教育新闻网桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)与Flowserve Corp.和Kairos Power LLC合作，获得为期三年的250万美元的能源部高级阀门项目资助，以降低成本并提高美国太阳能集光效率。
控制阀是管理下一代集中式太阳能发电厂捕获的太阳能的关键环节。他们必须安全可靠地收集，储存和转移极热和腐蚀性的氯化物盐，以用于公共发电。
为了实现DOE SunShot 目标，这将大大降低发电成本，同时提高产量，因此，可靠性更高，温度更高的熔融盐阀门至关重要 。SunShot的目标是降低太阳能的总成本，使其在本世纪末与其他形式的能源大规模竞争，而无需补贴。
桑迪亚项目的主要研究人员肯·阿米茹说：“我们期望将大大降低将按照能源部2030年基本负荷目标将太阳能集中发电的能源成本降低至每千瓦时5美分的可能性。”
该项目将研究新设计的熔盐阀门，作为完整太阳能管理系统的一部分。如果成功，这些经过重新设计的阀门还可用于其他领域的能量传输，包括核能和石化行业。
盐阀失灵挑战了系统的可持续性
聚光太阳能系统必须处理的熔融氯化物盐温度可能会超过750摄氏度或接近1,400华氏度。
集中太阳能和其他能源会使液体过热，然后将液体通过管道网络泵送并输送到发电站发电。熔融盐是传递和存储熔岩热液体能量的首选液体，因为与水相反，熔融盐保持其粘度，而水在如此极端的温度下会转化为蒸汽。熔融盐还可以在能量收集和输送过程中为整个发电厂提供更一致的温度。
比例流量控制阀用作管道系统的守门员，用于将收集的能量输送到电厂的生产侧。这些阀门持续面临极端温度，压力和流量，并且经常面临极低的室外温度。Armijo说，由于天气的变化，阀门的冻结和融化会产生膨胀和收缩的材料，从而导致系统的缺陷。
他说：“尽管温度变化很大，但熔盐流量阀仍必须保持恒定的传热和流体流量。”
随着集中式太阳能发电厂变得越来越大和生产率越来越高，流量控制阀之类的系统组件必须承受更加极端的条件才能可靠地运行。
“随着我们在这些系统中使用更高的温度，我们需要为热膨胀付出一定的代价，”阿米霍说。“在极端的高温和高压下，材料和组件会膨胀，弯曲和翘曲。”
据Armijo称，当前的熔融盐阀门需要昂贵且频繁的维护。但是，更大的挑战可能是熔融盐阀门故障可能会在整个系统中频繁发生，从而导致维修或更换阀门以及重新包装和更换密封件的停机时间很长。
添加盐的腐蚀性质，您便有了重复分解的诀窍。如果阀门数量在10至15之间的系统每月发生一次阀门故障，则该系统可能会在数天，数周甚至数月内无法运行。相关的收入损失可能使这些系统不可持续。
新材料，设计打造更坚固的阀门
当今的熔盐阀由昂贵的易腐蚀的铬基材料制成，而高镍基材料通常在这些高温下不具有强度。桑迪亚(Sandia)将专注于开发用于阀门的较便宜的基础材料，并增加耐用的复合复合材料覆盖层以抵御腐蚀，提高耐用性，同时大幅降低制造成本。
除了材料升级外，创新的阀内件设计元素还将在熔融盐通过时自动缓冲压力波动和脉动，同时散发热量以避免阀门损坏。阿米霍说，新设计还将使重新包装的材料能够用于创建模块化的快速更换系统，以取代昂贵的波纹管密封件，如果用存在的冷冻盐激活，波纹管密封件会破裂。
阀门的另一个主要可靠性问题是室外低温导致内部盐分冻结，这会在阀杆，密封件和阀盖上造成机械应力。他说，阀门内的一项创新功能应通过将热量通过阀杆传递到填料区域来解决这一冻结问题，从而保持恒定的内部温度并减少操作和维护。
Armijo说：“是阀门上的温度差异可能导致垫圈和密封件泄漏问题。”
独立的热管理系统有望减少材料应力和疲劳，这些应力和疲劳会破坏管道和阀门系统并提高组件的使用寿命。他说：“我们将微调控制装置，以将阀门保持在均匀的温度下。”
先进的阀门设计还将采用创新的垫片，密封件和填料，以减少维护需求。“而且，新设计可以在阀本身上包括压力和流量传感器，这将减少在整个系统中必须增加压力和流量传感器的成本，” Armijo说。
这种独立的，集成的热管理系统应显着降低平均电力成本(系统成本除以终身能源输出)，这对于开发商赢得太阳能项目而言变得越来越具有竞争力。
这些性能提升还将满足美国能源部的 第三代聚光太阳能系统计划的要求，该计划要求推进高温聚光太阳能组件，并开发可达到高工作温度的热能储存装置。
强大的合作伙伴关系整合了优势
该合作伙伴在熔融盐系统的研发方面拥有数十年的经验，将研究新型控制阀材料，设计和模块化功能，以承受与昂贵的阀门故障相关的极端温度和压力。
桑迪亚(Sandia)在高级聚光太阳能系统和组件(尤其是熔盐技术)的研发方面拥有40多年的经验。实验室将在其化学实验室中使用氯化物-盐混合物测试潜在的材料。在Sandia的国家太阳能热测试设施的几种情况下，将对阀门的耐腐蚀性，材料损失和机械强度进行评估 。
“ Sandia Labs在材料研究方面享誉70多年，” Armijo说。“我们可以对陶瓷，金属合金和复合材料进行高温新材料测试。世界上很少有设施可以做到这一点。”
福斯公司 在高温和高压流体的分析方法以及全球熔融盐应用的系统评估方面具有丰富的经验。该公司将开发两个竞争性的阀杆密封系统，将风箱设计与快速更换包装罐设计进行比较。两种设计都可能使用独立的热管理系统。
Kairos Power LLC 将构建一个等温分批流量阀测试系统，以研究在750摄氏度的工作温度下的阀门性能和可靠性。Kairos还将在其工厂对原型2英寸阀门和先导阀验证实验进行可靠性评估。
