下一代聚光太阳能发电厂需要在550-750摄氏度范围内的高温流体来存储热量和发电

2019-10-18 10:09:21

下一代聚光太阳能发电厂(CSP)需要在550-750摄氏度范围内的高温流体(如熔融盐)来存储热量和发电。然而,在那些高温下,熔融盐会吞噬CSP系统的热交换器,管道和存储容器中使用的常见合金。美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的新研究旨在减轻镍基涂料对CSP工厂的腐蚀程度。

机械和热工程科学副实验室主任约翰尼·格林说:“这项研究为CSP应用提供耐腐蚀涂层可以改善这些系统的经济可行性的潜在影响使我们感到非常兴奋。”

具有低成本热存储的CSP工厂使设施能够在需要时随时供电,从而有助于提高电网的可靠性。熔融盐通常用于传热流体和热能存储,因为它们可以承受高温并将收集的太阳热保持多个小时。

要在商业上使用包含氯化钠,氯化钾和氯化镁的熔融盐混合物,储罐中的腐蚀速率必须很慢-每年少于20微米-这样一家聚光太阳能发电厂才能实现30年的使用寿命生活。

每年在腐蚀的熔融氯化物中测试的裸不锈钢合金的速度高达4,500微米。解决腐蚀问题的办法可能是由NREL的Judith Gomez-Vidal进行的研究,该研究发表在《自然材料降解》期刊上的文章“在聚光太阳能应用中用于热存储的熔融氯化物中MCrAlX涂层的耐腐蚀性”。

Gomez-Vidal将不同类型的镍基涂料(通常用于减少氧化和腐蚀)应用于不锈钢。其中一种化学式为NiCoCrAlYTa的涂层到目前为止表现出最好的性能。它将腐蚀速率限制为每年190微米-尚未达到目标,但与未涂覆的钢相比,腐蚀速率降低了96%,因此有了很大的改进。该特定涂层在24小时内被预氧化,在此期间形成了均匀且致密的氧化铝层,并用于进一步保护不锈钢免受腐蚀。

拥有博士学位的Gomez-Vidal说:“使用表面保护技术非常有希望减轻熔融盐的腐蚀,特别是对暴露于含氯蒸气的那些表面的腐蚀。” 在冶金和材料工程。“但是,CSP的腐蚀速率仍然很高。这一努力突显了太阳能应用中测试材料耐久性的重要性。要达到所需的目标腐蚀水平,还需要更多的研发工作,其中可能包括将表面保护与对熔融盐和周围大气进行化学控制。”

额外的测试将需要评估热循环下的涂层以及引入含氧气氛以增加系统的氧化电位。氧气的添加可确保形成保护性水垢,如果在操作过程中出现裂纹,则在氧气存在时可重新形成保护垢。Gomez-Vidal最近发表了其他工作,其中在样品的热循环过程中,这种氧化铝层能够在存在空气的情况下生长并保持粘附在表面上。

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