近期，國際能源署發(fā)布旗艦報告《關(guān)鍵礦物在清潔能源轉(zhuǎn)型中的作用》，對低碳排放技術(shù)取代非可持續(xù)發(fā)電方法所需金屬和礦物的需求做出預(yù)測，文中提及了鎳對清潔能源技術(shù)應(yīng)用的重要性。

鎳是使合金堅(jiān)韌的關(guān)鍵，在清潔技術(shù)的應(yīng)用中同樣發(fā)揮了作用。以水力發(fā)電為例，在水力發(fā)電中，鎳的用量較少，但是對于水輪機(jī)葉片的焊接性能和延長大壩閘門部件的使用壽命至關(guān)重要。除發(fā)電外，其他一些清潔技術(shù)也會產(chǎn)生熱能，生物燃料生產(chǎn)就是一個很好的例子，它對含鎳不銹鋼的依賴度很強(qiáng)。實(shí)際上，清潔能源技術(shù)都要用到鎳。本文將詳細(xì)介紹鎳在地?zé)帷⑺姾惋L(fēng)電這三種清潔能源中發(fā)揮的作用。

地?zé)岚l(fā)電中的鎳應(yīng)用

地?zé)岚l(fā)電，可以為住宅和其他建筑物供暖。150℃以上的蒸汽或加壓熱水通過管道輸送到地面，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后冷卻，溫度較低的水通過管道輸送到集中供暖系統(tǒng)，然后返回地下自然加熱。地?zé)崤c太陽能或風(fēng)能不同，其主要優(yōu)點(diǎn)之一是穩(wěn)定可靠。

地下水或蒸汽的質(zhì)量具有很強(qiáng)的地域性。有些水含有大量的氯化物和硫化氫，具有腐蝕性。加利福尼亞州索爾頓湖地?zé)犭娬卷?xiàng)目設(shè)備中大量使用了C-22（N06022）等鎳基合金，有效解決了這一問題。

以冰島首都雷克雅未克附近的Hellisheiei電站為例，該電站是世界上第六大地?zé)犭娬?。該電站發(fā)電303兆瓦，產(chǎn)生熱能400兆瓦，并通過一條19.5公里長的管道輸送到城市，為住宅和商業(yè)供暖。地?zé)峋某鏊疁囟燃s為200℃，含有少量的氯化物和一些硫化氫。該系統(tǒng)使用的材料，有典型的碳鋼套管合金，也有各種牌號的不銹鋼，甚至高鎳合金，有些關(guān)鍵部件還使用了鈦合金。使用含鎳材料的關(guān)鍵部件有渦輪機(jī)、冷凝器、熱交換器、泵和管道系統(tǒng)，用到的含鎳不銹鋼有630（S17400）、316L（S31603）、各種雙相合金、6%鉬合金（S31254）和鎳合金625(N06625）。在發(fā)電設(shè)備所用的合金材料中，鎳的使用量大約為100噸。在正確的應(yīng)用環(huán)境下，這些材料可以提供良好的耐腐蝕性、強(qiáng)度，并創(chuàng)造傳熱性良好的清潔表面。

水力發(fā)電中的鎳應(yīng)用

水力發(fā)電是目前可再生電力的最大來源。據(jù)國際能源署預(yù)測，到2040年，全球水力發(fā)電能力將增長70%，主要集中在亞太地區(qū)。水力發(fā)電將成為未來可再生能源的主要來源。此外，一些老舊發(fā)電廠的改造升級也會利用現(xiàn)有技術(shù)延長設(shè)備的使用壽命，提高能源產(chǎn)量。

大多數(shù)水力發(fā)電系統(tǒng)都有給水輪機(jī)供水的大壩，它們的關(guān)鍵部件都要用到鎳。未來，鎳將在這些領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。發(fā)電廠的核心是發(fā)電機(jī)，由轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)子和定子組成，承壓水流驅(qū)動轉(zhuǎn)輪，磁性轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。渦輪機(jī)大多由含鎳不銹鋼制成的，既要耐腐蝕，也要耐氣蝕。水輪機(jī)型號規(guī)格不一，體積普遍很大，焊接性和焊補(bǔ)性是選擇材料的關(guān)鍵，因此，最耐用的水輪機(jī)使用了含鎳馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼制成，如410NiMo（UNS S41500）、EN 1.4488（無UNS）、304（S30400）以及相應(yīng)的鑄造材料。此外，通常定子的尺寸較大，而含鎳奧氏體不銹鋼的非磁性是保證定子性能的關(guān)鍵，尤其是XM-19(S20910)合金。

隨著水壓和水量的增加，設(shè)備部件會受到磨損。在這些設(shè)備使用的合金中添加鎳，可以提高材料的耐用性。高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼將是未來引水管道（向水輪機(jī)供水的大口徑管道）的最佳材料。引水管直徑可達(dá)10米，使用高強(qiáng)度鋼可以減輕管道重量、擴(kuò)大管徑。在這些合金中添加鎳，可以促進(jìn)高強(qiáng)度馬氏體相的形成，還可以改善引水管材的焊接性。含鎳材料具有成本低、用料省和效率高的優(yōu)勢，在未來的水力發(fā)電中擔(dān)當(dāng)著重要角色。

風(fēng)力發(fā)電中的鎳應(yīng)用

近年來，風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展，全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模已接近750GW，目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率已經(jīng)達(dá)到10MW，功率更大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在研制中，其材料使用量有所減少，這意味著每兆瓦能源消耗的材料更少。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，許多關(guān)乎安全的部件，如梯子、控制面板和緊固件等設(shè)備創(chuàng)造材料會使用含鎳不銹鋼。鎳在風(fēng)力發(fā)電中的主要作用是提高低合金鋼的強(qiáng)度和韌性。許多合金元素都能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，鎳是少數(shù)能提高韌性的元素之一。韌性表示材料在變形過程中吸收機(jī)械能的能力，這對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行十分關(guān)鍵。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱承載著最重要的轉(zhuǎn)動部件。一臺8MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱重量可達(dá)86噸。如果出現(xiàn)重大故障，更換陸地風(fēng)力發(fā)電機(jī)的部件或整個齒輪箱的成本都是非常高昂的，對于海上風(fēng)電裝置來說，運(yùn)維和停機(jī)成本更高。因此，可靠性和增強(qiáng)使用壽命，是保證風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性的必要因素。齒輪箱的重量同樣不可忽視，齒輪箱裝在機(jī)艙內(nèi)，整個機(jī)艙由機(jī)塔支撐，且長期處于在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下。機(jī)艙重量每減輕1公斤，機(jī)塔的材料消耗就可以減少10公斤。如今，制造齒輪箱的鋼材大多數(shù)都含有鎳，某些部件的鎳含量高達(dá)2%。對于正在研發(fā)的20MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則推薦使用鎳含量更高的合金鋼。為了減輕重量、提高可靠性，未來，不含鎳的部件可能會用含鎳0.5%的材料。（本文由國際鎳協(xié)會提供資料整理而成）