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溶融塩が産業熱貯蔵の未来にならない理由

CleanTechnicaの仕事をサポートします サブサックサブスクリプション または ストライプ上。 溶融塩は長い間、高温の熱貯蔵の主力馬として配置されてきました。その物語は、1980年代の研究と2000年代のスペインの放物線侵入トラフ植物での早期展開から始まりました。この技術は紙の上で魅力的でした。ナトリウムと硝酸カリウムの混合物は、熱容量が高く、水のほぼ2倍の密度であり、広い温度範囲で液体のままになる可能性があります。断熱された2つの鋼タンク、1つは冷たく、1つは熱く、オペレーターはソーラーレシーバーまたは電気ヒーターを介して塩を循環して充電し、排出が必要なときに蒸気を生成するために熱交換器を介して充電します。 デザインはよく拡大します。ネバダ州の三日月とモロッコのヌールIIIは、両方とも1000メガワットの熱エネルギーを保持するのに十分な大きさのタンクを建設しました。スペインのジェマソーラーは、15時間の溶融塩貯蔵で連続24時間の操作を実証しました。派遣可能なソーラー電気を供給する実際の植物の実績は、溶融塩に信頼性を与え、それでもプロジェクト投資家にとって好まれる基準点になりました。しかし、エンジニアリングの図面とケーススタディの背後には、今後の役割を制限する頑固な弱点があります。 集中した太陽光発電の故障に関する最近の作品を調査したのは、IvanpahとHeliogenが、かつて中央溶融塩が集中した太陽ストーリーにどのようになっていたか、そしてその遺産がセクターがいっぱいになっていても依然としてどのように残っているかを思い出させてくれました。これらのプロジェクトは、溶融塩タンクをリンチピンとして、熱を捕獲、保管、派遣できるという約束に大きく傾いていました。その歴史は、電力貯蔵、季節の熱、産業プロセスの供給など、今日の溶融塩が今日どこに適合するかをより厳しく見るように促しました。私が見つけたのは、それがユーティリティスケールでの概念を証明したが、リスク、コスト、複雑さにより、産業の熱のために現在出現しているよりシンプルで回復力のあるオプションによってそれを覆い隠したということです。 電力貯蔵の場合、溶融塩、そして実際に熱保管ソリューションは競合できません。往復効率のペナルティは基本的です。抵抗要素を介して電気を熱に変えることはほぼ100％効率が高く、断熱タンクに熱を保存することは、毎日のサイクルで90％以上効率的です。損失は、熱を電気に戻す必要がある場合に発生します。溶融塩で走る蒸気ランキンサイクルは、35％以上から42％の熱効率を達成することはめったにありません。蒸気タービンを超臨界二酸化炭素ブレイトンタービンに置き換える高度な概念でさえ、700°C以上の塩を使用しない限り、50％をはるかに超えて押すことはできません。そして、もちろん、超臨界CO2タービンは、80年の努力の後、商業的に機能したことはありません。 これにより、溶融塩システムは、実用的な展開のためにせいぜい40％から45％の往復効率の範囲に残ります。それに比べて、リチウムイオン電池は日常的に85％を超えており、ポンピングされた水力発電は70％から85％の間に座っています。電気価格がゼロまたはマイナスに下がると、40％の効率的なストレージが理論的には意味をなさない可能性がありますが、実際にはユーティリティとグリッドオペレーターがバッテリーを選択し、水力発電をポンピングしています。どちらも応答時間が短く、可動部分が少なく、溶融塩のユニークなリスクはありません。 これらのリスクは開梱する価値があります。溶融塩は約240°Cで凍結し、パイプやタンクで固化しないようにするには、常に290°Cを超えて保持する必要があります。これには、グリッドが故障した場合に備えて、微量の微量加熱ケーブル、一定の監視、バックアップパワーが必要です。フリーズイベントは、バルブ、ポンプ、およびパイピングネットワーク全体を慎重に再加熱するまで使用できなくなります。 戦車自体は些細なものではありません。 565°Cで20,000トンの硝酸塩を保持している熱いタンクは、溶接、基礎、断熱システムに大きなストレスを課します。三日月砂丘は悪名高い漏れに苦しみ、それを1年近く閉鎖し、開発者を破産させました。腐食は別の継続的なコストです。高温では、硝酸塩が0.1％未満に保持されない限り、炭素鋼を攻撃します。ホットパイピングと熱交換器には、ステンレス鋼とニッケル合金が必要です。これらの専門材料は、コストと需要の専門家溶接と検査を追加します。溶融塩植物は、単純な貯蔵バッテリーよりも化学処理施設に近い。電気技師やメカニズムだけでなく、専門家とメンテナンスの乗組員が必要です。 2024年5月30日、テネシー州チャタヌーガにある液体ニトリング施設で、ローラーに閉じ込められた塩のプラグが水を保持している間に430°Cバスで再加熱されたときに激しい溶融塩噴火が発生しました。急速な蒸気の膨張により、ケーシングが破裂し、致命的な火傷を負った労働者を飲み込んだ力で溶融酸化塩を追放しました。他の3人は、それほど重度の怪我で治療されました。調査官は後に、同社には必須のプロセス安全プロトコル、ハザード分析がなく、親組織内の以前の同様のインシデントからのレッスンに基づいていなかったことを発見しました。この悲劇は、溶融塩操作の厳しい現実を強調しています。封じ込めまたは手順が失敗すると、結果は致命的です。 地区の暖房と季節の熱貯蔵の場合、溶融塩はフィット感が不十分です。都市暖房ネットワークは80°から150°Cで動作します。溶融塩は、凍結を避けるためにほぼ2倍に保ち、低学位の熱に対して非効率的でなければなりません。季節の貯蔵には、最小限の損失で数ヶ月間エネルギーを保持する必要があります。塩タンクは、厚い断熱材でさえ、1日に数度失います。数週間と数ヶ月にわたって、それは増加します。ボアホール熱エネルギー貯蔵、帯水層熱エネルギー貯蔵、および大型ウォーターピットは、数百メガワット時間、さらにはオランダ、デンマーク、ドイツのギガワット時間スケールでさえ証明されています。これらのシステムは、水を80°〜100°Cで保存し、季節全体でわずかなエネルギーしか失わず、鋼鉄の塩タンクのほんの一部がかかります。溶融塩は、仕事が数ヶ月間低温熱を保持することである場所で競合することはできません。それは単に間違ったツールです。 溶融塩が関連性の低下を保持する1つのセグメントは、200°を超える産業熱です。多くの産業は、300°から550°Cの範囲で蒸気または直接熱の継続的な供給を必要とします。紙およびパルプ工場、製油所、化学メーカーはすべてこのプロファイルに適合します。 2つのタンク溶融塩システムは、定常蒸気または過熱した空気をオンデマンドで送達し、余剰電気で充電し、プロセスラインに放電することができます。ノルウェーの京都のようなスタートアップさえ、塩貯蔵を工場のモジュラー熱キューブとしてブランド変更します。塩は凍結リスクを減らし、より安価なタンク材料を許可するために液体を131°Cまで下げたままにしています。この規模の経済学は魅力的に見えます。大容量では、溶融塩システムはkWhの熱貯蔵あたり35ドルを下回ることができ、電気化学バッテリーを1桁叩きます。化石ガスから再生可能エネルギーに移行しようとする産業オペレーターがプロセス熱のために、溶融塩の銀行性はセールスポイントです。 しかし、ここでも、溶融塩は明らかな勝者ではありません。競合するテクノロジーはよりシンプルで、低下のリスクを伴います。電気的に加熱された1000°Cに加熱された耐火レンガは、1日あたり1％未満の損失で熱を保存し、過熱した空気または蒸気として戻すことができます。 RondoやAntoraなどの企業は、現在、これらのレンガと炭素ブロックのバッテリーを建設しています。彼らのシステムは、安価で豊富な材料、標準的なファン、ダクトを使用し、凍結や腐食を心配することなく無期限に循環することができます。電化熱は、鉄および炭素ブロックの加熱積み重ねです。 Lumenionは、加熱要素を鋼コアに埋め込みます。これらは、ボイラーメーカーや鉄鋼製造業者がいたるところに扱うおなじみの産業材料です。ファンが故障したり、ブロックが亀裂になった場合、修理が行われている間はシステムが実行され続けることができます。特殊なポンプ、監視する硝酸化学物質、すべてのパイプ全体に熱トレースがありません。コストは急速に減少しており、一部のレンガベースのシステムは、すでに熱容量あたり20ドルを20ドル未満にしています。そのユニークなリスクを排除しながら、それは溶融塩を覆います。 位相変化材料は、溶融金属または塩の潜熱を使用して、溶融塩よりも立方メートルあたりのエネルギーを数倍保存することを使用して、さらに高いエネルギー密度を約束します。酸化カルシウムに対する水酸化カルシウムなどの可逆反応を使用した熱化学的貯蔵は、熱損失なしに無期限にエネルギーを保持し、オンデマンドで放出することができます。どちらも溶融塩よりも成熟していませんが、両方とも急速に進行しています。蒸気蓄積者は、エネルギー密度が低いものの、すでに世界中の工場で信頼できる短期バッファリングを提供しています。パターンは明確です。溶融塩を除くすべての産業熱貯蔵オプションは、故障する方法が少なく、専門家の専門知識が少なくなるか、スケーリング後に低コストでより高いパフォーマンスを提供する必要があります。 溶融塩がまだ考慮されている唯一の理由は、その歴史と親しみやすさの快適さです。投資家と保険会社は、たとえ高メンテナンスコストであっても、それが以前に機能したことを知っています。エンジニアは、修正が高価であっても、障害モードに設計する方法を知っています。対照的に、抵抗性のレンガ造りのバッテリーと砂ベースの保管は、技術的にリスクが低い場合でも、投資家にとって新しいものです。技術的優位性と金融銀行性の間の遅れは一時的なものです。固体貯蔵プロジェクトの最初の波が営業時間と公開データを蓄積すると、リスクの認識が崩壊します。それが起こると、溶融塩はレガシーテクノロジーとして残され、橋として記憶されていますが、長期的には採用されません。 経済学、物理学、およびエンジニアリングはすべて、溶融塩から離れています。電気には非効率的で、地区の暖房には高すぎ、季節の貯蔵には喪失しすぎており、産業熱の固体的な代替品に比べて複雑すぎます。その戦車は、熱貯蔵の移行期の記念碑です。高温の熱を保存する未来は、よりシンプルで安価で低リスクのアプローチに属します。避けられないシフトは、熱貯蔵から離れるのではなく、溶融塩から離れます。 サインアップします ZachとScottの詳細な分析と高レベルの要約のためのCleanTechnicaの毎週、サインアップ 私たちの毎日のニュースレター、 そして Google Newsでフォローしてください！ 広告 CleanTechnicaのヒントがありますか？宣伝したいですか？ CleanTech Talk Podcastのゲストを提案したいですか？こちらからお問い合わせください。 毎日のニュースレターにサインアップしてください 1日15のCleanTechストーリー。またはサインアップします 今週のトップストーリーで私たちの毎週 毎日があまりにも頻繁になっている場合。 CleanTechnicaはアフィリエイトリンクを使用しています。こちらのポリシーをご覧ください。…