目前，在光熱發(fā)電領(lǐng)域，無論是承擔(dān)追蹤陽光的核心裝備，即跟蹤系統(tǒng)，還是對自動化精度要求較高的各種輔助裝備的執(zhí)行機構(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、接近開關(guān)等傳感器產(chǎn)品。

我國首個百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站，資料圖

我國首個百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站

2018年12月27日，在甘肅省敦煌市，我國建成首個百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站，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平方公里的場區(qū)內(nèi)，逾1.2萬面定日鏡以同心圓狀圍繞260米高的吸熱塔，通過聚光吸熱、儲能換熱等環(huán)節(jié)將太陽光轉(zhuǎn)化成電能，為千家萬戶送去清潔能源。

據(jù)悉，這是全球聚光規(guī)模最大、吸熱塔最高、儲熱罐最大、可24小時連續(xù)發(fā)電的100兆瓦級熔鹽塔式光熱電站。該光熱電站由我國自主研發(fā)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，標(biāo)志著中國成為世界上少數(shù)掌握百兆瓦級光熱電站技術(shù)的國家之一。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35萬噸，釋放相當(dāng)于1萬畝森林的環(huán)保效益，同時可創(chuàng)造經(jīng)濟效益3至4億元。

安裝有太陽能跟蹤系統(tǒng)的太陽能板，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，安裝有太陽能跟蹤系統(tǒng)的太陽能板，能自動追蹤太陽的方位。這樣一來，便可根據(jù)一年的光照時間長短和晝長的變化，獲取最大的能量。

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

塔式太陽能熱發(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

在各類太陽能應(yīng)用中，各類關(guān)鍵元件的要求無外乎性能卓越、長久耐用和穩(wěn)定可靠這三點。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。這時，要想選擇穩(wěn)定、可靠的傳感器，可以從以下三點來考慮：

首先，為最大限度地反射太陽的熱能，需要對每一個反射鏡進(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，還需重點考慮傳感器的溫漂特性，這是因為極端天氣下溫度變化很大，傳感器測量的角度輸出的數(shù)值，會有一定程度的漂移，溫度變化幅度越大，漂移也會越大。

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系統(tǒng)運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)的最高運行溫度為565℃，有待進(jìn)一步提高。為此，包括阿貢國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室等在內(nèi)的多家美國科研機構(gòu)及院校，現(xiàn)正在開展將氯鹽作為光熱電站新型工作介質(zhì)的相關(guān)研究。這種氯鹽的最高運行溫度達(dá)750℃。

借助新型傳感器 美國開發(fā)用于光熱電站的新型氯鹽介質(zhì)

阿貢國家實驗室負(fù)責(zé)為高溫光熱發(fā)電原型設(shè)計傳感器。資料圖

為有效避免高溫氯鹽的腐蝕問題，阿貢國家實驗室研發(fā)團隊聯(lián)合橡樹嶺國家實驗室、弗吉尼亞理工大學(xué)以及猶他州立大學(xué)正著手設(shè)計一種高溫光熱發(fā)電原型，以驗證氯鹽的性能。

阿貢國家實驗室將負(fù)責(zé)為該原型設(shè)計了專門的傳感器，用于檢測管道內(nèi)鹽的電化學(xué)反應(yīng)，評估其運行狀況并檢測可能出現(xiàn)的問題。例如，當(dāng)鹽接觸到水時會產(chǎn)生鹽酸，并會腐蝕光熱發(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，縮減整個系統(tǒng)的壽命。一旦傳感器檢測出雜質(zhì)，光熱發(fā)電系統(tǒng)就會自動打開一個單獨的電解系統(tǒng)，該電解系統(tǒng)會將鎂加入鹽中以消除腐蝕性元素。

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