Bron: “High-temp Nickel alloys & stainless steels for concentrated solar power”

Legeringen en RVS met nikkel spelen een belangrijke rol in een opkomende hernieuwbare energievorm, bekend als thermische zonnecentrales of geconcentreerde zonne-energie (CSP: concentrated solar power). Het gaat hierbij niet om de alom bekende zonnepanelen, maar om locaties waar spiegels het zonlicht weerkaatsen naar een centrale ‘zonnetoren’. Het gebruik van op nikkel gebaseerde legeringen en roestvast staal met nikkel heeft het mogelijk gemaakt voor de zonne-energiesector om uitdagingen in warmteoverdracht en thermische opslag technisch te overwinnen.

Ontwikkeling CSP en RVS

Volgens de International Energy Agency zal het verbruik van energie van hernieuwbare energiebronnen, waaronder geconcentreerde zonne-energie, tussen 2015 en 2040 jaarlijks met 2,3% groeien. Op dit moment zijn er wereldwijd meer dan 40 thermische zonne-energiecentrales actief en worden er nog 20 ontworpen of gebouwd. Vaak zijn de centrales geplaatst op locaties met veel zonnestraling, zoals Spanje, India, Zuid-Afrika, China, Chili, Australië, de Noord-Afrika regio van het Midden-Oosten en het zuiden van de Verenigde Staten.

Het gebruik van RVS en nikkellegeringen heeft systemen met een hogere temperatuur mogelijk gemaakt, waar het verwerken van gesmolten zouten eerder een uitdaging was. De techniek om energie op te wekken met behulp van geconcentreerde zonne-energie werkt als volgt:

1. Zonlicht wordt geconcentreerd en van een groot veld van heliostaten naar een ontvanger gestuurd op een 195 meter hoge toren.
2. Vloeibaar zout van de ‘koudezouttank’ wordt door de receivertube gepompt, waar het wordt opgewarmd tot 566 ⁰C.
3. Het verhitte zout van de receiver wordt opgeslagen in de ‘hetezouttank’.
4. Heet zout wordt vanuit de tank door een stoomgenerator gepompt om stoom te genereren. De stoom drijft een stoomturbine aan en genereert elektriciteit.
5. Zout dat afgekoeld is naar 288 ⁰C vloeit terug naar een tank.
6. Gecondenseerde stoom van de stoomturbine wordt gerecirculeerd voor hergebruik.

Ontwerpers en ingenieurs hebben gekozen voor nikkelgebaseerde legeringen zoals alloy 617, alloy 625 en Alloy 230 voor de receivertube vanwege de hoge kruipweerstand bij hoge temperaturen. Deze legeringen blijven stabiel bij de hoge werktemperaturen, voornamelijk door het hoge nikkelgehalte. Deze legeringen hebben een hoge oxidatieweerstand bij hoge temperaturen. Roestvaststaal type 347H (UNS S34709) wordt gebruikt voor de hoge temperatuur opslagtanks.

Vertaling door Anne van den Heuvel