鎳基合金及含鎳不銹鋼在太陽能中發(fā)揮著關鍵作用

在現在的生活中，太陽能產品處處可見，人們用太陽能煮飯，還有太陽能熱水器等等，無處不見太陽能產品，當然，最重要的還是太陽能發(fā)電，但是目前的技術并不能讓人們很好利用太陽能發(fā)電。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)揮著關鍵作用。

這些材料的應用讓業(yè)界克服了傳熱和儲熱技術領域的難題，而且對于設計壽命為40年或以上的項目，有助于減少材料退化或更換費用。根據國際能源署資料(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。目前全球有40多個太陽熱能發(fā)電站，還有20多個這類發(fā)電站處于規(guī)劃或建設階段。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、智利、澳大利亞、中東北非地區(qū)(MENA)和美國南部。

示范性CSP發(fā)電站早在上世紀80年代就投入運營。從那時起，在能量采集和儲存方面取得了很大進展。太陽能塔是新開發(fā)的一種聚光技術，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。它們在288℃(550℉)的溫度下在隔熱儲罐中保持液體形態(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566℃(1,050℉)的溫度。高溫液體隨后送入高溫儲罐中。高溫儲罐也是隔熱的，可以長時間儲存熱能。

熱電能儲存(TES)用于補償需求量和環(huán)境條件的變化。根據需要將熔融鹽泵入蒸汽發(fā)生器中生成蒸汽以驅動常規(guī)渦輪機和發(fā)電機。TES相對于其他大規(guī)模可再生能源有獨特的優(yōu)勢，某些情形下甚至不需要備用發(fā)電燃料。2013年夏季，西班牙的一個熔融鹽塔系統(tǒng)在36天內每天24小時連續(xù)發(fā)電――這是有史以來的首次。

新月沙丘就是這樣一個運營中的發(fā)電站。它位于內華達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時間為10小時。這意味著發(fā)電站在需求高峰期最多能以滿負荷發(fā)電10小時。10,000多個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)應用時起，新月沙丘的發(fā)電量超過173千兆瓦，估計能滿足75,000個家庭的高峰用電需求。太陽能塔和熔融鹽CSP成為南非、澳大利亞和內華達州新規(guī)劃項目的設計基礎。南非100兆瓦Redstone項目將滿足約20萬個家庭的高峰用電需求，TES時間為12小時。內華達州的一個大規(guī)模新項目有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。設計師和工程師開始采用UNS N06617、N06625和N06230等鎳基合金制作接收管，因為它們需要長時間維持高溫強度――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)定主要是因為它們的鎳含量較高而且具有抗氧化性。347H型不銹鋼(S34709)用于高溫儲罐。

截至2016年，全球CSP總裝機容量達到4,815兆瓦。2017年，西班牙投入運營的裝機容量為2,300兆瓦，幾乎占全世界的一半。美國的裝機容量為1,740兆瓦而且擁有全世界最大項目當中的兩個：艾文帕太陽能發(fā)電站(392兆瓦)和莫哈韋太陽能項目(354兆瓦)。

新月沙丘位于內華達州拉斯維加斯以北沙漠中的，凈發(fā)電量為110兆瓦，TES時間為10小時。這意味著發(fā)電站在需求高峰期最多能以滿負荷發(fā)電10小時。目前太陽能還未能更好被人類利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產品，這樣才能保證我們人類的能源夠人類發(fā)展所需。