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Molten Chloride Salt Technology for Next-Generation CSP Plants: Compatibility of cost-effective Fe-based steels with Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl at 700°C

Gong, Qing und Ding, Wenjin und Bonk, Alexander und Bauer, Thomas und Shi, Hao und Weisenburger, Alfons und Yu, Rui und Wang, Dihua (2021) Molten Chloride Salt Technology for Next-Generation CSP Plants: Compatibility of cost-effective Fe-based steels with Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl at 700°C. ICAE2021, 2021-11-29 - 2021-12-05, Virtual (Thailand).

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Kurzfassung

The next-generation concentrating solar power (CSP) plant can be equipped with a high-temperature thermal energy storage (TES) system and supercritical CO2 (sCO2) Brayton power cycle, whose operating temperatures are higher than 700 °C, for a higher energy conversion efficiency and lower levelized cost of electricity (LCOE). MgCl2-KCl-NaCl is a promising candidate of such high-temperature TES material and heat transfer fluid (HTF) due to its low cost and excellent thermophysical properties. Using Fe-based (Fe: ≥50 wt.%) alloys as the main structural material for the chloride-based TES system is the key to ensuring its cost competitiveness. However, it is universally believed that Fe-based alloys have unacceptably high corrosion rates in unpurified molten MgCl2-KCl-NaCl. Theoretically, purification with Mg metal can reduce the corrosion rates of Fe-based alloys to acceptable low levels (<15 µm/year). In this work, to experimentally verify this theory and prove feasibility of cost-effective Fe-based alloys as the high-temperature structural material for the chloride-based TES, Stainless Steel (SS) 310 and Incoloy (In) 800H were immersed in the Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl at 700 °C for 2000 hours. The SEM and EDX results show that after immersion, the typical Cr-depleted corrosion layers on the samples are negligibly thin (< 3 µm). Based on mass loss and microstructural analysis results, the corrosion rates of SS 310 and In 800H are only 12.4 and 5.3 µm/year, respectively. Therefore, from the perspective of corrosion, the cost-effective Fe-based alloys possess good compatibility with the Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl. According to preliminary calculation, the cost of TES using chlorides at >700°C could be potentially reduced close to that using commercial nitrates/nitrites at ≤565°C, leading to a significant reduction of the LCOE of CSP with higher operating temperatures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147689/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Molten Chloride Salt Technology for Next-Generation CSP Plants: Compatibility of cost-effective Fe-based steels with Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl at 700°C
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gong, QingQing.Gong (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ding, WenjinWenjin.Ding (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonk, AlexanderAlexander.Bonk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, ThomasThomas.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4080-7944NICHT SPEZIFIZIERT
Shi, HaoInstitute for Pulsed Power and Microwave Technology, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Eggenstein-Leopoldshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weisenburger, AlfonsInstitute for Pulsed Power and Microwave Technology, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Eggenstein-Leopoldshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yu, RuiSchool of Resources and Environmental Science, Wuhan University (WHU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, DihuaSchool of Resources and Environmental Science, Wuhan University (WHU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Dezember 2021
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Concentrating solar power (CSP), Thermal energy storage (TES), Fe-based alloy, Corrosion control, Mg corrosion inhibitor, Cost estimation.
Veranstaltungstitel:ICAE2021
Veranstaltungsort:Virtual (Thailand)
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:29 November 2021
Veranstaltungsende:5 Dezember 2021
Veranstalter :Journal Applied Energy
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Ding, Wenjin
Hinterlegt am:23 Dez 2021 10:36
Letzte Änderung:16 Okt 2025 18:16

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