消除异种器官移植风险

作者：南方周末特约撰稿 汤波

2017-10-10     轉載自:   http://www.infzm.com/content/129500

内源性逆转录病毒失活的基因编辑猪。研究人员利用基因编辑CRISPR/Cas9技术敲除关键基因后，使得猪内源性逆转录病毒彻底丧失感染能力，扫除了异种器官移植研究的最大安全风险。（资料图/图）

（本文首发于2017年10月5日《南方周末》）

哈佛大学的丘奇团队利用基因编辑技术成功敲除猪体内潜在的病毒基因，这一结果对消除异种器官移植的安全风险具有重要意义。

2017年9月22日，《科学》杂志正式刊登了美国哈佛大学遗传学家乔治·丘奇教授团队的基因敲除猪最新研究成果，在多位中国科学家参与下，该团队利用CRISPR/Cas9技术对猪细胞内的内源逆转录病毒（PEPV）基因进行了基因编辑，使其失去感染能力，并培育出内源逆转录病毒失活的基因敲除猪。

潜在的危险

器官移植是挽救器官受损或衰竭患者的主要手段，也是现代医学的巨大成就之一，但是器官供体短缺一直是制约器官移植发展的最主要因素。

据美国器官募集和移植网络（OPTN）数据，截止到2017年9月21日，美国等待器官移植的病人有11.7万人，1-8月共完成2.3万例器官移植手术，而器官捐献数量仅为10868例。十多年来，美国每年完成器官移植手术和器官捐献的数量基本维持在同一水平，但等待器官移植的患者数量却从十五年前不足8万，增加至目前的近12万。全球其他国家也是类似情况，中国器官移植供需矛盾更加突出。

由于猪的器官大小、生理结构等与人非常相似，而且易于获得，因此猪被认为是异种器官移植的理想供体。一些科学家已将基因改造的猪器官移植到灵长类动物身上，包括心脏、肺脏和肾脏等器官，这些猪器官在灵长类动物体内最长存活时间可达900天以上，猪器官移植的人体临床试验也已在计划之中。
不过，猪体内存在很多内源性逆转录病毒基因，这些病毒基因可能是远古逆转录病毒感染猪的祖先后，残留在猪祖先基因组内，变成猪基因组中可稳定遗传的一部分。虽然目前没有临床证据表明这些病毒基因能够复活，甚至感染人类，但是还是有人担心存在这种可能。

早在二十年前，英国伦敦大学癌症研究学院的卡莱文·帕特恩等人发现猪肾脏细胞的内源性逆转录病毒基因可在体外感染共培养的人类细胞。随后，德国慕尼黑大学的研究人员也发现猪的内源性逆转录病毒基因同样可感染狒狒的细胞，因此，猪内源性逆转录病毒被认为是猪异种器官移植临床试验的最大安全风险。

乔治·丘奇教授团队2015年10月在《科学》杂志首次报道了利用CRISPR/Cas9技术，一次性敲除猪基因组中内源性逆转录病毒编码逆转录酶基因的全部62个拷贝，并证明失活的猪内源性逆转录病毒，对与猪细胞共培养的人类细胞的感染能力大幅下降，只相当于未基因编辑猪细胞的千分之一以下。

这项研究首次在细胞水平上解除了猪内源性逆转录病毒的潜在感染风险，扫除了异种器官移植的主要安全障碍，引起广泛关注，《自然》杂志以“人-猪器官移植的新时代”为题加以报道，《自然生物技术》杂志则配发“异种器官移植回来了”的新闻报道。

不到两年时间，乔治·丘奇教授团队再次在《科学》上发表了最新研究成果，不仅再次证明猪内源性逆转录病毒能感染共培养的人类细胞，而且这种猪内源性逆转录病毒还能在人类细胞之间水平转移，也就是说，在共培养条件下，猪内源性逆转录病毒可以从已感染的人类细胞转移到未接触过猪细胞的人类细胞，虽然只是这些内源性逆转录病毒的基因在转移，也没有证据表明这些病毒基因能制造出病毒颗粒，并具有致病性，但是异种器官移植过程中可能存在猪内源性逆转录病毒感染人类细胞的潜在风险，因此对于异种器官移植来说，制备猪内源性逆转录病毒基因失活的基因编辑猪显得非常必要。

基因编辑猪

乔治·丘奇教授团队对猪肾上皮细胞的基因组进行进一步分析，发现猪内源性逆转录病毒具有功能性的拷贝共有25个，即这25个拷贝中编码逆转录酶的基因较为完整，具有潜在感染能力。只要将这些逆转录酶基因所有拷贝敲除，即可使所有内源性逆转录病毒丧失移动能力而失活。

为了获得基因编辑猪，研究人员针对25个逆转录酶基因拷贝的核心区域，设计了特异性指导RNA，让这些RNA与猪胎儿成纤维细胞待一段时间后，这些RNA很快会在猪的全基因组中寻找并结合到逆转录酶基因核心区域，随后，与之相连的核酸内切酶Cas9就会剪除这一区域，这样就获得了25个逆转录酶基因拷贝均被编辑的猪胎儿成纤维细胞。之所以采用猪胎儿成纤维细胞，而非之前采用的肾上皮细胞，主要因为这种胎儿成纤维细胞是生产克隆猪的最常用细胞，从猪的皮肤组织即可分离获得，克隆效率也要比大多数其它细胞更高。

基因编辑猪细胞制备成功后，研究人员还对这些细胞进行了全基因组脱靶分析，没有发现CRISPR/Cas9基因编辑工具错误剪切猪基因组中其它位点。接下来，研究人员将这些基因编辑细胞进行核移植操作，即将这些基因编辑细胞核取出，与去核的卵母细胞融合成克隆胚胎，接着将克隆胚胎移植到代孕的母猪体内进行发育，共出生37个基因编辑克隆猪，其中15头健康存活，年龄最大的已有5个月以上了。

这些克隆猪是世界上首批内源性逆转录病毒失活的基因编辑猪。目前，研究人员已从基因编辑克隆猪体内分离出细胞，正在进行长期观察，以验证这些基因编辑克隆猪体内失活的内源性逆转录病毒是否还有没有感染能力。

这项研究8月初在线发表后同样引起媒体的广泛关注，美国《财富》、《时代》周刊、《科学美国人》、《纽约时报》、《福布斯》等媒体均加以报道。

当然，除了内源性逆转录病毒，猪的异种器官移植最为关键的技术难题在于如何避免猪的器官移植到人体后所引发的各种免疫排斥反应，科学家们在这个领域已经努力了十多年，通过将一些容易引发免疫排斥反应的猪基因敲除，同时加入一些人体基因，将猪的器官人源化，虽然取得了一定进展，但是还远没有达到临床要求，还需要更多科学家、更长时间的努力，而中国科学家正成为这一研究领域的主力军。

新的生力军

值得关注的是，在这篇《科学》杂志上发表的研究论文中，22名作者中共有16名中国科学家。

杨璐菡博士是本项研究的共同通讯作者之一，也是2015年10月《科学》杂志上猪细胞内源性逆转录病毒失活研究论文的第一作者。2015年，这位本科毕业于北京大学的80后女孩与她的博士生导师乔治·丘奇教授共同成立eGenesis生物公司，杨博士任公司首席技术官，专注于利用基因编辑技术开展猪的异种器官移植研究和开发，而成功敲除猪的内源性逆转录病毒并培育无安全风险的基因编辑猪，使得这家新进的公司一下子成为异种器官移植研究领域的领导者，同时也使异种器官移植重新得到科学家、投资者和公众的关注。2017年3月，eGenesis公司获得3800万美元投资，有望加快异种器官移植临床应用的进程。
除了杨璐菡博士，还有来自浙江大学、云南农业大学、第三军医大学、深圳市金新农科技股份有限公司的15位中国科学家参与这项创新研究。杨璐菡博士也在接受媒体采访时，表示将与中国研究机构加强合作，共同开发基因编辑猪，并推动异种器官移植临床试验。

与此同时，中国早已有多个研究机构进入猪异种器官移植研究领域。中南大学湘雅三医院王维教授团队多年来一直在开展猪胰岛细胞治疗I型糖尿病研究，截止到2017年9月8日，该团队已利用猪胰岛细胞成功治疗10位I型糖尿病患者，相关技术体系和临床方案通过了专家评审，已正式开启大规模临床试验，计划每年治疗1万名以上的I型糖尿病患者。虽然临床试验所采用的猪胰岛细胞并非经过基因改造，但是与湘雅三医院密切合作的湖南赛诺生物科技有限责任公司已培育出人源化的基因改造猪，计划不久将用于治疗糖尿病的临床研究。

南京医科大学“千人计划”特聘专家戴一凡教授团队则培育出一种人源化基因编辑猪，2017年1月，戴教授与北京同仁医院眼科中心合作，将人源化基因编辑猪角膜移植到西藏猕猴眼睛中，基因编辑猪的角膜在猕猴眼睛中存活171天，但是没有进行基因改造的猪角膜则存活157天，差异并不显著，原因可能是角膜移植本身免疫排斥较小，人源化猪角膜抗排斥优势并不明显。

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所潘登科博士团队也培育了多种人源化改造的基因编辑猪，最近与深圳大学第二人民医院、中山大学等单位合作，对一种双抗原基因敲除猪进行了抗移植排斥反应的分析，初步发现32个基因与异种移植排斥反应相关。之后，潘登科博士又利用另一种人源化克隆猪与第四军医大学和解放军总医院等单位合作，进行了猪肝脏移植到西藏猕猴体内的研究，发现异种移植后受体的细胞因子发生了重要变化，为后续异种器官移植研究奠定基础，这些研究成果均发表在《异种器官移植》杂志上。

随着内源性逆转录病毒失活基因编辑猪的诞生，异种器官移植的安全风险基本解除，下一步则需要重点攻克移植免疫排斥反应这一异种器官移植领域最大的障碍，中国科学家将与国际同行一道，为突破这一难关贡献自己的力量。

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    轉載自:  http://www.antpedia.com/news/35/n-1353035.html　

　基因修饰猪：为糖尿病人提供胰岛素

　　2016年3月，《分子细胞生物学杂志》在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学课题组的研究成果。该研究利用基因编辑技术对猪胰岛素基因进行无痕定点修饰，使猪胰岛素基因编码生产人胰岛素，成功建立了完全分泌人胰岛素的基因编辑猪。

　　人源化胰岛素基因修饰猪可为糖尿病治疗提供人胰岛素，也可为临床异种胰岛移植治疗提供更理想的供体来源。

　　据介绍，医学界目前对糖尿病的治疗广泛使用了猪源胰岛素，但由于猪胰岛素蛋白与人胰岛素蛋白存在一个氨基酸的差异，导致效用降低，长期使用也容易诱发抗体产生。

“人乳化”牛奶能大规模生产吗？

作者：南方周末特约撰稿 汤波

2017-06-05  来源：科学   轉載自:  http://www.infzm.com/content/125035

2017年4月1日，安徽省淮北市曦强乳业集团有限公司的乳品加工车间。（东方IC/图）

（本文首发于2017年6月1日《南方周末》）

利用基因工程技术使得牛奶中含有一部分人乳成分，只是“人乳化”牛奶改造的开始。未来还可能出现更加接近母乳的“人乳化”牛奶，比如将主要的人乳蛋白等人乳成分引入牛奶中，同时去除牛奶中的所有过敏源蛋白和大部分不适合人类消化吸收的乳糖、酪蛋白等牛乳成分。

6年前，中国农业大学科研人员在国际学术期刊《公共科学图书馆·综合》（PLoS ONE）上发表了一篇人溶菌酶基因工程奶牛的研究论文，意外引起英国每日电讯、美国全国广播公司、美国福克斯新闻网等数十家国际著名媒体的跟踪报道，媒体惊呼“‘人乳化’牛奶来了”。最近，同一个研究小组培育出新的基因工程奶牛，似乎向大规模工业化生产“母乳”的时代又靠近了一步。

母乳好得超乎想象

大多数婴儿出生后，多少能吃到一些母乳，以至于人们将母乳看成很平常的一种食物，甚至没有得到应有的重视和珍惜。其实，妈妈的乳汁对于婴幼儿来说，是最好的食物，除了提供婴幼儿的身体发育所需的全部营养成分之外，其它好处则超乎想象，有些好处则伴随一生。
据世界卫生组织对14项关于母乳喂养与智商相关性的研究进行统计，发现母乳喂养的孩子智商比没有母乳喂养的孩子平均提高3.5个点。2015年4月《柳叶刀全球健康》杂志对巴西近6000个新生儿进行了长达30年的跟踪研究，发现母乳喂养超过12月的孩子比低于1个月的孩子的智力平均高出3.76个点，而且月工作收入也提高了341巴西雷亚尔（约合750元人民币）。
研究显示，母乳还能显著增强婴幼儿的免疫力，大大降低儿童和青少年患上腹泻、呼吸道疾病、肥胖和糖尿病等疾病的风险，甚至能减少儿童罹患癌症的风险。据以色列海法大学的一项研究表明，母乳喂养可以将儿童罹患白血病和淋巴瘤的风险减少64%。令人惊奇的是，母乳喂养还能降低妈妈们的乳腺癌、子宫癌和糖尿病患病风险。据国际著名医学期刊《柳叶刀》报告预测，如果能将母乳喂养完全普及，每年将可挽救82万婴幼儿的生命。
母乳之所以有这么多好处，主要在于，与牛奶相比，母乳更适合婴幼儿食用和消化，还有丰富的活性成分，如多种免疫球蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶和多不饱和脂肪酸等。因此，世界卫生组织推荐纯母乳喂养时间至少6个月，并建议婴儿应当在持续母乳喂养的基础上接受补充食品直到2岁甚至更长时间。

有些宝宝 却吃不到母乳

不过遗憾的是，据《柳叶刀》报告显示，过去20年里，全球母乳喂养率并未显著提高，其中中低收入国家目前只有37%的婴儿得到6个月纯母乳喂养，而高收入国家则更低，如美国仅为20%。据国家卫生与计划生育委员会统计，目前我国纯母乳喂养率也不到30%，而城市中母乳喂养率只有16%。
据调查，年轻妈妈工作压力大是母乳喂养率低的最重要原因之一，也有的妈妈为了保持身材放弃母乳喂养，另外有些妈妈因为疾病、早产等原因奶水不足。据世界卫生组织估计，每年全球约有1500万个早产儿出生，其中约有100万个5岁以下的婴幼儿死于早产相关问题，中低收入国家早产死亡率则更高，而无法获得充足的母乳喂养是主要原因之一。
为了给这些早产儿等婴幼儿提供母乳，很多国家设立了公益性的母乳银行或母乳库，将一些哺乳期年轻妈妈捐献的母乳收集和储存，以较低成本价格提供给需要母乳的婴幼儿。美国是最早开设母乳银行的国家，从1985年设立第一家母乳银行，目前北美母乳银行联合会已有18家母乳银行，服务对象遍布全美和加拿大。广州市妇女儿童医疗中心也于2013年5月建立了中国第一家“母乳库”。但是整体来说母乳还是非常稀缺，难以满足需要。
在无法进行母乳喂养的情况下，妈妈们只能选择配方奶粉，但是婴幼儿配方奶粉在营养、功能和吸收率上均无法与母乳相比，导致缺乏母乳喂养的婴幼儿出现肥胖、体质差、易患病等一系列问题，给整个社会都带来巨大的医疗负担。

奶牛挤出“人乳”

世界卫生组织和各国卫生部门都在积极采取各种政策措施，争取到2025年将纯母乳喂养6个月的比率提高到50%以上。针对很多婴幼儿特别是早产儿无法摄入足够的母乳，科学家们也在积极努力，希望利用基因工程技术培育出奶牛新品种，大规模生产富含人乳成分的“人乳化”牛奶。
在这一研究领域，走在最前面的是荷兰科学家。2002年，荷兰法铭（Pharming）生物制药公司研究人员利用显微注射法培育出一种基因工程奶牛，其所产的牛奶中含有人乳铁蛋白，约占乳蛋白的10%，这种人乳铁蛋白与母乳中的乳铁蛋白具有相同的结构、理化性质和生物功能。在进行了一系列安全评价之后，2005年该公司向美国FDA递交了重组人乳铁蛋白上市申请，不过为了专注于基因工程家兔研究，不久主动撤回了重组人乳铁蛋白上市申请，之后该公司开发出了国际上第一个基因工程家兔生产的重组蛋白药物——重组人C1酯酶抑制剂（商品名：Ruconest），于2010年和2014年分别在欧盟和美国获准上市，目前也正在与中国医药集团合作开发新的基因工程动物医药产品。
由于基因工程奶牛制作效率低、周期长且成本高，国际上从事基因工程奶牛研发的机构和科学家并不多，中国科学家后来居上，成为该领域的领军者。荷兰法铭公司在《自然·生物技术》公布其研究成果3年之后，中国农业大学研究人员利用体细胞克隆技术相继培育出了表达水平更高的人乳铁蛋白、人α乳清白蛋白和人溶菌酶的基因工程奶牛，目前基因工程群体规模已达到三百多头。这些蛋白都是母乳中的重要蛋白质，含量也远远高于牛奶中的同类蛋白，其中人乳铁蛋白具有促进铁吸收、抗菌、提高免疫力、预防癌症等多种生理功能；人α乳清白蛋白则含有人体所需的全部必需氨基酸，能促进睡眠和神经发育，与油酸结合后还能杀死引起子宫瘤、尖锐湿疣等疾病的乳头状瘤病毒；人溶菌酶也是人乳中重要的防御因子，具有抑菌和增强免疫力等功能。
这些含有人乳蛋白的基因工程奶牛研究成果在《公共科学图书馆·综合》等学术期刊公布后，英国每日电讯、美国全国广播公司、美国福克斯新闻网等数十家国际媒体对这一研究成果进行了跟踪报道，这些媒体纷纷惊呼“人乳化”牛奶来了，在国际上引起巨大反响。
之后中国农业大学研究人员对这些“人乳化”牛奶产品进行深入的安全评价和功能评价，并对一些前期表达水平不理想的品种进行重新培育，其中新的人溶菌酶基因工程奶牛采用了新的全人源基因结构，重组人溶菌酶含量从原来每升牛奶中的不到1毫克提高到了3克，同样具有天然人溶菌酶一样的生物功能，更具产业化开发价值。该研究成果于2016年5月发表在英国《自然（Nature）》杂志子刊《科学报告（Scientific Report）》上。据中国农业大学“人乳化”牛奶项目负责人戴蕴平介绍，目前该研究团队正在进行基因工程奶牛品种选育和“人乳化”牛奶产品开发等工作，希望尽快推动“人乳化”牛奶产品上市。
除了在牛奶中引入人乳蛋白和不饱和脂肪酸之外，牛奶中还存在很多过敏源，如β乳球蛋白、αs1酪蛋白等，这些过敏蛋白在人乳中不存在或非常微量，将这些过敏源去除或减少也是牛奶“人乳化”的重要步骤。2011年中国农业大学研究人员在《细胞研究》杂志发表论文，宣布首次利用锌指酶技术将奶牛的两个β乳球蛋白基因都删除了，之后在这些奶牛所产牛奶中检测不到β乳球蛋白，这也是国际上首次培育出基因编辑奶牛，目前这些牛已经繁殖到第三代了。2012年新西兰AgResearch研究中心的科学家们另辟蹊径，利用RNA干涉技术使β乳球蛋白基因沉默而不能正常表达，也基本实现了去除牛奶中β乳球蛋白的目的，还令人意外的使牛奶的酪蛋白含量提高了不少。

“人乳化”牛奶安全吗

这些“人乳化”基因工程奶牛转入了人乳蛋白基因，在牛奶中分泌出重组人乳蛋白，与母乳中的蛋白结构和功能都是基本一致的，其安全性是不言自明的。自有人类以来，大多数婴幼儿都必须摄入富含人乳蛋白的母乳才能存活下来，可以说人类至少已有数十万年的人乳蛋白食用历史，因此食用含有人乳蛋白的“人乳化”牛奶也基本不存在安全性问题。
当然，严谨的科学家并不能依赖推理来确定“人乳化”牛奶是否可以安全食用，还需要按照相关法律法规的要求进行严格的安全检测和评价，并获得相关部门的批准才能上市销售。据戴蕴平介绍，“人乳化”牛奶经过了长期严格的安全评价，而且这些安全检测工作都是通过政府指定的权威检测机构进行，检测内容包括重组人乳蛋白会不会引起过敏，会不会对实验动物的遗传性能造成伤害，实验动物食用一个月和三个月后会不会引起中毒反应或其它不良反应。通过严格的检测，不同机构的检测结果都一致证明，含有重组人乳蛋白的“人乳化”牛奶与普通牛奶一样可以安全食用。这些检测结果也被公开发表在《药物与化学毒理学》、《食品和农业免疫学》和《中国食品卫生杂志》等国内外学术期刊上，接受国内外所有同行和读者的公开监督和评价。
与此同时，中国疾病预防控制中心和国家食品风险评估中心等机构的研究人员还对“人乳化”牛奶进行了功能检测，相继在英国《食品与功能》、《分子生物学报告》、《北京大学学报》等杂志上发表研究论文，揭示了含有人乳铁蛋白的“人乳化”牛奶或重组人乳铁蛋白能促进小鼠的生长发育，缓解小鼠的沙门氏菌感染症状，增强新生小猪的免疫能力，减少腹泻和改善缺铁性贫血。
值得一提的是，荷兰法铭公司培育的人乳铁蛋白基因工程奶牛并没有销声匿迹，而是被委托给美国加州大学戴维斯分校进行后续安全评价和功能评价，据研究人员发表在英国《食品与功能》和美国《奶牛科学杂志》等期刊上的论文显示，重组人乳铁蛋白能显著增强胃肠道功能。
可以看出，这些基因工程奶牛由于基因工程技术引入人乳中的功能蛋白，如人乳铁蛋白、人α乳清白蛋白和人溶菌酶等单一功能成分，或者采用基因编辑技术删除β乳球蛋白等过敏蛋白，使得这些牛奶含有一部分人乳成分，但是这只是“人乳化”牛奶改造的开始，未来还可能出现更加接近母乳的“人乳化”牛奶，比如通过基因工程技术将主要的人乳蛋白等人乳成分引入牛奶中，同时去除牛奶中的所有过敏源蛋白和大部分不适合人类消化吸收的乳糖、酪蛋白等牛乳成分，将奶牛改造成“母乳”生产工厂，有望为那些早产儿甚至是癌症病人提供巨大的帮助。

中国人独创的新型光热技术体系通过商业化验证

中国人独创的新型光热技术体系通过商业化验证   http://www.terasolar.com.cn

2017-12-27  轉載自:    http://www.cspplaza.com/article-11228-2.html   

　CSPPLAZA光热发电网报道：从北京向西北方驱车约260公里，在河北省张家口市张北县境内，冬日的阳光下，一座独特的光热电站闪耀在荒原之上。

　　17万平方米的类菲涅耳式聚光集热镜场，720MWh（th）的固态混凝土储热系统，15MWe的汽轮机发电系统，当这一切第一次完整地呈现在眼前的时候，任何人可能都会被其无处不在的创新设计所震撼。

　　这是由北京兆阳光热技术有限公司（以下简称兆阳光热）总承包建设的华强兆阳张家口一号太阳能热发电站。2017岁末之际，这一项目终于基本建成，完成了兆阳光热技术体系从理论到商业化验证的里程碑式发展。

　　据悉，目前，该项目聚光集热、储热岛和发电岛三大系统联调及系统试运行工作已经展开，各聚光回路正逐条进入连续运行，储热岛升温正在持续进行中，现已稳步升温至150℃，直至升温至正常运行温度约450℃。

　　兆阳光热相关负责人对CSPPLAZA记者表示，“各分系统测试现已持续进行了近一年时间，各项技术指标均达到或超过设计标准。预计该项目的建设工作将在2018年1月底前全部结束，到2018年5月可进入稳定运行阶段，实现长期连续每天24小时发电。一号电站的建设获得了华强集团的大力支持以及多家重量级合作伙伴的高度关注，力争成为中国创造在光热发电产业的成功案例。”

　　光热电站实现每天24小时持续发电并不是什么新鲜事，但这个项目的不同之处在于，这是世界上首个全面采用中国独创的完整创新型技术体系建设的太阳能热发电站，拥有完整知识产权，在全球范围内，目前，没有第二。

图：华强兆阳张家口一号光热电站鸟瞰

　　传统光热发电技术的一次彻底革新

　　1980年代，美国首次成功开启了光热电站的商业化，至今30余年过去了，光热发电技术的主流路线仍在很大程度上局限于槽式和塔式集热+熔盐储热两种，工作介质仍受限于导热油和熔盐两种，在此基础上进行革新且正在进行商业化尝试的创新型技术也并未在整体系统上进行彻底革新，而超临界二氧化碳循环等革命性技术仍在理论试验阶段。

　　穿梭于张家口一号电站其间，在约1900亩的土地上，置身于整齐排列的镜场阵列中，可以深切感受到的是，这个由中国人完全自主研发的创新型类菲涅耳光热发电技术体系已由蓝图变为现实，并实现了对传统光热发电技术的一次彻底革新。

　　该电站集热系统采用直接蒸汽发生（DSG）技术体系，以水作为循环工质，直接产生高温高压蒸汽，既可实现对汽轮机的直接推动高效发电，也可利用其高效混凝土储热系统进行储热发电，系统极为简单，无燃烧爆炸、环境污染等安全隐患，运行成熟可靠，且建设运行成本低廉。

　　据了解，这一创新型技术体系包括兆阳光热独创的双玻璃冷弯曲面镜结构、倾斜类菲涅耳高倍聚光系统设计、低成本大规模配方混凝土储热系统、土地综合利用技术、雨水自动收集系统、镜面高频次全自动清洗等多种实用化独创技术。

　　而这一技术体系的建立全部都基于可实现平价上网的最终设计目标，将传统光热发电技术在中国特殊自然环境下开发可能遇到的问题几乎全部考虑在内，并给出了独特的解决方案，在技术可靠性和投资经济性上具有强大竞争力。

　　集多种优点于一身的HLIACS镜场集热系统

　　17万平方米的聚光集热镜场在阳光的照射下蔚为壮观，其独特的结构设计抢人眼球，与槽式不同，与传统菲涅耳有异，这种东西轴倾斜阵列式类菲涅耳集热系统被兆阳光热命名为“HLIACS”。

　　HLIACS采用东西轴倾斜向阳布置方式，克服了南北轴水平线性聚光体系季节性余弦效应突出，冬夏光照差异大的重大缺陷，特别适合我国DNI资源富集在高纬度酷寒地区的国情。

　　以张北地区为例，参照8年的卫星数据及２年多的当地实测数据，兆阳光热总结整理出当地典型年光资源数据（1750kWh/m2.a），在此基础上对HLIACS、南北轴槽式及南北轴菲涅耳式聚光集热系统全年各月单位镜面累计集热管得热量进行了半小时间隔平均的积分测算，结果如下图所示：

图：不同技术路线集热场单位镜面各月累计集热管得热量的分布图

　　据兆阳光热提供的数据显示，在考虑集热管散热损失的情况下，南北轴槽式单位镜面全年累计集热管得热量约为794kWh/m2，HLIACS单位镜面全年累计集热管得热量约为786kWh/m2，两者相差约为1%，基本相当，但HLIACS各月的得热量分布相对均匀，特别是在冬季的几个月明显超过其它两种技术路线，非常有利于电站的安全稳定运行。

　　而南北轴水平菲涅耳单位镜面全年累计集热管得热量仅约为608kWh/m2，与前两者相差较大，特别是在深冬季节几个月的得热量未达到HLIACS的一半。

　　需要说明的是，由于处于北半球季风气候区的原因，张北地区6到8月份处于雨季（当地年均降水量近400毫米），夏季DNI累计较低，导致各种技术路线在该时段内集热管的得热量都较低，实际监测及运行结果也印证了这一结论。但此原因对各技术路线的单位镜面得热量月度分布差异趋势没有太大影响。

图：聚光集热场支撑结构

　　在整体结构设计方面，HLIACS仅需对集热场四周边缘区域的架空金属支撑结构进行一定的增强处理，由于集热场周边区域对内部区域形成挡风效果，经过权威检测机构的比例模型风洞试验和实际镜场的实地检测，占镜场面积绝大部分的内部镜场区域风速显著降低，从而可以在实现架空安装的同时大幅度减少内部镜场支撑结构的用钢量，显著降低建设成本。同时对于降低地面风速、保湿降尘、雨水收集、恢复植被及实现土地综合利用方面效果明显。

　　另外，HLIACS集热系统采用的跟踪传动装置为纯机械式构造，简单可靠，跟踪精度高，抗风沙，维护简单；其双玻璃冷弯微曲面镜片经济可靠，精度高，寿命长，配合小夹角二次高倍聚光设计，在实现综合聚光倍率高达150到200倍的情况下仍有较好的光学容差角度。高倍率时聚光集热效率明显提高，可有效利用低DNI强度的光照资源，弥补光照不足，特别适合我国进行大规模光热电站开发的地域、气候及光照资源特点。

　　在中国光热电站开发多风沙粉尘的自然环境中，镜面清洗尤为重要，多地的实测结果表明，在清洗间隔三周左右的情况下，镜面直射光反射率平均下降超过8%，对发电量影响巨大，清洗车的高频次高效率低成本运行成为电站正常运行和高效发电的必然需求。HLIACS聚光集热系统在结构设计中已经配套了全自动干式清洗车，无人操作、无需耗费水资源，清洗频率为隔日清洗，经过折算30年的清洗寿命测试，镜面无损伤，可实现镜面反射率平均下降值不超过1%。但平均全年清洗耗电量仅占电站年发电量的0.18%，几乎可忽略不计。

图：兆阳光热全自动清洗车

　　混凝土储热在全球范围内的首次商业化应用

　　长期以来，着眼于更低成本、更安全可靠的储能技术发展目标，全球范围内多家科研机构和企业都对固态混凝土储热这一技术进行了研发试验，但却未能有一个固态混凝土储热系统投入商业化运行。

作为兆阳光热技术体系的另一大创新点，其为该项目配置的独特的14小时配方混凝土储热系统已经建成，实现了混凝土储热技术在全球范围内的首次商业化应用。

　　远远望去，这个储热系统就像一座大楼，但却是一座“实心”建筑，系统整体由兆阳光热研发的配方混凝土逐层浇铸而成，外部采用整体保温方式保温。

　　该储热系统的最高有效储热容量达720MWh（th），设计压力为16MPa，长期运行条件下最高可耐550℃高温，设计工作温度450℃。

　　据介绍，该固态混凝土储热系统具有储热介质材料性能环保、总体造价低廉、结构稳固可靠、无冻堵分解隐患、热力学性能稳定、运行管理简单安全等优点，可实现24小时连续发电，对气候和光照条件依赖性低，在热量存满后如果出现长期连续阴雨雪天的极端情况，在不需要外部加热保温的情况下，还能够实现低负荷连续发电7天以上，确保电站的连续稳定运行。

图：已完工的配方混凝土储热系统

　　该混凝土储热系统的专利研发、总体设计及施工管理均由兆阳光热自行完成，系统综合换热储热和蒸汽发生功能于一体，集热系统产出的高温蒸汽直接进入该储热系统换热以存储热量，或由水直接通入该储热系统产生高温蒸汽以释放热量。

　　其专有技术专利的配方混凝土具有成本低，导热性能良好，比热容高，密度高，膨胀系数匹配性好，高温强度高，常年反复热循环使用条件下寿命长，可泵送，便于高效连续施工等特点，经过多年实验验证及第三方权威检测机构验证，完全可以满足光热电站储热系统的设计要求，并可推广至更多热能存储应用领域，发展前景广阔。相比传统熔盐储热系统对维温防凝的严格要求，该混凝土储热系统具有显著优势。

　　行业内的一般观点认为，混凝土储热技术的最大问题在于换热效率较低，而据了解，兆阳光热经过多年反复试验开发的专有增强换热结构可靠、经济、寿命长，适合大规模生产应用，成功解决了这个难题。

　　为验证此储热系统中最关键的综合换热系数指标，以已蒸干游离水的混凝土储热系统作为测试对象，兆阳光热已经进行了系统性的换热能力测试试验，结果表明，其实测换热性能指标与设计计算结果一致，完全能够满足各种工况条件下的储热、放热工艺需求，标志着兆阳光热混凝土储热技术体系已具备大规模推广条件。

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　　在光热行业普遍将水这种传热工质“弃之不用”的大环境下，兆阳光热选择了水；在光热行业对熔盐储热青睐有加的大背景下，兆阳光热选择了混凝土。水和混凝土，两种极其易得且廉价的材料，却成为了兆阳光热体系的关键工质选择，并在此基础上构建了兆阳光热的独特技术体系。

　　一切看起来都是那么地与众不同，但和众多悬于空中楼阁的创新技术不同的是，这一切的不同都源自兆阳光热十多年来对光热技术的持续研究和全方位的分项系统性能验证。自2006年至今，这一技术体系经历了从理论到小试、再到中试，再到今天的15MWe商业化示范电站的稳健发展，并最终成功商业化。

　　这也是近些年来，在全球范围内唯一一个由中国人独创的真正实现商业化“落地”的完整的创新型光热技术体系。其彻底革新了传统的光热技术，也将对现有的光热技术和行业发展产生重大影响。

　　今天，通过华强兆阳张家口一号15MW示范电站的成功建设，兆阳光热技术体系的可行性已经获得初步验证。但，我们的问题还有很多，兆阳光热技术体系为何独辟蹊径？HLIACS镜场集热系统到底是一个什么样的设计？水蒸汽工质如何实现传热储热？混凝土储热系统如何实现高效储放热？如何保证电站系统长期连续可靠运行？雨水收集及综合应用的意义何在？兆阳光热技术体系的经济性究竟如何？CSPPLAZA将在近期予以连续深度报道，敬请关注。

关于兆阳光热：北京兆阳光热技术有限公司依托其十多年来的技术研发，经过数年的小试中试，最终形成了一套完整独特的专利技术体系，并具备了电站设计、建设、调试和运行能力。兆阳光热目前获得国内专利授权100项，获得国际专利授权12项，并已具备电力行业新能源发电、变电工程、送电工程、火力发电（含核电站常规岛设计）和建筑行业（建筑工程）等工程设计资质，以及工程勘察工程测量、电力工程施工总承包、建筑工程施工总承包等系列资质。

在首批光热示范项目中，目前采用兆阳光热类菲涅耳技术体系的项目有两个，包括华强兆阳能源有限公司张家口水工质类菲涅耳式5万千瓦光热发电项目和中信张北新能源开发有限公司水工质类菲涅耳式5万千瓦光热发电项目。该15MW项目的成功建设为这两大示范项目的开发奠定了坚实基础，预计未来将有更多光热项目采用兆阳光热技术体系。

九格能源研发出智能高温光热太阳能发电系统

2015-7-28  轉載自:
 http://www.cspplaza.com/article-5487-1.html

CSPPLAZA光热发电网讯：近日，九格能源科技（天津）有限公司（简称九格能源）开发的新一代智能高温光热太阳能发电系统的示范系统成功投入运行。

　　据九格能源方面介绍，该系统的核心装备为九格能源自主研发的抗老化光学镜片和纳米级真空集热管，根据试运行效果显示，该系统运行温度可以达到1000摄氏度，相比传统光热发电技术发电效率可提高20%~30%，发电成本可降低20%~30%。

　　据了解，该系统由光热采集区、储能区、换热区以及阶梯式发电区四部分组成，具有以下几大特点：

图：九格能源示范项目现场

　　1、系统光热采集区的设备安装材料均由九格能源自主研制生产，采用简单的模块插接模式，无需专业队伍施工，相比传统光热发电技术可大大缩短工程周期。

　　2、整个光热面板在运行时可180度旋转，追踪直射阳光，最高集热可达1000多摄氏度。

　　3、自主研发的光学镜片抗老化程度高，透光率高达93%。

　　4、配置固体储热系统，采用了纳米级真空集热管输送热能。

　　5、集热镜面可达到全年无尘，采用智能无水清洁模式。不但保证了稳定集热，还可有效减少风沙侵蚀带来的材料损耗。 

　　6、使用汽轮机、螺杆机、热磁机进行阶梯式发电，采用无缝并网技术入网。

　　7、系统投资成本低，发电效率高，应用领域较广，零污染。

　　据九格能源介绍，该公司产品针对沙漠戈壁地区风沙大、干旱缺水、地质环境差等做出特定设计，可应用于外太空、国防、工业、民用、海水淡化等领域。另外，公司在以自主研发团队为核心的基础上，不断在菲涅尔透镜、水泥储热、光谱选择吸收、路由逆变等自主知识产权方面取得创新，在太阳能光热领域取得了建设性突破。