Table of Contents
⁇ טיטניום הופיעו כמשפחה חומרית קריטית בדחף העולמי לטכנולוגיות אנרגיה מתחדשות בר-קיימא.כפי שאומות מתחייבות ליעדים של פחמן שאפתנית והמגזר לאנרגיה עובר טרנספורמציה מהירה, הביקוש לחומרים שיכולים לעמוד בתנאים תפעוליים קיצוניים תוך צמצום ההשפעה הסביבתית מעולם לא היה גבוה יותר. ⁇ טיטניום, עם שילוב יוצא דופן של כוח, משקל, עמידות קורוזיה, עמידות עמידות עמידות עמידות עמידות עמידות עמידות עמידות עמידות עמידות, עמידות, עמידות, עמידות, עמידות, וגמישות ייחודית, מאפשרים דרישות סביבתיות לטווח הארוך, כדי לספק את הפעילות של מערכות אנרגיה מתחדשת לטווח הארוך, מעבר לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, כדי לספק אנרגיה מתחדשת, מעבר לתפקוד אווירי אנרגיה מתחדשת, מעבר לתפקוד אווירי אנרגיה מתחדשת, מעבר לתפקוד אווירי כוח, אנרגיה מתחדשת, מעבר לטווח הארוך, מעבר לתפקוד אווירי כוח אווירי כוח אווירי כוח אווירי אנרגיה מתחדשת, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, אנרגיה מתחדשת, לטווח הארוך, מעבר לקרינה.
תכונות של Titanium Alloys
התועלת של ⁇ טיטניום באנרגיה מתחדשת נובעת ממערך ייחודי של תכונות פיזיות וכימיקליות שרק חומרים מתכתיים אחרים יכולים להתאים.הבנת תכונות אלה חיונית למהנדסים ולמתכננים שצריכים לבחור חומרים עבור מערכות אנרגיה שחייבות לבצע באופן אמין במשך 20, 30, או יותר שנים בתנאים קשים.
כוח חיצוני - עד-Weight Ratio
⁇ טיטניום מציג אחד היחסים הגבוהים ביותר במשקל כוח-על בין מתכות מבניות.עם צפיפות של כ-60% של פלדה ועוצמה דומה או גבוהה יותר בציון ⁇ רבים, טיטניום מאפשר עיצוב של רכיבים קלים ללא יכולת סגסוגת עומסים קלים.בסביבות אנרגיה מתחדשת 6, ירידה במשקל מתורגם ישירות לחיסכון בעלויות במהלך תחבורה, התקנה ותחזוקה.
התנגדות קורוזיה
קורוזיה היא אחת המנגנונים המשמעותיים ביותר של ציוד אנרגיה מתחדשת, במיוחד בחוף, בחוגים ימיים, טיטניום ⁇ באופן טבעי מהווה שכבת תחמוצת יציבה, דבקה (בעיקר TiO2) שמגן על המתכת הבסיסית מפני התקפה על ידי מים ים, chlorides, חומצות, וכימיקלים אגרסיביים אחרים.
ביצועים טמפרטורה גבוהה
כמה טכנולוגיות אנרגיה מתחדשות כרוכות בטמפרטורות גבוהות שמאתגרות חומרים קונבנציונליים. ⁇ טיטניום לשמור על כוח מכני והתנגדות חמצון בטמפרטורות עד 600 מעלות צלזיוס, בהתאם לרכיבה הספציפית של ⁇ .יכולות אלה קריטיות במערכות השמש מרוכזות (CSP), שבו החלפת חום צינורות מקלט צריכים לפעול באופן אמין בטמפרטורות גבוהות תחת עומסים תרמיים.
התנגדות שומנית ויציבות
מבנים אנרגיה מתחדשת כפופים להטען מחזורי מן הרוח, גלים, ו transients תרמיים. טיטניום ⁇ מציג התנגדות עייפות מעולה, במיוחד כאשר מעובד כראוי לאופטימיזציה מיקרו-מבנה.הגבול הסיבול של טיטניום מפחית את הסיכון של סדקים ו propagation מעל מיליוני מתחמי עומסים קשים מאוד. in Wind rotor blades, titaniums יקרים או להניח ניתן להשתמש כדי לחזק עומסים קריטיים של בעיות לחץ דם גבוה.
יתרונות סביבתיים ומחזור חיים
מעבר לביצוע הטכני שלה, titanium מציעה יתרונות סביבתיים משמעותיים התואמים עם מטרות קיימות. טיטניום הוא ביו-אי לא רעיל, לא מעמיד סיכון למערכת האקולוגית הימית כאשר נעשה שימוש בהתקנה offshore. החומר הוא מלא מחזורי, ואת תעשיית מחזור עבור גרדנות טיטניום פחות מבוסס, עם טיטניום ממוחזר הדורש רק 5% של האנרגיה הדרושה לייצור ראשוני, הם לעתים קרובות יותר גמישים, כמו גם עלות של חומרים חלופיים יותר מאשר סוללות.
יישומים בטכנולוגיות אנרגיה מתחדשת
⁇ טיטניום פרוסים על פני מגוון רחב של מערכות אנרגיה מתחדשות, כל אחד מהם מציג אתגרים טכניים ייחודיים.הסעיפים הבאים מפורטים את היישומים הנוכחיים והמתעוררים המשמעותיים ביותר.
Offshore Wind Turbines
רוח Offshore מתפשטת במהירות, עם טורבינות עכשיו מעל 15MW קיבולת ומותקנת בעומק מים של 50 מטרים או יותר. הסביבה הימית קורוזיבית - כולל תרסיס מלח, סיבולת, ו biofouling - מציב דרישות קיצוניות על כל הרכיבים חשופים. ⁇ טיטניום משמשים במספר תחומים קריטיים:
- (FLT:0) Fasteners ו-raging:FreaLT:1 , מברגים טיטניום גבוהים ו-Terant-Strength titanium bratrans ו- ⁇ s בטוח מגדלים, מכסה תא ושורשים להבים.
- (FLT:0) מערכות קירור וקירור: ראטאלף:1) טיטניום צינורות ואביזרים נפוצים בשליטה על הידראולים וגרנר קורת גג בגלל תאימות שלהם עם מים ים ונוזלים הידראוליים.
- (FLT:0) מחברים והגנה בכבלים: ראטפל:1) טיטניום מציע את הכוח ואת ההתנגדות קורוזיה הדרושים עבור מחברים רטובים ידידותיים וכבל תל- off אסיפות, להבטיח שידור חשמל אמין מן הטורבינה אל קרקעית הים.
- (FLT:0) החזקות של Structural:FLT:1 קטעי מעבר, חיבורים מונופיל, ו anode brackets לעתים קרובות לשלב titanium כדי למנוע בעיות קורוזיות גליוניות כאשר מחוברים למבנים פלדה.
השימוש בטייטניום בתפקידים אלה מרחיב את מרווחי תחזוקה בין 2-5 שנים ל-10-20 שנים, באופן משמעותי להפחית עלויות התפעול ולשפר את העלות המדרגת של אנרגיה (LCOE) מחקר נמשך לפיתוח ⁇ טיטניום עם התנגדות ללבוש מוגברת ליישומים דינמיים כגון להבים ומערכות yaw.
אנרגיה ימית
גלי גלים ומכשירי אנרגיה tidal פועלים בחלק מהסביבות האגרסיביות ביותר שניתן להעלות על הדעת – זרם סיבולת מתמשך, שקיפות גבוהה, שחיקה של משקעים, ועומסי עייפות קיצוניים. ⁇ טיטניום הם החומר של בחירה עבור רכיבים מרכזיים רבים:
- (FLT:0) blades טורבינות Tidal:FLT:1 Titanium blades מתנגדים הן קורוזיה והן לחיקת קיטורציה תוך שמירה על הנוקשות והעייפות הנדרשת ללכידת כוח יעיל.כמה טורבינות טיטניום מסחרי להשתמש כיום בלהבות ⁇ טיטניום, השגת חיי שירות של מעל 20 שנים בתחום.
- (FLT:0) מרכיבים של אנרגיה סופגת:FreaLT:1 [Hinges], פיסטון, ועומס-transmitting חלקים בקליטים נקודה ו-oscillating מים עמודות ליהנות משילוב של כוח, עמידות קורוזיה, ושפל.
- (FLT:0) דירות ורכב כלי שיט:1 טיטניום לחץ דיור להגן על אלקטרוניקה וחיישנים ממי הים באגרסיביות מעל 100 מטרים, המציע צפיפות נמוכה וביצועי קורוזיה טובים יותר מאשר חלופות נירוסטה פלדה.
- (FLT:0)Mooring and Connection חומרה:FLT:1; Titanium Shackles, קישורים שרשרת ו-Switchivels מספקים קשרים אמינים למכשירים צפים בזרמים טיטד ונהרות גל.
העלות הראשונית הגבוהה של טיטניום היא מתבטלת על ידי תדירות תחזוקה מופחתת וחיי שירות ארוכים יותר.בפרויקטים רבים של אנרגיה ימית, רכיבי טיטניום צפויים להימשך את תוחלת החיים המלאה של 20-25 שנים ללא תחליף, דרישה קריטית לכדאיות כלכלית: FLT:0Tethys ידע בסיס על אנרגיה מתחדשת 1.
פאנל סולארי הרהורים מערכות
בעוד אלומיניום ופלדה גליבן שולטים על צח השמש המסורתי, ⁇ טיטניום הם מציאת יישומים צומחים בסביבות שבו קורוזיה היא חמורה.חוף השמש, מבנים סולאריים צפים, והמתקנים באזורים תעשייתיים או חקלאיים עם סגסוגת אוויריות מתקדמות עלות מגנטית גבוהה יותר של אלומיניום עלות טיטניום צמחייה מוגברת.
ציוד ייצור הידרוגן
המעבר לכלכלת מימן תלוי בטכנולוגיות אלקטרוליטיות מדרגיות שיכולות לפעול ביעילות ובעמידה. ⁇ טיטניום הם הכרחיים הן באלקלליין והן ב-Proton Exchange membrane (PEM) אלקטרוליצרים:
- (FLT:0)PEM אלקטרוליט דו קוטבי: פלטות טיטניום 1 עם ציפוי פלטינה או אירידיום משמשים אספנים נוכחיים ושכבות הפרדה גז, מתנגד לסביבה החמצית והתנאים חומציים (pH -2-3) בתוך ערימה התא.
- (FLT:0) שכבות תחבורה חמורות (PTLs): ⁇ F1) אבקת טיטניום או מבנים סיבים מספקים גז אחיד ותפוצה נוזלית תוך עמידה בפוטנציאל גבוה ומין קורוזי.
- (FLT:0) חילופי חום טיטניום: 1FLT:1; תחליפי חום טיטניום לשחזר חום פסולת מ אלקטרוליזה או מתהליכי מטה הזרם, פועלים באופן אמין בנוכחות מים ומימן.
- (FLT:0) אחסון מימן בלחץ גבוה: FLT:1 כלי שיט ממוינים טיטניום או סגסוגת טיטניום סגסוגת overwraps מציעים משקל, קורוזיון-resistant להכיל מימן בלחץ עד 700 בר.
ברפורמת אדים עם לכידת פחמן, מרכיבים טיטניום להתמודד עם תערובת CO2-H2O בתערובת.הביקוש טיטניום ביישומים מימן צפוי לגדול באופן משמעותי ככל יכולת אלקטרוליטיזה מתרחבת.
מערכות אחסון אנרגיה
אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול, כולל סוללות בקנה מידה רשת, הידרוד משאבה, ודחוס אחסון אנרגיה אוויר (CAES), מציב דרישות חומריות משלה.טיטאניום משמש במספר טכנולוגיות אחסון:
- (FLT:0) רכיבי סוללה נמוכים:FLT:1 Vanadium Redox Flow סוללות (VRFBs) משתמשים באספןים הנוכחיים של טיטניום ואלקטרודות לעמוד באלקטרוליטה החומצה. Titanium's Inertness להימנע זיהום ומרחיב את חיי הסוללה ליותר מ-10,000 מחזורים.
- (FLT:0) מסגורים ועורים באוטובוס:03:1) בכלי רכב חשמליים ומערכות אחסון נייח, מתחם טיטניום לספק משקל, עמיד באש, ו-corrosion-resistant Containment for Lithium-ion תאים, במיוחד בסביבות ימיות או גבוהות.
- (FLT:0) אחסון של ה- CSP:FreaLT:1); התקשורת של טיטניום חימום ואחסון משמשים במערכות מלח מלוטן הפועלות ב- 500-600 מעלות צלזיוס, שם שיעורי קורוזיה עבור נירוסטה הופכים לבלתי מתקבלים על הדעת.
- (FLT:0) תחליפי חום: FLT:1, העוצמה הגבוהה של טיטניום והתנהלות תרמית מאפשרים קומפקטית, מחליפי חום קלים עבור מגנים ומתווכים במערכות אוויר דחוסות.
מגזר אחסון האנרגיה הוא שוק מתפתח עבור טיטניום, עם פוטנציאל צמיחה משמעותית כמו עלייה חדה מתחדשת.
אנרגיה גיאותרמית
צמחי כוח גאוותרמי מייצרים חשמל על ידי הזיעה לתוך עתירי זמן גבוהה, גליונות בלחץ גבוה כי הם לעתים קרובות קורוזיה גבוהה מאוד בשל מתמוסס chlorides, sulfates, ומימן sulfide. טיטניום ⁇ הם חומר מועדף עבור ציוד טוב, החלפת חום, ו piping בסביבות חומציות אלה. 6Al-4V ו-Al3-V משמשים בדרך כלל עבור קערת חום ונוזלים, כמו גם לחץ ארוך.
פרספקטיבה עתידית
הצמיחה המתמשכת של אנרגיה מתחדשת תדרוש חומרים שיכולים להופיע באופן אמין במשך עשרות שנים, תוך צמצום ההשפעה הסביבתית. ⁇ טיטניום נועדו לענות על דרישות אלה, אך פיתוח נוסף נדרש כדי להפחית את העלות, לשפר את יעילות הייצור ולהרחיב את יכולות ⁇ .
פיתוח Alloy ו- Cost Reduction
עלויות ⁇ טיטניום הנוכחיות (בדרך כלל 15-40 דולר לק"ג עבור מוצרי עופרת) נותרו המחסום העיקרי לאימוץ רחב יותר.מחקר מתמקד בפיתוח ⁇ בעלות נמוכה יותר אשר משתמשים באלמנטים פחות יקרים של ⁇ כגון ברזל, מנגן, וסיליקון במקום סגסוגת או molybdenum - לדוגמה, Ti-6Al-1Fe (TI 6-1) מציעה כוח דומה ו-corross ההתנגדות הגולמית בטכניקות מסוימות של נוזל מתכתיבית, אך הן נמוכות יותר.
טכניקות ייצור מתקדמות
ייצור אדקטי (AM), הידוע גם כדפסת תלת מימד, הוא מהפכה בייצור של רכיבי טיטניום. לייזר- ואלקטרוני-beam אבקת היתוך מיטה יכול לייצר גיאומטריה מורכבת עם פסולת חומרית מינימלית, לעתים קרובות באמצעות אבקת טיטניום מראש מופעלת חלקי אנרגיה גמישים (כמו גם חומרים תחליפיים) ללא טיפול מותאם אישית, ביצועים גבוהים כגון ערוצי זרימה, מבנים ליציפר, וחיישנים משולבים כי הם יכולים להיות מופחתים כדי להרחיב את רמת חום גבוהה יותר.
מחזור וכלכלה מעגלית
הגדלת קצב מחזור עבור טיטניום היא יעד קיימות מפתח.כרגע, רק כ -30-40% של גרד טיטניום ממוחזר, עם השאר אבוד או מחוספס. מאמץ לשיפור הפרדה, לפתח טכנולוגיות מיון יעילות, ולהרחיב את יכולת מחזורית של כמה מרכיבים חשמליים מתקדמים יותר, תהליכים חדשים מאפשרים מחזור ישיר של שבבי מאצ'ין ואבקת AM לתוך מאוחדים עם מינימום של ייצור אנרגיה.
שילוב עם מערכות חדשות
טכנולוגיות מתחדשות ייווצרו הזדמנויות חדשות לסגסוגת טיטניום.בחוות רוח צפופה בעומק של 200 מטרים, שרשראות טייטניום של תעשיית ייצור ועגן נוטה להציע קורוזיה ועייפות מעל פלדה.בדור הבא של מכשירים אנרגיה גל טיטניום ספציפי, ⁇ חומר נוזלי טיטניום בטוח ימשיך לספק לימברנס גמיש או רכיבים גמישים שיכולים לכוון למצבי ים מתקדמים יותר.
מסקנה
⁇ טיטניום אינם רק שיפור מצטבר על חומרים קונבנציונליים ביישומים אנרגיה מתחדשת - הם טכנולוגיה טרנספורמטיבית המאפשרת מערכות לפעול ביעילות רבה יותר, זמן רב יותר, ולהפחית את ההשפעה הסביבתית של כוח קל משקל, עמידות קורוזיה יוצאת דופן, יכולת סגסוגת גבוהה, ואפקטים קריטיים של אנרגיה מתחדשת, תוך כדי שיפור משמעותי של עלויות הבנייה, ייצור אנרגיה מתחדשת, צמיחה גבוהה יותר ויותר יעילה, פיתוח אנרגיה מתחדשת של כוח.