EA 025665B1 20170130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025665b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ управления установкой, содержащей один или множество когенерационных аппаратов и одну или множество термодинамических систем, таких как тепловые насосы, а также по меньшей мере одну электронно-вычислительную машину, причем упомянутый способ содержит следующие этапы: (a) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводят данные, называемые исходными данными; причем упомянутые исходные данные содержат, по меньшей мере, устойчивость к электрическому ударному воздействию когенерационного аппарата и максимальную величину силы тока теплового насоса; (b) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводят данные, называемые мгновенными данными; причем упомянутые мгновенные данные содержат, по меньшей мере, состояние когенерационного аппарата, состояние теплового насоса и электрическую мощность, необходимую для теплового насоса; (c) определяют данные, называемые целевыми данными, для которых назначают соответствующую величину, называемую целевой величиной, в упомянутой электронно-вычислительной машине; причем эти целевые данные содержат, по меньшей мере, минимальное и/или максимальное производство электричества установкой, максимальное потребление электричества и первичной энергии и по меньшей мере одну из температур очень горячей воды (Т2), горячей воды (Т1), холодной воды (Т3), испарения жидкого хладагента (Т4, Т5) и потребность в электричестве локальной сети; (d) регулируют установку при помощи упомянутой электронно-вычислительной машины таким образом, чтобы достичь для каждого элемента из выбранных целевых данных целевую величину или целевые величины, которые для них назначены; причем регулирование осуществляют путем сравнения реальной величины выбранного целевого элемента данных с учетом выбранных исходных элемента данных или данных, а также выбранных мгновенных элемента данных или данных, и корректируя по меньшей мере один элемент данных, называемый корректирующим элементом данных, таким образом, чтобы приблизить реальную величину каждого выбранного целевого элемента данных к целевой величине, которая ему была назначена на этапе (с); причем по меньшей мере один корректирующий элемент данных содержит электрическую мощность, вырабатываемую когенерационным аппаратом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный исходный элемент данных этапа (а) выбирают в группе, образованной (da1) себестоимостью топлива каждого двигателя сгорания (2), топливного элемента и абсорбционного теплового насоса, используемого в системе; (da2) энергосодержанием каждого топлива; (da3) ударным воздействием CO ₂ каждого топлива на единицу массы; (da4) энергетическим КПД каждого двигателя сгорания (2) в зависимости от его нагрузки и его скорости вращения, что позволяет определить количество CO ₂ , выбрасываемого на единицу механической мощности, производимой данным двигателем сгорания (2); (da5) номинальной мощностью с полной нагрузкой каждого двигателя сгорания (2) в зависимости от его скорости вращения; (da6) процентным содержанием тепловой мощности, рекуперированной на контуре охлаждения двигателя сгорания (2), и процентным содержанием тепловой мощности, рекуперированной в отработавших газах, и/или количеством CO ₂ , выбрасываемым на единицу тепловой мощности, произведенной двигателем сгорания (2); (da7) себестоимостью электроэнергии, поступающей через внешнюю сеть; (da8) сроком службы каждого генератора в зависимости от его нагрузки; (da9) стоимостью технического обслуживания каждого генератора в зависимости от количества часов работы; (da10) стоимостью демонтажа и замены каждого генератора; (da11) сроком службы, стоимостью технического обслуживания, стоимостью демонтажа и замены каждого типа теплового насоса; (da12) коэффициентом полезного действия генератора переменного тока в зависимости от электрической мощности, которую он поставляет, что позволяет определить механическую мощность, необходимую для двигателя сгорания (2), для подаваемой электрической мощности; (da13) коэффициентом полезного действия топливного элемента в зависимости от его нагрузки; (da14) коэффициентом полезного действия инвертора топливного элемента или фотогальванических солнечных панелей при их наличии; (da15) потреблением электроэнергии и расходом рабочей жидкости циркуляционного насоса солнечных теплоуловителей; (da16) розничной продажной ценой электроэнергии, поступающей во внешнюю сеть.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный мгновенный элемент данных выбирают в группе, образованной (db1) мгновенной электрической мощностью, произведенной каждым имеющимся электрогенератором; (db2) режимом вращения каждого двигателя сгорания (2); (db3) мгновенным потреблением топлива установкой (1); (db4) температурой рабочей жидкости, рекуперирующей тепловую энергию двигателя сгорания (2); (db5) мгновенной электрической мощностью, потребляемой установкой (1) в сети, которая получается путем непосредственного измерения; (db6) мгновенной мощностью, подаваемой в сеть установкой (1), которая получается путем непосредственного измерения; (db7) силой тока, напряжением или мгновенной электрической мощностью, производимой фотогальванической солнечной панелью (если данная панель имеется); (db8) мгновенной температурой T1; (db9) мгновенной температурой Т2; (db10) мгновенной температурой Т3; (db11) мгновенной температурой Т4; (db12) мгновенной температурой Т5; (db13) температурой окружающего воздуха; (db14) количеством часов работы каждого электрогенератора (в основном двигателя сгорания (2) и топливного элемента); (db15) количеством часов работы каждого контура теплового насоса, установки (парокомпрессионного или абсорбционного типа).

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный целевой элемент данных выбирают в группе, образованной (dc1) температурой Т1 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc2) температурой Т2 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc3) температурой Т3 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc4) температурой Т4 и ее изменением в зависимости, в частности, от температуры, необходимой в охлаждаемом пространстве; (dc5) температурой Т5 и ее изменением в зависимости, в частности, от температуры, необходимой в охлаждаемом пространстве; (dc6) общим COP в качестве максимального общего COP для установки (1) или минимальным общим ударным воздействием CO ₂ установки (1); (dc7) энергоемкостью в качестве минимальной энергоемкости установки (1); (dc8) общей стоимостью эксплуатации в качестве минимальной общей стоимости эксплуатации установки (1).

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный корректирующий элемент данных выбирают в группе, образованной (dd1) типом, количеством работающих электрогенераторов и электрической мощностью, подаваемой каждым из упомянутых генераторов; (dd2) влиянием электрических мощностей, подаваемых генератором или генераторами соответственно в установку и во внешнюю сеть установки (1); (dd3) типом и количеством работающих тепловых насосов; (dd4) в случае парокомпрессионных тепловых насосов регулированием объемного расхода (выражен в процентах), обусловленным регулированием компрессоров для оптимизации установки (1).

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что реальную величину по меньшей мере одного выбранного целевого элемента данных определяют периодически, или регулярно, или постоянно.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутые исходные данные могут быть введены в электронно-вычислительную машину или во время первоначального программирования, или во время пуска установки или также пользователем установки в процессе эксплуатации установки.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 025665 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201492246
(22) Дата подачи заявки
2013.06.04
(51) Int. Cl. F24H 4/02 (2006.01) F24H 9/20 (2006.01) F25B 9/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВКИ, СОДЕРЖАЩЕЙ КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА И/ИЛИ НАГРЕВАНИЯ
(31) 1255175 (56) FR-A1-2927161
(32) 2012.06.04 WOM^OUO15731
(33) FR
(43) 2015.03.31
(86) PCT/FR2013/051257
(87) WO 2013/182799 2013.12.12
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
МОБАЙЛ КОМФОРТ ХОЛДИНГ (FR)
(72) Изобретатель:
Моро Кристиан (FR)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(57) Способ управления установкой, содержащей когенерационные аппараты, термодинамические системы и электронно-вычислительную машину; причем упомянутый способ содержит следующие этапы: а) введение "базовых данных" в электронно-вычислительную машину, содержащих, по меньшей мере, устойчивость к электрическому ударному воздействию когенерационного аппарата и величину максимальной силы тока теплового насоса; b) введение "мгновенных данных" в упомянутую электронно-вычислительную машину, содержащих, по меньшей мере, состояние когенерационного аппарата, состояние теплового насоса и электрическую мощность, необходимую для теплового насоса; с) определение "целевых данных", для которых назначена соответствующая "целевая величина" в упомянутой электронно-вычислительной машине; причем эти целевые данные содержат, по меньшей мере, минимальное и/или максимальное производство электричества установкой, возможно, максимальное потребление электричества и первичной энергии и по меньшей мере одно из: температура очень горячей воды (Т2), горячей воды (Т1), холодной воды (Т3), испарение жидкого хладагента (Т4, Т5) и потребность в электричестве локальной сети; d) осуществление регулирования установки при помощи упомянутой электронно-вычислительной машины для достижения для каждого элемента из выбранных целевых данных целевой величины или целевых величин, которые им были назначены, регулирование корректирования по меньшей мере одного "корректирующего элемента данных" для того, чтобы приблизить реальную величину каждого выбранного целевого элемента данных к целевой величине, которая была ему назначена на этапе с), причем по меньшей мере один корректирующий элемент данных содержит электрическую мощность, обеспечиваемую когенерационным аппаратом.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу регулирования установки, которая сочетает в себе один (или множество) когенерационных аппаратов и одну или множество термодинамических систем, предназначенной (предназначенных) для кондиционирования воздуха и/или обогрева. Эти термодинамические системы обычно называются кондиционером (реверсивным или нереверсивным), водоохладителем или тепловым насосом (реверсивным или нереверсивным).
Известный уровень техники
В продаже имеются так называемые когенерационные аппараты, которые производят одновременно и электроэнергию, и тепло. Эти когенерационные аппараты обеспечивают подачу, как правило, в соответствующую электрическую сеть заданную электрическую мощность. Эта электрическая мощность является основной заданной величиной, которая обеспечивается аппаратом во время его функционирования. Соответствующая электрическая сеть чаще всего является сетью низкого напряжения. В случае подключения к сети этого типа когенерационный аппарат работает в режиме, синхронизированном по частоте 50 Гц (в Европе) или 60 Гц ("Synchrocoupling"). Максимальные значения потребностей в электричестве, превышающие мощность, которую аппарат способен обеспечить, потребляются соответствующей электрической сетью. Тепловая энергия, вырабатываемая когенерационным аппаратом, когда он работает, зависит от электрической мощности заданной величины. Эта тепловая энергия направляется в тепловую сеть посредством теплоносителя. Когда выработанная тепловая энергия превышает потребности в тепле, избыток удаляется внешним устройством, например, воздухоохладителями. Когда произведенная тепловая энергия меньше потребностей в тепле, дополнительное количество обеспечивается другим внешним устройством, например, бойлером. Генераторами этих когенерационных аппаратов, как правило, являются обычные тепловые двигатели (одно- или многоцилиндровые четырехтактные), соединенные с генератором переменного тока. Начинают появляться, кроме того, другие типы генераторов как, например, топливные элементы.
С другой стороны, в продаже имеются кондиционеры, водоохладители и тепловые насосы (реверсивные или нереверсивные), которые основаны на термодинамическом цикле охлаждения/нагревания путем компрессии. Эти изделия используют в своем огромном большинстве электроэнергию, подача которой обычно обеспечивается сетью низкого напряжения.
Эта электроэнергия используется в совокупности двигателя с компрессором, которые часто объединяются в одно устройство, называемое, таким образом, компрессором с встроенным двигателем, который перемещает посредством жидкого хладагента тепло от источника (например, наружный воздух, тепло, поступающее из геотермического бура или скатерти грунтовых вод) к нагрузке (например, воде нагревательного контура или теплой хозяйственной воде). Тепловая мощность, перемещаемая к источнику, является основной заданной величиной, которой должен придерживаться тепловой насос. Электрическая мощность, потребляемая тепловым насосом, обусловлена данной потребностью в тепловой мощности. Взаимодействие не является в полной мере прямым, поскольку параметры, такие как габаритный размер компрессора, величина вызывного тока, условия функционирования, оказывают влияние на заданную мгновенную мощность. Мощность, которой располагает электрическая сеть, редко представляет проблему, поскольку электричество вырабатывается большими электростанциями (как правило, атомными электростанциями или газотурбинными установками) с централизованным и постоянным управлением энергией.
И, наконец, существуют установки, сочетающие в себе когенерационный аппарат и тепловой насос, описание которых приведено, например, в патенте FR 2927161 и заявке на патент WO 2011/01573 от имени заявителя. В устройствах, представленных в этих документах, когенерационный аппарат предпочтительно не подключен к сети, но, как вариант, это может быть осуществлено.
Если быть более точным, то в патенте FR 2927161 приводится описание многоэнергетического термодинамического устройства, обеспечивающего одновременное производство горячей воды, теплой воды, холодной воды и электричества, и в особенности системы или устройства, содержащего тепловой насос, которое приводится в действие генератором переменного тока, позволяющим производить одновременно электричество, горячую воду (например, для обогрева зданий), очень горячую воду (например, горячую хозяйственную воду) и холодную воду (например, для кондиционирования воздуха). Устройство, описание которого приведено в данном патенте, является сочетанием когенерационного аппарата, который представляет собой двигатель, работающий на принципе сгорания топлива, или топливный элемент, и теплового насоса.
Заявка на патент WO 2011/01573 относится к системе или устройству модульной конструкции, содержащему по меньшей мере один модуль электрогенератора и один или множество модулей следующих типов: тепловые насосы, охладители или смешанные модули тепловой насос/охладитель, позволяющие осуществлять одновременное производство горячей воды (например, для обогрева зданий), очень горячей воды (например, горячей хозяйственной воды), холодной воды (например, для кондиционирования воздуха), возможно, жидкого хладагента (как правило, для охлаждения) и, возможно, электричества.
В установках, описание которых приведено в вышеупомянутых документах, соблюдаемая (соблюдаемые) заданная величина (или заданные величины) являются тепловыми заданными величинами; элек
тричество произведено (качественно и количественно) и адаптировано для обеспечения потребностей компрессора (или компрессоров) теплового насоса (или тепловых насосов) для того, чтобы он (или они) перемещал (перемещали) энергию, необходимую для жидкого хладагента. Установка управляется прибором управления ("программа-супервизор"), встроенным или не встроенным в аппарат, содержащим материальную часть (обычно называется "hardware" - аппаратные средства) и алгоритмическую часть (обычно называется "software" - программное обеспечение).
Объединение когенерационного аппарата и теплового насоса представляет интерес, поскольку это позволяет совместно использовать тепловые энергии, производимые каждым аппаратом, а это также позволяет, в случае необходимости, обеспечить "многоэнергетический" подход: электричество + топливо (природный газ или другое: биогаз, дизель, водород и т.д.). Однако оптимальное осуществление этих двух технологий в одном и том же применении, в одном и том же месте нуждается в способе управления, способном учитывать требования, предъявляемые к каждому аппарату, и позволяющем, таким образом, обеспечить общую экономическую оптимизацию системы путем измерения потребления и производства энергии (тепловой и электрической), сочетая в зависимости от действующих тарифов целесообразность выбора - строго экономического или связанного с тепловыми напряжениями имеющегося в распоряжении энергетического источника (тип, например, природный газ и биогаз, и количество).
Задача изобретения
Первой целью изобретения является разработка способа регулирования установки, содержащей один когенерационный аппарат (или множество когенерационных аппаратов) и одну или множество термодинамических систем (например, тепловой насос), тепловой насос (и/или холодильный аппарат: кондиционер или водоохладитель).
Другой целью изобретения является разработка способа регулирования установки, содержащей ко-генерационный аппарат и тепловой насос (и/или холодильный аппарат); причем упомянутые когенера-ционный аппарат и тепловой насос не содержат ни датчиков, ни аппаратного оборудования, ни программного обеспечения, позволяющих им осуществлять обмен информацией для взаимного функционирования соответствующим и оптимальным образом.
Другой целью изобретения является создание возможности осуществления одновременной тепловой и электрической оптимизации с учетом имеющихся в распоряжении энергетических источников и стоимости упомянутых источников.
Эти цели достигнуты благодаря способу управления установкой, содержащей один или множество когенерационных аппаратов и одну или множество термодинамических систем, таких как тепловые насосы, а также электронно-вычислительную машину; причем упомянутый способ содержит следующие этапы:
(a) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводят данные, называемые "исходные данные", причем упомянутые исходные данные содержат, по меньшей мере, устойчивость к электрическому ударному воздействию когенерационного аппарата, максимальную величину силы тока теплового насоса;
(b) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводят данные, называемые "мгновенные данные", причем упомянутые мгновенные данные содержат, по меньшей мере, состояние когенерацион-ного аппарата, состояние теплового насоса и электрическую мощность, необходимую для теплового насоса;
(c) определяют данные, называемые "целевые данные", для которых назначают соответствующую величину, называемую "целевая величина", в упомянутой электронно-вычислительной машине; причем эти целевые данные содержат, по меньшей мере, минимальное и/или максимальное производство электричества установкой, возможно, максимальное потребление электричества и первичной энергии и по меньшей мере одну из: температур очень горячей воды (Т2), горячей воды (Т1), холодной воды (Т3), испарения жидкого хладагента (Т4, Т5) и потребность в электричестве локальной сети;
(d) регулируют установку при помощи упомянутой электронно-вычислительной машины таким образом, чтобы достичь для каждого элемента из выбранных целевых данных целевую величину или целевые величины, которые для них назначены; причем регулирование осуществляют путем сравнения реальной величины выбранного целевого элемента данных с учетом выбранных исходных элемента данных или данных, а также выбранных мгновенных элемента данных или данных, и корректируя по меньшей мере один элемент данных, называемый "корректирующий элемент данных"), таким образом, чтобы приблизить реальную величину каждого выбранного целевого элемента данных к целевой величине, которая ему была назначена на этапе (с); причем по меньшей мере один корректирующий элемент данных содержит электрическую мощность, вырабатываемую когенерационным аппаратом.
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "базовый элемент данных" этапа (а) выбирают в группе, образованной (da1) себестоимостью топлива каждого двигателя сгорания (2), топливного элемента и абсорбционного теплового насоса, используемого в системе; (da2) энергосодержанием каждого топлива; (da3) ударным воздействием CO2 каждого топлива на единицу массы; (da4) энергетическим КПД каждого двигателя сгорания (2), в зависимости от его нагрузки и его скорости вращения, что позволяет определить количество CO2, выбрасываемого на еди
ницу механической мощности, производимой данным двигателем сгорания (2); (da5) номинальной мощностью с полной нагрузкой каждого двигателя сгорания (2) в зависимости от его скорости вращения; (da6) процентным содержанием тепловой мощности, рекуперированной на контуре охлаждения двигателя сгорания (2), и процентным содержанием тепловой мощности, рекуперированной в отработавших газах, и/или количеством CO2, выбрасываемым на единицу тепловой мощности, произведенной двигателем сгорания (2); (da7) себестоимостью электроэнергии, поступающей через внешнюю сеть; (da8) сроком службы каждого генератора в зависимости от его нагрузки; (da9) стоимостью технического обслуживания каждого генератора в зависимости от количества часов работы; (da10) стоимостью демонтажа и замены каждого генератора; (da11) сроком службы, стоимостью технического обслуживания, стоимостью демонтажа и замены каждого типа теплового насоса; (da12) коэффициентом полезного действия генератора переменного тока в зависимости от электрической мощности, которую он поставляет, что позволяет определить механическую мощность, необходимую для двигателя сгорания (2), для подаваемой электрической мощности; (da13) коэффициентом полезного действия топливного элемента в зависимости от его нагрузки; (da14) коэффициентом полезного действия инвертора топливного элемента или фотогальванических солнечных панелей при их наличии; (da15) потреблением электроэнергии и расходом рабочей жидкости циркуляционного насоса солнечных теплоуловителей; (da16) розничной продажной ценой электроэнергии, поступающей во внешнюю сеть.
Согласно другому способу практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "мгновенный элемент данных" выбирают в группе, образованной (db1) мгновенной электрической мощностью, произведенной каждым имеющимся электрогенератором; (db2) режимом вращения каждого двигателя сгорания (2); (db3) мгновенным потреблением топлива установкой (1); (db4) температурой рабочей жидкости, рекуперирующей тепловую энергию двигателя сгорания (2); (db5) мгновенной электрической мощностью, потребляемой установкой (1) в сети, которая получается путем непосредственного измерения; (db6) мгновенной мощностью, подаваемой в сеть установкой (1), которая получается путем непосредственного измерения; (db7) силой тока, напряжением или мгновенной электрической мощностью, производимой фотогальванической солнечной панелью (если данная панель имеется); (db8) мгновенной температурой Tl; (db9) мгновенной температурой Т2; (db10) мгновенной температурой Т3; (db11) мгновенной температурой Т4; (db12) мгновенной температурой Т5; (db13) температурой окружающего воздуха; (db14) количеством часов работы каждого электрогенератора (в основном двигателя сгорания 2, и топливного элемента); (db15) количеством часов работы каждого контура теплового насоса установки (парокомпрессионного или абсорбционного типа).
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "целевой элемент данных" выбирают в группе, образованной (de1) температурой Т1 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc2) температурой Т2 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc3) температурой Т3 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc4) температурой Т4 и ее изменением в зависимости, в частности, от температуры, необходимой в охлаждаемом пространстве; (dc5) температурой Т5 и ее изменением в зависимости, в частности, от температуры, необходимой в охлаждаемом пространстве; (dc6) общим COP в качестве максимального общего COP для установки (1) или минимальным общим ударным воздействием CO2 установки (1); (dc7) энергоемкостью в качестве минимальной энергоемкости установки (1); (dc8) общей стоимостью эксплуатации в качестве минимальной общей стоимости эксплуатации установки (1).
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "корректирующий элемент данных" выбирают в группе, образованной (dd1) типом, количеством работающих электрогенераторов и электрической мощностью, подаваемой каждым из упомянутых генераторов; (dd2) влиянием электрических мощностей, подаваемых генератором или генераторами соответственно в установку и во внешнюю сеть установки (1); (dd3) типом и количеством работающих тепловых насосов; (dd4) в случае парокомпрессионных тепловых насосов регулированием объемного расхода (выражен в процентах), обусловленным регулированием компрессоров для оптимизации установки (1).
"Реальную" величину по меньшей мере одного выбранного целевого элемента данных определяют периодически или регулярно, или постоянно.
Упомянутые исходные данные могут быть введены в электронно-вычислительную машину или во время ее первоначального программирования, или во время пуска установки, или также пользователем установки в процессе эксплуатации установки.
Согласно частному способу практического осуществления способ регулирования по изобретению содержит, кроме того, этапы:
запуск когенерационного аппарата и запуск теплового насоса;
контроль (т.е. ограничения до максимальной величины) электрической мощности, требуемой тепловым насосом, предпочтительно импульсным аналоговым сигналом или все или ничего для недопущения перегрузки когенерационного аппарата;
пуск и контроль насосов, таких как водяные насосы нагревания и кондиционирования воздуха, насосы горячей хозяйственной воды;
пуск и контроль двух- и трехходовых гидравлических клапанов;
приведение, с использованием алгоритмов моделирования и управления, потребностей в электричестве теплового насоса в соответствие с производством электричества когенерационным аппаратом для соблюдения заданных величин (целевых величин) тепловых мощностей (горячая вода для нагревания, горячая хозяйственная вода, холодная вода кондиционирования воздуха... ) и, возможно, заданной величины (целевой величины) потребности в электричестве в локальной сети, добиваясь при этом минимального потребления первичной энергии и электричества.
Согласно способу практического осуществления контроль над электрической мощностью, необходимой для теплового насоса, может быть достигнут за счет ограничения крутизны характеристики нагрузки выхода воды к клиенту (как правило, в градусах/минутах), т.е. путем ограничения скорости повышения температуры воды нагревательного контура.
Расчет приведения в соответствие заставляет задействовать различные параметры, содержащие параметры внешней относительно аппаратов среды, такие как температура окружающего воздуха, дата и время (для учета тарифов, например часов полной нагрузки/часов минимальной нагрузки), ограничение повышения температуры воды, и параметры, связанные с аппаратами, такие как сведения о состоянии насосов или клапанов. Результаты данного расчета приводят к пуску различных приводов (насосов, гидравлических клапанов).
В рамках управления и оптимизации потребления энергии способ управления согласно изобретению управляет типом энергии, потребляемой установкой, в частности электричества и энергии минерального топлива, такого как природный газ и, возможно, также биогаз или мазут, водород, электрическая сеть, основанная на обновляемой энергии, с учетом необходимого количества и стоимости данной энергии. Выбор типов источников энергии может быть автоматическим ввиду минимальной мгновенной энергоемкости или минимальной стоимости пользования, которая привлекает стоимость технического обслуживания. Данный выбор типов энергетических источников также может быть обусловлен календарным графиком или запросом клиента, требованием создания в здании или на удалении интеллигентной сети типа "Smart Grid -умная электросеть".
Кроме того, согласно частному способу практического осуществления, в способе управления согласно настоящему изобретению учитываются метеопрогнозы для управления процессом создания запасов и расходования энергии в зависимости от потребностей. Такое создание запасов может осуществляться в стенах здания, к которым присоединена установка, или в специально предназначенной емкости для тепла, такой как, не ограничиваясь этим, промежуточный бойлер.
Описание изобретения Краткое описание чертежей
Фиг. 1 и 2 относятся к установке, которая регулируется с использованием способа согласно изобретению.
Фиг. 1 изображает принципиальную схему установки, которая регулируется с использованием способа согласно изобретению, в том случае, когда генератор переменного тока является двигателем, работающим на принципе сгорания топлива, соединенным с генератором переменного тока, а тепловой насос использует парокомпрессионный холодильный контур.
Фиг. 2 изображает принципиальную схему установки, которая регулируется с использованием способа согласно изобретению, в случае, когда генератор переменного тока является двигателем, работающим на принципе сгорания топлива, соединенным с генератором переменного тока, а тепловой насос использует холодильный абсорбционный цикл.
Перечень цифровых позиций.
1 - Установка, регулируемая способом согласно изобретению.
2 - Двигатель сгорания.
3 - Тепловой насос.
4 - Вход жидкого или газообразного топлива.
5 - Механическая энергия, создаваемая двигателем.
6 - Тепло, излучаемое генератором переменного тока в процессе эксплуатации.
7 - Потери энергии.
8 - Теплообменник для обмена теплом между генератором переменного тока и очень горячей водой.
9 - Контур очень горячей воды.
10 - Детандер.
11 - Реверсивный теплообменник - конденсор в режиме нагревания, теплообменник под нагрузкой в режиме нагревания.
12 - Реверсивный теплообменник - испаритель в режиме нагревания, теплообменник на источнике тепла в режиме нагревания.
13 - Водяной контур - контур холодной воды, когда тепловой насос находится в режиме кондиционирования воздуха.
14 - Контур теплой воды.
15 - Теплообменник.
16 - Контур жидкого хладагента.
17 - Компрессор.
18 - Генератор переменного тока.
19 - Электрический аккумулятор.
20 - Электроэнергия.
21 - Электрический вентилятор.
24 - Преобразователь постоянного по величине тока в переменный ток.
27 - Тепловой насос, использующий контур абсорбционным путем.
28 - Поглотитель.
29 - Генератор.
30 - Циркуляционный насос.
31 - Испаритель абсорбционного контура.
32 - Детандер, адаптированный для абсорбционного контура.
33 - Конденсор абсорбционного контура.
34 - Жидкий хладагент.
35 - Поглотитель.
В настоящем документе под терминами понимается следующее.
Термодинамическая система типа теплового или холодильного насоса - устройство, содержащее компрессор и множество теплообменников, в которых циркулирует специальный жидкий теплоноситель, обычно называемый жидким хладагентом; причем упомянутое устройство позволяет поглощать тепловую энергию при первой температуре и отдавать тепловую энергию обратно при второй температуре; причем вторая температура выше, чем первая.
Теплообменник - устройство, предназначенное для перемещения тепла между многочисленными контурами.
Жидкий теплоноситель - теплоноситель, используемый для перемещения тепла; классическими примерами являются жидкий хладагент, вода или раствор этиленгликоля, иногда называемый рассолом.
Источник тепла или источник - условно термины источник и тепловая нагрузка относятся к режиму нагревания. Источник представляет собой среду, из которой отводится тепло в режиме нагревания. Данный отвод тепла осуществляется при определенных физических параметрах, таких как тепловая инерция или располагаемая мощность, которые характеризуют источник. Можно отметить, что термин "источник" не свойственен режиму охлаждения, поскольку в нем фактически выбрасывается тепло, исходящее из здания.
Тепловая нагрузка или нагрузка - нагрузка представляет собой среду, в которую выбрасывается тепло в режиме нагревания. Такое выбрасывание тепла осуществляется при определенных физических параметрах, таких как тепловая инерция или располагаемая мощность, которые характеризуют нагрузку; причем нагрузка также является местом, откуда отводится тепло в режиме охлаждения.
COP или коэффициент трансформации - COP или коэффициент трансформации системы в режиме нагревания определяется как соотношение между располагаемой тепловой мощностью и электрической мощностью, потребляемой системой. В системе согласно изобретению под COP понимается "электрический эквивалент" COP, который бы имела установка в случае использования электричества вместо газа или биотоплива.
Генератор переменного тока - устройство, генерирующее переменный ток или непосредственно, или посредством дополнительного преобразователя, который преобразует генерируемый постоянный по величине ток в переменный ток.
Двигатель сгорания - двигатель, который посредством топлива преобразует химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую энергию.
Двигатель внутреннего сгорания - двигатель сгорания, в котором сгорание топлива, образующее энергию, необходимую для процесса функционирования, происходит собственно в двигателе, как правило, в камере сгорания.
Фотогальваническая солнечная панель - электрогенератор постоянного по величине тока, образованный совокупностью фотоэлектрических элементов, электрически соединенных между собой.
Солнечный теплоуловитель - устройство, в котором температура твердой, жидкой или газообразной среды повышается в результате полного или частичного поглощения солнечного излучения.
Топливный элемент - устройство, производящее электричество благодаря окислению на электроде восстанавливающего топлива (например, водород), связанному с восстановлением на другом электроде окислителя, такого как кислород воздуха.
"Когенерация" - совокупность, образованная одним или множеством процессов когенерации, содержащая один или множество агрегатов, производящих электричество (типа теплового двигателя + генератор переменного тока и/или типа топливного элемента).
Далее в данном документе тепловым насосом будет называться агрегат, образованный одним или множеством контуров и даже одним или множеством тепловых насосов, который (которые), в свою очередь, снабжены одним или множеством контуров.
Детальное описание изобретения
Изобретение, описание которого приведено в данном случае, относится к способу управления, позволяющему оптимизировать работу установки, оснащенной когенерационным аппаратом, который подключен или не подключен к сети, и тепловым насосом. Электричество, производимое в когенерационном аппарате, используется частично, но не ограничиваясь этим, для подачи питания в тепловой насос. Основной заданной величиной, требующей соблюдения, является потребность в тепле, т.е. теплопроизво-дительность, но, возможно, также и холодопроизводительность и/или электрическая мощность, необходимая для системы.
К этому агрегату может быть добавлено несколько вспомогательных устройств умеренной электрической мощности для обеспечения его хорошего функционирования. Как правило, речь идет о циркуляционных насосах, источниках освещения.
Задачей настоящего изобретения является способ регулирования установки, содержащей по меньшей мере один когенерационный аппарат и по меньшей мере один тепловой насос.
Регулируемая установка, описание которой приведено со ссылкой на фиг. 1 и 2, содержит по меньшей мере один когенерационный аппарат, содержащий агрегат генератора тока, который содержит или двигатель, работающий на принципе сгорания топлива (2) и соединенный с генератором переменного тока (18), или топливный элемент. Каждый из электрогенераторов содержит теплообменник (8), производящий очень горячую воду с температурой Т2; причем упомянутая установка (1) или упомянутый агрегат электрогенератора содержат в ряде случаев один или множество других электрогенераторов, сведенных в группу, включающую двигатель, работающий на принципе сгорания топлива (2), соединенный с генератором переменного тока (18), топливный элемент (не показан), фотогальваническую солнечную панель (не показана) или ветрогенератор.
Регулируемая установка содержит в случае необходимости электрический аккумулятор (19).
Регулируемая установка содержит также по меньшей мере один тепловой насос (3) или холодильный агрегат; причем упомянутый тепловой насос или упомянутый холодильный агрегат относятся к па-рокомпрессионному или абсорбционному типу.
В случае если упомянутый тепловой насос или упомянутый холодильный агрегат относится к паро-компрессионному типу, то он содержит по меньшей мере один компрессор (17) жидкого хладагента, первый теплообменник (11), расположенный во всасывающей линии компрессора (17), когда тепловой насос находится в режиме кондиционирования воздуха, детандер (10) и второй теплообменник (12), размещенный в линии нагнетания компрессора (17), когда тепловой насос находится в режиме кондиционирования воздуха. Упомянутый тепловой насос или упомянутый холодильный агрегат в ряде случаев содержит, кроме того, третий теплообменник (15).
В случае если упомянутый тепловой насос или упомянутый холодильный агрегат относится к абсорбционному типу (изображен на фиг. 2), то он содержит поглотитель (28), циркуляционный насос (30), парогенератор (29), первый теплообменник (31), расположенный на входе упомянутого поглотителя (28), детандер (32) и второй теплообменник (33), расположенный на выходе упомянутого парогенератора (29).
Компрессор (17) или циркуляционный насос (30) приводится в движение посредством электрического двигателя, который может обеспечиваться одним из упомянутых электрогенераторов.
Регулируемая установка содержит по меньшей мере один модуль Рс Ра, так называемый "модуль теплового насоса", или по меньшей мере один модуль Pr, так называемый "холодильный модуль", или по меньшей мере один модуль Pm, так называемый "смешанный модуль: тепловой насос и холодильный насос".
Если речь идет о модуле компрессионного теплового насоса Рс, то каждый из агрегатов и по меньшей мере один агрегат теплового насоса содержит по меньшей мере один компрессор (17) жидкого хладагента, упомянутый первый теплообменник (11), упомянутый детандер (10), упомянутый второй теплообменник (12).
Если речь идет о модуле абсорбционного теплового насоса Ра, то каждый из агрегатов и по меньшей мере один агрегат теплового насоса содержит по меньшей мере один поглотитель (28), упомянутый циркуляционный насос (30), упомянутый парогенератор (29), упомянутый первый теплообменник (31), упомянутый детандер (32) и упомянутый второй теплообменник (33).
Если речь идет о холодильном модуле Pr, то он содержит по меньшей мере один холодильный агрегат, содержащий по меньшей мере один компрессор (17) жидкого хладагента, упомянутый детандер (10), упомянутый второй теплообменник (12), а также трубопроводы жидкого хладагента (16а, 16b), предназначенные для соединения с теплообменником воздушного/водяного хладагента, находящегося снаружи модуля Pr.
Если речь идет о смешанном модуле Pm, то он содержит по меньшей мере два агрегата: один типа теплового насоса, другой типа холодильного насоса, где агрегат типа теплового насоса содержит по меньшей мере один компрессор (17) жидкого хладагента, упомянутый первый теплообменник (11), упомянутый детандер (10), упомянутый второй теплообменник (12), а агрегат типа холодильного насоса содержит по меньшей мере один компрессор (17) жидкого хладагента, упомянутый детандер (10), упомянутый второй теплообменник (12), а также трубопроводы жидкого хладагента (16а, 16b), предназначен
ные для соединения с теплообменником воздушного/водяного хладагента, находящего снаружи относительно модуля Pm.
Согласно способу практического осуществления регулируемая установка позволяет производить одновременно очень горячую воду, обладающую температурой Т2, теплую воду, обладающую температурой Т1, и/или холодную воду, обладающую температурой Т3, и электричество, и, возможно, также позволяет осуществлять производство жидкого хладагента с температурой испарения Т4 и/или производство жидкого хладагента с температурой испарения Т5.
Согласно способу практического осуществления когенерационный аппарат является двигателем, работающим на принципе сгорания топлива, предпочтительно двигателем внутреннего сгорания. В него предпочтительно производится подача природного газа. В зависимости от потребностей в него также может осуществляться подача других типов газообразного или жидкого топлива, такого как бензин, мазут, керосин, этиловый спирт, биотопливо, такое как растительные масла, биоэтанол, биогаз.
Речь также может идти о других типах двигателей, работающих на принципе сгорания топлива, таких как двигатели внешнего сгорания, в частности двигатели Стирлинга.
Согласно другому способу практического осуществления когенерационный аппарат является топливным элементом. Речь может идти о любом типе топливного элемента, известного специалистам и работающего, как правило, но не ограничиваясь этим, при температурах меньше 200°С, которые в некоторых случаях способны достигать температуры от 800 до 1000°С (например, элемент типа "твердого окисла"), и обеспечиваемого соответствующим топливом, таким как водород, метан или смесь углеводородов, такой как бензин или мазут. Топливный элемент состоит, как минимум, из центральной части элемента, в который осуществляется подача водорода (относится к центральным частям топливных элементов, основанных на протонных мембранах) или осуществляется подача множества уже перечисленных типов топлива (относится к центральным частям высокотемпературного элемента типа твердого окисла). Если элемент относится к типу, основанному на протонных мембранах, и отсутствует прямая потребность в водороде, тогда топливный элемент может состоять из установки для конверсии газа и центральной части элемента. Установка для конверсии газа предназначена для отвода водорода, необходимого для центральной части элемента, из химически более сложных видов топлива, таких как природный газ, метан, биогаз или смесь углеводородов. Отведенный, таким образом, водород обеспечивает центральную часть элемента, базирующегося на протонных мембранах.
Согласно некоторым способам практического осуществления установка содержит, кроме того, фотогальванические солнечные панели, которые могут относиться к любому типу панели, известной специалистам. В частности, полупроводник, образующий фотоэлектрические элементы, может быть, но не ограничиваясь этим, аморфным кремнием (поликристаллическим или монокристаллическим), полупроводниковым органическим материалом или их сочетанием. Имеется возможность использовать множество фотогальванических солнечных панелей.
Согласно предпочтительным способам практического осуществления тепловой насос установки является реверсивным, что означает, что он может работать в режиме, в котором предпочтение отдается нагреванию ("режим нагревания"), или в режиме, в котором предпочтение отдается охлаждению ("режим кондиционирования воздуха"). С этой целью на контуре жидкого хладагента 16 установлен цикличный реверсивный четырехходовой клапан 46 (фиг. 8с).
В том случае, если тепловой насос 3 является реверсивным, теплообменники 11 и 12 являются реверсивными теплообменниками.
Установка, управляемая способом согласно настоящему изобретению, контролируется, кроме того, по меньшей мере одной электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), содержащей по меньшей мере один микропроцессор и по меньшей мере одно согласующее устройство ввода данных. Данные вводятся в микропроцессор упомянутой электронно-вычислительной машины посредством упомянутого согласующего устройства ввода данных.
Электронно-вычислительная машина, позволяющая обеспечить реализацию способа согласно изобретению, имеет программное обеспечение регулирования, опирающееся на согласующее устройство ввода данных. Она, кроме того, соединена с необходимыми датчиками, таким как (но не ограничиваясь этим) датчик внешней температуры, температурные датчики подаваемой и истекающей воды, датчики мощности и/или величин силы тока, датчики определения местоположения типа GPS. Некоторые из этих датчиков конструктивно установлены в когенерационном аппарате и тепловом насосе, другие датчики дополнительно устанавливаются в случае необходимости, которая взаимосвязана с осуществлением способа согласно изобретению. Электронно-вычислительная машина также содержит, в случае необходимости, электронные платы ввода/вывода, вычислительные платы, платы коммуникации и связи типа GPRS или Internet/Ethernet.
Регулирование.
В целом настоящее изобретение относится к способу управления установкой, содержащей когене-рационный аппарат, тепловой насос и электронно-вычислительную машину, причем упомянутый способ содержит следующие этапы:
(a) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводятся данные (так называемые "исходные данные"), причем упомянутые исходные данные содержат, по меньшей мере, "устойчивость к электрическому ударному воздействию" когенерационного аппарата, "Imax" теплового насоса;
(b) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводятся данные (так называемые "мгновенные данные"), причем упомянутые мгновенные данные содержат, по меньшей мере, состояние коге-нерационного аппарата, состояние теплового насоса и электрическую мощность, необходимую для теплового насоса;
(c) определяются данные (так называемые "целевые данные"), для которых назначается соответствующая величина (так называемая "целевая величина" в упомянутой электронно-вычислительной машине, причем эти целевые данные содержат, по меньшей мере, минимальное потребление первичной энергии и электричества установкой и одну из величин, в том числе температуру Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, и потребности в электричестве локальной сети;
(d) регулирование установки при помощи упомянутой электронно-вычислительной машины осуществляется таким образом, чтобы обеспечить для всех выбранных целевых данных целевую величину или целевые величины, которые для них назначены; причем регулирование осуществляется путем сравнения актуальной величины выбранного целевого элемента данных с учетом выбранного исходного элемента данных или выбранных исходных данных, а также выбранного мгновенного элемента данных или выбранных мгновенных данных, и корректируя по меньшей мере один элемент данных (так называемый "корректирующий элемент данных") таким образом, чтобы приблизить актуальную величину каждого из выбранных целевых данных к целевой величине, которая была назначена на этапе (с); причем по меньшей мере один корректирующий элемент данных содержит электрическую мощность, вырабатываемую когенерационным аппаратом.
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "базовый элемент данных" этапа (а) выбран в группе, образованной (da1) себестоимостью топлива каждого двигателя сгорания (2), топливного элемента и абсорбционного теплового насоса, используемого в системе; (da2) энергетической емкостью каждого топлива; (da3) ударным воздействием CO2 каждого топлива на единицу массы; (da4) энергетическим КПД каждого двигателя сгорания (2) в зависимости от его нагрузки и его скорости вращения, что позволяет определить количество CO2, выбрасываемого на единицу механической мощности, производимой этим двигателем, работающим на принципе сгорания топлива (2); (da5) номинальной мощностью с полной нагрузкой каждого двигателя сгорания (2), в зависимости от его скорости вращения; (da6) процентным содержанием тепловой мощности, рекуперируемой на контуре охлаждения двигателя сгорания (2), и процентным содержанием тепловой мощности, рекуперируемой в отработавших газах, и/или количества CO2, выброшенного на единицу тепловой мощности, произведенной двигателем, работающим на принципе сгорания топлива (2); (da7) себестоимостью электроэнергии, обеспечиваемой внешней сетью; (da8) сроком службы каждого генератора в зависимости от его нагрузки; (da9) стоимостью технического обслуживания каждого генератора в зависимости от количества часов работы; (da10) стоимостью демонтажа и замены каждого генератора; (da11) сроком службы, стоимостью технического обслуживания, стоимостью демонтажа и замены каждого типа теплового насоса; (da12) коэффициентом полезного действия генератора переменного тока в зависимости от электрической мощности, которую он обеспечивает, что позволяет определить мощность, необходимую двигателю сгорания (2), для обеспечения электрической мощности; (da13) коэффициентом полезного действия топливного элемента в зависимости от его нагрузки; (da14) коэффициентом полезного действия инвертора топливного элемента или фотогальванических солнечных панелей в случае их наличия; (da15) потреблением электроэнергии и расхода жидкости циркуляционного насоса солнечных теплоуловителей; (da16) розничной продажной ценой электроэнергии, поставляемой во внешнюю сеть.
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "мгновенный элемент данных" выбран в группе, образованной (db1) мгновенной электрической мощностью, произведенной каждым настоящим электрогенератором; (db2) режимом вращения каждого двигателя сгорания (2); (db3) мгновенным расходом топлива установки (1); (db4) температурой жидкости, рекуперирующей тепловую энергию двигателя сгорания (2); (db5) мгновенной электрической мощностью, потребляемой установкой (1) от сети, получаемой путем непосредственного измерения; (db6) мгновенной мощностью, предоставляемой сети посредством установки (1), получаемой путем непосредственного измерения; (db7) силой тока, напряжением или мгновенной электрической мощностью, производимой фотогальванической солнечной панелью (в случае наличия панели); (db8) мгновенной температурой T1; (db9) мгновенной температурой Т2; (db10) мгновенной температурой Т3; (db 11) мгновенной температурой Т4; (db12) мгновенной температурой Т5; (db13) температурой окружающего воздуха; (db14) количеством часов работы каждого генератора электрического тока (в основном двигателя сгорания 2) и топливного элемента; (db15) количеством часов работы каждого цикла теплового насоса установки (паро
компрессионного или абсорбционного типа).
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "целевой элемент данных" выбран в группе, образованной (de1) температурой Т1 и ее изменениями в зависимости, в частности, от температуры внешней среды; (dc2) температурой Т2 и ее изменениями в зависимости, в частности, от температуры внешней среды; (dc3) температурой Т3 и ее изменениями в зависимости, в частности, от температуры внешней среды; (dc4) температурой Т4 и ее изменениями в зависимости, в частности, от температуры, которая требуется в охлаждаемом пространстве; (dc5) температурой Т5 и ее изменениями в зависимости, в частности, от температуры, которая требуется в охлаждаемом пространстве; (dc6) суммарный COP в качестве максимального суммарного COP для установки (1) или минимального суммарного ударного воздействия CO2 установки (1); (dc7) энергоемкостью в качестве минимальной энергоемкости установки (1); (dc8) общей стоимостью эксплуатации в качестве минимальной общей стоимости эксплуатации установки (1).
Согласно другим способам практического осуществления по меньшей мере один дополнительный "корректирующий элемент данных" выбран в группе, образованной: (dd1) типом, количеством работающих электрогенераторов и электрической мощностью, обеспечиваемой каждым из упомянутых генераторов; (dd2) влиянием электрической мощности, обеспечиваемой генератором или генераторами, соответственно на установку и внешнюю относительно установки (1) сеть; (dd3) типом и количеством работающих тепловых насосов; (dd4) в случае парокомпрессионных тепловых насосов регулированием объемного расхода (выражен в процентах), установленным регулированием для компрессоров для оптимизации установки (1).
"Реальное" значение по меньшей мере одного выбранного целевого элемента данных определяется периодически или регулярно, или непрерывно.
Согласно предпочтительному способу практического осуществления для каждого типа теплового насоса вводятся таблицы КПД, представляющих обеспечиваемую холодопроизводительность, обеспечиваемую теплопроизводительность, потребляемую электрическую мощность, количество расходуемого топлива, если это имеет место (в случае абсорбционного теплового насоса), в рамках его рабочего диапазона. Эти таблицы КПД определены фактически величинами температуры воды каждого контура (Т1, Т2 и Т3, Т4 и Т5), расходом жидкости соответствующих теплообменников и температурой входящего окружающего воздуха. Способом регулирования может быть предусмотрено, что любое функционирование с одним или множеством из этих параметров за пределами определенного рабочего диапазона запрещено.
Согласно предпочтительному способу практического осуществления, для каждого компрессора, используемого в парокомпрессионных тепловых насосах, вводятся в качестве дополнительного контроля, следующие исходные данные:
таблицы КПД, предоставляющие обеспечиваемую холодопроизводительность;
обеспечиваемая теплопроизводительность;
электрическая мощность, потребляемая в зависимости от давления на входе и давления на выходе компрессора для заданного жидкого хладагента.
Эти данные позволяют осуществлять проверку сведений путем сопоставления вышеупомянутых таблиц КПД. Они также могут быть использованы как исходные данные для определения, для сложной системы, рабочей холодопроизводительности и теплопроизводительности, а также электрической мощности, потребляемой парокомпрессионными тепловыми насосами. Эти данные для каждого компрессора включают уровень объемного расхода (выражается, как правило, в процентах), при котором он работает (обычно от 10 до 100%).
Способ регулирования по настоящему изобретению позволяет оптимизировать совместное функционирование когенерационных аппаратов и термодинамических систем, например, типа тепловых насосов, которые могут быть приобретены у различных поставщиков, что не относится к случаю, описание которого приведено в заявке на патент WO 2011/01573.
В способе согласно настоящему изобретению применяются те же общие принципы, что и описанные в заявке на патент WO 2011/0157 3, но, кроме того, особенно принимается во внимание большее количество технических характеристик когенерационных аппаратов (что касается мощности и имеющихся данных) и термодинамических систем (в частности, возможность располагать различными типами компрессоров, которые могут встречаться на рынке: компрессор с постоянной скоростью без регулирования мощности, компрессор с постоянной скоростью, но с регулированием мощности, скоростной компрессор).
Способ согласно изобретению в обязательном порядке учитывает следующие характеристики коге-нерационного аппарата:
состояние рабочих режимов когенерационного аппарата: "Работа", "Остановка или неисправность";
имеющаяся в распоряжении максимальная мощность в зависимости от температуры внешней среды, высоты и, возможно, других параметров, относящихся к двигателю;
устойчивость к ударному воздействию электричества вплоть до максимальной величины силы тока, который может быть произведен (имеющаяся в распоряжении Imax, в амперах), т.е. способность выдерживать имеющуюся в распоряжении Imax, которая, как правило, требуется для теплового насоса, и, воз
можно, локальной электрической сетью, обеспечивая при этом достаточный уровень качества тока (мгновенные частота и напряжение). В общем, устойчивость к ударам электричества характеризует стабильность электрической системы, подвергаемой возросшим мгновенным нагрузкам (т.е. когда внезапно возрастает потребность в силе тока).
В способе согласно изобретению обязательно учитываются следующие характеристики теплового насоса:
состояние рабочих режимов когенерационного аппарата: "Работа", "Остановка или неисправность";
величина максимальной силы тока Imax, необходимого для термодинамической системы. Данная величина соответствует сумме токов в максимально самых сложных условиях. Данная величина, как правило, равна для теплового насоса с n количеством компрессоров:
Imax, необходимая для термодинамической системы = Imax, необходимой для каждого компрессора + стартовый ток последнего компрессора (выбирается самого большого размера);
данная величина характерна каждому тепловому насосу и зависит от условий эксплуатации и габаритного размера и типа составных элементов, в частности компрессор.
Способ согласно изобретению позволяет оптимизировать функционирование в целом установки. Данная оптимизация оказывает влияние на многие объекты.
Сначала она оказывает влияние на совокупный коэффициент полезного действия путем повторного использования тепловой энергии, так называемой "фатальной", на уровне генератора, но также и путем оптимизации соответствующей нагрузки генератора или генераторов и нагрузки термодинамической системы или соответствующих термодинамических систем для того, чтобы каждая функционировала в режиме нагрузки, которая обеспечивает соответствующий максимальный совокупный коэффициент полезного действия. Коэффициенты полезного действия газовых тепловых двигателей стремятся повышаться вместе с нагрузкой; причем коэффициенты полезного действия компрессоров изменяются вместе с условиями эксплуатации при низком и высоком давлении, но также в зависимости от их скорости вращения, переходя в последнем случае через значение максимума.
Она оказывает влияние на собственно функционирование систем в различных условиях для обеспечения способности генератора выдерживать без выключения или очень сильного замедления ударное воздействие электрической нагрузки компрессоров. Она также может ограничивать потребность в компрессорах в зависимости от производительности генератора (генераторов). Она также включает правила ослабленной эксплуатации, принимая во внимание изменение потребностей в тепле и возможные ограничения эксплуатационных качеств генератора или генераторов.
Преимущество способа регулирования согласно изобретению заключается в том, чтобы обеспечить установке, при помощи которого она регулируется, гибкость применения. Гибкость применения позволяет постоянно предоставлять оптимальный выбор типа или типов энергии, используемой и/или предоставляемой, в зависимости от внешних параметров и целевых (объективных) параметров, посредством метода соответствующего регулирования.
Гибкость применения учитывает, в частности, многообразие видов энергии, способных обеспечивать питанием различные компоненты системы 1 согласно изобретению, а также многообразие потоков энергии, которые могут быть произведены системой 1. Обеспечение питанием совокупности вышеупомянутых модулей осуществляется посредством одного или множества следующих энергоносителей: минеральное топливо (в частности природный газ, сжиженный нефтяной газ, дизельное топливо, бензин), биотопливо, водород и электрический ток. Модули тепловых насосов могут использовать, как правило, следующие два обычных цикла: холодильный цикл с механическим сжатием пара и абсорбционный цикл. Обычные водопроводные сети, соединенные с тепловыми насосами, могут быть дополнительно включены в устройство посредством водопроводной сети, выходящей из солнечных теплоуловителей. Модули, генерирующие электричество, могут использовать различные технологии типа теплового двигателя и генератора переменного тока, фотогальванической солнечной панели, ветрогенератора, турбины или топливного элемента.
Гибкость использования стала возможной благодаря способу общего регулирования установкой в ее совокупности (тепловой насос и когенерационные аппараты), который позволяет оптимально учитывать, помимо всего прочего, следующие целевые (объективные) параметры:
(i) Приоритет, отдаваемый коэффициенту трансформации (COP) установки. Параметрируемые коэффициенты позволяют выражать различные энергоносители, внешние относительно устройства (например, электричество сети, тепловая энергия солнечных теплоуловителей и фотогальваническая электроэнергия), что касается первичной энергии и ударного воздействия CO2 для создания общего вида COP установки. Регулирование учитывает в процессе общей оптимизации коэффициент полезного действия когенерационного аппарата. Также и наряду с другими эксплуатационными правилами:
стремятся заставить функционировать когенерационные аппараты в их зоне максимального коэффициента полезного действия (с полной нагрузкой, например, для теплового двигателя, работающего на природном газе);
производится рекуперация максимального количества теплотворного термического выброса теплового двигателя. Например, если потребности объекта в очень горячей воде ниже производства теплового
двигателя, то осуществляется аккумулирование этого производства тепла в теплой воде, которую обеспечивает тепловой насос;
стремятся заставить функционировать совокупность модулей тепловых насосов под частичной нагрузкой вместо остановки некоторых из них для уменьшения нагрузки на каждый теплообменник и позволить, таким образом, более эффективное с энергетической точки зрения функционирование.
(ii) Приоритет, отдаваемый стоимости энергетической эксплуатации установки.
Подход аналогичен предыдущей оптимизации, но параметрируемые коэффициенты для каждого типа энергоносителя становятся следующими:
стоимость приобретения каждого вида энергии, внешней относительно устройства (как правило, электроэнергии, поступающей от сети или энергоносителя типа минеральное топливо или биогаз), в момент использования. Например, стоимость электроэнергии может варьировать в зависимости от периода времени года, но также и в зависимости от пороговых величин потребления в течение дня или года; причем эта (эти) пороговая величина (пороговые величины) связана (связаны) с оплатой вперед электричества рассматриваемой установки. Эти взвешенные показатели, безусловно, могут изменяться в течение срока эксплуатации установки и имеют, таким образом, изменяемую конфигурацию в рамках метода общего регулирования устройства;
данное устройство может, при необходимости, видеть свои экономические параметры, скорректированные центральной системой, включающие в себя местоположение оборудования, а также выбросы из климатологической окружающей среды, позволяющие обеспечить общую оптимизацию системы во времени или также принять функциональные требования, связанные с точечными ограничениями некоторых источников энергии;
цена возможной перепродажи сети электроэнергии, которая в случае необходимости может быть произведена когенерационным аппаратом или когенерационными аппаратами. Эта цена также может варьировать по правилам, которые в целом аналогичны правилам, применяемым к стоимости приобретения электроэнергии.
(iii) Приоритет, отдаваемый общей стоимости эксплуатации установки (в частности, энергоемкость, стоимость технического обслуживания, которая включает, в частности, стоимость демонтажа и стоимость замены). Таким образом, особое значение придается сроку службы некоторых важнейших составных конструктивных элементов, таких как двигатели, работающие на принципе сгорания топлива, или топливные элементы.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ управления установкой, содержащей один или множество когенерационных аппаратов и одну или множество термодинамических систем, таких как тепловые насосы, а также по меньшей мере одну электронно-вычислительную машину, причем упомянутый способ содержит следующие этапы:
(a) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводят данные, называемые исходными данными; причем упомянутые исходные данные содержат, по меньшей мере, устойчивость к электрическому ударному воздействию когенерационного аппарата и максимальную величину силы тока теплового насоса;
(b) в упомянутую электронно-вычислительную машину вводят данные, называемые мгновенными данными; причем упомянутые мгновенные данные содержат, по меньшей мере, состояние когенераци-онного аппарата, состояние теплового насоса и электрическую мощность, необходимую для теплового насоса;
(c) определяют данные, называемые целевыми данными, для которых назначают соответствующую величину, называемую целевой величиной, в упомянутой электронно-вычислительной машине; причем эти целевые данные содержат, по меньшей мере, минимальное и/или максимальное производство электричества установкой, максимальное потребление электричества и первичной энергии и по меньшей мере одну из температур очень горячей воды (Т2), горячей воды (Т1), холодной воды (Т3), испарения жидкого хладагента (Т4, Т5) и потребность в электричестве локальной сети;
(d) регулируют установку при помощи упомянутой электронно-вычислительной машины таким образом, чтобы достичь для каждого элемента из выбранных целевых данных целевую величину или целевые величины, которые для них назначены; причем регулирование осуществляют путем сравнения реальной величины выбранного целевого элемента данных с учетом выбранных исходных элемента данных или данных, а также выбранных мгновенных элемента данных или данных, и корректируя по меньшей мере один элемент данных, называемый корректирующим элементом данных, таким образом, чтобы приблизить реальную величину каждого выбранного целевого элемента данных к целевой величине, которая ему была назначена на этапе (с); причем по меньшей мере один корректирующий элемент данных содержит электрическую мощность, вырабатываемую когенерационным аппаратом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный исходный элемент данных этапа (а) выбирают в группе, образованной (da1) себестоимостью топлива каждого двигателя сгорания (2), топливного элемента и абсорбционного теплового насоса, используемого в системе;
2.
(da2) энергосодержанием каждого топлива; (da3) ударным воздействием CO2 каждого топлива на единицу массы; (da4) энергетическим КПД каждого двигателя сгорания (2) в зависимости от его нагрузки и его скорости вращения, что позволяет определить количество CO2, выбрасываемого на единицу механической мощности, производимой данным двигателем сгорания (2); (da5) номинальной мощностью с полной нагрузкой каждого двигателя сгорания (2) в зависимости от его скорости вращения; (da6) процентным содержанием тепловой мощности, рекуперированной на контуре охлаждения двигателя сгорания (2), и процентным содержанием тепловой мощности, рекуперированной в отработавших газах, и/или количеством CO2, выбрасываемым на единицу тепловой мощности, произведенной двигателем сгорания (2); (da7) себестоимостью электроэнергии, поступающей через внешнюю сеть; (da8) сроком службы каждого генератора в зависимости от его нагрузки; (da9) стоимостью технического обслуживания каждого генератора в зависимости от количества часов работы; (da10) стоимостью демонтажа и замены каждого генератора; (da11) сроком службы, стоимостью технического обслуживания, стоимостью демонтажа и замены каждого типа теплового насоса; (da12) коэффициентом полезного действия генератора переменного тока в зависимости от электрической мощности, которую он поставляет, что позволяет определить механическую мощность, необходимую для двигателя сгорания (2), для подаваемой электрической мощности; (da13) коэффициентом полезного действия топливного элемента в зависимости от его нагрузки; (da14) коэффициентом полезного действия инвертора топливного элемента или фотогальванических солнечных панелей при их наличии; (da15) потреблением электроэнергии и расходом рабочей жидкости циркуляционного насоса солнечных теплоуловителей; (da16) розничной продажной ценой электроэнергии, поступающей во внешнюю сеть.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный мгновенный элемент данных выбирают в группе, образованной (db1) мгновенной электрической мощностью, произведенной каждым имеющимся электрогенератором; (db2) режимом вращения каждого двигателя сгорания (2); (db3) мгновенным потреблением топлива установкой (1); (db4) температурой рабочей жидкости, рекуперирующей тепловую энергию двигателя сгорания (2); (db5) мгновенной электрической мощностью, потребляемой установкой (1) в сети, которая получается путем непосредственного измерения; (db6) мгновенной мощностью, подаваемой в сеть установкой (1), которая получается путем непосредственного измерения; (db7) силой тока, напряжением или мгновенной электрической мощностью, производимой фотогальванической солнечной панелью (если данная панель имеется); (db8) мгновенной температурой T1; (db9) мгновенной температурой Т2; (db10) мгновенной температурой Т3; (db 11) мгновенной температурой Т4; (db12) мгновенной температурой Т5; (db13) температурой окружающего воздуха; (db14) количеством часов работы каждого электрогенератора (в основном двигателя сгорания (2) и топливного элемента); (db15) количеством часов работы каждого контура теплового насоса, установки (па-рокомпрессионного или абсорбционного типа).
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный целевой элемент данных выбирают в группе, образованной (dc1) температурой Т1 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc2) температурой Т2 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc3) температурой Т3 и ее изменением в зависимости, в частности, от наружной температуры; (dc4) температурой Т4 и ее изменением в зависимости, в частности, от температуры, необходимой в охлаждаемом пространстве; (dc5) температурой Т5 и ее изменением в зависимости, в частности, от температуры, необходимой в охлаждаемом пространстве; (dc6) общим COP в качестве максимального общего COP для установки (1) или минимальным общим ударным воздействием CO2 установки (1); (dc7) энергоемкостью в качестве минимальной энергоемкости установки (1); (dc8) общей стоимостью эксплуатации в качестве минимальной общей стоимости эксплуатации установки (1).
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный корректирующий элемент данных выбирают в группе, образованной (dd1) типом, количеством работающих электрогенераторов и электрической мощностью, подаваемой каждым из упомянутых генераторов; (dd2) влиянием электрических мощностей, подаваемых генератором или генераторами соответственно в установку и во внешнюю сеть установки (1); (dd3) типом и количеством работающих тепловых насосов; (dd4) в случае парокомпрессионных тепловых насосов регулированием объемного расхода (выражен в процентах), обусловленным регулированием компрессоров для оптимизации установки (1).
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что реальную величину по меньшей мере одного выбранного целевого элемента данных определяют периодически, или регулярно, или постоянно.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутые исходные данные могут быть введены в электронно-вычислительную машину или во время первоначального программирования, или во время пуска установки или также пользователем установки в процессе эксплуатации установки.
3.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025665
- 1 -
(19)
025665
- 1 -
(19)
025665
- 4 -
(19)
025665
- 13 -