Solarthermische Kraftwerke: Korrosion in Salzschmelzen

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Angetrieben durch die langfristig erforderliche Nutzung erneuerbarer fluktuierender Energiequellen investiert das Fraunhofer IWM in 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.

Diese Aktivitäten sind eingebettet in das Fraunhofer Zukunftsprojekt SuperGrid (Gesamtprojektleitung: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE), das weitere Aspekte der Einbindung fluktuierender erneuerbarer Energiequellen in ein transeuropäisches Energienetz behandelt. DESERTEC

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.

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)

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

Entwicklung und Erprobung von Schutzschichten

 

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Literaturauswahl 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