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近日，第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在浙江杭州盛大召開，中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司副總工程師、科技創新中心總經理趙曉輝出席會議并作主題報告《新一代光熱發電工程解決方案2025》，詳細(xi)對比了(le)首批(pi)和第二(er)批(pi)光(guang)熱示范項目的(de)不同開發思(si)路與特點，并結合(he)行業當下發展和新(xin)型(xing)電(dian)力(li)系統建設需要提出2025版本的(de)新(xin)一代光(guang)熱發電(dian)工程(cheng)解(jie)決(jue)方(fang)案。

圖：趙曉輝

第(di)一(yi)批光熱(re)示范項目

項目定位與電價

趙(zhao)曉輝認為(wei)(wei)，國家能源局于2017年批(pi)準的第一批(pi)光熱示范項目(mu)（以(yi)2017-2020建成為(wei)(wei)代表），旨在(zai)(zai)培育光熱發(fa)電(dian)(dian)產業和(he)驗證(zheng)技術可行性，特點是電(dian)(dian)站發(fa)電(dian)(dian)不受電(dian)(dian)網(wang)調度限制，其1.15元/kWh的電(dian)(dian)價在(zai)(zai)當時相(xiang)對較(jiao)高(gao)（其實與(yu)國家能源局2011年7月1日發(fa)布(bu)的光伏(fu)電(dian)(dian)價相(xiang)同，但對比現在(zai)(zai)比較(jiao)高(gao)），考(kao)慮到收益問題，項目(mu)的配置以(yi)“成本電(dian)(dian)價最低”為(wei)(wei)目(mu)標(biao)。

技術路線豐富多樣

技術角(jiao)度來看(kan)，參與第一批示范(fan)的項(xiang)目技術路線比(bi)較多(duo)樣，包(bao)括導熱油槽(cao)式、導熱油碟式、多(duo)塔(ta)(ta)、二次反射、熔(rong)鹽菲涅(nie)爾、塔(ta)(ta)式等等。然(ran)而，部分項(xiang)目因技術不成熟或成本等問題未能按計劃建設，最終通過時間洗禮與行(xing)業沉淀后，熔(rong)鹽塔(ta)(ta)式技術在全球范(fan)圍內逐漸成為市場(chang)主流已是不爭的事(shi)實。

趙曉輝表示，雖然槽(cao)(cao)式光熱(re)發(fa)電技(ji)(ji)術(shu)(shu)相對(dui)來(lai)說已較(jiao)為成熟，全球已建成的槽(cao)(cao)式導(dao)熱(re)油電站也(ye)很多，也(ye)經過了國(guo)內相關項目的驗證，但(dan)在(zai)國(guo)內槽(cao)(cao)式技(ji)(ji)術(shu)(shu)相對(dui)更依賴國(guo)外，兩個在(zai)運的導(dao)熱(re)油槽(cao)(cao)式電站都(dou)依賴ET150技(ji)(ji)術(shu)(shu)，建設(she)過程中(zhong)也(ye)有外方技(ji)(ji)術(shu)(shu)支(zhi)持。

西北(bei)院第一(yi)批光熱示范項目參與情(qing)況

第二批光熱示范項目

項目定位與功能轉變

2022年起建(jian)設的第二批光熱(re)示范(fan)項目（2022-2025建(jian)設為(wei)代表）定位(wei)發生(sheng)了顯著變(bian)化。一方(fang)面(mian)，沒(mei)有(you)獨立電價，需(xu)遵循國家可再生(sheng)能(neng)源相關政策；另一方(fang)面(mian)，其主要功能(neng)轉變(bian)為(wei)獲取新能(neng)源指標(biao)，但(dan)光熱(re)電站(zhan)的發電成本和價值(zhi)不(bu)(bu)能(neng)較好(hao)地體現，不(bu)(bu)過也有(you)其歷(li)史(shi)意(yi)義(yi)，至少使光熱(re)發電產業得到(dao)了延(yan)續。

同時(shi)，為(wei)了保(bao)障(zhang)整體(ti)項目收益，此(ci)類項目在成(cheng)本控制上更為(wei)嚴格(ge)，光熱(re)系統單(dan)位投(tou)資(zi)看上去大(da)幅(fu)降(jiang)低（如(ru)每千瓦造價(jia)從第一批30000左右降(jiang)至12000元(yuan)左右），但其實與技術(shu)進(jin)步關系不大(da)，主要因為(wei)電(dian)站(zhan)配置遭到“閹割”，而(er)非像第一批示范項目可以達到3000-4000小時(shi)的高利用(yong)小時(shi)數。

各地政策與配比方案

為了獲(huo)取新能(neng)源(yuan)建(jian)設指標，近年來各地就新能(neng)源(yuan)與光熱配套陸續出臺了不同政策：

例如(ru)，2021年3月25日甘(gan)肅提(ti)出風電(dian)(dian)光伏與儲(chu)熱型光熱發電(dian)(dian)配比為6:1；

2022年(nian)3月4日新疆(jiang)鼓勵光伏與儲熱(re)型(xing)光熱(re)發電(dian)以9:1規模(mo)配(pei)建(jian)；

2022年11月9日青海規定(ding)光熱、光伏（風電(dian)(dian)）配比不(bu)得低于1:6，年儲能時(shi)長不(bu)得低于2190小時(shi)，且光熱部(bu)分(fen)不(bu)參與市場化(hua)交易，電(dian)(dian)價(jia)按煤電(dian)(dian)標桿(gan)電(dian)(dian)價(jia)上浮20%-30%執行；

2024年(nian)8月(yue)11日內蒙提出光(guang)熱發(fa)電(dian)、風電(dian)、光(guang)伏發(fa)電(dian)裝機(ji)規模按1:2:0、1:1.5:1或1:1:2三種方案配比，儲熱時(shi)長(chang)不小(xiao)于(yu)6小(xiao)時(shi)，鏡場面積不小(xiao)于(yu)8平方米/千瓦。【目前并未開始實施】

具體(ti)如何配比收(shou)益(yi)率最好？趙曉輝以(yi)總(zong)裝(zhuang)機700MW（含光(guang)熱100MW）進行了測算：

如上(shang)圖，根據(ju)甘肅地(di)區現有(you)(you)政(zheng)策(ce)，隨著一體化項目(mu)中光伏比(bi)例的增(zeng)加(jia)，收益率逐漸下降，主要因為風(feng)電(dian)利(li)用小時數比(bi)光伏多(duo)，趙曉輝(hui)建議，在(zai)(zai)現有(you)(you)政(zheng)策(ce)情況(kuang)下，在(zai)(zai)一定程度上(shang)多(duo)配(pei)風(feng)電(dian)有(you)(you)利(li)于提升收益率。同時，不同地(di)區最佳配(pei)比(bi)方(fang)案也存(cun)在(zai)(zai)差異，需具(ju)體分析。

整體(ti)來看，相較(jiao)于第一批光(guang)熱示范項目(mu)，第二批光(guang)熱示范項目(mu)系(xi)統工藝沒有發生明顯變(bian)化，總體(ti)以總投資最低為目(mu)標。

西(xi)北院參與的(de)第二(er)批光熱示范項(xiang)目(mu)

新一代光熱發電工程解決方案

結合行業(ye)發展和西北院實際參與體(ti)會，趙曉輝介紹了新(xin)一代(dai)光熱發電工(gong)程(cheng)（2025-……開(kai)始(shi)建設(she)為代(dai)表）的具體(ti)發展方向：

1、多塔聚光集熱

以塔式電站為例，未來單機規模肯(ken)定(ding)會更大(da)，考(kao)慮(lv)到大(da)氣衰(shuai)減對大(da)鏡(jing)場效率(lv)的影響，新(xin)一代光(guang)熱發電鏡(jing)場部分(fen)肯(ken)定(ding)要采用多(duo)塔聚(ju)光(guang)集熱方案(an)。

以(yi)300兆瓦(wa)及(ji)以(yi)上等級的光熱(re)電站(zhan)為例(li)，整場(chang)容量(liang)應(ying)該比較經濟性配置結合電力(li)系統需求，按發電利用小(xiao)時數2400小(xiao)時左右測算，其鏡(jing)場(chang)面積(ji)應(ying)在(zai)300萬平(ping)方米(mi)左右，因此一個(ge)鏡(jing)場(chang)肯定不(bu)行(xing)，而是需要3個(ge)鏡(jing)場(chang)，單(dan)塔(ta)聚光集(ji)熱(re)面積(ji)可達110萬平(ping)方米(mi)，單(dan)塔(ta)吸熱(re)功率430MW，搭配不(bu)規則鏡(jing)場(chang)設計、無線控(kong)制及(ji)分布(bu)式供(gong)電等技術(shu)。

目(mu)前(qian)單鏡場最大應(ying)該是在迪(di)拜180萬平方米，據了解該項(xiang)(xiang)目(mu)所(suo)在地區(qu)的清潔度也不夠，疊加定位鏡的瞄準(zhun)、太(tai)陽追角等問題，該項(xiang)(xiang)目(mu)的光熱(re)效率應(ying)該會比(bi)52萬平方米的小鏡場更低。

此外，趙曉(xiao)輝(hui)指出，經(jing)過多種(zhong)方(fang)(fang)案(an)比(bi)較發現，廠區(qu)熔鹽(yan)(yan)供應管道系統(tong)其實是挺復雜的(de)(de)，要(yao)綜合考慮保溫(wen)材料、儲(chu)罐投資(zi)以及(ji)泵(beng)的(de)(de)揚程、泵(beng)的(de)(de)電耗等多方(fang)(fang)面(mian)因素并進行(xing)鹽(yan)(yan)罐布置方(fang)(fang)案(an)優化(hua)、新(xin)型(xing)熔鹽(yan)(yan)管道補償器技術經(jing)濟性(xing)論證、新(xin)型(xing)熔鹽(yan)(yan)儲(chu)罐結構設計研究(jiu)等多方(fang)(fang)面(mian)工作，經(jing)過測算發現如采用最佳方(fang)(fang)案(an)有望帶(dai)來(lai)4000-6000萬的(de)(de)成(cheng)本節(jie)約，建議(yi)后續開發的(de)(de)項(xiang)目(mu)各方(fang)(fang)應對此更加重(zhong)視。

多塔廠區(qu)熔鹽工藝設計

2、熔鹽槽式集熱器

技術優勢（設計值待驗證）：集熱(re)(re)(re)(re)溫度≥550℃（相(xiang)比(bi)傳統(tong)導熱(re)(re)(re)(re)油(you)方案(an)提高(gao)(gao)160℃左右），朗肯循環(huan)效(xiao)率(lv)(lv)≥42%（溫度越高(gao)(gao)發電(dian)效(xiao)率(lv)(lv)越高(gao)(gao)，相(xiang)比(bi)導熱(re)(re)(re)(re)油(you)槽式高(gao)(gao)3%左右），儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)系統(tong)成本(ben)相(xiang)比(bi)導熱(re)(re)(re)(re)油(you)槽式技術降低(di)50%以上(shang)（1、熔(rong)鹽直接(jie)吸熱(re)(re)(re)(re)，省(sheng)了導熱(re)(re)(re)(re)油(you)系統(tong)存儲(chu)同(tong)樣能量的熱(re)(re)(re)(re)量；2、熔(rong)鹽用量也(ye)會小；3、溫度高(gao)(gao)帶來效(xiao)率(lv)(lv)高(gao)(gao)最終實現低(di)成本(ben)電(dian)價），熔(rong)鹽相(xiang)比(bi)導熱(re)(re)(re)(re)油(you)價格更(geng)低(di)且(qie)更(geng)環(huan)保。

趙曉輝表示，經過測算，與塔式電站相比，同樣面積的熔鹽槽式光熱電站年集熱量和發電量均更高，同時槽式（東西布置）比槽式（南北布置）表現略高一些。例如，95萬平米鏡場時，槽式年發電量約為塔式的1.14-1.16倍；140萬平米鏡場時，槽式年發電量約為塔式的1.27-1.30倍【詳見下表】。

參考北緯36°區域試驗結果，塔式和槽式（東西布置）光學效率分布比較平穩，槽式（南北布置）光學效率夏季高、冬季低。光學效率總體呈現槽式（東西布置）＞槽式（南北布置）＞塔式【詳見下表】。

技術風險：運維(wei)難度大(da)（需防(fang)熔鹽凝凍），集(ji)熱(re)場(chang)散熱(re)損(sun)失大(da)，高溫管道材料成(cheng)本高，集(ji)熱(re)管選(xuan)擇性吸收涂層耐久(jiu)性待(dai)驗證。

3、大容量熔鹽蒸汽發生系統

系統構型優化：對比(bi)亞(ya)臨(lin)界與超臨(lin)界方案，超臨(lin)界參數熔鹽蒸(zheng)汽(qi)發生(sheng)系(xi)統通(tong)過溫度(du)校核分析輔(fu)助(zhu)系(xi)統構型設(she)計，采用纏繞(rao)管(guan)式換熱器等新結構，系(xi)統更簡(jian)單、成(cheng)本更具競爭(zheng)力、運(yun)維(wei)更便捷(jie)、啟停速度(du)更快。

纏繞管式換熱(re)器示意圖(tu)

參數分析：如上圖，橫坐標(biao)(biao)為(wei)整個(ge)換熱過程中水溫度的(de)(de)變化，縱坐標(biao)(biao)為(wei)整個(ge)換熱過程中鹽溫度的(de)(de)變化；比(bi)較了(le)多種(zhong)連接形式和(he)傳統方案，可(ke)得出(chu)如下結論：

蒸汽發生器關鍵設備提高(gao)參數到(dao)22兆帕等(deng)級(ji)(ji)，回鹽溫(wen)度相(xiang)對于14兆帕等(deng)級(ji)(ji)不(bu)(bu)會(hui)增(zeng)加(jia)，可能還會(hui)略(lve)有降(jiang)低，也是(shi)在300℃水(shui)平，因(yin)為有觀(guan)點認為把壓力(li)等(deng)級(ji)(ji)提上去以后回鹽溫(wen)度會(hui)高(gao)，其實不(bu)(bu)是(shi)這(zhe)么回事，因(yin)為在超臨界范圍內(nei)，水(shui)的(de)溫(wen)度特性是(shi)非(fei)線(xian)性變化，要通過計算重新算的(de)，這(zhe)樣(yang)鹽的(de)用量不(bu)(bu)會(hui)增(zeng)加(jia)，這(zhe)是(shi)熱力(li)系(xi)統上的(de)參數，熱力(li)系(xi)統參數則會(hui)影響熔鹽投(tou)資(zi)。

4、高參數汽輪發電系統設計

如上圖，柱狀圖顯示汽輪機的效率，藍色和橙色分別代表亞臨界和超臨界方案，可以看出超臨界方案從汽輪機熟悉的范圍內講，效率并沒有明顯的變化，甚至在有些環節超臨界方案參數還低一些，但是整個電站效率不僅僅是集熱效率，我們要綜合考慮冷端損失還有放電效率等等，評估來看在更高的壓力等級下超臨界方案相對于亞臨界方案效率提高很可觀【詳見下圖】。

如上圖，最下邊的(de)參數蒸汽溫度(du)(du)為550℃（基于(yu)常規二元熔鹽(yan)方案(an)），但如果說(shuo)熔鹽(yan)使用(yong)溫度(du)(du)能夠提高20到40℃，那么(me)超(chao)臨界方案(an)的(de)循(xun)環效(xiao)率提升(sheng)就非常可(ke)觀了(le)，但問(wen)題是有沒有使用(yong)溫度(du)(du)可(ke)達(da)600℃左右的(de)可(ke)靠(kao)熔鹽(yan)產品，同時價(jia)格也比較合理，如果能開(kai)發出這(zhe)種熔鹽(yan)材料對(dui)行業來(lai)說(shuo)將是很(hen)大的(de)貢獻。

參考上圖(tu)以(yi)橫坐標主蒸(zheng)汽壓力24MPa為(wei)例，550℃蒸(zheng)汽溫度(du)對應循環效率約為(wei)45.25%，如(ru)果溫度(du)能夠提升(sheng)到(dao)600℃，循環效率就可(ke)(ke)以(yi)提升(sheng)到(dao)46.75%，還(huan)是非常(chang)明顯的。其實這個(ge)圖(tu)就是想表達(da)，新(xin)一代光熱發電工程解決方案特別關注(zhu)制造(zao)商是否(fou)可(ke)(ke)生(sheng)產出使(shi)用溫度(du)可(ke)(ke)達(da)到(dao)580-600℃同(tong)時成本也可(ke)(ke)以(yi)接受的熔鹽(yan)材料(liao)。

據趙(zhao)曉輝(hui)介紹，廠(chang)用電率方(fang)面，光熱(re)電站的并網廠(chang)用電率遠大(da)于離網廠(chang)用電率。此(ci)外，雖然(ran)相比亞臨界機(ji)組(zu)超臨界機(ji)組(zu)效率較高、發(fa)電量占(zhan)優，但同時廠(chang)用電量也較大(da)，全(quan)年總廠(chang)用電率略有(you)增加(jia)。

但從(cong)經濟性方(fang)面(mian)來(lai)看，參考(kao)上圖，按照國內(nei)的(de)相關財(cai)務評定方(fang)法，按照高(gao)參數大容量、采用(yong)上述(shu)新型(xing)換(huan)熱(re)器設計形式，財(cai)務凈現值角(jiao)度分析(xi)，超臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)比(bi)亞(ya)臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)NPV高(gao)約13706萬元；從(cong)財(cai)務內(nei)部收益(yi)率分析(xi)，超臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)比(bi)亞(ya)臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)的(de)IRR增加(jia)了43.26%；超臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)增加(jia)投資(zi)的(de)回收期約為2.57年，遠低于新能源及儲能行業平均(jun)水平。

趙曉輝表(biao)示，電(dian)力方案(an)比選時一般認為(wei)6年(nian)以(yi)內(nei)的回收期都可(ke)以(yi)接受(shou)，4年(nian)以(yi)內(nei)是(shi)優(you)秀的，很(hen)顯(xian)然拋開成熟性不談，上述方案(an)從經濟上來講是(shi)可(ke)取的。

新一代光熱發電技術展望

固體顆粒及其儲換熱技術&超臨界二氧化碳循環

目(mu)前國內相關研(yan)究機構也在研(yan)究固體顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)儲熱介質（如鈣基熱化(hua)(hua)學(xue)儲熱顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)開(kai)發及制備(bei)方法研(yan)究、錳(meng)鐵金屬(shu)氧化(hua)(hua)物儲熱顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)、惰性顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)技術路線評估等）及對應的(de)儲換熱技術（如流化(hua)(hua)床式換熱器(qi)的(de)實(shi)驗驗證與仿真模(mo)擬(ni)、適用于(yu)固體顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)的(de)儲罐結構設計(ji)、顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)吸(xi)熱器(qi)的(de)概念設計(ji)與聯合開(kai)發、熱力(li)(li)系統概念設計(ji)與動(dong)力(li)(li)循(xun)環(huan)比選等）。

利用(yong)上(shang)述新型儲熱介質和儲換熱技術的系統(tong)工作溫度可(ke)以(yi)(yi)達到700℃左(zuo)右(you)，這就可(ke)以(yi)(yi)和二氧(yang)化碳循環相結合，以(yi)(yi)進一步提升發電效率(lv)。

而超臨界(jie)二氧化碳(S-CO2)循環技術(shu)優勢則主(zhu)要體現在三方(fang)面，

1、高效：發電效率比傳統蒸汽機組(zu)高3-5個百分點；

2、靈(ling)活(huo)：調節速率(lv)是傳(chuan)統蒸汽機組的3-4倍(bei)；

3、緊湊：透平體(ti)積(ji)是傳統蒸(zheng)汽透平的1/10。

從與光(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)結合較多來看(kan)，超(chao)臨界(jie)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(S-CO2)循環，更高效、緊湊，且所需(xu)的(de)溫度(du)為500℃~700℃，恰好是(shi)太陽能(neng)光(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)聚光(guang)集熱(re)系統(tong)(tong)應用(yong)現有(you)技(ji)術(shu)即可實現的(de)溫度(du)。系統(tong)(tong)僅(jin)需(xu)要較低(di)的(de)熱(re)量(liang)即可啟(qi)動(dong)發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)、應對(dui)負(fu)荷變(bian)化(hua)調整迅速、支持(chi)快速啟(qi)停(ting)，同時還(huan)可以(yi)節約大量(liang)水資(zi)(zi)源(yuan)，是(shi)太陽能(neng)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)在(zai)光(guang)照資(zi)(zi)源(yuan)好但水資(zi)(zi)源(yuan)緊缺(que)的(de)荒漠地區(qu)的(de)理想(xiang)選擇，是(shi)熱(re)力發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)領域(yu)的(de)重(zhong)要變(bian)革性(xing)技(ji)術(shu)。光(guang)熱(re)超(chao)臨界(jie)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)技(ji)術(shu)被評(ping)為“能(neng)源(yuan)動(dong)力領域(yu)十項重(zhong)大工程技(ji)術(shu)難題”，超(chao)臨界(jie)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳循環發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)裝(zhuang)備(bei)已列入“中國制造(zao)2025-能(neng)源(yuan)裝(zhuang)備(bei)實施(shi)方案”。

但目前看，光熱超臨界二(er)氧化(hua)碳發電(dian)(dian)商業化(hua)應用成(cheng)本仍較(jiao)高(gao)。以50MW塔式光熱超臨界二(er)氧化(hua)碳發電(dian)(dian)為例，光熱+S-CO2發電(dian)(dian)部分靜態(tai)投資約12億元(yuan)，單位靜態(tai)投資約24000元(yuan)/千瓦。

趙曉輝表示，成本降低后續可從以下幾方面入手：

1）加強與相關研究結構、主機廠(chang)家的配(pei)合(he)；可以預(yu)見當前超(chao)臨界二(er)氧化碳熔鹽儲能是(shi)首臺套(tao)新技術，設備采購成本較高；相關設備批量后(hou)，設備造價(jia)會(hui)有明(ming)顯降低。

2）采用新型換熱器(qi)(qi)技術，或者開發特殊(shu)的換熱器(qi)(qi)形式(shi)，降低投(tou)資；

3）熱力系統進(jin)一步優(you)化，特別(bie)是(shi)擴大(da)熔鹽(yan)的溫度參數范圍，減少熔鹽(yan)用(yong)量，降(jiang)低投資。

趙(zhao)曉輝最后總結表示，第三(san)代光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)工(gong)程(cheng)主(zhu)要(yao)特點是服務新型電(dian)力系統，一定層面，一定區(qu)域(yu)緩解新能(neng)源滲透率過高區(qu)域(yu)的(de)綠(lv)電(dian)消(xiao)納。技術(shu)層面則基(ji)本沿襲之前(qian)(qian)的(de)發(fa)(fa)電(dian)技術(shu)，目(mu)前(qian)(qian)尚沒(mei)有(you)新的(de)發(fa)(fa)電(dian)工(gong)藝得到應用(yong)；而更高溫(wen)度的(de)熔鹽(yan)（提高20-40℃）、熔鹽(yan)槽較為被工(gong)程(cheng)應用(yong)接受的(de)技術(shu)需要(yao)盡快驗證，以建(jian)立投資企業技術(shu)信心。至于超臨界二(er)氧化碳循環發(fa)(fa)電(dian)，顆粒吸熱(re)儲熱(re)，目(mu)前(qian)(qian)尚不具(ju)備(bei)建(jian)設200MW工(gong)程(cheng)應用(yong)的(de)條件（5MW、10MW等級系統不在此討論范圍），主(zhu)要(yao)在設備(bei)選型、裝備(bei)制造方面需要(yao)有(you)實力的(de)產業持續投入突破。