Solarthermische Kraftwerke: Korrosion in Salzschmelzen

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Die langfristig erforderliche Nutzung erneuerbarer fluktuierender Energiequellen verlangt die Entwicklung von Bewertungs- und Qualifizierungskonzepten für Materialien in Hochtemperaturspeichern Solarthermischer Kraftwerke auf Salzsschmelzenbasis (TES Thermal Energy Storage, CSP concentrated solar power plants). Salzschmelzen werden in vielen Industriezweigen genutzt, zum Beispiel als Bäder aus geschmolzenen Chlorid-Salzmischungen zur Oberflächenlegierung oder als Fluoridsalze zur Reinigung von Metalloberflächen. Inzwischen haben Salzschmelzen aus Nitraten und Nitriten an Bedeutung gewonnen, da sie attraktive Wärmeleitungs- und Speichermedien für Anwendungen in der Energieerzeugung sind.
Damit Hochtemperaturspeicher und Wärmeübertrager auf der Basis von Salzschmelzen zuverlässig arbeiten und ökonomisch betrieben werden können, sind umfangreiche Qualifizierungsmaßnahmen für die zur Anwendung kommenden Materialien erforderlich. Im Bereich der Wärmetauscher treten komplexe, zeitlich flukturierende, kombinierte mechanische, thermische und chemische Beanspruchungen auf, die zu einer kritischen Degradation der Werkstoffe führen können.

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Experimentelle Einrichtungen zur Qualifizierung von Materialien für Anwendungen mit Salzschmelzen

Leistungen

Im Fraunhofer IWM arbeitet ein Team aus erfahrenen Physikern, Ingenieuren und Chemikern an der Erforschung der grundlegenden Degradationsmechanismen, Auswahl und Optimierung der Werkstoffe, Definition von Schutzkonzepten und der Lebensdauervorhersage. In unserem Hochtemperatur-Korrosionslabor stehen Prüfstände zur Verfügung, die alle wesentlichen Degradationsmechanismen von Kraftwerkskomponenten, die in Kontakt mit Salzschmelzen stehen, nachbilden können.

 

Leistungen im Detail

Untersuchungen zur chemischen Stabilität von Salzschmelzen bei hohen Temperaturen
Statische Korrosionstests zur Bestimmung der Korrosionsraten und Identifikation der Korrosionsmechanismen
Korrosionsuntersuchungen in strömenden Salzschmelzen
SSRT (CERT) - Versuche (Mechanische Belastung mit geringer Dehnrate) zur Separation und Quantifizierung der Anteile von Korrosion und Spannungsrisskorrosion an der Werkstoffdegradation
Mechanische Ermüdungsversuche mit überlagerter korrosiver Beanspruchung durch Salzschmelzen
Zyklische thermo-korrosive Beanspruchung
Umfangreiche Mikrostruktur- und Oberflächenanalysen mittels optischer und Rasterelektronenmikroskopie, Elementanalysen, EBSD (Elektonenrückstreubeugung) und Röntgenbeugungsanalysen (Phasen- und Eigenspannungsanalysen)
Entwicklung und Erprobung von Schutzschichten

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Literaturauswahl

Platzer, W.; Boie, I.; Ragwitz, M.; Kost, C.; Thoma, J.; Vogel, A.; Fluri, T.; Pfeiffer, W.; Burmeister, F.; Tham, N.; Pudlik, M.; Bohn, S.; Agsten, M.; Bretschneider, P.; Westermann, D.; Kranzer, D.; Schlegl, T.; Fraunhofer Zukunftsthemen "SUPERGRID". Supergrid - Ansatz für die Integration von Erneuerbaren Energien in Europa und Nordafrika; Fraunhofer ISE, Freiburg (2016) 37 Seiten Link

Gurr, M.; Bau, S.; Burmeister, F.; Wirth, M.; Piedra-Gonzalez, E.; Krebser, K.; Preussner, J.; Pfeiffer, W.; Investigation of the corrosion behavior of NiVAl multilayer coatings in hot salt melts; Surface and Coatings Technology 279 (2015) 101-111 Link

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