传感器技术在光热电站追日系统中的应用

在光热电站设备中,安装有太阳能跟踪系统的太阳能板,能自动追踪太阳的方位。其中,倾角传感器、接近开关等,可作为光热电站追日系统的一部分,用于太阳追踪系统中反射镜的位置检测。

  目前,在光热发电领域,无论是承担追踪阳光的核心装备,即跟踪系统,还是对自动化精度要求较高的各种辅助装备的执行机构,都需要高可靠性和安全性的传感技术解决方案。例如,光热电站中常用的传感器包括倾角传感器、接近开关等传感器产品。

传感器技术在光热电站追日系统中的应用

我国首个百兆瓦级熔盐塔式光热电站,资料图

  我国首个百兆瓦级熔盐塔式光热电站

  2018年12月27日,在甘肃省敦煌市,我国建成首个百兆瓦级熔盐塔式光热电站,成为戈壁滩一大景观。该熔盐光热电站总投资30亿元,在占地7.8平方公里的场区内,逾1.2万面定日镜以同心圆状围绕260米高的吸热塔,通过聚光吸热、储能换热等环节将太阳光转化成电能,为千家万户送去清洁能源。

  据悉,这是全球聚光规模最大、吸热塔最高、储热罐最大、可24小时连续发电的100兆瓦级熔盐塔式光热电站。该光热电站由我国自主研发,拥有完全自主知识产权,标志着中国成为世界上少数掌握百兆瓦级光热电站技术的国家之一。据了解,该电站年发电量将达3.9亿度,每年可减排二氧化碳35万吨,释放相当于1万亩森林的环保效益,同时可创造经济效益3至4亿元。

传感器技术在光热电站追日系统中的应用

安装有太阳能跟踪系统的太阳能板,资料图

  光热电站追日系统中的传感器技术

  在光热电站设备中,安装有太阳能跟踪系统的太阳能板,能自动追踪太阳的方位。这样一来,便可根据一年的光照时间长短和昼长的变化,获取最大的能量。

  其中,倾角传感器、接近开关等,便可作为光热电站中镜场电控系统(即追日系统)的一部分,用于太阳追踪系统中反射镜的位置检测,并反馈被测部件的实际位置,之后,将信号反馈给控制器,控制器通过程序算法来调节反射镜的位置,从而实现反射镜的角度调节,帮助最大限度地反射太阳光。可以说,传感器的定位,是程序追踪的基础和前提。

传感器技术在光热电站追日系统中的应用

塔式太阳能热发电系统原理图,资料图

  光热电站的传感器设备选择要点

  在各类太阳能应用中,各类关键元件的要求无外乎性能卓越、长久耐用和稳定可靠这三点。尤其光热电站通常建造在沙漠、戈壁等区域,因此,传感器要经受住恶劣使用环境的考验。这时,要想选择稳定、可靠的传感器,可以从以下三点来考虑:

  首先,为最大限度地反射太阳的热能,需要对每一个反射镜进行精准定位,这就要求选择高精度的传感器;其次,还需要传感器具备高低温性能,耐受极限高低温的能力,及在大温差使用环境下的稳定性和可靠性;最后,还需重点考虑传感器的温漂特性,这是因为极端天气下温度变化很大,传感器测量的角度输出的数值,会有一定程度的漂移,温度变化幅度越大,漂移也会越大。

  延伸阅读:借助新型传感器 美国开发用于光热电站的新型氯盐介质

  系统运行温度是削减光热发电成本的关键因素,目前,商用光热发电系统的最高运行温度为565℃,有待进一步提高。为此,包括阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室等在内的多家美国科研机构及院校,现正在开展将氯盐作为光热电站新型工作介质的相关研究。这种氯盐的最高运行温度达750℃。

借助新型传感器 美国开发用于光热电站的新型氯盐介质

阿贡国家实验室负责为高温光热发电原型设计传感器。资料图

  为有效避免高温氯盐的腐蚀问题,阿贡国家实验室研发团队联合橡树岭国家实验室、弗吉尼亚理工大学以及犹他州立大学正着手设计一种高温光热发电原型,以验证氯盐的性能。

  阿贡国家实验室将负责为该原型设计了专门的传感器,用于检测管道内盐的电化学反应,评估其运行状况并检测可能出现的问题。例如,当盐接触到水时会产生盐酸,并会腐蚀光热发电系统中的金属管道。这种腐蚀将导致铁,铬以及其它结构金属离子混入盐中,缩减整个系统的寿命。一旦传感器检测出杂质,光热发电系统就会自动打开一个单独的电解系统,该电解系统会将镁加入盐中以消除腐蚀性元素。

  据了解,该项研究隶属于美国能源部Gen3CSP(第三代高温聚光太阳能发电)项目的一部分,并得到了美国能源部太阳能技术办公室(SETO)的资金支持。

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