甘肃科技报社融媒体中心记者 张云文
在我国西北的沙漠、戈壁与荒漠深处，一场事关国家能源安全与绿色转型的深刻变革正在加速推进。连片铺展的光伏矩阵如蓝色海洋，风力发电机组迎风而立，光热电站吸热塔直指苍穹，调峰火电冷却塔高耸入云，这些“沙戈荒”大型清洁能源基地，正成为我国构建新型电力系统的重要支点。
然而，与壮阔图景相伴的，是极端环境带来的严峻挑战。强烈紫外线、高温与昼夜温差、风沙冲蚀、复杂腐蚀介质，多重因素叠加，使能源装备长期稳定运行面临严苛考验。如何让这些价值巨大的“大国重器”在极端环境中可靠运行，成为摆在科技工作者面前的一道现实难题。
中国科学院兰州化学物理研究所一支青年科研团队，将目光投向这一国家重大需求。他们走出实验室，深入“沙戈荒”新能源基地一线，围绕关键材料开展系统攻关，用一项项原创成果，为新能源装备披上抵御极端环境的“中国铠甲”。
一线攻关：从“惊险一分钟”出发
科研的起点，并不总在实验室。
“进去之后，剧烈咳嗽，根本止不住，不到一分钟就完全扛不住，只能迅速从那个狭小的‘人孔’里爬出来。”兰州化物所研究员、甘肃省节能与储能材料重点实验室主任高祥虎，对一次深入火力发电厂锅炉炉膛的经历记忆犹新。
这“惊险一分钟”，是这支青年团队工作常态的极端缩影。他们的“实验室”，是温度超过50摄氏度、空气闷热稀薄的巨型锅炉内部；是需要在几十米高空，通过狭窄平台和临时架设的通道进行精细作业的施工面；更是工期以小时甚至分钟计算的检修“天窗期”。“电厂的检修期非常短，可能就几天时间，各个工种都在抢，我们的施工窗口往往只有半夜的几个小时。”高祥虎回忆道。为了抢抓一个宝贵的作业机会，团队曾通宵达旦守候，在凌晨2点进入现场，连续工作到清晨6点，紧接着其他工种的工人就要进场。
这些极端条件，构成了他们的“第二实验室”。
在团队看来，面向“沙戈荒”这样的国家重大战略需求，实验室里性能优异的样品配方，必须在弥漫着烟尘、充斥着噪音、受限于紧张工期的真实工程环境中，接受最严酷的“压力测试”。也正是在这样的环境中，科研问题变得具体而清晰：材料是否耐高温热震？能否抵抗复杂腐蚀、严重磨损？施工工艺是否适应现场条件？成本与效益是否匹配？这些问题，在炉膛内、在戈壁滩上，找到了唯一有效的答案标准。正是这些“冒着热气”、充满挑战的一线经历，精准定义了团队科技攻关的起点与方向。所有研究不再源于文献中的空白，而是直接源于工程现场最真实、最紧迫的痛点——装备的可靠与安全。这种从终端需求倒逼研发的路径，确保了他们的每一次技术迭代，都直指“沙戈荒”基地稳定运行的核心瓶颈。
“实验室里材料性能再好，如果无法在现场应用，就没有意义。”高祥虎说。
这种从工程一线出发、由真实需求反向牵引的研发模式，使团队避免了“闭门造车”。他们的每一次技术迭代，都直接指向设备安全与效率提升这一核心目标，也为后续成果快速转化奠定了基础。
系统突破：锻造新能源装备“四副铠甲”
围绕“沙戈荒”能源基地关键环节，根据多类型装备的差异化需求，团队瞄准几个最关键、最薄弱的材料环节，发起集中攻坚，实现了从跟跑到并跑乃至领跑的系统性突破，在短短数年内成功锻造出覆盖光热、火电、储能与风电的4副不可或缺的“材料铠甲”。
——打造光热发电“助攻铠甲”
光热发电是可再生能源中少数可提供稳定、可调度电力的技术，对于保障电网安全至关重要。其核心装备熔盐吸热器，犹如电站的“心脏”，表面覆盖的高性能光谱选择性吸收涂层，直接决定着将光能转化为热能的效率。长期以来，该涂层材料及熔盐吸热器国产化制造，是国内产业化的难点。
团队创制了纳米高熵光谱选择性太阳能吸收涂层，吸热效率提升3.9%，实现国产替代进口。团队联合东方锅炉、首航高科和哈尔滨锅炉突破吸热器管屏涂层定制涂装、高空原位太阳能聚光固化关键技术，填补行业空白；首次建立吸收涂层在现役大型光热电站高空原位热效能评价方法，填补国内外空白；突破吸热器结构设计、工艺制造及能效评估关键技术，实现吸热器国产化自主可控制造，为光热发电行业打造“中国芯”。
该技术已在甘肃、青海、新疆、西藏等多座光热电站应用，累计装机超过1GW，显著提升国内高端能源装备制造水平。相关成果获得2025年度甘肃省科技进步奖一等奖，并为多家国内能源装备企业提供技术支撑。
——构建火电转型“防护铠甲”
新疆准东高碱煤资源丰富，但燃烧过程中易产生结焦和高温腐蚀，严重影响火电机组的安全性与经济性。
针对这一难题，团队研发纳米高熵陶瓷防护涂层，突破了陶瓷材料防结焦、耐高温腐蚀、红外增效、高导热率、热膨胀系数可调等关键技术。经西安热工研究院测试，该技术可使炉内有效吸热量平均提升5.19%，锅炉热效率提升0.46%，供电煤耗降低1.5g/kWh。按1000MW机组测算，每年节煤1.5万吨，减排二氧化碳3.4万吨。该技术已在甘肃电投常乐发电有限责任公司（6×1000MW机组，我国百万千瓦机组装机规模最大的燃煤调峰电厂，祁韶特高压直流输电工程的唯一配套火电电源）1000MW超超临界机组完成工程验证及示范应用。这项成果，为大规模、高效、清洁利用新疆高碱煤资源，保障国家能源安全与西部能源大通道的稳定运行，提供了切实可行且经过验证的关键材料解决方案。
这一成果为高碱煤清洁利用提供了可复制路径，已在多地形成推广态势。
——研发储能安全“降温铠甲”
“沙戈荒”地区强烈的太阳辐照导致能源装备温度极高，这对大规模电化学储能电站的安全构成了严峻挑战。储能集装箱内部温度易攀升，会加速电池容量衰减、缩短使用寿命，甚至埋下热失控的安全隐患。
团队独辟蹊径，基于“辐射制冷”这一物理原理进行攻关。他们开发了一种高性能涂层材料，能够高效地反射太阳光，同时以特定波段将热量辐射到寒冷的外太空，实现无需能耗的被动降温。
在中国绿发集团青海格尔木电化学储能电站的规模化示范应用中，披上这层“降温铠甲”的储能集装箱效果显著：其外表面温度最大降低幅度可达15~30摄氏度，集装箱内部温升得到有效抑制，日均用于降温的空调能耗降低10~15%。这不仅大幅提升了储能系统的本质安全性，也降低了全生命周期的运营成本，为“沙戈荒”地区储能电站的大规模建设扫清了一个关键障碍。该技术显著提升了储能系统安全性与经济性，同样被推广用于光热电站吸热器周边高温部件的防护。
——强化风电装备“耐蚀铠甲”
在风沙肆虐的戈壁荒漠，风力发电机叶片首当其冲。强风裹挟的沙粒犹如砂纸，持续不断地磨蚀叶片表面，加上强烈的紫外线照射，导致涂层粉化、脱落，气动外形受损，发电效率下降，维护周期缩短，成本激增。
团队针对这一磨损与老化耦合的复杂环境，研制了兼具高耐磨、抗冲蚀、耐紫外老化的多功能一体化复合材料防护涂层。同时，配套开发了适用于百米高空的叶片损伤原位快速修复技术，以应对现场的突发损伤。
在国内多个风电场的长期实际运行考核中，应用了该防护技术的叶片展现出优异的耐久性。与未加保护的叶片相比，其表面磨损程度显著减轻，维护间隔得以延长，有效降低了“沙戈荒”地区风电场高昂的长期运维成本，为风电产业的可持续发展提供了材料保障。
这4副“铠甲”，构建起“沙戈荒”能源装备材料防护的完整体系，筑牢了其长期稳定运行的基础防线。
协同创新：跨越成果转化“关键一跃”
核心技术突破的论文写在实验室，但其价值的最终答辩场在广阔的工程应用一线。然而，从论文到产品，从样品到工程，横亘着“最后一公里”的鸿沟。对于高祥虎团队而言，跨越这道鸿沟，依靠的不仅技术过硬，更源于一场基于深度信任的“双向奔赴”。
“最初工程试验时，很难进入现场，也难以获得信任。”高祥虎坦言。
转机来自甘肃电投常乐电厂。面对尚未大规模验证的新技术，该企业主动承担风险，提供工程应用平台，与科研团队开展深度合作。这场合作，一干就是数年。双方建立起紧密产学研合作创新机制。从2号机组小心翼翼的小面积试验，到4号、5号、6号机组的逐步扩大应用，再到整台机组的全面推广与长期监测，科研团队长期派驻人员，扎根现场。涂层的每一个工艺参数，都在实际运行数据的反馈中持续优化。例如涂层厚度，从最初约50微米逐步优化至更合理范围，使防护寿命由一年提升至4~5年，实现性能与成本的最佳平衡。
这种“企业敢于投用、团队全程负责、数据驱动迭代、风险收益共担”的紧密合作模式，被团队内部称为“常乐范式”。它成功地解决了产学研合作中常见的“两张皮”问题，将高校院所的创新能力与企业的工程化能力、市场洞察力深度融合，形成了“需求—研发—应用—反馈—优化”的闭环。正是凭借在“常乐范式”中锤炼出的扎实业绩和过硬口碑，团队的技术成果才获得了行业的广泛信任，实现了从甘肃一隅到辐射全国产业的跨越，为能源央企、国企提供了关键技术支撑，实现了从单点突破到产业应用的跨越。
面向未来：服务国家能源战略新布局
“十五五”期间，以黄河“几”字弯、河西走廊、新疆、青藏高原等地区为代表的清洁能源基地建设将进入新的阶段，规模更大、技术集成度更高、对装备可靠性的要求也更为苛刻。我国“沙戈荒”清洁能源基地建设正进入规模化推进新阶段，对装备可靠性与系统协同提出更高要求。与此同时，煤电在新型电力系统中仍承担重要调节作用，高碱煤等资源的清洁高效利用仍需持续突破。
围绕国家“十五五”规划布局，团队正聚焦材料普适性与经济性、全燃多种高碱疆煤、极端工况材料稳定性等关键问题，提前部署新一轮技术攻关。
“科技制高点是动态变化的，必须持续创新。”高祥虎表示。
在“沙戈荒”这片充满挑战与机遇的土地上，一项项看似不显眼的材料技术，正默默支撑起庞大的新能源体系。
它们不像风机叶片那样直观，也不如光伏板那样耀眼，却在极端环境中守护着设备的安全与效率，成为能源革命不可或缺的基础力量。从炉膛内的艰难探索，到戈壁滩上的规模应用，兰州化物所这支材料团队的实践表明：科技创新的价值，不仅体现在论文与专利中，更体现在服务国家战略、解决实际问题的能力上，必须扎根工程一线，在真实场景中接受检验。当科研成果真正扎根大地，转化为稳定运行的工程能力，中国能源转型的步伐，也将更加坚实有力。
在无垠戈壁与浩瀚荒漠之间，这群年轻人书写的，不只是材料科学的进步，更是一段属于新时代科技工作者的奋斗篇章。
