太阳能光热发电是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,驱动汽轮机组发电。发电过程避免了昂贵的硅晶光电转换工艺,大大降低了发电成本。同时,光热发电还具有可储热、可调峰、可实现连续发电等优点。太阳能光热发电站有多种形式,包括塔式、槽式、碟式、菲涅尔式等,传热工质有:水、导热油和熔盐等。目前国内研发的太阳能热发电系统普遍采用Solar salt熔盐体系作为传蓄热介质。
塔式光热发电的集热器组件包括集热管、聚光器、跟踪机构等部分,而集热管又是吸热器中的核心组件。集热管管内为流动的熔盐介质,管外向光侧涂一层具有高吸热率的吸收涂层吸收太阳的辐射能量,管壁温度维持在260-650℃之间。同时在运行过程中,每天早晚需至少升温和降温一次,白天还受风、云遮盖等天气的影响。在这种复杂工况下,集热管在25年服役期限内会承受约36000次的温度波动,由这些温度波动所产生的应力对集热管势必会造成疲劳损伤。同时太阳能热发电系统中的熔盐中含有氯、碳酸根、硫酸根、金属离子等杂质,造成结构材料的腐蚀加剧。另一方面熔盐受热的分解以及氧化会使熔盐组成发生变化,从而导致熔盐劣化,进而造成结构材料的腐蚀加剧。
目前,国内外太阳能光热电站项目中集热管选材均为高等级镍基合金,主要有Alloy 625、Alloy 230无缝管和焊管。标准采用ASME Ⅱ卷B篇的SB444、SB704、SB626等,订货厂家会根据集热管的使用要求提出特殊条款。因我国太阳能光热电站项目的发展相比美国及欧洲较晚,2016年9月国内第一批光热发电示范项目才得到国家能源局的批复,所以国内对集热管材料的研究也相对滞后。2016年国内特钢企业开始集热管材料的研发工作,现已应用于国内示范项目。