目前，相關(guān)研究團(tuán)隊主要的研發(fā)對象是新一代熔鹽和液態(tài)金屬。
新一代熔鹽
熔鹽作為儲熱介質(zhì)已經(jīng)得到了成熟的商業(yè)化應(yīng)用，但作為傳熱介質(zhì)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(xué)領(lǐng)導(dǎo)的項目團(tuán)隊就開始對熔鹽這種傳熱介質(zhì)進(jìn)行了成分構(gòu)成、性能和成本等方面的一系列研發(fā)實(shí)驗(yàn)。項目團(tuán)隊帶頭人Peiwen Perry Li表示：“光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)需要更低成本的傳熱介質(zhì)，并且在200~1200攝氏度的溫度區(qū)間內(nèi)都能正常工作。”
Perry Li說：“當(dāng)前已經(jīng)有所應(yīng)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(fā)下一代的新型熔鹽傳熱介質(zhì)，我們的目標(biāo)是開發(fā)出擁有更高傳熱性能和低熔點(diǎn)的熔鹽傳熱介質(zhì)，并將其成本降至每公升1美元以下。”
“為應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，我們這一研發(fā)項目的主要目標(biāo)是開發(fā)一種熔鹽流體，熔點(diǎn)在150攝氏度以下，并且在1000攝氏度的高溫下依然保持穩(wěn)定的工作性能。同時還要調(diào)整其熱傳輸性能以方便產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。”他說。
該項目團(tuán)隊成員包括亞利桑那州立大學(xué)和喬治亞州理工學(xué)院的研發(fā)人員。
“新的傳熱介質(zhì)應(yīng)當(dāng)滿足高性能熱傳輸和熱存儲的性能，項目團(tuán)隊將與產(chǎn)業(yè)公司合作將研發(fā)成果盡快商業(yè)化。”Perry Li說。
液態(tài)金屬
在美國能源部Sunshot計劃的支持下，加利福尼亞州立大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊成員包括來自耶魯大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的研發(fā)人員。其研發(fā)的目標(biāo)是開發(fā)一種耐高溫的可使光熱發(fā)電效率提高的金屬傳熱流體。
同時，在南非斯坦陵布什大學(xué)，也在進(jìn)行一項很有意義的研發(fā)，其目標(biāo)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(dǎo)性能。
斯坦陵布什大學(xué)的研發(fā)團(tuán)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(diǎn)，低至負(fù)12.8攝氏度。
這解決了一般的熔鹽傳熱介質(zhì)的致命缺陷--在一定溫度下容易凝固導(dǎo)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(tài)下即為液體的金屬介質(zhì)，給予相對較低的壓力則可以在1200攝氏度的溫度下運(yùn)行。
但在實(shí)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(chǎn)生劇烈反應(yīng)，使用時必須注意。即使少至1克的鈉鉀合金仍可造成火災(zāi)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(tài)金屬的方法。”Kotzé表示。
相關(guān)的實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)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(tuán)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(diǎn)較為適中。
事實(shí)上，鈉鉀合金在核電工業(yè)中已經(jīng)有成熟應(yīng)用，其被用作原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑，這意味著理論上我們也可以將其用作光熱發(fā)電的傳熱介質(zhì)。“我在Flownex仿真軟件中對整個電站系統(tǒng)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，采用這種傳熱介質(zhì)的系統(tǒng)具備可行性，我認(rèn)為還有很多的工作需要做以激發(fā)這種傳熱介質(zhì)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(guī)模的示范項目。” Johan Kotzé博士表示。
