近日，solarpaces網站報道，創新新能源技術既有趣又有深度，還是團隊合作的結果；其更像是用成千上萬的演員和工作人員制作一部電影，而不是一個孤獨的發明家在車庫裡獨自完成整件事。

例如，美國能源部（US Department of Energy）撥款，讓研究人員嘗試三種不同的途徑來降低第三代太陽能熱發電（CSP）的成本，這種即可調度太陽能，實現全天候發電的太陽能發電形式。

Gen3-CSP裝置液路示意圖 IMAGE@NREL

Gen3-CSP裝置液路示意圖：鈉接收器，新的熔融鹽混合MGCl₂-KCl-NaCl作為HTF和熱能存儲介質。

隸屬于國際實驗室網絡和相關專業産業的三個獨立的太陽能研究團隊赢得了使用替代液體競争的資金，設計下一代CSP系統的天然氣或固體介質路徑，以經濟可靠地提供700℃以上的溫度，連接到先進的sCO₂電力循環，從而在2030年前将美國市場的成本降低到5美分/kWh。

“這有點像一場XPRIZE競賽，多個團隊競相為一個全球性問題提供一個大膽的解決方案，”作為Sandia National Laboratories （簡稱SNL）基于粒子的創新團隊的帶頭人，Cliff Ho說，這是很令人興奮的激勵方案。Sandia 作為三條路徑的獲獎團隊，現在獲得了2500萬美元的最終獎勵，用于在商業化前規模上展示他們的基于粒子的技術。

适用于更高溫度的 CSP技術新型液體混合物

與此同時，由NREL（CSP Gen3：liquid Phase pathway to SunShot【通往太陽的液相通路】）領導的“液體”通道團隊發明了一套完整的CSP裝置系統，用于一種新的熱能儲存流體，其溫度能夠高于當今的熔鹽；硝酸鉀和硝酸鈉的40/60混合物在565℃的最高溫度下用于商業運行的CSP塔式光熱電站。

該團隊提出的新混合物氯化鎂、氯化鉀和氯化鈉（MgCl₂-KCl-NaCl）可以達到所需的更高溫度，以連接到DOE提出的超臨界CO₂發電機組，并連接到三條路徑中的每一條——之所以選擇這三條路徑，是因為其效率與今天基于朗肯循環的蒸汽發電機組相比。

熱能儲存系統中的這些新型氯鹽将與去年SolarPACES技術獲獎公司Vast Solar發明的高溫液态金屬鈉接收器相匹配。

但是，當使用更高溫度的流體時，所有将流體進出儲罐和sCO₂回路熱交換器系統的容器、管道和閥門，都必須能夠承受這些更高的溫度和随之而來的腐蝕。

納米技術公司和材料實驗室

作為一家納米技術材料公司，Powdermet提出了一種噴霧形式的各種金屬陶瓷塗層能夠承受這樣的溫度，Wisconsin-Madison provided（威斯康星大學麥迪遜分校）的一個專業材料測試實驗室提供測試，以獨立驗證這些納米塗料中哪一種是最有效的，也能滿足DOE要求的低成本規格。

Wisconsin-Madison材料研究員Wisconsin-Madison解釋說："加熱能夠将熔鹽控制在720°C以下的系統并不太重要。我們對測試很感興趣，有在熔鹽中進行材料腐蝕測試的經驗，同時他們有能力開發塗層和新型金屬陶瓷。材料的腐蝕程度在很大程度上取決于它所接觸的物質的化學性質。它非常依賴于化學。所以這就是我們進來的地方；我們建立了對材料進行高溫測試所需的系統和測試設備。”

Cermets（陶瓷/金屬合金）用于設計用于在1000℃及以上溫度下制造太陽能燃料的超高溫太陽能熱化學反應器，但這些鎳基高溫合金的成本非常高，如果用于整個CSP工廠的所有管道和儲存系統，将達不到成本要求。

Cardenas解釋道：“因此使用金屬陶瓷作為塗層的整個想法是為了降低成本。”高溫材料可以抵抗鹽的腐蝕，特别是在更高的溫度下。但問題是這些可耐高溫的材料也是非常昂貴的，所以我們隻能使用一些可能更便宜的材料，比如316不鏽鋼，然後塗上金屬陶瓷。

試驗結果表明，NiWC₃b金屬陶瓷塗層的耐蝕性優于金屬或金屬陶瓷合金塗層。這種納米技術材料将通過高速氧燃料熱噴塗塗層噴塗在基體合金上。

“所以，首先我們測試了這些材料在不同組成的金屬陶瓷在不同的固體形式，”Cardenas表示，我們從中挑選出一種在熔鹽條件下效果最好的成分。然後，我們在熔融鹽中對金屬陶瓷進行了靜态腐蝕試驗，用作商用材料（如 Inconel 625【鉻鎳鐵合金625】）塗層的 cermet。

該大學實驗室專門從事動力工程和熱交換器不同流體的材料的高溫測試和特征描述。Cardenas 團隊不僅測試材料的腐蝕，還測試摩擦和磨損率，這對泵制造商非常重要，例如，在設計軸承時。

Cardenas發現，該項目将需要添加到ASTM G99-17标準中，該标準指導使用銷盤裝置進行磨損試驗的标準試驗方法。

Cardenas介紹，我們開發了一個測試程序，大緻遵循ASTM G99-17标準，作為衡量熔鹽中材料磨損率的基準。“問題是，這些标準中的沒有一個關于如何進行高溫測試的細則，所以這隻是一種猜測。例如，你想測試軸承材料（這是标準化測試之一）的摩擦系數，這個标準化的測試，隻運行了幾分鐘，并沒有真正指定在高溫下；通常是針對環境溫度。”

因此，該團隊遵循了可用的 ASTM G99-17 程序，但增加了一項修改，對涉及高溫和長時間摩擦的零件實施了一個新的程序。

他總結道：“我們開發了一個測試程序，其中包括我們的發現，當使用這些材料中的任何一種與熔鹽一起進行高溫測試時，都應該遵循這個程序。”

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