Solarthermische Kraftwerke: Korrosion in Salzschmelzen

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Angetrieben durch die langfristig erforderliche Nutzung erneuerbarer fluktuierender Energiequellen hat das Fraunhofer IWM Prüfmethoden für Materialien in Hochtemperaturspeichern solarthermischer Kraftwerke auf Salzsschmelzenbasis (TES Thermal Energy Storage, CSP Concentrated Solar Power Plants) entwickelt.

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 Wärmeüberträger 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 fluktuierende, kombinierte mechanische, thermische und chemische Beanspruchungen auf, die zu einer kritischen Degradation der Werkstoffe führen können. Diese Beanspruchungen können mit geeigneter Prüftechnik im Labor nachtgestellt und Werkstoffe für diese Einsatzbedingungen qualifiziert werden.

Leistungen

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Kompakte Darstellung experimenteller Möglichkeiten zum Thema »Korrosion in Salzschmelzen« der Gruppe »Mikrostruktur, Eigenspannungen«.

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.

  • Umfangreiche Mikrostruktur- und Oberflächenanalysen mittels optischer und Rasterelektronenmikroskopie, Elementanalysen, EBSD (Elektonenrückstreubeugung) und Röntgenbeugungsanalysen (Phasen- und Eigenspannungsanalysen)
  • Statische Korrosionstests zur Bestimmung der Korrosionsraten und Identifikation der Korrosionsmechanismen
  • Korrosionsuntersuchungen in strömenden Salzschmelzen
  • SSRT (CERT)-Versuche (Mechanische Belastung mit geringer Dehnrate) zur Bewertung von Korrosion und Spannungsrisskorrosion
  • Mechanische Ermüdungsversuche mit überlagerter korrosiver Beanspruchung durch Salzschmelzen
  • Zyklische thermo-korrosive Beanspruchung
  • Entwicklung und Erprobung von Schutzschichten
 

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Publikationen und interessante Links

 

  • 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
  • Preußner, J.; Peiffer, W.; Piedra, E.; Oeser, S.; Tandler, M.; von Hartrott, P.; Maier, G.; Long-term material tests in liquid molten salts; in Proc. of 8th International Conference on Advances in Materials Technology for Fossil Power Plants 2016; Parker, J.; Shingledecker, J.; Siefert, J. (Eds.); ASM International, Materials Park, OH, USA (2016) 1128-1139 Link
  • Gurr, M.; Bau, S.; Burmeister, F.; Wirth, M.; Piedra-Gonzales, 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