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近期，国际能源署发布报告《关键矿物在清洁能源转型中的作用》，对低碳排放技术取代非可持续发电方法所需金属和矿物的需求做出预测。报告按高、中、低等级，指出了镍对清洁能源技术应用的重要性，具体见表1。  镍是使合金坚韧的关键，镍的用量虽少，但对清洁技术的成功应用发挥了重大作用。以水力发电为例，虽然，在水力发电中，镍的用量少，但是对于水轮机叶片的焊接性能和延长大坝闸门部件的使用寿命至关重要。在某些应用中，甚至可以说，镍对这些技术是不可或缺的。生物燃料生产就是一个很好的示例，它对含镍不锈钢的依赖度很强。实际上，许多种能源都需要某种形式的镍，而且，所有的清洁能源技术都要用到镍。下面详细介绍镍在地热、水电和风电这三种清洁能源中发挥了哪些作用。 地热 地热可以发电，也可以为住宅和其他建筑物供暖。这个概念很简单——150℃以上的蒸汽或加压热水通过管道输送到地面，驱动发电机发电，然后冷却。温度较低的水通过管道输送到集中供暖系统，然后返回地下自然加热。地热与太阳能或风能不同，其主要优点之一是稳定可靠。目前地热能的生产量很有限，产能大概只有16GW，而且仅限于地下水源较浅的地方，一般在3km以内。地热发电站的资金成本往往高于其他可持续技术，不过，系统持续运行可以证明物有所值。 地下水或蒸汽的质量具有很强的地域性。有些水含有大量的氯化物和硫化氢，腐蚀性很强。这正是需要用到含镍合金的地方。有些地热项目，如加利福尼亚州索尔顿湖项目，大量使用C-22（N06022）等镍基合金，但其他很多项目可以使用低合金材料。 以冰岛首都雷克雅未克附近的Hellisheiði电站为例，该电站是世界上第六大地热电站。该电站发电303 MW，产生热能400 MW并通过一条19.5km长的管道输送到城市，为住宅和商业供暖。地热井的出水温度约为200℃，含有少量的氯化物和硫化氢。该系统使用的材料，从典型的碳钢套管合金到各种牌号的不锈钢，甚至高镍合金。使用含镍材料的关键部件有涡轮机、冷凝器、热交换器、泵和管道系统，用到的不锈钢有630（S17400）、316L（S31603）、各种双相合金、6%钼合金（S31254）和镍合金625（N06625）。在发电设备所用的合金材料中，镍的使用量大约是100t。在正确的应用环境下，这些材料可以提供耐腐蚀性、强度和传热性良好的清洁表面，从而实现高性价比服务。 水力发电 水力发电是目前可再生电力的最大来源。据国际能源署预测，到2040年，水力发电能力将增长70%，主要集中在亚太地区。水力发电将成为未来可再生能源的主要来源。水力发电厂会越来越多，另外，老厂改造升级也要利用现有技术，延长设备的使用寿命，提高能源产量。 大多数水力发电系统都有给水轮机供水的大坝。它们的关键部件都要用到镍，因此，未来镍将发挥更大的作用。发电厂的核心是发电机，由转轮、转子和定子组成，承压水流驱动转轮，磁性转子在定子内旋转，产生电能。通常情况下，涡轮机都是由含镍不锈钢制成。既要耐腐蚀，也要耐气蚀。水轮机型号规格不一，体积普遍很大，焊接性和焊补性是选择材料的关键。因此，最耐用的水轮机是由含镍马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢制成，如410NiMo（UNS S41500）、EN 1.4488（无UNS）、304（S30400）以及相应的铸造材料。 定子的尺寸也很大，含镍奥氏体不锈钢的非磁性是保证定子性能的关键，尤其是XM-19（S20910）合金。 随着水压和水量的增加，部件会受到磨损。添加镍可以提高材料的耐用性。高强度低合金钢将是未来引水管道（向水轮机供水的大口径管道）的最佳材料。引水管直径可达10m。使用高强度钢可以减轻管道重量、 扩大管径。在这些合金中添加镍，可以促进高强度马氏体相的形成，还可以改善引水管材的焊接性。含镍材料具有成本低、用料省和效率高的优势，在未来的水力发电中担当着重要角色。 风力发电 近年来，风力发电快速发展，全球风力发电规模已接近750GW。风电的成本已经下降，风力发电机的最大功率已经达到10 MW。功率更大的风力发电机正在研制中，其材料使用量有所减少，这意味着每兆瓦能源消耗的材料更少，这是可持续性的重要评判标准。镍对此发挥了关键作用。镍主要用在不锈钢中，在风力发电机中，许多关乎安全的部件，如梯子、控制面板和紧固件，一定要使用不锈钢。镍在风力发电中的主要作用是提高低合金钢的强度和韧性。许多合金元素都能提高钢的强度和硬度，但是，镍是少数能提高韧性的元素。韧性表示材料在变形过程中吸收机械能的能力，这对风力发电机的运行很关键。 风力发电机齿轮箱承载着最重要的转动部件。一台8MW风力发电机的齿轮箱重量可达86t。如果出现重大故障，更换陆地风力发电机的部件或整个齿轮箱都是非常昂贵的，对于海上风电装置来说，运维和停机成本可能是天文数字。因此，可靠性和长寿命是保证风电经济性的必要因素。 齿轮箱的重量不可忽视，齿轮箱装在机舱内，整个机舱由机塔支撑，而且是在强风环境下。机舱重量每减轻1kg，机塔的材料消耗就可以减少10kg。 设计是关键，但选材同样重要。如今制造齿轮箱的钢材大多数都含有镍，某些部件的镍含量高达2%。对于正在研发的20MW的风力发电机，推荐使用镍含量更高的合金钢。为了减轻重量，提高可靠性，目前不含镍的部件未来可能会用含镍0.5%的材料。   国际镍协会是一个代表全球镍生产商的非营利性行业协会，其使命是推广和支持镍的适当应用，促进各国市场发展，支持新兴和现有的镍应用，包括不锈钢，而且全力推动科普、风险管理并提升社会经济效益，以此作为公共政策和监管的基础。通过我们的科学部门镍生产商环境研究协会（简称NiPERA，www.nipera.org），我们也在不断进行与人类健康和环境有关的前沿科学研究。 国际镍协会是镍及含镍材料相关资讯的汇总中心，在亚洲、欧洲和北美洲设立了办事处。1997年在中国设立办事处，着重推动含镍材料市场发展，推动镍在中国的公共政策和监管并共享其技术专长，从而推动镍的可持续使用。 ● 国际镍协会是世界主要镍生产商的全球性协会组织。 ● 我们与其他国际金属协会及不锈钢研发协会合作，推动镍在全世界的安全使用。 ● 我们通过高素质专家的全球性网络进行市场拓展，并发布关于镍及其性质和用途的免费技术知识，以保证最佳性能发挥以及安全操作和使用。 ● 我们积极发起和资助科学研究计划，从而考察镍在人类健康和环境中的作用。 ● 我们免费共享自身的知识，不会从事任何类型的商业或交易活动。 ● 我们不会对镍市场、价格或供需作出预测或评价。 ● 我们不断推动镍的长期使用，从而促进未来可持续发展。 |
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