十一月 19, 2021

生生不息,繁荣昌盛!——可再生能源中的IST传感器

作者:IST工程师 李驰

 

由于全球平均气温逐年上升,人类对清洁能源的追求更加迫切。中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,到2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右,风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上,进一步指明了中国能源转型变革的战略方向,为中国可再生能源发展设定了新的航标。随着技术和生产的改进,大多数形式的清洁能源的成本一直在下降,并且效率在不断提高。这些可再生清洁能源包括水力发电、光伏发电、风能发电和生物质能。传感器和控制技术将推动替代发电的进步,并允许将可再生能源和 DER(分布式能源)无缝集成到电网系统中,完成现代能源生态系统。

水力发电

       典型的水力发电厂的核心是涡轮机。水力涡轮机旋转缓慢,通常运行速度为 75 至 1000 rpm。涡轮机通常需要在部分负载下运行以满足波动的电力需求。这种部分负载操作会增加水压脉动、湍流和气蚀的可能性。 准确的温度测量对于水力发电厂的有效运行至关重要。轴偏差过大、低油位或润滑油中存在污垢都会导致轴承的温度升高。因此必须快速监测到涡轮轴承、发电机轴承、导向轴承和推力轴承中的升温现象,以防止因摩擦增加而造成的能量损失,并防止设备损坏和故障。

       IST AG 铂金薄膜 RTD 温度传感器采用高纯度铂材料开发而成,可覆盖 -200 °C 至 +1000 °C 的宽工作温度范围。传感器可以在极其恶劣的工况下稳定运行,同时具有极小的温度漂移量。传感器具有非常坚固的机械结构,并且由于尺寸小,传感器可以灵活适应于各种封装形式。IST的Pt温度传感器的标准电阻温度系数(TCR)为3850 ppm/K,精度符合IEC 60751规范。

Figure 1 PT100 (232) 温度传感器

 

光伏发电

       太阳能农场是大型太阳能装置所在的光伏(PV)板,简称太阳能板。聚光太阳能系统用于收集太阳能。大型太阳能发电场的容量在 1 MW 到 2000 MW 之间,足够的在线环境参数监测设施是保证电厂安全运行的关键。这其中包括辐照度计、风速计和温度传感器。

       大多数大型太阳能发电场采用集中式逆变器来聚合来自光伏板组的电力,但无法监测单个电池板性能和工作状态。因此,只能通过查看基于辐照度、温度和风速的预期输出,以及在较长时间内测量的逆变器输出,以确定是否存在问题。以上的方案是可用的,但部署成本太高。如果通过微型逆变器和铂电阻温度传感器的组合方案,可详细测量单个面板的工作状态。这些技术最大限度地提高了单个电池板的性能,并正在向大型太阳能农场、住宅和小型商业光伏农场中推广,在这些地方监控单个电池板性能可确保降低长期维护成本。用于面板区域温度测量的精密铂 RTD 温度计。专为平装在光伏太阳能电池板上而设计,可精确监控太阳能电池板温度。高品质铂元件在所有天气条件下都能保持高水平的准确性和长期稳定性,以及可靠性和使用寿命。IST AG 高度可靠的定制 PT100 或 PT1000 铂薄膜 RTD 温度传感元件可以封装在导热铝型材内的坚固导热树脂中,以便于安装。超过 ISO & WMO 的精度和长期稳定性要求,该传感器封装在 IP68 防风雨和防水外壳中,适用于空气、水和任何一般的非腐蚀性流体或液体。

风能发电

海上风电场的运行环境往往极端严酷,这需要对风电设备进行持续的状态监测,以保证安全运行。由于近海空气中的水分和盐分含量很高,因此对湿度和温度的监测至关重要。20% 的风力涡轮机停机和故障,是由于湿度相关的压力问题造成的。风力涡轮机中一些更常见的与湿度相关的问题包括冷凝、腐蚀、电气和机械问题,以及霉菌、真菌和细菌生长。传感器在风力发电场的运营中起着至关重要的作用。它们持续监控每个涡轮机中温度和湿度的信息,并将这些数据发送至控制中心,在那里监控和优化风力发电场中的整体运营以及每个涡轮机的健康状况,以确保可靠性和最佳性能。例如,为了可靠地控制变速箱油中的水分含量,IST AG 针对极端环境,开发了MK33-W 电容式湿度传感器,使其成为测量油中水分的最佳选择。MK33-W 凭借其极高的湿度和温度工作范围以及出色的耐化学性而出类拔萃。湿度传感器测量范围覆盖 0 % RH 至 100 % RH(最大露点 +95 °C),电容为 300 pF ±40 pF(在 30 % RH 和 +23 °C 下),并在以下温度范围内工作-40 °C 至 +190 °C。

Figure 2 MK33-W 湿度传感器芯片

 

生物能发电

 

       生物质能是生物质燃料燃烧产生的可再生能源。生物质燃料来自有机材料,例如来自家庭、企业和农场的农作物和有机废物。生物能源是一种低碳可再生能源,在可再生能源选择很少的地方使用,例如作为飞机、轮船和卡车的燃料。

       生物质燃料必须经过处理才能产生能量。现代生物质燃料被提炼成多种产品,例如,生物燃料精炼厂生产用于运输的液体燃料;沼气可以处理为生物甲烷,为运输和发电提供燃料。

       生物燃料中的水分含量决定了燃烧燃料以获得最佳热量、能量输出和燃烧效率所需的空气量。将生物燃料与过少或过多的空气混合,燃料可能燃烧不完全或燃烧过快。生物燃料生产商必须在生产过程中监测生物燃料的水分,以确保水分含量符合燃料使用标准和预期。当今生物燃料最具成本效益和最高效的使用需要在燃料生产期间和燃料燃烧时进行准确的生物燃料水分测量。同样的,IST AG的MK33-W湿度传感元件能够出色满足在苛刻条件下的测量需求。

 

       IST AG通过在整个能源产生过程中提供完整的传感器和技术生态系统,帮助您处于行业领先地位。传感器与实时分析和高级算法相结合,有助于优化工厂运营和控制响应。这些传感器在恶劣的环境中提供高可靠性,让您的设计充满活力。IST AG开发了多种专门的温度、湿度、电导率和流量传感器解决方案,可实现替代能源的转换。我们提供范围广泛的传感器元件、模块和组件,以确保最大的准确性、耐用性和可靠性。

       更多关于再生能源传感器的信息,可以访问IST官网,或联系我们的工程师,帮您找到最合适应用的传感器产品。