在研究选题、编制标准的具体过程中，通过搜集以往政策执行和工程实践中存在的各类问题，分析潜在风险和变化趋势，使标准最大限度契合工程实践和科技创新的规律，并以前瞻性标准导向完善对未来前沿项目和技术的支持、兼容；

4)编制团队需付出更多的长期努力，提前做好各专业技术储备，具备国内相关标准编制经验，同时具有较好的英文读写能力。

2.2 项目立项

依托国家标准GB/T 51307—2018 的编制内容，中国能建工程研究院编制IEC 62862—4—1标准提案，通过全国太阳能光热发电标准化技术委员会(SAC/TC565)、中国电力企业联合会、国家标准化管理委员会申请立项IEC/TC117 的国际标准。该标准提案于2017 年11 月获得通过，明确由中国主持编制国际标准《General requirements for the design of solar power tower plants》(编号IEC 62862—4—1)。

2.3 项目组工作

IEC 标准历经7 个工作阶段，其中，前6 个工作阶段的目标是形成从前期工作项目到国际标准批准稿等不同的文件成果，见表1 所列。

项目组由来自中国、西班牙、德国、葡萄牙和摩洛哥等国家的20 多位专家组成。项目组国内外专家经过将近5 年的交流与合作，使得该标准于2022 年9 月正式发布实施。

2.4 中方编制团队

IEC 62862—4—1 是我国光热发电领域进入国际化标准领域的重要节点。中方编制团队由中国能建工程研究院组建，由来自中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、内蒙古电力勘测设计院有限责任公司、中国电力科学研究院有限公司和浙江中控技术股份有限公司等多家单位十几位塔式光热发电相关专业成员组成。编制团队具有前沿科研经历和多年技术管理经验，具备光热发电工程实践经验和较广阔的国际化视野。

2.5 编制内容

IEC 62862—4—1 适用于采用蒸汽轮发电机组的新建、扩建和改建塔式光热电站的工程设计，主要规定了塔式光热电站电力系统需求、太阳能资源评估、站址选择、总体规划、镜场和吸热塔布置、发电区布置、集热系统、传热储热系统、汽轮机系统、水处理系统、信息系统、仪表与控制、电气设备及系统、职业安全与职业健康的技术要求。

IEC 62862—4—1 按照IEC 的要求，着重突出聚光、集热和储热等反映太阳能热发电站特色的内容，不体现水工设施与系统、建筑结构和暖通等内容。这些内容可以通过引用或者参考已发布相关IEC 标准执行。

3 实现路径

GB/T 51307—2018 属于新编标准，是我国塔式光热电站设计标准化的顶层设计、统筹协调和有益创新，填补了国内外太阳能光热发电设计标准的空白。IEC 62862—4—1 国际标准编制团队以GB/T 51307—2018 标准编制团队核心人员为主，具有较好的技术基础。

在GB/T 51307—2018 和IEC 62862—4—1的编制过程中，编制组面临光热发电系统复杂、涉及产业链较广、光热发电成本高、高性能核心设备部件的国产化制造水平较低、实际运营工程经验较少、可借鉴的历史数据有限、光热发电标准缺乏，以及具备设计、施工、调试与运营的全流程标准体系尚未建立等一系列困难。同时，标准编制既要适应国家经济社会发展水平，符合当前的实际需要，又要具有先进性和前瞻性。

3.1 以系统性思维推进前期技术研究

编制组注重标准创新和技术可靠的有机结合，以国内外技术发展趋势和工程应用需要为导向，以多种形式组织骨干参编人员与专家进行多轮广泛而深入的现场调研和充分交流，克服各种困难和局限。通过以系统性思维审慎推进前期技术研究，解决专业之间衔接不畅、整体技术深度把握不统一、内容表述不均衡等问题，给出了塔式光热电站站址选择和系统设计方法，提出了集热、传热、储热、换热系统以及电控、土建、辅助系统的设计方案，明确了各系统及设备的选型要求和性能指标，从而保证IEC 62862—4—1 能够反映国内外太阳能光热发电领域的最新设计理念。

3.2 发挥专题研究的技术支撑作用

针对影响标准质量的关键技术要素，组织各专业熟悉工程设计需求，了解国内外设计单位、建设单位和设备厂家等相关方的技术边界，建立关键内容清单，开展光热资源评估、镜场设计、工艺系统集成、熔盐储热系统和镜场控制系统等14 个专题研究，以研促编，进而提炼整合设计关键技术，形成专题研究报告。14 个专题研究不仅是对GB/T 51307—2018 的配套支撑，更重要的是，为IEC 62862—4—1 标准编制提供了重要支撑。

为了配合国家标准GB/T 51307—2018 的宣贯工作，使有关技术人员更好地理解、掌握和执行该标准的主要内容，编制组以该标准配套的14 个专题研究报告为基础，主编出版了专著《塔式太阳能光热发电站设计关键技术》[6]，详细解答当前塔式光热电站设计的关键技术问题。

3.3 统筹兼顾共性与差异性

由于资源禀赋、国情、新能源发电成本、电力市场模式等情况不同，不同国家的电力能源政策、塔式光热电站建设要求、新能源消纳方式存在差异。编制组经过调研、分析，将我国与海外成熟电力市场的主要差异归纳总结为3 个方面，并在标准编制过程中统筹兼顾：

1)我国电网调度部门负责统筹电力电量平衡，实现发用电平衡，及时有效处置电网事故，电网一体化管理是保持电网长期安全稳定运行的独特体制优势。经过多年的改革探索，我国多元竞争的电力市场格局初步形成，但是新能源绿色环保低碳属性的市场价值尚未充分体现。而海外成熟电力市场通过电力市场交易实现调度过程，市场管理者将市场交易结果转化为对市场的调度指令，英国、美国等国的用户可以自由选择不同售电商提供的用电方案，海外成熟电力市场在促进新能源发展和协调相关方诉求方面进行了大量探索；

2)由于我国市场发展的区域性差异、电网体系结构庞大复杂、参与者市场意识不强等现实因素，政府必须参与维持电力市场秩序，对不同类型的新能源项目建设全过程都有详细的政策指引、标准等管控措施；与我国相比，海外成熟电力市场更注重结果；

3)我国的标准体系比较庞大、完善、详实，标准制修订工作框架总体上朝着覆盖和规范整个产业链的方向发展；而国外更多地关注专项技术标准。为兼顾各国的需求差异，IEC 62862—4—1 新标准着重突出能够体现塔式光热电站特有的工艺系统、设备设施等要素。

主导编制IEC 62862—4—1 是将我国标准国际化的有益探索。在对比研究国家标准与IEC标准的过程中，对于共性内容，充分沿用国家标准GB/T 51307—2018 积累的先进经验和成果效能，贡献中国方案；而对于差异性，分析各国市场和行业需求，识别、收集和研究工程实例形成标准编制基础，经过多轮调研、沟通与论证，努力统筹协调一致，保证IEC 62862—4—1国际标准的正确性和权威性。

3.4 标准与工程实践互馈

编制组完成的“塔式太阳能光热发电站设计技术研究与应用”成果被中国施工企业管理协会评为2021 年工程建设科学技术进步奖一等奖，整体达到国际领先水平。该设计技术已经应用于摩洛哥努奥三期150 MW 塔式光热电站、浙江中控德令哈50 MW 塔式光热电站、中电哈密50 MW 塔式光热电站和迪拜DEWA 100 MW 塔式太阳能发电项目等国内外多个工程的咨询、设计和建设中，取得了良好的经济效益和社会效益。

这些工程实践为IEC 62862—4—1 标准编制提供了技术支撑。同时，在GB/T 51307—2018 和IEC 62862—4—1 的执行过程中，建议归口单位以动态化的视角及时收集和研究各使用单位的反馈意见，根据气候环境变化等实际情况和技术发展趋势调整标准相关内容，形成标准与工程实践互馈式良性循环，推动标准修订和标准效能落地。

3.5 完善工作机制

国家标准化管理委员会代表我国参加国际标准化组织、国际电工委员会和其他国际或区域性标准化组织。IEC 62862—4—1 标准前期阶段和立项阶段的工作机制均为：中方编制团队→对接全国太阳能光热发电标准化技术委员会(SAC/TC565)→报送中国电力企业联合会→报送国家标准化管理委员会→报送IEC。

2021 年12 月，IEC 国际标准促进中心(南京)成立，作为IEC 正式授权在中国成立的国际标准综合服务机构，接受国家市场监督管理总局(国家标准化管理委员会)和IEC 指导。根据IEC 国际标准促进中心(南京)网站介绍，该中心是能源电力领域国际标准化工作快速通道试点单位，推动我国企业专家在碳中和等重点新兴领域国际标准提案的孵化和立项，更多地引领制定和推广国际标准。

4 结语

我国在光热发电领域具备较成熟的技术基础和产业基础，在IEC 国际标准方面正在由响应性参与向前瞻性深度参与转变。该文依托IEC 62862—4—1 标准编制实践，分析提出我国塔式太阳能光热发电站设计标准国际化实现路径，具体包括以系统性思维推进前期技术研究、发挥专题研究的技术支撑作用、统筹兼顾共性与差异性、标准与工程实践互馈和完善工作机制，以期为我国相关单位和机构主导研制IEC标准提供实践经验。

2022 年10 月31 日，英国标准学会(British Standards Institution，BSI)批准IEC 62862—4—1 全文成为英国标准，编号为BS IEC 62862—4—1∶ 2022，进一步提高了IEC 62862—4—1 在世界范围内的采纳率。通过主导制定国际标准IEC 62862—4—1，建立多边互认的设计总体要求，势必形成我国参与国际项目合作和竞争的新优势，有利于支持我国先进低碳技术、装备和材料的国际应用，促进国际太阳能光热发电行业的标准体系建设和产业健康发展。