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热能储存与传感器

将热能储存在储罐或地下设施中，可以节省多余的能量以供日后使用——几天、几小时甚至几个月。因此，Thermal Energy Storage热能存储（TES）的概念弥合了能源供应和能源需求之间的差距。

到 2050 年，世界能源消耗预计将增加 50%。与此同时，世界传统能源资源正在枯竭。为了以可持续和零排放的方式适应未来的能源消耗，越来越多的能源来自可再生资源，例如风能、波浪能和太阳能。

但可再生能源随之而来的是失控——我们根本无法控制风力何时何地足以发电。缺乏控制会导致生产不稳定，能源生产可能与能源消耗不匹配，从而导致能源过剩。甚至有风电场关闭的例子，尽管生产效率很高，但仅仅是因为与消费需求不匹配。

什么是热能储存（TES）？

为了防止多余的能源因为消耗的时间和地点与生产不匹配而被简单地闲置和浪费，一场寻找储存多余能源的方法的竞赛已经开始。一种方法是所谓的热能存储（TES），指的是存储介质的冷却或加热。存储介质的示例包括诸如水之类的液体或诸如石头之类的固体材料。

Senmatic 大客户经理 Allan Jørgensen 表示：“简单地说，热能存储可以在非高峰期储存能源，并在高峰期进行分配，以便在电价上涨时利用可再生能源。”

“风能是***的电力来源之一。当非高峰期间风力强劲且发电量激增时，会降低电力成本。节省成本效益的能源意味着我们可以在用电高峰时利用它，而高峰用电的成本相对较高。有了热能存储，我们就可以根据电价进行运营。”丹麦区域供热公司Fjernvarme Fyn的特别顾问 Chan Nguyen和博士说。数学建模专业，专注于能源系统和热泵。

热能存储系统的类型

l热能储罐：

热能储存罐的工作原理是产生热能（冷冻水或热水），并在高峰时段将其分配给设施，温水和冷冻水通过罐顶部和底部的扩散器进出罐。扩散器系统旨在**限度地减少湍流并允许水分层。在分层过程中，较冷且密度较大的水移动到底部，较温暖且密度较小的水移动到顶部，由温跃层分隔。这些储罐是隔热钢储罐，可以加压以满足传热系统的压力和温度要求。

l地下热能储存：

地下热能存储（UTES）系统通过将热量泵入地下空间来存储能量，通常使用水作为存储介质。一般来说，超过 4,000-5,000 立方米的大型地下系统是一种经济高效的选择，而储罐是较小容量系统的更明智的选择。然而，这确实取决于土地价格，因为地下系统需要大量空间。

地下系统

坑式热能储存 (PTES) 系统——大型地下蓄水池，内衬塑料衬里，并盖有隔离盖。盖子是建筑的重要组成部分，必须能够承受雨水和降雪，并在温度变化时跟随仓库内的水的运动，以确保稳定和安全的操作。

钻孔热能储存 (BTES) 系统——由岩石、土壤或粘土等材料制成的圆柱形钻孔阵列。它们的工作原理是将热量和冷量传递到地面材料，并设计为通过改变季节之间的流动方向来季节性储存能量。

逐步淘汰化石燃料

Fjernvarme Fyn 在能源领域开展业务，还雄心勃勃地逐步淘汰煤炭和其他化石燃料，以促进全球可持续发展议程。首先，目标是从煤炭转向天然气，然后从天然气转向完全可再生资源。后者通过坑式热能储存。

Fjernvarme Fyn 是丹麦**的热力供应商之一，生产电力和动力，并拥有到达最终消费者的所有管道。作为超过 100,000 套住房的完整供应链的所有者，具有成本效益的替代方案是关键：**的 TES 设施不一定是**的选择。应根据消耗量计算来决定 TES 设施。坑式蓄热装置需要很大的空间，因为它是挖在地下的。我们最初的坑式蓄热设施面积为 0.7-100 万立方米。

传感器与 TES 有什么关系呢？

我们现在知道温度对于成功的 TES 操作至关重要，这就是传感器至关重要的原因。通过安装传感器，无论是在储罐解决方案还是地下解决方案中，都可以监控两个与温度相关的主要风险：分层和泄漏。

控制分层

分层是指根据温度差异引起的密度对 TES 安装中的水柱进行划分。当水根据非高峰和高峰时段通过位于水箱顶部和底部的扩散器进出装置时，会产生水的搅拌。

例如，如果由较温暖且密度较小的水组成的顶层为 85°C，而位于底部的较冷且密度较大的水为 40°C，则将形成约 60°C 的中间层。为了控制供消费者使用的分配水处于正确的温度，多点温度传感器监控整个装置的温度。传感器点通常每隔 50 厘米垂直放置在重要位置。如果过多的水进入系统并且搅拌导致各层混合，传感器将检测到不需要的温度变化，从而使操作员能够阻止水的摄入或排出。由于水箱安装比地下安装更深，因此可以添加更多的水而无需搅拌中间层。

使用 Senmatic 的 NLI 型多点温度传感器可以测量不同层或分层的多个温度，该传感器只需要在储罐中进行一个法兰连接。其他定制解决方案是与我们的客户密切合作制定的，以匹配特定的应用。或者，可以在储罐侧面安装多个热电偶套管，其中安装了单独的温度传感器。

检测泄漏

传感器的另一个重要用途涉及泄漏。在这里，传感器用于控制装置的外部：在地下设施中，我们可能需要挖出大量土壤才能找到泄漏点。通过在紧密的网络结构中安装传感器（例如每隔 50 厘米放置一次），我们可以获得显示精确位置热损失的数据，因此我们可以在成本和工时方面更加有效地修复泄漏在泄漏的确切位置进行挖掘，清楚地了解泄漏的范围。