戈壁的风裹着沙砾，打在安全帽上噼啪作响。180米高光热电站吸热塔上，科研人员系着安全绳，悬空趴在钢架结构上施工。脚下是望不到头的荒漠，风一吹，身体便微微晃动。这是他们为国产熔盐吸热器开展高空涂层施工作业的一幕，也是100MW光热电站的吸热塔顶端。
在高塔下面，一面面反射镜将太阳光精准聚集在黑色吸热器上，565℃高温熔盐在管道中奔流，将大漠阳光转化为稳定绿电送往华中、华东地区。而在几公里之外的甘肃电投常乐电厂，6台百万千瓦调峰火电机组平稳运行，曾经困扰行业的锅炉结焦、高温腐蚀难题被破解，每年节省数千万元运维成本。
这两处国家重大能源工程的背后，是中国科学院兰州化学物理研究所、甘肃省节能与储能材料重点实验室团队十余年的坚守与攻关。他们扎根西北戈壁，以材料创新破解沙戈荒新能源发展难题，用一项项自主可控技术，为国家能源安全与“双碳”目标实现筑牢科技根基。
首航高科敦煌100MW塔式光热电站。兰州化物所供图。戈壁寻路：锚定国家急需，把论文写在能源一线
甘肃地处我国西北沙戈荒新能源核心区，库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林四大沙漠环绕，坐拥全国80%以上的风能、太阳能资源。“十五五”规划明确将沙戈荒地区定为国家新能源建设核心主战场，到2030年风光基地总装机将达4.55亿千瓦，成为我国能源转型的核心支撑。
然而，广袤戈壁既是能源“富矿”，也是科研“考场”。高温、强辐照、大温差、强风沙的极端环境，让传统能源装备频频“水土不服”：光热发电核心吸热材料被国外垄断，火电机组掺烧新疆高碱煤易结焦爆管，储能电站高温散热难、风电叶片沙尘磨损严重……一系列材料难题，成为制约新能源规模化发展的瓶颈。
“国家的战略需求，就是我们的科研方向。”甘肃省节能与储能材料重点实验室主任高祥虎研究员坦言。
其中，塔式光热发电作为沙戈荒基地稳定供电的核心支撑，其“心脏”熔盐吸热器，曾被美国技术牢牢卡住。
2018年，美国垄断的高温太阳能吸收材料突然停供，国内多个光热电站陷入“无米下锅”的窘境。镍基合金管依赖进口、价格昂贵、供货周期长，吸热器涂层制备、高空运维等技术全行业空白，我国光热发电规模化发展举步维艰。“别人的技术壁垒，就是我们要攻坚的战场。”高祥虎带领团队踏上光热材料国产化的漫漫征途。
从2009年接触光热转换材料，到2020年实现国产高温太阳能吸收材料在光热电站商业化应用，团队耗时十多年，终于攻克核心技术。他们首次提出纳米高熵吸光材料设计思想，研发的高熵太阳能吸收涂层，综合性能超越美国产品，吸收率更高、光学衰减率更低，吸热效率提升3.9%。同时，联合东方锅炉、首航高科、哈尔滨锅炉厂，构建起从材料、技术到装备制造的全链条国产化体系，制造出适配西北极端工况的大容量熔盐吸热器。
如今，这项技术已在敦煌100MW、瓜州 2×50MW、阿克塞 110MW 等多个国家级光热电站落地应用，累计装机突破 1GW，荣获 2025 年甘肃省科技进步奖一等奖。曾经被国外垄断的光热发电“心脏”，真正换上了 “中国芯”，为绿电外送、新能源装备制造基地建设提供了坚实科技支撑。
火电机组炉膛内进行材料工程验证。兰州化物所供图。攻坚：炉膛险境里的技术突围，破解煤电调峰“顽疾”
沙戈荒新能源大规模外送，离不开煤电调峰兜底。新疆准东3900亿吨高碱煤，是全国能源保供的重要支撑，却极易导致锅炉结焦、高温腐蚀、爆管，一台百万千瓦机组非计划停运一次，损失就超千万元。
在甘肃电投常乐电厂，全国最大百万千瓦火电调峰基地，结焦和高温腐蚀严重影响机组的安全性和经济性。。
2021年，在常乐电厂的大力支持下，双方建立了深入的产学研合作创新机制。可进入炉膛施工，远比想象中困难。电厂检修窗口期极短，团队常常凌晨2点进入炉膛，连续作业4小时，清晨6点才能出来。
“在有限空间进行高空作业面临很多挑战。”高祥虎表示就是在这样的险境中，团队联合常乐电厂研发出纳米高熵陶瓷防护涂层，突破陶瓷材料导热率低、热膨胀不匹配的技术瓶颈，实现防结焦、耐高温腐蚀与节能增效的耦合。这款水性环保涂层，耐高温达1000℃，附着力强、导热率高，能让锅炉水冷壁远离结焦腐蚀，还能提升发电效率。经西安热工研究院检测，炉内有效吸热量提升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。
“最让我们自豪的是在常乐电厂 1000MW 超超临界机组，涂层连续稳定运行 3 年，防结焦、耐高温腐蚀性能优异”高祥虎说。
从2号机组到4号、5号、6号机组，从局部试点到整台套大规模应用，常乐电厂成为产学研深度融合的典范。这项技术不仅解决了疆煤外运的核心痛点，更为河西走廊20余台百万千瓦调峰机组提供了“防护方案”，让煤电真正成为沙戈荒新能源稳定外送的“压舱石”。
甘肃电投常乐电厂。兰州化物所供图。
化学储能系统应用辐射制冷技术。兰州化物所供图。
护航：无源制冷守护能源装备，织就沙戈荒“绿色防护网”
高温、强辐照、大温差，是沙戈荒地区能源装备的“天敌”。电化学储能集装箱夏季表面温度超80℃，风电机舱温度可达80℃-90℃，光伏逆变器、光热塔体长期面临高温风险，传统空调降温不仅耗电，还难以适配极端环境。针对这一难题，团队再次跨界攻关，研发出无源辐射制冷关键技术。
这项技术无需消耗电能，通过材料设计，将太阳光高反射、“大气窗口”高发射相结合，把设备热量发射至零下270℃的外太空，实现自主降温。在格尔木中国绿发海西多能互补基地，辐射制冷涂层让储能集装箱表面温差最大达25℃，日均降低空调耗电量15%；在光热电站塔体，高温高反射涂层降温幅度达150-250℃，有效保护熔盐吸热器安全运行。
除了热管理，团队还瞄准沙戈荒风电叶片磨损难题。西北沙尘莫氏硬度达6-7，如同“微型玻璃刀”，风机叶片运行2-3年就出现胶衣脱落、裂纹，4-5年便进入失效高发期。团队研发的弹性防护涂层，耐磨、耐紫外老化性能远超进口产品，还配套高空原位修复技术，在国内风电机组稳定应用4年，大幅延长叶片使用寿命，降低运维成本。
从光热发电到煤电调峰，从储能热管理到风电防护，团队围绕沙戈荒新能源基地建设，形成了覆盖多场景的能源材料技术创新体系。十四五期间，团队完成22项重大工程示范，发表论文100余篇，授权发明专利50余件，用实打实的成果，践行“把科技成果写在祖国大地上”的誓言。
“沙戈荒能源基地建设，不仅是装机规模的扩张，更是能源体系的底层重构。”高祥虎表示，团队研发的技术，有效保障了沙戈荒能源装备安全、稳定、经济运行。
谈及未来，高祥虎信心满满：“‘十五五’期间，团队将聚焦沙戈荒能源基地和重点工业领域节能降碳，强力推动现有成果的推广应用，并持续进行技术迭代：实现火电机组100%全燃新疆高碱煤，进一步提升光热发电效率，拓展辐射制冷技术应用场景，研发更适配极端环境的风电防护材料。”同时，依托甘肃省节能与储能材料重点实验室，培养一批青年科研人才，打造国内一流的节能与储能材料研发高地。