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作為當前發(fā)展較為成熟的一種大規(guī)模長時儲熱技術，熔鹽儲熱系統(tǒng)正成為全球當前在建光熱發(fā)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(yè)化應用仍需進一步技術攻關......

CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：為了鼓勵光熱發(fā)電行業(yè)進一步發(fā)展，并實現(xiàn)5美分/kWh的能源成本目標，近年來美國能源部（DOE）啟動了名為“Gen3 CSP”(第三代高溫聚光太陽能發(fā)電)的研究項目，以探索固體顆粒、液體、氣體三種途徑作為光熱發(fā)電系統(tǒng)傳儲熱介質(zhì)的應用潛力。

其中，液體路徑由美國國家可再生能源實驗室NREL牽頭，正在研究解決使用液態(tài)熔鹽進行能量傳輸和儲存有關的若干挑戰(zhàn)。

來自NREL、負責熱能科學和技術研究的Craig Turchi表示，熔鹽是傳熱和儲熱材料的理想選擇，因為其在高溫下可以變成液體，從而可被泵送至管道和熱交換器中進行熱量傳輸，但一些實際挑戰(zhàn)仍然存在，而這就是當前NREL研究的重點。

挑戰(zhàn)1：解決儲罐設計問題以保持其溫度

雖然易于流動，但熔鹽也會腐蝕與其接觸的儲罐和管道。Craig Turchi表示：“早期人們普遍認為熔鹽的腐蝕性會是其能否得到應用的關鍵，事實上我們已基本上解決了這個問題。NREL和合作伙伴在鹽化學方面做了很多科學研究——如何純化它，如何通過化學控制的方法使其相對沒有腐蝕性等等，我們已經(jīng)在實驗室中證明了這些?！?/p>

因此，腐蝕性并不是使用熔鹽的最大問題。相反，更大的挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)高效發(fā)電廠所需的非常高的溫度。熔鹽的能量密度需要配置相對較大且非常昂貴的儲罐，并且必須要防止熔鹽在管道中凍結(jié)。

Craig Turchi指出，關鍵在于如何隔離系統(tǒng)。Craig Turchi介紹道：“我們已經(jīng)進行了測試以顯示哪些材料可以工作，但還沒有實際建設一個儲罐來證明它們確實可以。我們設計的是一個鋼制儲罐，但鑒于目前儲罐是采用外部絕緣，而我們提議采用內(nèi)部絕緣以保護鋼材料。”

圖：NREL原型儲罐擬建場址

據(jù)悉，DOE已授予NREL 200萬美元，用于建造一個可適用于熔融氯化物熔鹽的原型儲罐，以進一步評估其裝滿熔鹽時的完整性。該儲罐目前正在建造中，將在NREL科羅拉多州Golden校區(qū)上方的臺地上運行。

挑戰(zhàn)2：選擇更加合適的熔鹽

熔鹽種類有很多，因此NREL主導的Gen3 CSP液體路徑研究的重要工作內(nèi)容之一是：選擇和試驗新的熔鹽。常用的二元硝酸鹽一旦到達一定溫度便會出現(xiàn)降解現(xiàn)象，希望達到更高運行溫度以為更加高效的發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)更高能量轉(zhuǎn)換的NREL團隊最終把探索目標轉(zhuǎn)向了氯化物熔鹽。

NREL研究員Youyang Zhao過去三年一直在為Gen3 CSP液體路徑項目研究鹽化學，據(jù)其介紹，他致力于降低工業(yè)鹽的雜質(zhì)含量，通過優(yōu)化鹽的成分來降低鹽的熔點，而更低的熔點也意味著對材料能有更多的研究時間，也正是他的研究促使團隊最終決定建設新的氯化物熔鹽儲罐。

Youyang Zhao表示：“我們正在將基礎科學與未來工程聯(lián)系起來，我不是在創(chuàng)建組件設計，而是試圖通過探尋化學和材料等基礎知識來為人們設計更好的系統(tǒng)提供有效信息依據(jù)?！?/p>

挑戰(zhàn)3：支持Gen3液體路徑研究的電化學方法

作為NREL的無機化學專家，Kerry Rippy及其團隊也一直在通過電化學領域研究支持Gen3 CSP液體路徑研發(fā)項目。

在實驗室里，她的團隊探索并演示了去除熔融氯鹽中腐蝕性雜質(zhì)的電化學方法?，F(xiàn)在，他們正在與威斯康星大學繼續(xù)這項工作，以證明純化的熔融氯化物鹽在流經(jīng)模擬工業(yè)系統(tǒng)的放大原型時的可靠性。

此外，Kerry Rippy也在支持氯鹽儲罐的測試項目。由于可安全儲存熔融氯鹽的材料成本高昂，該團隊正在研究新材料，以滿足在不同溫度下大規(guī)模儲存熔鹽的需要（一次最多可儲存足夠系統(tǒng)10小時使用的容量）。同時，Rippy正在幫助開發(fā)罐內(nèi)的電化學傳感器，以在實驗過程中監(jiān)測鹽的純度。

Rippy表示，為了光熱發(fā)電及其它一些領域的發(fā)展進步，熔融氯化物熔鹽的應用研究值得進一步探索，該研究有多種潛在的應用價值，比如有利于太陽能燃料的合成、可以實現(xiàn)高溫燃料電池等，此外核工業(yè)領域?qū)@項研究也非常感興趣。

Craig Turchi對此也表示認同，據(jù)其介紹，核工業(yè)領域目前正在開發(fā)“第四代”反應堆，其中一些也會使用熔融氯化物熔鹽。而NREL即將進行的儲罐測試的結(jié)果有望降低許多能源行業(yè)的儲罐制造成本。

附英文報道鏈接：https://helioscsp.com/molten-salts-can-melt-down-the-price-of-concentrated-solar-power-plus-storage/