電力／能源產業應用｜燃料、核能與熱儲存材料之熱分析
在氣候變遷與化石能源減產的背景下，提高能源與熱生成效率成為關鍵。在電力與能源系統中， 瞭解燃料（如煤、油、氣）及結構材料在高溫高壓環境下的熱物性，是安全與效率提升不可或缺的基礎。 使用熱分析與熱物性量測技術，可協助優化系統流程、材料設計與可靠度評估。
電力／能源為何需要熱分析與熱物性量測？
在核能、燃料發電與再生能源系中，材料常處於極端溫度、壓力與腐蝕環境。建構可靠能源系統， 必須掌握燃料、結構物質、塩熔儲能介質於高溫／高壓下的熱導率、熱膨脹、分解反應與穩定性。透過熱分析技術，可提供這些關鍵資料以支持系統設計、材料選型與生命週期評估。
- 燃料熱物性：煤、油、氣燃料及其灰渣在燃燒與熱交換系統中的熱傳行為。
- 核能材料安全性：高壓、高溫環境中材料的熱膨脹、熱導率與分解行為是安全設計的重要指標。
- 再生能源與儲能介質：如熔鹽 (molten salts) 在太陽能熱電廠與核反應器中的熱導率與熱穩定性。
- 熱管理與散熱設計：建立高導熱材料或低導熱隔熱材料熱傳參數，以降低能耗與熱損失。
- 製程可靠性：在電解、合成燃料、熱儲存等流程中，掌握材料的熱行為，有助於提升系統可靠性與效率。
應用案例一：煤、油與天然氣燃料的熱導率與分解行為量測
燃料及燃燒副產品（如灰渣）在火力發電系統中扮演關鍵角色。透過熱重分析 (TGA) 配合熱導率量測， 可以掌握燃料成分、揮發分、灰分含量與熱傳性能，進而協助燃燒設計、設備維護與效率提升。
量測與解析重點：
- 質量損失曲線：觀察燃料在升溫過程中揮發物與灰分的損失情況。
- 熱導率測量：評估燃料床或灰層在高溫環境下的熱傳效率。
- 與設備設計連結：提供燃燒器、熱交換器與灰處理系統的熱物性輸入。
這些資料可用於優化燃燒條件、降低熱損失與設備磨損，提升能源系統整體的熱效率與運轉可靠性。
應用案例二：核能與高溫儲熱系統之材料熱膨脹、熱導率與分解分析
在核電與集中式熱儲存系統中，熔鹽、結構鋼、陶瓷保護層等材料需承受極端溫度與輻射環境。 利用雷射閃射法 (LFA)、熱膨脹儀 (DIL) 及同步熱分析 (STA)，可以量測這些材料在高溫、高壓條件下的熱物性與穩定行為。 :contentReference[oaicite:3]{index=3}
量測與解析重點：
- 熱膨脹係數：比較不同受輻射或腐蝕影響材料的熱膨脹差異，以避免熱應力與裂紋。
- 熱導率變化：高溫環境下材料熱導率的變化影響熱交換模組與冷卻系統設計。
- 分解或氧化行為：利用 STA 評估材料在高溫氛圍（如氦、純氧或輻射環境）下的質量與熱流曲線。 :contentReference[oaicite:4]{index=4}
這些熱物性資料可幫助設計安全可靠的高溫儲能裝置、反應器壁材與熱交換結構，支援核能與大型能源系統的長期運行。
應用案例三：再生能源系統與熱管理材料之熱導率與熱阻設計
太陽能熱電、風電與儲熱系統中，熱管理材料如塩熔體、熱交換管、導熱填料與隔熱材尤為關鍵。 通過熱導率量測與熱阻分析，可支援設計低熱損失、高效率的再生能源系統與熱儲存設備。
量測與解析重點：
- 熱導率與熱阻抗：測定塩熔體、導熱膠、散熱模組於高溫／低溫條件下的熱傳參數。
- 介面熱阻：評估導熱填料與金屬管或散熱板之間的接觸熱阻，用於系統模擬與設計。
- 材料退化與循環效應：觀察高溫循環條件下熱物性變化，確保長期使用可靠性。
這些量測結果能幫助能源系統工程師在設計階段更精確地預測溫度分布、熱損失與散熱效率，提升系統整體效能。
電力／能源材料常用熱分析與熱物性量測技術一覽
- 雷射閃射分析（LFA）：量測高溫材料的熱擴散率及推算熱導率，適用於塩熔、高溫合金與熱交換材。
- 熱膨脹儀（DIL）與線性膨脹係數：用於評估構件在高溫／高壓條件下的熱尺寸變化與匹配性。
- 同步熱分析（STA：TGA + DSC）：評估燃料、塩熔、催化劑與高壓氣氛下材料的質量變化與放熱／吸熱行為。 :contentReference[oaicite:5]{index=5}
- 熱導率／熱阻測量：定常或暫態方法用於高功率或高熱流場的散熱系統設計。
- 介面熱阻與熱接觸：用於導熱模組與熱儲存接口、燃燒器結構件的熱性能優化。
我們可根據電力與能源產業中的具體應用情境（火力發電、核能、儲熱系統、燃料、熱交換與熱管理材料）協助規劃適合的量測技術與測試條件，並提供試測與技術說明服務，為系統設計、材料選型與可靠度評估提供關鍵資料。
需要材料熱物性評估方案嗎？
我們提供量測服務、技術諮詢與專案合作，協助您提升研發效率與產品可靠度。
郭文龍｜FST International｜Email: Allen.kuo@fstintl.com.tw