光熱發電新型傳熱介質的研發 熔鹽與液態金屬
發布者：本網記者Jason | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 10662查看 | 2012-11-04 14:24:00
CSPPLAZA光熱發電網報道：在美國能源部Sunshot計劃的支持下，多個研發團隊對光熱發電新型傳熱介質進行了多方面的創新性研究。所有研發的目標都是為了實現新一代傳熱介質的商業化應用，來提高光熱電站的工作溫度上限，以提高電站效率，降低發電成本。
目前，相關研究團隊主要的研發對象是新一代熔鹽和液態金屬。
新一代熔鹽
熔鹽作為儲熱介質已經得到了成熟的商業化應用，但作為傳熱介質還面臨諸多瓶頸問題，包括易凝固堵塞管路等。
自10月份以來，在美國能源部Sunshot計劃的支持下，亞利桑那州立大學領導的項目團隊就開始對熔鹽這種傳熱介質進行了成分構成、性能和成本等方面的一系列研發實驗。項目團隊帶頭人Peiwen Perry Li表示：“光熱發電產業需要更低成本的傳熱介質，并且在200~1200攝氏度的溫度區間內都能正常工作。”
Perry Li說：“當前已經有所應用的傳熱流體是硝酸鹽的混合物，但其在550攝氏度以上的溫度下不能正常工作，同時其易凝固的缺陷使其容易造成管路堵塞。因此我們需要開發下一代的新型熔鹽傳熱介質，我們的目標是開發出擁有更高傳熱性能和低熔點的熔鹽傳熱介質，并將其成本降至每公升1美元以下。”
“為應對這種挑戰，我們這一研發項目的主要目標是開發一種熔鹽流體，熔點在150攝氏度以下，并且在1000攝氏度的高溫下依然保持穩定的工作性能。同時還要調整其熱傳輸性能以方便產業化的應用。”他說。
該項目團隊成員包括亞利桑那州立大學和喬治亞州理工學院的研發人員。
“新的傳熱介質應當滿足高性能熱傳輸和熱存儲的性能，項目團隊將與產業公司合作將研發成果盡快商業化。”Perry Li說。
液態金屬
在美國能源部Sunshot計劃的支持下，加利福尼亞州立大學洛杉磯分校領導的團隊成員包括來自耶魯大學和加州大學伯克利分校的研發人員。其研發的目標是開發一種耐高溫的可使光熱發電效率提高的金屬傳熱流體。
同時，在南非斯坦陵布什大學，也在進行一項很有意義的研發，其目標是利用金屬合金材料的相變特性作為高溫傳熱材料。其宣稱這種材料擁有更低的成本和更好的熱傳導性能。
斯坦陵布什大學的研發團隊的Johan Kotzé博士稱，這種材料是一種共熔的鈉鉀合金，其擁有超低的熔點，低至負12.8攝氏度。
這解決了一般的熔鹽傳熱介質的致命缺陷--在一定溫度下容易凝固導致管路堵塞，或需要較高的壓力才能防止凝固。而這是一種在常溫狀態下即為液體的金屬介質，給予相對較低的壓力則可以在1200攝氏度的溫度下運行。
但在實際操作過程中也面臨很多困難，最大的問題是NaK合金極其活潑，與空氣和水可產生劇烈反應，使用時必須注意。即使少至1克的鈉鉀合金仍可造成火災或爆炸。“目前我們面臨的主要問題就是需要找到如何安全使用這種液態金屬的方法。”Kotzé表示。
相關的實驗還在進行，在這個階段，主要是測試鈉鉀合金作為一種金屬相變儲熱材料的適用性。該團隊同時也正在尋求共熔的鋁硅合金的解決方案。鋁硅合金的熔點較為適中。
事實上，鈉鉀合金在核電工業中已經有成熟應用，其被用作原子反應堆的導熱劑，這意味著理論上我們也可以將其用作光熱發電的傳熱介質。“我在Flownex仿真軟件中對整個電站系統進行模擬，結果表明，采用這種傳熱介質的系統具備可行性，我認為還有很多的工作需要做以激發這種傳熱介質的全部潛力，我們目前還有許多初始的障礙必須去克服，未來我們將建立一個小規模的示范項目。” Johan Kotzé博士表示。
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