高溫鎳合金和不銹鋼在聚光太陽能發(fā)電中的神奇作用
2018年12月19日 15:7 15167次瀏覽 來源： 國(guó)際鎳協(xié)會(huì) 分類： 鎳資訊
鎳基合金及含鎳不銹鋼在一種新型的可再生能源——稱作太陽熱能發(fā)電或聚光太陽能發(fā)電（CSP）中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些材料的應(yīng)用讓業(yè)界克服了傳熱和儲(chǔ)熱技術(shù)領(lǐng)域的難題，而且對(duì)于設(shè)計(jì)壽命為40年或以上的項(xiàng)目，有助于減少材料退化或更換費(fèi)用。
根據(jù)國(guó)際能源署資料（IEO 2017年），2015年到2040年間，可再生能源（包括CSP）的消耗量將以每年2.3％的速度增長(zhǎng)。目前全球有40多個(gè)太陽熱能發(fā)電站，還有20多個(gè)這類發(fā)電站處于規(guī)劃或建設(shè)階段。它們往往位于太陽輻照度較高的地區(qū)，例如西班牙、印度、南非、中國(guó)、智利、澳大利亞、中東北非地區(qū)（MENA）和美國(guó)南部。
示范性CSP發(fā)電站早在上世紀(jì)80年代就投入運(yùn)營(yíng)。從那時(shí)起，在能量采集和儲(chǔ)存方面取得了很大進(jìn)展。太陽能塔是新開發(fā)的一種聚光技術(shù)，其中采用熔融鹽作為傳熱流體。硝酸鹽混合物的熔融溫度一般為130℃（268℉）或以上。它們?cè)?88℃（550℉）的溫度下在隔熱儲(chǔ)罐中保持液體形態(tài)。液態(tài)鹽然后通過管道泵入太陽能接收器中并在聚光輻射的作用下加熱到高達(dá)566℃（1,050℉）的溫度。高溫液體隨后送入高溫儲(chǔ)罐中。高溫儲(chǔ)罐也是隔熱的，可以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存熱能。
熱電能儲(chǔ)存（TES）用于補(bǔ)償需求量和環(huán)境條件的變化。根據(jù)需要將熔融鹽泵入蒸汽發(fā)生器中生成蒸汽以驅(qū)動(dòng)常規(guī)渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。TES相對(duì)于其他大規(guī)模可再生能源有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，某些情形下甚至不需要備用發(fā)電燃料。2013年夏季，西班牙的一個(gè)熔融鹽塔系統(tǒng)在36天內(nèi)每天24小時(shí)連續(xù)發(fā)電――這是有史以來的首次。
新月沙丘就是這樣一個(gè)運(yùn)營(yíng)中的發(fā)電站。它位于內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯以北沙漠中的托諾帕，凈發(fā)電量為110兆瓦，TES時(shí)間為10小時(shí)。這意味著發(fā)電站在需求高峰期最多能以滿負(fù)荷發(fā)電10小時(shí)。10,000多個(gè)定日鏡反射太陽光后將能量聚集在200米（640英尺）高塔架頂部的接收器。每一面定日鏡均由總面積達(dá)115.7平方米（1,245平方英尺）的小鏡面組成?？偧饷娣e超過120萬平方米（1200萬平方英尺）。從2015年投入商業(yè)應(yīng)用時(shí)起，新月沙丘的發(fā)電量超過173千兆瓦，估計(jì)能滿足75,000個(gè)家庭的高峰用電需求。太陽能塔和熔融鹽CSP成為南非、澳大利亞和內(nèi)華達(dá)州新規(guī)劃項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。南非100兆瓦Redstone項(xiàng)目將滿足約20萬個(gè)家庭的高峰用電需求，TES時(shí)間為12小時(shí)。內(nèi)華達(dá)州的一個(gè)大規(guī)模新項(xiàng)目有10座太陽能塔，發(fā)電容量為2千兆瓦（2,000兆瓦）。
不銹鋼及鎳合金的使用使得高溫系統(tǒng)成為可能，而以前操作熔融鹽是一大難題。設(shè)計(jì)師和工程師開始采用UNS N06617、N06625和N06230等鎳基合金制作接收管，因?yàn)樗鼈冃枰L(zhǎng)時(shí)間維持高溫強(qiáng)度――這種特性稱作抗蠕變性。這些合金可以在工作溫度下保持穩(wěn)定主要是因?yàn)樗鼈兊逆嚭枯^高而且具有抗氧化性。347H型不銹鋼（S34709）用于高溫儲(chǔ)罐。
截至2016年，全球CSP總裝機(jī)容量達(dá)到4,815兆瓦。2017年，西班牙投入運(yùn)營(yíng)的裝機(jī)容量為2,300兆瓦，幾乎占全世界的一半。美國(guó)的裝機(jī)容量為1,740兆瓦而且擁有全世界最大項(xiàng)目當(dāng)中的兩個(gè)：艾文帕太陽能發(fā)電站（392兆瓦）和莫哈韋太陽能項(xiàng)目（354兆瓦）。
新月沙丘位于內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯以北沙漠中的，凈發(fā)電量為110兆瓦，TES時(shí)間為10小時(shí)。這意味著發(fā)電站在需求高峰期最多能以滿負(fù)荷發(fā)電10小時(shí)。
太陽能塔聚光技術(shù)
1．通過一大片定日鏡聚集太陽光并反射到195米（640英尺）塔架頂部的接收器；
2．來自冷鹽罐的液態(tài)鹽泵入接收器中并加熱到566℃（1050℉）；
3．接收器中的加熱鹽儲(chǔ)存在熱鹽罐中；
4．熱鹽通過蒸汽發(fā)生器泵入熱鹽罐以形成蒸汽，從而驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電；
5．288℃（550℉）的冷鹽流回冷鹽罐；
6．來自蒸汽輪機(jī)的冷凝蒸汽反復(fù)循環(huán)利用。
責(zé)任編輯：付宇
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