日前，題目為《聚光太陽能電站中氯鹽作為傳熱流體的研究進(jìn)展》的研究論文網(wǎng)絡(luò)首發(fā)，該研究基于目前氯鹽的研究現(xiàn)狀，探討了氯鹽的基礎(chǔ)研究和當(dāng)前的發(fā)展策略，主要包括氯鹽的熱性能、腐蝕機(jī)理和緩解腐蝕的策略。
該項(xiàng)研究三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1、三元氯鹽體系具有良好的熱物理性質(zhì)和高溫穩(wěn)定性；
2、在熔融鹽環(huán)境下，雜質(zhì)，溫度和活度梯度是造成金屬腐蝕的主要原因；
3、在高溫熔鹽中，抑制金屬結(jié)構(gòu)材料腐蝕的主要手段為氯鹽提純和加入緩蝕劑。
圖1：熔融硝酸鹽作為TES/HTF系統(tǒng)的商業(yè)塔式CSP機(jī)組
研究指出，太陽能是地球表面最豐富的清潔可再生能源，太陽能利用是全球可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略最重要的組成部分，將聚光太陽能發(fā)電(CSP)與熱能儲(chǔ)存(TES)耦合產(chǎn)生可調(diào)度的清潔電力是實(shí)現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型的重要途徑之一。
太陽能光熱電站的能量轉(zhuǎn)換效率和功率成本是上述技術(shù)的制約因素。而以熔融鹽為代表，開發(fā)具有更高工作溫度(>565oC)的熱能儲(chǔ)存(TES)/傳熱流體(HTFs)系統(tǒng)是提升太陽能光熱發(fā)電效率的重要技術(shù)途徑。
目前采用直接熔融硝酸鹽TES/HTF系統(tǒng)(60%NANO3-40%KNO3）的商業(yè)塔式CSP電站中的聚光塔裝置的可調(diào)性和效率嚴(yán)重依賴于所使用的高溫儲(chǔ)能介質(zhì)和換熱流體(HTF)。硝酸鹽的允許工作溫度僅為565℃，發(fā)電凈熱電轉(zhuǎn)換效率為35%左右。
一般而言，提高任何熱力循環(huán)效率的關(guān)鍵在于提高系統(tǒng)的運(yùn)行溫度。為進(jìn)一步提高聚光太陽能發(fā)電效率，能源部對(duì)TES/HTF系統(tǒng)的傳熱流體溫度提出了新的目標(biāo)（要求工作溫度在700℃）。氯化物鹽、氟化物鹽或碳酸鹽有望取代目前的商業(yè)硝酸鹽來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。研究總結(jié)了氟鹽、氯鹽和碳酸鹽的熔化溫度和最高工作溫度（如表1）。
表1：氟鹽、氯鹽和碳酸鹽的熱性能
然而，高溫下的氯鹽是一把雙刃劍：氯鹽可以在較寬的溫度范圍內(nèi)工作，但相應(yīng)地加劇了金屬基體的腐蝕。在工作過程中，氯化物鹽的高溫以及內(nèi)部機(jī)理問題（如副反應(yīng)等）可能引發(fā)諸多安全問題。
該研究選用氯鹽來作為聚光太陽能電站傳熱流體進(jìn)行綜合闡述，包括氯鹽的組成、工作溫度和儲(chǔ)能密度。另外，研究還重點(diǎn)從氯鹽的角度介紹了腐蝕的最新研究進(jìn)展。最后，基于存在的安全問題，對(duì)現(xiàn)有的緩蝕技術(shù)也進(jìn)行了介紹。