本文來源于儲能科技，目的在了解關于熱能儲存與傳感器的內容。鳴謝自主研制NTC芯片的特普生儲能CCS集成溫度采集母排，對本文的大力支持，感謝特普生海外技術翻譯官林博女士！

熱能儲存與傳感器

將熱能儲存在儲罐或地下設施中，可以節省多余的能量以供日后使用——幾天、幾小時甚至幾個月。因此，Thermal Energy Storage熱能存儲（TES）的概念彌合了能源供應和能源需求之間的差距。

到 2050 年，世界能源消耗預計將增加 50%。與此同時，世界傳統能源資源正在枯竭。為了以可持續和零排放的方式適應未來的能源消耗，越來越多的能源來自可再生資源，例如風能、波浪能和太陽能。

但可再生能源隨之而來的是失控——我們根本無法控制風力何時何地足以發電。缺乏控制會導致生產不穩定，能源生產可能與能源消耗不匹配，從而導致能源過剩。甚至有風電場關閉的例子，盡管生產效率很高，但僅僅是因為與消費需求不匹配。

什么是熱能儲存（TES）？

為了防止多余的能源因為消耗的時間和地點與生產不匹配而被簡單地閑置和浪費，一場尋找儲存多余能源的方法的競賽已經開始。一種方法是所謂的熱能存儲（TES），指的是存儲介質的冷卻或加熱。存儲介質的示例包括諸如水之類的液體或諸如石頭之類的固體材料。

Senmatic 大客戶經理 Allan J?rgensen 表示：“簡單地說，熱能存儲可以在非高峰期儲存能源，并在高峰期進行分配，以便在電價上漲時利用可再生能源。”

“風能是最便宜的電力來源之一。當非高峰期間風力強勁且發電量激增時，會降低電力成本。節省成本效益的能源意味著我們可以在用電高峰時利用它，而高峰用電的成本相對較高。有了熱能存儲，我們就可以根據電價進行運營。”丹麥區域供熱公司Fjernvarme Fyn的特別顧問 Chan Nguyen和博士說。數學建模專業，專注于能源系統和熱泵。

熱能存儲系統的類型

l熱能儲罐：

熱能儲存罐的工作原理是產生熱能（冷凍水或熱水），并在高峰時段將其分配給設施，溫水和冷凍水通過罐頂部和底部的擴散器進出罐。擴散器系統旨在最大限度地減少湍流并允許水分層。在分層過程中，較冷且密度較大的水移動到底部，較溫暖且密度較小的水移動到頂部，由溫躍層分隔。這些儲罐是隔熱鋼儲罐，可以加壓以滿足傳熱系統的壓力和溫度要求。

l地下熱能儲存：

地下熱能存儲（UTES）系統通過將熱量泵入地下空間來存儲能量，通常使用水作為存儲介質。一般來說，超過 4,000-5,000 立方米的大型地下系統是一種經濟高效的選擇，而儲罐是較小容量系統的更明智的選擇。然而，這確實取決于土地價格，因為地下系統需要大量空間。

地下系統

坑式熱能儲存 (PTES) 系統——大型地下蓄水池，內襯塑料襯里，并蓋有隔離蓋。蓋子是建筑的重要組成部分，必須能夠承受雨水和降雪，并在溫度變化時跟隨倉庫內的水的運動，以確保穩定和安全的操作。

鉆孔熱能儲存 (BTES) 系統——由巖石、土壤或粘土等材料制成的圓柱形鉆孔陣列。它們的工作原理是將熱量和冷量傳遞到地面材料，并設計為通過改變季節之間的流動方向來季節性儲存能量。

逐步淘汰化石燃料

Fjernvarme Fyn 在能源領域開展業務，還雄心勃勃地逐步淘汰煤炭和其他化石燃料，以促進全球可持續發展議程。首先，目標是從煤炭轉向天然氣，然后從天然氣轉向完全可再生資源。后者通過坑式熱能儲存。

Fjernvarme Fyn 是丹麥最大的熱力供應商之一，生產電力和動力，并擁有到達最終消費者的所有管道。作為超過 100,000 套住房的完整供應鏈的所有者，具有成本效益的替代方案是關鍵：最大的 TES 設施不一定是更好的選擇。應根據消耗量計算來決定 TES 設施。坑式蓄熱裝置需要很大的空間，因為它是挖在地下的。我們最初的坑式蓄熱設施面積為 0.7-100 萬立方米。

傳感器與 TES 有什么關系呢？

我們現在知道溫度對于成功的 TES 操作至關重要，這就是傳感器至關重要的原因。通過安裝傳感器，無論是在儲罐解決方案還是地下解決方案中，都可以監控兩個與溫度相關的主要風險：分層和泄漏。

控制分層

分層是指根據溫度差異引起的密度對 TES 安裝中的水柱進行劃分。當水根據非高峰和高峰時段通過位于水箱頂部和底部的擴散器進出裝置時，會產生水的攪拌。

例如，如果由較溫暖且密度較小的水組成的頂層為 85°C，而位于底部的較冷且密度較大的水為 40°C，則將形成約 60°C 的中間層。為了控制供消費者使用的分配水處于正確的溫度，多點溫度傳感器監控整個裝置的溫度。傳感器點通常每隔 50 厘米垂直放置在重要位置。如果過多的水進入系統并且攪拌導致各層混合，傳感器將檢測到不需要的溫度變化，從而使操作員能夠阻止水的攝入或排出。由于水箱安裝比地下安裝更深，因此可以添加更多的水而無需攪拌中間層。

使用 Senmatic 的 NLI 型多點溫度傳感器可以測量不同層或分層的多個溫度，該傳感器只需要在儲罐中進行一個法蘭連接。其他定制解決方案是與我們的客戶密切合作制定的，以匹配特定的應用。或者，可以在儲罐側面安裝多個熱電偶套管，其中安裝了單獨的溫度傳感器。

檢測泄漏

傳感器的另一個重要用途涉及泄漏。在這里，傳感器用于控制裝置的外部：在地下設施中，我們可能需要挖出大量土壤才能找到泄漏點。通過在緊密的網絡結構中安裝傳感器（例如每隔 50 厘米放置一次），我們可以獲得顯示精確位置熱損失的數據，因此我們可以在成本和工時方面更加有效地修復泄漏在泄漏的確切位置進行挖掘，清楚地了解泄漏的范圍。