目前，在光熱發(fā)電領(lǐng)域，無(wú)論是承擔(dān)追蹤陽(yáng)光的核心裝備，即跟蹤系統(tǒng)，還是對(duì)自動(dòng)化精度要求較高的各種輔助裝備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都需要高可靠性和安全性的傳感技術(shù)解決方案。例如，光熱電站中常用的傳感器包括傾角傳感器、接近開(kāi)關(guān)等傳感器產(chǎn)品。

我國(guó)首個(gè)百兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站，資料圖

我國(guó)首個(gè)百兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站

2018年12月27日，在甘肅省敦煌市，我國(guó)建成首個(gè)百兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站，成為戈壁灘一大景觀。該熔鹽光熱電站總投資30億元，在占地7.8平方公里的場(chǎng)區(qū)內(nèi)，逾1.2萬(wàn)面定日鏡以同心圓狀圍繞260米高的吸熱塔，通過(guò)聚光吸熱、儲(chǔ)能換熱等環(huán)節(jié)將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化成電能，為千家萬(wàn)戶送去清潔能源。

據(jù)悉，這是全球聚光規(guī)模最大、吸熱塔最高、儲(chǔ)熱罐最大、可24小時(shí)連續(xù)發(fā)電的100兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站。該光熱電站由我國(guó)自主研發(fā)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上少數(shù)掌握百兆瓦級(jí)光熱電站技術(shù)的國(guó)家之一。據(jù)了解，該電站年發(fā)電量將達(dá)3.9億度，每年可減排二氧化碳35萬(wàn)噸，釋放相當(dāng)于1萬(wàn)畝森林的環(huán)保效益，同時(shí)可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3至4億元。

安裝有太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的太陽(yáng)能板，資料圖

光熱電站追日系統(tǒng)中的傳感器技術(shù)

在光熱電站設(shè)備中，安裝有太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的太陽(yáng)能板，能自動(dòng)追蹤太陽(yáng)的方位。這樣一來(lái)，便可根據(jù)一年的光照時(shí)間長(zhǎng)短和晝長(zhǎng)的變化，獲取最大的能量。

其中，傾角傳感器、接近開(kāi)關(guān)等，便可作為光熱電站中鏡場(chǎng)電控系統(tǒng)（即追日系統(tǒng)）的一部分，用于太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)中反射鏡的位置檢測(cè)，并反饋被測(cè)部件的實(shí)際位置，之后，將信號(hào)反饋給控制器，控制器通過(guò)程序算法來(lái)調(diào)節(jié)反射鏡的位置，從而實(shí)現(xiàn)反射鏡的角度調(diào)節(jié)，幫助最大限度地反射太陽(yáng)光?？梢哉f(shuō)，傳感器的定位，是程序追蹤的基礎(chǔ)和前提。

塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖，資料圖

光熱電站的傳感器設(shè)備選擇要點(diǎn)

在各類太陽(yáng)能應(yīng)用中，各類關(guān)鍵元件的要求無(wú)外乎性能卓越、長(zhǎng)久耐用和穩(wěn)定可靠這三點(diǎn)。尤其光熱電站通常建造在沙漠、戈壁等區(qū)域，因此，傳感器要經(jīng)受住惡劣使用環(huán)境的考驗(yàn)。這時(shí)，要想選擇穩(wěn)定、可靠的傳感器，可以從以下三點(diǎn)來(lái)考慮：

首先，為最大限度地反射太陽(yáng)的熱能，需要對(duì)每一個(gè)反射鏡進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這就要求選擇高精度的傳感器；其次，還需要傳感器具備高低溫性能，耐受極限高低溫的能力，及在大溫差使用環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性；最后，還需重點(diǎn)考慮傳感器的溫漂特性，這是因?yàn)闃O端天氣下溫度變化很大，傳感器測(cè)量的角度輸出的數(shù)值，會(huì)有一定程度的漂移，溫度變化幅度越大，漂移也會(huì)越大。

延伸閱讀：借助新型傳感器 美國(guó)開(kāi)發(fā)用于光熱電站的新型氯鹽介質(zhì)

系統(tǒng)運(yùn)行溫度是削減光熱發(fā)電成本的關(guān)鍵因素，目前，商用光熱發(fā)電系統(tǒng)的最高運(yùn)行溫度為565℃，有待進(jìn)一步提高。為此，包括阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等在內(nèi)的多家美國(guó)科研機(jī)構(gòu)及院校，現(xiàn)正在開(kāi)展將氯鹽作為光熱電站新型工作介質(zhì)的相關(guān)研究。這種氯鹽的最高運(yùn)行溫度達(dá)750℃。

借助新型傳感器 美國(guó)開(kāi)發(fā)用于光熱電站的新型氯鹽介質(zhì)

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)為高溫光熱發(fā)電原型設(shè)計(jì)傳感器。資料圖

為有效避免高溫氯鹽的腐蝕問(wèn)題，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、弗吉尼亞理工大學(xué)以及猶他州立大學(xué)正著手設(shè)計(jì)一種高溫光熱發(fā)電原型，以驗(yàn)證氯鹽的性能。

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將負(fù)責(zé)為該原型設(shè)計(jì)了專門(mén)的傳感器，用于檢測(cè)管道內(nèi)鹽的電化學(xué)反應(yīng)，評(píng)估其運(yùn)行狀況并檢測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。例如，當(dāng)鹽接觸到水時(shí)會(huì)產(chǎn)生鹽酸，并會(huì)腐蝕光熱發(fā)電系統(tǒng)中的金屬管道。這種腐蝕將導(dǎo)致鐵，鉻以及其它結(jié)構(gòu)金屬離子混入鹽中，縮減整個(gè)系統(tǒng)的壽命。一旦傳感器檢測(cè)出雜質(zhì)，光熱發(fā)電系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一個(gè)單獨(dú)的電解系統(tǒng)，該電解系統(tǒng)會(huì)將鎂加入鹽中以消除腐蝕性元素。

據(jù)了解，該項(xiàng)研究隸屬于美國(guó)能源部Gen3CSP（第三代高溫聚光太陽(yáng)能發(fā)電）項(xiàng)目的一部分，并得到了美國(guó)能源部太陽(yáng)能技術(shù)辦公室（SETO）的資金支持。