作為當(dāng)前發(fā)展較為成熟的一種大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱技術(shù)，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)正成為全球當(dāng)前在建光熱發(fā)電項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)配置，但目前已建和在建項(xiàng)目多采用二元硝酸鹽，氯化物鹽等具有更高運(yùn)行溫度的材料進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用仍需進(jìn)一步技術(shù)攻關(guān)......

CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：為了鼓勵(lì)光熱發(fā)電行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)5美分/kWh的能源成本目標(biāo)，近年來(lái)美國(guó)能源部（DOE）啟動(dòng)了名為“Gen3 CSP”(第三代高溫聚光太陽(yáng)能發(fā)電)的研究項(xiàng)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(chǔ)熱介質(zhì)的應(yīng)用潛力。

其中，液體路徑由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL牽頭，正在研究解決使用液態(tài)熔鹽進(jìn)行能量傳輸和儲(chǔ)存有關(guān)的若干挑戰(zhàn)。

來(lái)自NREL、負(fù)責(zé)熱能科學(xué)和技術(shù)研究的Craig Turchi表示，熔鹽是傳熱和儲(chǔ)熱材料的理想選擇，因?yàn)槠湓诟邷叵驴梢宰兂梢后w，從而可被泵送至管道和熱交換器中進(jìn)行熱量傳輸，但一些實(shí)際挑戰(zhàn)仍然存在，而這就是當(dāng)前NREL研究的重點(diǎn)。

挑戰(zhàn)1：解決儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)問(wèn)題以保持其溫度

雖然易于流動(dòng)，但熔鹽也會(huì)腐蝕與其接觸的儲(chǔ)罐和管道。Craig Turchi表示：“早期人們普遍認(rèn)為熔鹽的腐蝕性會(huì)是其能否得到應(yīng)用的關(guān)鍵，事實(shí)上我們已基本上解決了這個(gè)問(wèn)題。NREL和合作伙伴在鹽化學(xué)方面做了很多科學(xué)研究——如何純化它，如何通過(guò)化學(xué)控制的方法使其相對(duì)沒(méi)有腐蝕性等等，我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中證明了這些。”

因此，腐蝕性并不是使用熔鹽的最大問(wèn)題。相反，更大的挑戰(zhàn)在于實(shí)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(duì)較大且非常昂貴的儲(chǔ)罐，并且必須要防止熔鹽在管道中凍結(jié)。

Craig Turchi指出，關(guān)鍵在于如何隔離系統(tǒng)。Craig Turchi介紹道：“我們已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)試以顯示哪些材料可以工作，但還沒(méi)有實(shí)際建設(shè)一個(gè)儲(chǔ)罐來(lái)證明它們確實(shí)可以。我們?cè)O(shè)計(jì)的是一個(gè)鋼制儲(chǔ)罐，但鑒于目前儲(chǔ)罐是采用外部絕緣，而我們提議采用內(nèi)部絕緣以保護(hù)鋼材料?！?/p>

圖：NREL原型儲(chǔ)罐擬建場(chǎng)址

據(jù)悉，DOE已授予NREL 200萬(wàn)美元，用于建造一個(gè)可適用于熔融氯化物熔鹽的原型儲(chǔ)罐，以進(jìn)一步評(píng)估其裝滿熔鹽時(shí)的完整性。該儲(chǔ)罐目前正在建造中，將在NREL科羅拉多州Golden校區(qū)上方的臺(tái)地上運(yùn)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(dǎo)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(yàn)新的熔鹽。常用的二元硝酸鹽一旦到達(dá)一定溫度便會(huì)出現(xiàn)降解現(xiàn)象，希望達(dá)到更高運(yùn)行溫度以為更加高效的發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高能量轉(zhuǎn)換的NREL團(tuán)隊(duì)最終把探索目標(biāo)轉(zhuǎn)向了氯化物熔鹽。

NREL研究員Youyang Zhao過(guò)去三年一直在為Gen3 CSP液體路徑項(xiàng)目研究鹽化學(xué)，據(jù)其介紹，他致力于降低工業(yè)鹽的雜質(zhì)含量，通過(guò)優(yōu)化鹽的成分來(lái)降低鹽的熔點(diǎn)，而更低的熔點(diǎn)也意味著對(duì)材料能有更多的研究時(shí)間，也正是他的研究促使團(tuán)隊(duì)最終決定建設(shè)新的氯化物熔鹽儲(chǔ)罐。

Youyang Zhao表示：“我們正在將基礎(chǔ)科學(xué)與未來(lái)工程聯(lián)系起來(lái)，我不是在創(chuàng)建組件設(shè)計(jì)，而是試圖通過(guò)探尋化學(xué)和材料等基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)為人們?cè)O(shè)計(jì)更好的系統(tǒng)提供有效信息依據(jù)。”

挑戰(zhàn)3：支持Gen3液體路徑研究的電化學(xué)方法

作為NREL的無(wú)機(jī)化學(xué)專家，Kerry Rippy及其團(tuán)隊(duì)也一直在通過(guò)電化學(xué)領(lǐng)域研究支持Gen3 CSP液體路徑研發(fā)項(xiàng)目。

在實(shí)驗(yàn)室里，她的團(tuán)隊(duì)探索并演示了去除熔融氯鹽中腐蝕性雜質(zhì)的電化學(xué)方法?，F(xiàn)在，他們正在與威斯康星大學(xué)繼續(xù)這項(xiàng)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(shí)的可靠性。

此外，Kerry Rippy也在支持氯鹽儲(chǔ)罐的測(cè)試項(xiàng)目。由于可安全儲(chǔ)存熔融氯鹽的材料成本高昂，該團(tuán)隊(duì)正在研究新材料，以滿足在不同溫度下大規(guī)模儲(chǔ)存熔鹽的需要（一次最多可儲(chǔ)存足夠系統(tǒng)10小時(shí)使用的容量）。同時(shí)，Rippy正在幫助開發(fā)罐內(nèi)的電化學(xué)傳感器，以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)鹽的純度。

Rippy表示，為了光熱發(fā)電及其它一些領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步，熔融氯化物熔鹽的應(yīng)用研究值得進(jìn)一步探索，該研究有多種潛在的應(yīng)用價(jià)值，比如有利于太陽(yáng)能燃料的合成、可以實(shí)現(xiàn)高溫燃料電池等，此外核工業(yè)領(lǐng)域?qū)@項(xiàng)研究也非常感興趣。

Craig Turchi對(duì)此也表示認(rèn)同，據(jù)其介紹，核工業(yè)領(lǐng)域目前正在開發(fā)“第四代”反應(yīng)堆，其中一些也會(huì)使用熔融氯化物熔鹽。而NREL即將進(jìn)行的儲(chǔ)罐測(cè)試的結(jié)果有望降低許多能源行業(yè)的儲(chǔ)罐制造成本。

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