近期，國際能源署發(fā)布旗艦報告《關鍵礦物在清潔能源轉(zhuǎn)型中的作用》，對低碳排放技術取代非可持續(xù)發(fā)電方法所需金屬和礦物的需求做出預測，文中提及了鎳對清潔能源技術應用的重要性。
鎳是使合金堅韌的關鍵，在清潔技術的應用中同樣發(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，但是對于水輪機葉片的焊接性能和延長大壩閘門部件的使用壽命至關重要。除發(fā)電外，其他一些清潔技術也會產(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。實際上，清潔能源技術都要用到鎳。本文將詳細介紹鎳在地熱、水電和風電這三種清潔能源中發(fā)揮的作用。
地熱發(fā)電中的鎳應用
地熱發(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。地熱與太陽能或風能不同，其主要優(yōu)點之一是穩(wěn)定可靠。
地下水或蒸汽的質(zhì)量具有很強的地域性。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熱電站項目設備中大量使用了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熱電站。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。地熱井的出水溫度約為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，有些關鍵部件還使用了鈦合金。使用含鎳材料的關鍵部件有渦輪機、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)電設備所用的合金材料中，鎳的使用量大約為100噸。在正確的應用環(huán)境下，這些材料可以提供良好的耐腐蝕性、強度，并創(chuàng)造傳熱性良好的清潔表面。
水力發(fā)電中的鎳應用
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)有技術延長設備的使用壽命，提高能源產(chǎn)量。
大多數(shù)水力發(fā)電系統(tǒng)都有給水輪機供水的大壩，它們的關鍵部件都要用到鎳。未來，鎳將在這些領域發(fā)揮更大的作用。發(fā)電廠的核心是發(fā)電機，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。渦輪機大多由含鎳不銹鋼制成的，既要耐腐蝕，也要耐氣蝕。水輪機型號規(guī)格不一，體積普遍很大，焊接性和焊補性是選擇材料的關鍵，因此，最耐用的水輪機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鍵，尤其是XM-19(S20910)合金。
隨著水壓和水量的增加，設備部件會受到磨損。在這些設備使用的合金中添加鎳，可以提高材料的耐用性。高強度低合金（HSLA）鋼將是未來引水管道（向水輪機供水的大口徑管道）的最佳材料。引水管直徑可達10米，使用高強度鋼可以減輕管道重量、擴大管徑。在這些合金中添加鎳，可以促進高強度馬氏體相的形成，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)電中擔當著重要角色。
風力發(fā)電中的鎳應用
近年來，風力發(fā)電快速發(fā)展，全球風力發(fā)電規(guī)模已接近750GW，目前，風力發(fā)電機的最大功率已經(jīng)達到10MW，功率更大的風力發(fā)電機正在研制中，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。
在風力發(fā)電機中，許多關乎安全的部件，如梯子、控制面板和緊固件等設備創(chuàng)造材料會使用含鎳不銹鋼。鎳在風力發(fā)電中的主要作用是提高低合金鋼的強度和韌性。許多合金元素都能提高鋼的強度和硬度，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械能的能力，這對風力發(fā)電機的運行十分關鍵。
風力發(fā)電機齒輪箱承載著最重要的轉(zhuǎn)動部件。一臺8MW風力發(fā)電機的齒輪箱重量可達86噸。如果出現(xiàn)重大故障，更換陸地風力發(fā)電機的部件或整個齒輪箱的成本都是非常高昂的，對于海上風電裝置來說，運維和停機成本更高。因此，可靠性和增強使用壽命，是保證風電經(jīng)濟性的必要因素。齒輪箱的重量同樣不可忽視，齒輪箱裝在機艙內(nèi)，整個機艙由機塔支撐，且長期處于在強風環(huán)境下。機艙重量每減輕1公斤，機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2%。對于正在研發(fā)的20MW的風力發(fā)電機，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）
