作為當前發展較為成熟的一種大規模長時儲熱技術，熔鹽儲熱系統正成為全球當前在建光熱發電專案的標準配置，但目前已建和在建專案多采用二元硝酸鹽，氯化物鹽等具有更高執行溫度的材料進入商業化應用仍需進一步技術攻關......
為了鼓勵光熱發電行業進一步發展，並實現5美分/kWh的能源成本目標，近年來美國能源部（DOE）啟動了名為“Gen3 CSP”(第三代高溫聚光太陽能發電)的研究專案，以探索固體顆粒、液體、氣體三種途徑作為光熱發電系統傳儲熱介質的應用潛力。
其中，液體途徑由美國國家可再生能源實驗室NREL牽頭，正在研究解決使用液態熔鹽進行能量傳輸和儲存有關的若干挑戰。
來自NREL、負責熱能科學和技術研究的Craig Turchi表示，熔鹽是傳熱和儲熱材料的理想選擇，因為其在高溫下可以變成液體，從而可被泵送至管道和熱交換器中進行熱量傳輸，但一些實際挑戰仍然存在，而這就是當前NREL研究的重點。
挑戰1：解決儲罐設計問題以保持其溫度
雖然易於流動，但熔鹽也會腐蝕與其接觸的儲罐和管道。Craig Turchi表示，早期人們普遍認為熔鹽的腐蝕性會是其能否得到應用的關鍵，事實上我們已基本上解決了這個問題。NREL和合作夥伴在鹽化學方面做了很多偉大的科學研究——如何純化它，如何透過化學控制的方法使其相對沒有腐蝕性等等，我們已經在實驗室中證明了這些。
因此，腐蝕性並不是使用熔鹽的最大問題。相反，更大的挑戰在於實現高效發電廠所需的非常高的溫度。熔鹽的能量密度需要配置相對較大且非常昂貴的儲罐，並且必須要防止熔鹽在管道中凍結。
Craig Turchi指出，關鍵在於如何隔離系統。Craig Turchi介紹道：“我們已經進行了測試以顯示哪些材料可以工作，但還沒有實際建設一個儲罐來證明它們確實可以。我們設計的是一個鋼製儲罐，但鑑於目前儲罐是採用外部絕緣，而我們提議採用內部絕緣以保護鋼材料。”
圖：NREL原型儲罐擬建場址
據悉，DOE已授予NREL 200萬美元，用於建造一個原型儲罐，以進一步評估其裝滿熔鹽時的完整性。該儲罐目前正在建造中，將在NREL科羅拉多州Golden校區上方的臺地上執行。
挑戰2：選擇更加合適的熔鹽
熔鹽種類有很多，因此NREL主導的Gen3 CSP液體路徑研究的重要工作內容之一是：選擇和試驗新的熔鹽。常用的二元硝酸鹽一旦到達一定溫度便會出現降解現象，希望達到更高執行溫度以為更加高效的發電系統實現更高能量轉換的NREL團隊最終把探索目標轉向了氯化物熔鹽。
NREL研究員Youyang Zhao過去三年一直在為Gen3 CSP液體路徑專案研究鹽化學，據其介紹，最初他致力於降低工業鹽的雜質含量，透過最佳化鹽的成分來降低鹽的熔點，而更低的熔點也意味著對材料能有更多的研究時間，也正是他的研究促使團隊最終決定建設新的氯化物熔鹽儲罐。
Youyang Zhao表示：“我們正在將基礎科學與未來工程聯絡起來，我不是在建立元件設計，而是試圖透過探尋化學和材料等基礎知識來為人們設計更好的系統提供有效資訊依據。”
挑戰3：支援Gen3液體路徑研究的電化學方法
作為NREL的無機化學專家，Kerry Rippy及其團隊也一直在透過電化學領域研究支援Gen3 CSP液體路徑研發專案。
在實驗室裡，她的團隊探索並演示了去除熔融氯鹽中腐蝕性雜質的電化學方法。現在，他們正在與威斯康星大學繼續這項工作，以證明純化的熔融氯化物鹽在流經模擬工業系統的放大原型時的可靠性。
此外，Kerry Rippy也在支援氯鹽儲罐的測試專案。由於可安全儲存熔融氯鹽的材料成本高昂，該團隊正在研究新材料，以滿足在不同溫度下大規模儲存熔鹽的需要（一次最多可儲存足夠系統10小時使用的容量）。同時，Rippy正在幫助開發罐內的電化學感測器，以在實驗過程中監測鹽的純度。
Rippy表示，為了光熱發電及其它一些領域的發展進步，熔融氯化物熔鹽的應用研究值得進一步探索，該研究有多種潛在的應用價值，比如有利於太陽能燃料的合成、可以實現高溫燃料電池等，此外核工業領域對這項研究也非常感興趣。
Craig Turchi對此也表示認同，據其介紹，核工業領域目前正在開發“第四代”反應堆，其中一些也會使用熔融氯化物熔鹽。而NREL即將進行的儲罐測試的結果有望降低許多能源行業的儲罐製造成本。(作者：CSPPLAZA 來源：CSPPLAZA光熱發電網)
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