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氯化物熔鹽有望助力儲熱型光熱發電技術加快實現5美分/kWh目標
發布者:admin | 來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 7463查看 | 2022-02-16 20:18:04    

作為當前發展較為成熟的一種大規模長時儲熱技術,熔鹽儲熱系統正成為全球當前在建光熱發電項目的標準配置,但目前已建和在建項目多采用二元硝酸鹽,氯化物鹽等具有更高運行溫度的材料進入商業化應用仍需進一步技術攻關......


CSPPLAZA光熱發電網報道:為了(le)鼓勵光熱(re)(re)(re)發電(dian)行(xing)業(ye)進(jin)一(yi)步發展,并實現(xian)5美分/kWh的能(neng)源成本(ben)目標,近年來美國能(neng)源部(bu)(DOE)啟動了(le)名(ming)為“Gen3 CSP”(第三代高(gao)溫聚光太(tai)陽能(neng)發電(dian))的研(yan)究項目,以(yi)探索(suo)固體顆粒(li)、液體、氣體三種途徑作為光熱(re)(re)(re)發電(dian)系統傳儲熱(re)(re)(re)介質的應(ying)用潛力。


其中,液體路(lu)徑由美(mei)國國家可(ke)再生能(neng)(neng)源實(shi)驗室NREL牽頭,正(zheng)在研究解決使用(yong)液態熔鹽進行(xing)能(neng)(neng)量傳輸和儲存(cun)有關的若干挑戰。


來自NREL、負(fu)責(ze)熱(re)能科學(xue)和(he)技術研究的(de)Craig Turchi表(biao)示,熔鹽是傳熱(re)和(he)儲熱(re)材(cai)料的(de)理(li)想選擇,因為其在高溫(wen)下可以變(bian)成液體,從而可被泵送至管道和(he)熱(re)交換器中進行熱(re)量傳輸,但一些實際挑(tiao)戰仍然存在,而這就是當前NREL研究的(de)重點(dian)。


挑戰1:解決儲罐設計問題以保持其溫度


雖(sui)然(ran)易于(yu)流動,但熔鹽也會腐蝕與其(qi)接觸的(de)儲罐和(he)(he)管(guan)道。Craig Turchi表示:“早(zao)期人們普遍認(ren)為熔鹽的(de)腐蝕性會是其(qi)能否(fou)得到應用的(de)關(guan)鍵,事實上我(wo)們已(yi)基本上解(jie)決了這個問題(ti)。NREL和(he)(he)合作伙伴在鹽化學方(fang)面做了很多科學研究——如何純化它(ta),如何通過(guo)化學控(kong)制的(de)方(fang)法使其(qi)相對沒有腐蝕性等(deng)等(deng),我(wo)們已(yi)經(jing)在實驗室(shi)中證明(ming)了這些。”



因(yin)此(ci),腐(fu)蝕(shi)性并(bing)不是使用熔鹽的(de)(de)最大問(wen)題。相反,更大的(de)(de)挑戰在(zai)于實現高(gao)效發電廠所(suo)需的(de)(de)非(fei)(fei)常(chang)高(gao)的(de)(de)溫度。熔鹽的(de)(de)能量密度需要(yao)配置相對較大且非(fei)(fei)常(chang)昂貴的(de)(de)儲罐,并(bing)且必須要(yao)防止熔鹽在(zai)管道中(zhong)凍(dong)結。


Craig Turchi指出,關鍵在于如何隔離(li)系統。Craig Turchi介紹道:“我們已經(jing)進行了測試(shi)以(yi)(yi)顯示哪(na)些材料(liao)(liao)可以(yi)(yi)工作,但還沒有實際建設一(yi)個儲罐(guan)來證明它們確實可以(yi)(yi)。我們設計的是(shi)一(yi)個鋼制儲罐(guan),但鑒于目前儲罐(guan)是(shi)采(cai)用外部絕(jue)(jue)緣(yuan),而我們提議(yi)采(cai)用內(nei)部絕(jue)(jue)緣(yuan)以(yi)(yi)保護鋼材料(liao)(liao)。”


圖:NREL原型儲罐擬建場(chang)址


據悉,DOE已授予NREL 200萬美元,用于(yu)(yu)建(jian)造一(yi)個可適用于(yu)(yu)熔(rong)融氯化物熔(rong)鹽的原型儲(chu)罐,以進一(yi)步(bu)評估其裝滿熔(rong)鹽時的完整性。該儲(chu)罐目前正(zheng)在建(jian)造中,將在NREL科(ke)羅(luo)拉多州Golden校區上(shang)方的臺(tai)地上(shang)運(yun)行。


挑戰2:選擇更加合適的熔鹽


熔鹽種類有(you)很多,因此NREL主(zhu)導(dao)的(de)Gen3 CSP液體路(lu)徑研(yan)究(jiu)的(de)重(zhong)要(yao)工作(zuo)內容之一是(shi):選擇(ze)和試驗新(xin)的(de)熔鹽。常用的(de)二元硝酸鹽一旦(dan)到達(da)一定(ding)溫度便會出現降(jiang)解現象,希望(wang)達(da)到更(geng)高運行(xing)溫度以(yi)為更(geng)加高效(xiao)的(de)發電系統實現更(geng)高能量轉換的(de)NREL團隊最終把探索目標轉向了(le)氯化物熔鹽。


NREL研究員Youyang Zhao過去三年一直在為(wei)Gen3 CSP液(ye)體路徑項目研究鹽(yan)化(hua)學,據(ju)其介紹,他致力于降低(di)工業鹽(yan)的(de)(de)雜質含量,通過優化(hua)鹽(yan)的(de)(de)成分(fen)來降低(di)鹽(yan)的(de)(de)熔點,而更低(di)的(de)(de)熔點也意味著對材料(liao)能有(you)更多的(de)(de)研究時間,也正是(shi)他的(de)(de)研究促使團隊最終決定建(jian)設(she)新的(de)(de)氯化(hua)物熔鹽(yan)儲罐。


Youyang Zhao表示:“我們(men)正在將基礎科學(xue)與未來(lai)工程聯系起來(lai),我不是(shi)在創建組件設計,而(er)是(shi)試圖通(tong)過探尋化學(xue)和(he)材料等基礎知識來(lai)為人們(men)設計更(geng)好的系統提供有(you)效信(xin)息依(yi)據(ju)。”


挑戰3:支持Gen3液體路徑研究的電化學方法


作為NREL的(de)無機化(hua)學專家,Kerry Rippy及其團隊也(ye)一直在通過(guo)電化(hua)學領域研究支(zhi)持Gen3 CSP液體路徑研發項目。


在(zai)實驗室里,她(ta)的(de)團隊探(tan)索(suo)并演示了(le)去除(chu)熔融氯鹽(yan)中(zhong)腐蝕性雜質的(de)電(dian)化(hua)學方(fang)法。現(xian)在(zai),他們正在(zai)與威斯康(kang)星大學繼續這項(xiang)工作,以證明純化(hua)的(de)熔融氯化(hua)物鹽(yan)在(zai)流(liu)經(jing)模擬工業系統的(de)放大原型時的(de)可(ke)靠性。


此(ci)外,Kerry Rippy也在(zai)(zai)支持氯鹽(yan)儲罐的(de)測(ce)試(shi)項目。由(you)于可安全(quan)儲存(cun)熔融氯鹽(yan)的(de)材料成(cheng)本高昂(ang),該團隊正在(zai)(zai)研究新材料,以滿足(zu)在(zai)(zai)不同(tong)溫度下大規模(mo)儲存(cun)熔鹽(yan)的(de)需要(一次最多可儲存(cun)足(zu)夠(gou)系統(tong)10小(xiao)時(shi)使用(yong)的(de)容量)。同(tong)時(shi),Rippy正在(zai)(zai)幫助開發罐內的(de)電化學傳感器,以在(zai)(zai)實驗過程中(zhong)監測(ce)鹽(yan)的(de)純度。


Rippy表(biao)示,為(wei)了光熱發(fa)電及其它一(yi)些領域的(de)發(fa)展進步,熔(rong)融氯化(hua)物熔(rong)鹽的(de)應用(yong)研究值得進一(yi)步探索,該研究有多種潛在的(de)應用(yong)價值,比(bi)如有利于太陽(yang)能燃(ran)料的(de)合成、可以實現高溫燃(ran)料電池(chi)等,此外核工業領域對這項研究也非(fei)常感興趣(qu)。


Craig Turchi對此也表示認同,據其介紹,核工業領域(yu)目前正在開發“第(di)四代(dai)”反應堆,其中一(yi)些也會使用熔融氯化物熔鹽。而NREL即(ji)將進行的儲(chu)罐測試(shi)的結果有望降低許多能源行業的儲(chu)罐制(zhi)造成本。


附(fu)英(ying)文(wen)報道鏈接://helioscsp.com/molten-salts-can-melt-down-the-price-of-concentrated-solar-power-plus-storage/

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