氯化物熔盐有望助力储热型光热发电技术加快实现5美分/kWh目标

作为当前发展较为成熟的一种大规模长时储热技术，熔盐储热系统正成为全球当前在建光热发电项目的标准配置，但目前已建和在建项目多采用二元硝酸盐，氯化物盐等具有更高运行温度的材料进入商业化应用仍需进一步技术攻关......

CSPPLAZA光热发电网报道：为了鼓励光热发电行业进一步发展，并实现5美分/kWh的能源成本目标，近年来美国能源部（DOE）启动了名为“Gen3 CSP”(第三代高温聚光太阳能发电)的研究项目，以探索固体颗粒、液体、气体三种途径作为光热发电系统传储热介质的应用潜力。

其中，液体路径由美国国家可再生能源实验室NREL牵头，正在研究解决使用液态熔盐进行能量传输和储存有关的若干挑战。

来自NREL、负责热能科学和技术研究的Craig Turchi表示，熔盐是传热和储热材料的理想选择，因为其在高温下可以变成液体，从而可被泵送至管道和热交换器中进行热量传输，但一些实际挑战仍然存在，而这就是当前NREL研究的重点。

挑战1：解决储罐设计问题以保持其温度

虽然易于流动，但熔盐也会腐蚀与其接触的储罐和管道。Craig Turchi表示：“早期人们普遍认为熔盐的腐蚀性会是其能否得到应用的关键，事实上我们已基本上解决了这个问题。NREL和合作伙伴在盐化学方面做了很多科学研究——如何纯化它，如何通过化学控制的方法使其相对没有腐蚀性等等，我们已经在实验室中证明了这些。”

因此，腐蚀性并不是使用熔盐的最大问题。相反，更大的挑战在于实现高效发电厂所需的非常高的温度。熔盐的能量密度需要配置相对较大且非常昂贵的储罐，并且必须要防止熔盐在管道中冻结。

Craig Turchi指出，关键在于如何隔离系统。Craig Turchi介绍道：“我们已经进行了测试以显示哪些材料可以工作，但还没有实际建设一个储罐来证明它们确实可以。我们设计的是一个钢制储罐，但鉴于目前储罐是采用外部绝缘，而我们提议采用内部绝缘以保护钢材料。”

图：NREL原型储罐拟建场址

据悉，DOE已授予NREL 200万美元，用于建造一个可适用于熔融氯化物熔盐的原型储罐，以进一步评估其装满熔盐时的完整性。该储罐目前正在建造中，将在NREL科罗拉多州Golden校区上方的台地上运行。

挑战2：选择更加合适的熔盐

熔盐种类有很多，因此NREL主导的Gen3 CSP液体路径研究的重要工作内容之一是：选择和试验新的熔盐。常用的二元硝酸盐一旦到达一定温度便会出现降解现象，希望达到更高运行温度以为更加高效的发电系统实现更高能量转换的NREL团队最终把探索目标转向了氯化物熔盐。

NREL研究员Youyang Zhao过去三年一直在为Gen3 CSP液体路径项目研究盐化学，据其介绍，他致力于降低工业盐的杂质含量，通过优化盐的成分来降低盐的熔点，而更低的熔点也意味着对材料能有更多的研究时间，也正是他的研究促使团队最终决定建设新的氯化物熔盐储罐。

Youyang Zhao表示：“我们正在将基础科学与未来工程联系起来，我不是在创建组件设计，而是试图通过探寻化学和材料等基础知识来为人们设计更好的系统提供有效信息依据。”

挑战3：支持Gen3液体路径研究的电化学方法

作为NREL的无机化学专家，Kerry Rippy及其团队也一直在通过电化学领域研究支持Gen3 CSP液体路径研发项目。

在实验室里，她的团队探索并演示了去除熔融氯盐中腐蚀性杂质的电化学方法。现在，他们正在与威斯康星大学继续这项工作，以证明纯化的熔融氯化物盐在流经模拟工业系统的放大原型时的可靠性。

此外，Kerry Rippy也在支持氯盐储罐的测试项目。由于可安全储存熔融氯盐的材料成本高昂，该团队正在研究新材料，以满足在不同温度下大规模储存熔盐的需要（一次最多可储存足够系统10小时使用的容量）。同时，Rippy正在帮助开发罐内的电化学传感器，以在实验过程中监测盐的纯度。

Rippy表示，为了光热发电及其它一些领域的发展进步，熔融氯化物熔盐的应用研究值得进一步探索，该研究有多种潜在的应用价值，比如有利于太阳能燃料的合成、可以实现高温燃料电池等，此外核工业领域对这项研究也非常感兴趣。

Craig Turchi对此也表示认同，据其介绍，核工业领域目前正在开发“第四代”反应堆，其中一些也会使用熔融氯化物熔盐。而NREL即将进行的储罐测试的结果有望降低许多能源行业的储罐制造成本。

附英文报道链接：https://helioscsp.com/molten-salts-can-melt-down-the-price-of-concentrated-solar-power-plus-storage/