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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(wei)了鼓勵光(guang)熱(re)發電(dian)行(xing)業進一步發展(zhan)，并(bing)實(shi)現5美分/kWh的能(neng)源成本目(mu)標，近年來美國能(neng)源部（DOE）啟動了名為(wei)“Gen3 CSP”(第三代高溫聚光(guang)太陽能(neng)發電(dian))的研究項(xiang)目(mu)，以探索固體(ti)顆粒(li)、液體(ti)、氣體(ti)三種途徑作(zuo)為(wei)光(guang)熱(re)發電(dian)系統傳儲熱(re)介(jie)質的應用潛力。

其中，液(ye)體路徑由美國(guo)國(guo)家可再生能(neng)源(yuan)實(shi)驗室(shi)NREL牽頭，正在研究解(jie)決使用液(ye)態熔(rong)鹽進行能(neng)量傳輸和儲存(cun)有關的若干挑(tiao)戰。

來自(zi)NREL、負責熱能科學和技(ji)術研究(jiu)的Craig Turchi表示，熔鹽(yan)是傳熱和儲熱材料的理想選擇，因為其在高溫下可(ke)以變成液體，從而可(ke)被泵送至管道和熱交換(huan)器(qi)中進行熱量傳輸，但一些實際挑(tiao)戰(zhan)仍(reng)然存在，而這就是當前NREL研究(jiu)的重(zhong)點。

挑戰1：解決儲罐設計問題以保持其溫度

雖然(ran)易(yi)于流動，但熔鹽(yan)也(ye)會腐蝕(shi)與其接觸(chu)的儲罐和(he)管道(dao)。Craig Turchi表示：“早期人們普遍(bian)認為熔鹽(yan)的腐蝕(shi)性(xing)(xing)會是其能否得到應用的關鍵，事(shi)實上我們已基本上解(jie)決了(le)這(zhe)個問題(ti)。NREL和(he)合(he)作伙(huo)伴(ban)在鹽(yan)化學方面做了(le)很多科(ke)學研究——如何純化它，如何通過化學控制的方法使其相對(dui)沒有腐蝕(shi)性(xing)(xing)等(deng)等(deng)，我們已經在實驗室中證明了(le)這(zhe)些。”

因此，腐蝕性(xing)并不是(shi)使用(yong)熔鹽的最大(da)問題。相反(fan)，更大(da)的挑戰在于實現高效發電廠所需(xu)的非常高的溫度(du)。熔鹽的能(neng)量(liang)密度(du)需(xu)要配置(zhi)相對較大(da)且(qie)非常昂貴的儲罐，并且(qie)必須要防(fang)止熔鹽在管道中凍結。

Craig Turchi指出，關鍵在(zai)于如(ru)何隔離系(xi)統(tong)。Craig Turchi介(jie)紹道：“我(wo)們已經進行了測試(shi)以(yi)顯示哪(na)些材(cai)料可(ke)以(yi)工作，但還沒有(you)實(shi)際建設一(yi)(yi)個(ge)儲罐來(lai)證明(ming)它(ta)們確實(shi)可(ke)以(yi)。我(wo)們設計的是一(yi)(yi)個(ge)鋼制儲罐，但鑒(jian)于目前儲罐是采(cai)用外部絕緣，而我(wo)們提議采(cai)用內部絕緣以(yi)保護(hu)鋼材(cai)料。”

圖：NREL原型儲罐擬建場址

據悉，DOE已(yi)授予(yu)NREL 200萬美元，用(yong)于(yu)建造一(yi)個可適用(yong)于(yu)熔融氯化物熔鹽(yan)的原(yuan)型儲罐，以進一(yi)步評(ping)估其裝(zhuang)滿熔鹽(yan)時的完整性。該(gai)儲罐目(mu)前正在建造中，將在NREL科(ke)羅(luo)拉多州Golden校區上方的臺(tai)地(di)上運行。

挑戰2：選擇更加合適的熔鹽

熔鹽(yan)種類有很多，因(yin)此NREL主導的Gen3 CSP液體路徑研究的重要工作內(nei)容之一(yi)(yi)是：選擇和(he)試驗新的熔鹽(yan)。常用的二元硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)一(yi)(yi)旦(dan)到達一(yi)(yi)定溫度便會(hui)出現降解現象，希望達到更高(gao)運行溫度以為(wei)更加(jia)高(gao)效的發電系統實現更高(gao)能(neng)量轉(zhuan)換的NREL團隊(dui)最(zui)終把探索目標轉(zhuan)向了(le)氯化(hua)物熔鹽(yan)。

NREL研(yan)(yan)究(jiu)員Youyang Zhao過去(qu)三年一直在為Gen3 CSP液(ye)體(ti)路(lu)徑項目研(yan)(yan)究(jiu)鹽(yan)(yan)(yan)化學，據(ju)其介紹，他致力于降(jiang)低(di)(di)工業(ye)鹽(yan)(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)含(han)量，通過優(you)化鹽(yan)(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)成分(fen)來(lai)降(jiang)低(di)(di)鹽(yan)(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)熔點，而更(geng)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)熔點也意(yi)味著對材(cai)料能(neng)有更(geng)多的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)時間(jian)，也正是他的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)促使(shi)團(tuan)隊最終決定建設(she)新的(de)(de)(de)(de)氯(lv)化物熔鹽(yan)(yan)(yan)儲罐。

Youyang Zhao表(biao)示：“我(wo)們正(zheng)在(zai)將基(ji)礎(chu)科學(xue)與未來(lai)(lai)(lai)工程聯系起來(lai)(lai)(lai)，我(wo)不是在(zai)創建(jian)組件設計(ji)，而是試圖通過探(tan)尋化學(xue)和材料等基(ji)礎(chu)知(zhi)識來(lai)(lai)(lai)為人們設計(ji)更好(hao)的系統提(ti)供有效信息依據。”

挑戰3：支持Gen3液體路徑研究的電化學方法

作為NREL的無機(ji)化(hua)學專(zhuan)家(jia)，Kerry Rippy及其團隊也一直在通過(guo)電化(hua)學領域研(yan)究(jiu)支持Gen3 CSP液體路徑研(yan)發項(xiang)目。

在(zai)實驗室里(li)，她的團隊探索(suo)并演示了去除熔融(rong)氯(lv)鹽中腐蝕性(xing)雜質的電(dian)化學(xue)方法。現在(zai)，他(ta)們(men)正(zheng)在(zai)與威斯康星大(da)學(xue)繼續這(zhe)項工作，以證明純化的熔融(rong)氯(lv)化物鹽在(zai)流經模擬工業系統的放大(da)原型時的可靠性(xing)。

此外，Kerry Rippy也在(zai)支持氯(lv)鹽(yan)(yan)儲(chu)罐的測(ce)(ce)試項目(mu)。由于可安全儲(chu)存熔融氯(lv)鹽(yan)(yan)的材料成本高昂，該團隊正在(zai)研究新材料，以滿(man)足(zu)在(zai)不同溫(wen)度下大規模儲(chu)存熔鹽(yan)(yan)的需(xu)要（一次最多可儲(chu)存足(zu)夠(gou)系統10小(xiao)時使用(yong)的容量）。同時，Rippy正在(zai)幫助開發罐內的電化學(xue)傳感器(qi)，以在(zai)實驗過程(cheng)中監(jian)測(ce)(ce)鹽(yan)(yan)的純度。

Rippy表示，為了光熱發電及其(qi)它(ta)一些領域的(de)發展進步(bu)，熔融氯化物熔鹽的(de)應(ying)用研究(jiu)值(zhi)得進一步(bu)探索，該研究(jiu)有多種潛在的(de)應(ying)用價值(zhi)，比如有利于太陽能燃(ran)料的(de)合成、可以實現高溫燃(ran)料電池等(deng)，此(ci)外核(he)工業(ye)領域對這(zhe)項研究(jiu)也非常感興趣(qu)。

Craig Turchi對此也(ye)表示認同，據其(qi)介紹，核工(gong)業(ye)領(ling)域目前正在開(kai)發(fa)“第四代”反(fan)應堆，其(qi)中(zhong)一些(xie)也(ye)會使(shi)用熔(rong)融氯化物熔(rong)鹽。而(er)NREL即將進行(xing)(xing)的儲罐(guan)測試的結果有望(wang)降低許(xu)多能源行(xing)(xing)業(ye)的儲罐(guan)制造成本。

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