22.09.2017
Для установок следующего поколения для концентрирования солнечной энергии (CSP) требуется высокотемпературная жидкость, такая, например, как расплавленные соли, в диапазоне 550-750 градусов Цельсия. Они нужны для хранения тепла и производства электроэнергии. Однако при столь высоких температурах расплавленные соли отделяются от обычных сплавов, используемых в теплообменниках и солнечных батареях систем CSP. Новые исследования в Национальной лаборатории возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL) направлены на снижение уровня коррозии в CSP с использованием никелевых покрытий.
«Мы очень рады, что целью этого исследования является создание коррозионно-стойких покрытий для приложений CSP. Они помогут создать солнечные системы с повышенной экономической жизнеспособностью», - сказал Джонни Грин, заместитель директора в лабораториях механических и теплотехнических наук.
Установки CSP с недорогими тепловыми аккумуляторами позволяют сохранять электроэнергию, когда это необходимо. Это также поможет поддерживать надежность сети. Расплавленные соли используются как для теплоносителя, так и для хранения тепловой энергии, поскольку они выдерживают высокие температуры и сохраняют собранное солнечное тепло в течение многих часов.
Для коммерческого использования жидких солевых смесей, содержащих хлорид натрия, хлорид калия и хлорид магния, скорость коррозии в резервуарах для хранения должна быть минимальной - менее 20 микрометров в год. Только так солнечная электростанция сможет достичь 30-летнего срока службы.
Голые сплавы из нержавеющей стали, испытанные в расплавленном хлориде, ржавели очень быстро, со скоростью 4500 микрометров в год. Решить проблемы коррозии поможет исследование, проведенные в NREL Джудит Гомес-Видаль, и опубликованное в журнале Nature Materials Degradation под названием «Коррозионное сопротивление покрытий MCrAlX в расплавленном хлориде для теплового хранения солнечной энергии».
Гомес-Видал применяла различные типы покрытий на основе никеля, которые обычно используются для уменьшения окисления и коррозии нержавеющей стали. Одно из таких покрытий с химической формулой NiCoCrAlYTa показало лучшую производительность.
Скорость коррозии удалось ограничить до 190 микрометров в год. Это не стало достижением цели, но значительно улучшило показатели, по сравнению со сталью без покрытия с 96% снижением скорости коррозии. Это покрытие предварительно окислялось в течение 24-часов, в течение которых был сформирован однородный и плотный слой оксида алюминия. Он служил для дальнейшей защиты нержавеющей стали от коррозии.
«Использование защитной поверхности очень перспективно для уменьшения коррозии в расплавленных солях, в частности, для поверхностей, подверженных воздействию хлорсодержащих паров», - сказала Гомес-Видал, «тем не менее, темпы коррозии по-прежнему значительно выше, чем это требуется для CSP».
Дополнительные испытания потребуют оценки покрытий при термическом циклировании и введения кислородсодержащих атмосфер для повышения окислительного потенциала систем.
Добавление кислорода обеспечивает образование защитных чешуек, которые будут работать в присутствии кислорода, если во время работы появляются трещины. Гомес-Видал недавно опубликовала и другие работы, в которых такие слои оксида алюминия могли расти и оставаться приклеенными к поверхности, в присутствии воздуха во время термического циклирования образцов.