Исправление фрактальной коррозии в Gen3 CSP от Ранги Питчумани.

Опубликовано 9 июня 2023 г. 9 июня 2023 г. Автор Сьюзан Кремер

Как новое фрактальное стальное покрытие предотвращает коррозию в CSP Gen3, описано в статье «Новые поверхности поглотителя солнечной энергии с фрактальной текстурой для концентрированной солнечной энергии», опубликованной в Elsevier: Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы.

Недавно мы встретились с доктором Рангой Питчумани, который был главным научным сотрудником инициативы SunShot, директором-основателем программы концентрации солнечной энергии (CSP) и директором программы интеграции систем (сетей) инициативы в Министерстве энергетики США ( ДОУ). Сейчас он вернулся в свой академический дом в Технологическом институте Вирджинии, где он является профессором кафедры машиностроения Джорджа Р. Гудсона. Он руководит Лабораторией передовых материалов и технологий по широкому кругу проектов в области энергетики и материалов и обучает новое поколение студентов решениям в области устойчивой энергетики.

СК:Спасибо, что нашли время поговорить со мной.

РП:Мне очень приятно общаться с тобой, Сьюзен, спустя столько лет.

СК: Я хочу узнать о вашей новой статье об использовании фрактальной поверхности для уменьшения коррозии. Но сначала нужно понять, почему; Другая статья, в соавторстве которой вы недавно написали, охватывает множество других попыток решить проблему коррозии в CSP. Это должно быть самое полное исследование за всю историю. (Прогресс и возможности в снижении коррозии теплоносителей для концентрирующих солнечных батарей следующего поколения, 2023 г.)

РП: Да. Это очень подробный обзор работ по коррозии сплавов в расплавленных солях, жидких металлах и сверхкритическом CO2. Это хороший сборник идей о механизмах коррозии и различных подходах к ее смягчению. Несмотря на то, что по всему миру проводится множество исследований по борьбе с коррозией, в статье они объединены на общей платформе с целью сосредоточить будущие усилия на потребностях Gen3 CSP.

СК: Я знаю, что вы опубликовали статьи по многим аспектам материаловедения. Почему коррозия важна для CSP сейчас?

РП: Одна из замечательных особенностей CSP заключается в том, что она может хранить тепловую энергию. Это приятный плюс, но это также и проблема с точки зрения вывода CSP на следующий уровень, когда приведенная стоимость CSP должна быть ниже. Один из способов сделать CSP экономически эффективным — повысить рабочую температуру установки, чтобы у вас был сверхкритический CO2 с более высокой температурой или рабочая жидкость, которая поступает в систему преобразования энергии для выработки электроэнергии. Министерство энергетики США планирует, чтобы температура CSP Gen3 была выше 650 °C и до 750 °C или выше. Учитывая целевые более высокие рабочие температуры, коррозия является первостепенной проблемой в жидкостном пути для Gen3 CSP, где тепло, сконцентрированное от солнечного излучения, улавливается расплавленными солями или жидкими металлами в качестве теплоносителей.

СК:Существующие сейчас КСЭ мощностью 6 или 7 ГВт – подвержены ли они риску коррозии?

РП: О, нет. Солнечная солевая коррозия, как правило, хорошо изучена и хорошо сдерживается на существующих установках CSP (Gen2). Нерешенная проблема коррозии возникает, когда вы нагреваете CSP до более высоких температур, когда жизнеспособные теплоносители, такие как хлориды, карбонаты и т. д., оказывают чрезвычайно агрессивное воздействие на защитные сплавы. Для того чтобы CSP следующего поколения воплотился в жизнь, все части головоломки должны хорошо совпадать, например, высокотемпературные приемники, решения для уменьшения коррозии, вызванной жидкостями-теплоносителями, высокоэффективный сверхкритический блок питания CO2 и т. д.

С.К.: Значит, все эти статьи предназначены только для CSP следующего поколения и тепла для промышленности и солнечной термохимии в реакторах при более высоких температурах?

РП: Потому что именно в этом проблема, и она становится более серьезной по мере повышения температуры. В разговорной речи закон Аррениуса гласит, что с повышением температуры начинается настоящий ад, а это означает, что скорость коррозии резко возрастает. Так что может показаться, что это небольшое изменение с 565 °C, где работают существующие электростанции, до 650 °C. Это всего на 85 градусов больше. Но даже эта разница температур сильно влияет на коррозию из-за экспоненциального характера зависимости скорости коррозии от температуры.