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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, Nov. 29-Dec. 5, 2021, 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.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT 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
Veranstaltungsdatum:Nov. 29-Dec. 5, 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:28 Nov 2023 18:34

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