ES2629508T3

ES2629508T3 - Red de abastecimiento

Info

Publication number: ES2629508T3
Application number: ES13188189.8T
Authority: ES
Inventors: Schmid Arnold; Schmieder Edgar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: EP2719977B1; EP2719977A2; DE202012103891U1; EP2719977A3; PL2719977T3

Abstract

Red de abastecimiento (10) a la que se conecta una pluralidad de abonados, (16-22) en donde los abonados (16- 22) poseen una demanda diferente de energía térmica y flujo volumétrico, y la red de abastecimiento (10) es una red bidireccional de calentamiento-refrigeración de fluido que se mantiene a baja temperatura, en donde se prevén interfaces de abonados bidireccionales (24a-24i) en el caso de los abonados (16-22), y se prevén interfaces de unidades secundarias para unidades secundarias conectadas a la red (40-44) con propiedades de consumo de energía o de suministro de energía, en donde las interfaces de abonados bidireccionales (24a-24i) presentan respectivamente una conexión para transferencia térmica de energía de fluido, en donde puede tratarse de una transferencia de frío o una transferencia de calor, en donde la red es un sistema de bus frío-caliente para la conexión de las interfaces de abonados (24a-24i) a los abonados (16-22) y de las interfaces de unidades secundarias a las unidades secundarias (40-44), y se prevé un depósito principal (30) con una interfaz de depósito principal bidireccional con una interfaz de depósito principal bidireccional para la red, en donde la red presenta sensores para el registro de datos de energía en todas las interfaces y en los aparatos conectados, así como interfaces de datos para el envío de datos de energía y se prevé un control central (50) para el control de las interfaces bidireccionales y aparatos en el caso de los abonados (16-22), caracterizada por que se conectan al depósito principal (30) directamente diversas fuentes de energía externas (32-38) y también se prevé el control central (50) para el control de las interfaces bidireccionales en el deposito principal (30).

Description

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DESCRIPCION

Red de abastecimiento

La invencion se refiere a una red de abastecimiento a la que se conecta una pluralidad de abonados, en donde los abonados poseen una demanda diferente de corriente termica.

Se conoce a partir del documento de patente n° DE 10 2007 049 621 A1 un procedimiento para abastecer propiedades residenciales y comerciales con energfa termica y de refrigeracion con el sistema de central local de calor y fno en combinacion con bombas de calor, depositos, intercambiadores de calor, generadores de calor (por ejemplo con un BHKW de biomasa), sistema de refrigeracion de absorcion y una red de abastecimiento. Las bombas de calor se indican para la operacion con salmuera o agua como portador de calor, las conocidas bombas de salmuera/agua o bombas de calor agua/agua. Las bombas de calor se indican para que sean operadas en caso de necesidad de energfa de refrigeracion en el modo de derivacion. La red de abastecimiento, compuesta de lmeas de abastecimiento y de retorno se adecua a las necesidades, con respecto al dimensionamiento. Cada bomba de calor se integra a partir de la red de abastecimiento, a traves de una lmea de abastecimiento domestico. El nivel de temperatura de la red de abastecimiento se mantiene en el intervalo de aproximadamente 15 °C. Para el mantenimiento de la temperatura de red de abastecimiento se utiliza una central de cogeneracion de calor y energfa. La corriente electrica puede ser utilizada en la red publica o para el abastecimiento de las bombas de calor. El calor residual se emite a traves de un deposito intermedio e intercambiador de calor a la red de abastecimiento. La energfa termica en exceso durante la operacion de la BHKW fuera del penodo de calentamiento se aprovecha para la operacion de un sistema de refrigeracion de absorcion. Este metodo se refiere a un sistema de usuario limpio en el cual los usuarios consumen la energfa termica y de refrigeracion y solamente se retorna la energfa remanente despues del consumo al sistema, en donde la eficiencia del sistema es limitada.

El documento de patente n° DE 10 2011 001 273 A1 describe un tanque de almacenamiento con una caja con un medio de almacenamiento y por lo menos una primera disposicion de intercambiador de calor en contacto con el medio de almacenamiento, en donde por lo menos la primera disposicion de intercambiador de calor presenta un primer medio de intercambio de calor. Esta prevista una unidad de calentamiento electrico para el calentamiento del medio de almacenamiento. El medio de almacenamiento presenta una transicion de fase con calor latente en el modo de operacion del tanque de almacenamiento. Los consumidores de una red de abastecimiento conectada al tanque reciben una energfa termica dependiente del tiempo e individualmente diferente.

Se conoce una red de abastecimiento de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 a partir del documento de patente n° CH692 216.

La tarea de la invencion consiste en presentar una red de abastecimiento en la cual el consumo de energfa, con relacion a los sistemas convencionales, se mejore y que pueda reaccionar a las exigencias de los abonados y de los operadores de redes inteligentes.

Para esta finalidad, la red de abastecimiento, de acuerdo con la invencion, a la cual se conecta una pluralidad de abonados, en donde los abonados poseen una necesidad diferente con relacion a la corriente termica y al caudal, se caracteriza por que la red de abastecimiento es una red de calentamiento/refrigeracion que se mantiene a baja temperatura bidireccional, de interfaces de abonados bidireccionales en el caso de que abonados e interfaces de unidad secundaria se prevean para la unidad secundaria conectada a la red con propiedades de consumo de energfa y de suministro de energfa, en donde las interfaces de abonados bidireccionales presentan respectivamente una conexion para transferencia termica de energfa fluida, siendo que se puede tratar de una transferencia de fno o de una transferencia de calor, porque la red es un sistema de bus fno-calor con conexiones de bus para la conexion de las interfaces de abonados a los abonados y de las interfaces de unidad secundaria a las unidades secundarias, en donde el deposito principal se provee de una interfaz de deposito principal bidireccional para la red, a la cual se conectan diversas fuentes de energfa externas, en donde la red comprende sensores para el registro de datos de energfa en las interfaces y los aparatos conectados asf como interfaces de datos para el envfo de los datos de energfa; y por preverse un control central para el comando de las interfaces bidireccionales y unidades en el caso de los abonados y junto al deposito principal.

Debido al hecho de que la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion se trata de una red de calentamiento- refrigeracion por fluido mantenida a una temperatura fna bidireccional, en donde se preven las interfaces bidireccionales en el caso de los abonados y junto a las unidades conectadas a la red con propiedades de consumo de energfa o de suministro de energfa, los abonados, o sea, tanto los consumidores (disipador de energfa) como tambien los proveedores de energfa (fuente de energfa), reciben energfa por la red, asf como tambien emiten energfa a la red, que sobrepasa la medida de la energfa respectivamente recibida. El mantenimiento a una baja temperatura de fluido reduce la perdida de energfa en el ambiente a un nivel mmimo o bajo temperaturas en la red de abastecimiento inferiores que 10° C, en donde se emite incluso el calor del ambiente a la red de abastecimiento. El sistema de bus calor-fno posibilita en este caso la alimentacion y la derivacion del fluido a los abonados de modo controlable, en donde el deposito principal sirve para atender la demanda de energfa si los abonados que actuan como fuente de energfa no pueden alimentar suficientemente la red con energfa. La presencia del deposito principal es especialmente importante si para fines de regulacion de la Red Inteligente las bombas de calor consumidoras de

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ene^a para los abonados se prendieran todas, para calentar los depositos de agua caliente y de calentamiento, a medida que la red electrica presente un sobresuministro de ene^a electrica. Para que la red de abastecimiento pueda ser regulada de modo totalmente automatico y, para que tanto el consumo de energfa como tambien el suministro de ene^a pueda detectarse, se preven los sensores para registro de datos de energfa y las interfaces de datos que hacen posible que el control central controle las interfaces bidireccionales y unidades para los abonados y el deposito principal.

La interfaz bidireccional posibilita ventajosamente una absorcion de calor cuando ocurre la demanda de calor para un abonado y liberacion de calor cuando haya exceso de calor para un suscriptor. Es decir, los abonados pueden ser en funcion de la hora del dfa y de la estacion del ano y condiciones climaticas, asf como de exigencias de consumo o fuentes de energfa, o tambien disipadores de energfa. A traves de la interfaz circula una corriente electrica positiva o negativa. El medio de intercambio de calor en la red sirve, respectivamente, de acuerdo con la cara de interfaces, como fuente de energfa y se enfna, o como disipador de energfa y se calienta. En este caso, las interfaces que se encuentran en la red, una al lado de la otra, en diferentes lugares pueden presentar diferentes comportamientos.

Una realizacion especialmente ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que la red se dimensiona para una temperatura operacional de fluido de + 10°C a + 15°C, siendo que esa temperatura es muy favorable para las bombas de calor de los abonados.

Una realizacion especialmente ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que la red ser dimensionada para una temperatura operacional de fluido de -10°C a 0°C, siendo que esa temperatura es muy favorable para la absorcion termica a partir del medio ambiente y para la absorcion termica a partir del deposito principal. En este caso, se aplica un fluido portador de calor protegido contra el congelamiento en la red de abastecimiento.

De acuerdo con la invencion, se preve que la instalacion pueda conmutar entre las dos ejecuciones o estados operacionales y se pueda regular si es necesario un estado mixto.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que las interfaces de abonados se integran en edificios de los abonados, en donde la red llega a los edificios o desde las interfaces de abonados se integran a la red en donde cables siguen por las interfaces a edificios de abonados. La red de abastecimiento puede ser adaptada de ese modo ventajosamente a circunstancias locales, en el caso de los abonados.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que las interfaces de abonados o las conexiones hasta los abonados y los aparatos conectados y los cables, que conducen a diferentes abonados y aparatos, se ejecutan preferiblemente de modo uniforme. Como las conexiones de todos los usuarios y fuentes se configuran de modo uniforme en la red, especialmente con relacion al diametro, medidas y disposiciones espaciales, se obtiene una simplificacion significativa de la instalacion y una gran reduccion de costes. Ademas, eso presenta la ventaja de que la red puede ser ampliada en cualquier momento o se pueden cambiar consumidores. La uniformidad tambien es ventajosa para poder controlar las interfaces de modo central.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que los aparatos conectados a la red en caso de los abonados comprenden, en el caso de los abonados, aparatos conectados a la red, una instalacion de refrigeracion y/o una instalacion de calentamiento y/o un colector de techo termosolar y/o un colector hnbrido. Son ejemplos ventajosos para fuentes de energfa o disipadores de energfa. Sin embargo, aun pueden integrarse otras fuentes de energfa o disipadores de energfa.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que el deposito principal es un deposito congelable que se llena con un medio congelable, especialmente con agua. El sistema de almacenamiento con fuentes de energfa directas permite el mantenimiento a baja temperatura de la red de refrigeracion-calentamiento. El suministro de calor a partir de fuentes externas directamente en el deposito presenta la ventaja de que la temperatura de aire de recirculacion inclusive para un fuerte flujo de entrada de aire caliente puede mantenerse, por ejemplo, a 10 grados. El calor conducido externamente actua en primer lugar, solamente en el deposito propiamente dicho y sumerge allf hielo almacenado sin que la temperatura se eleve inmediatamente de forma drastica.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que el deposito principal presenta interfaces de deposito principal para la conexion directa, por ejemplo, de una planta termoelectrica y/o una instalacion solar fotovoltaica y/o una instalacion termosolar y/o una instalacion de energfa eolica. Si el calor de las grandes fuentes de energfa se conduce a la lmea, la temperatura del fluido aumentara fuertemente en la red, ocurriran perdidas de calor y la funcion de refrigeracion interrumpida. Especialmente instalaciones de refrigeracion de los abonados no se abastecen mas con fluido suficientemente fno, sino demasiado caliente.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que las interfaces de deposito principal directas son conexiones de lmea en el deposito principal, en donde ventajosamente

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es posible que el deposito principal, en caso de necesidad, pueda calentarse rapidamente, (Netz-Spitzen-Last Management, Smart-Grid-Minutenreserve, sin, en este caso, interferir en la red directamente. Un calentamiento rapido puede ser necesario si una o varias fuentes de energfa o uno o varios disipadores de energfa fallan. Para conducir al deposito principal nuevamente calor, las conexiones de lmea necesitan ser hechas directamente en el deposito principal. De ese modo, se obtiene ventajosamente que la temperatura del fluido en la red no se eleve mucho y cualquier funcion de refrigeracion, en el caso de los abonados no falle. Por lo tanto, se asegura la refrigeracion del consumidor de energfa de refrigeracion directamente conectada. Adicionalmente, el deposito principal presenta la funcion de un deposito de energfa termica para el caso de que, por motivos de demanda de calor para los abonados o de exceso de energfa en la red de electricidad, las bombas de calor consuman mucho calor de la red de distribucion y lo transfieran a niveles de temperatura mas elevados. Esa funcionalidad de flexibilidad es de gran importancia en el sentido del control Smart Grid de consumidores de energfa electrica.

Otra realizacion ventajosa de la red de distribucion de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que la red presenta una conexion paralela de las interfaces de abonados para los abonados y de las interfaces de unidades secundarias para los aparatos. A traves de la conexion paralela se obtiene ventajosamente que los aparatos individuales puedan ser controlados en el caso de los abonados o tambien en el caso de aparatos conectados directamente a la red de modo independiente entre sf

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que la unidad secundaria conectada a la red presenta una central de cogeneracion descentralizada y/o una instalacion termosolar y/o una instalacion de refrigeracion y/o una bomba de calor. La red de abastecimiento de acuerdo con la invencion es ventajosamente lo suficientemente flexible para no integrar solamente aparatos en residencias de abonados, sino tambien aparatos externos como central de cogeneracion o similares. Tambien pueden integrarse otras fuentes de energfa o disipadores de energfa en la red.

Otra realizacion ventajosa de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion, se caracteriza por que adicionalmente una instalacion de intercambio de calor se conecta a la red para el mantenimiento de temperatura de fluido en la red. La instalacion de intercambio de calor debe ser favorablemente otro medio para compensar el fluido en la red en su temperatura.

Otras ventajas, caractensticas y posibilidades de uso de la presente invencion constan en la siguiente descripcion, en conexion con las realizaciones representadas en los dibujos, en donde:

La figura 1 muestra un ejemplo de realizacion de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion y

La figura 2 muestra una representacion detallada con relacion a las interfaces de abonados empleadas en el caso de la red de abastecimiento de acuerdo con la invencion.

Conforme se puede observar en la Figura 1, la red de refrigeracion-calentamiento de acuerdo con la invencion 10 presenta dos lmeas de fluido anulares 12, 14, en las cuales el fluido recircula manteniendose la temperatura seleccionada abajo de aproximadamente -10 °C -+10 °C, preferiblemente de aproximadamente 0 -10° C. Entre las lmeas de fluido 12, 14 y aparatos H, K, W de abonados 16, 18, 20, 22 se preven interfaces de abonados uniformes 24 a hasta 24 i que establecen la conexion entre las lmeas de fluido 12, 14 y los aparatos H, K, W presentes para los abonados 16 a 22. Un deposito principal 30 se preve para disponibilizar, en caso de necesidad, grandes cantidades de energfa.

El deposito principal 30 queda conectado a grandes fuentes de energfa centrales, por ejemplo, a una bomba de calor 31, a un canal de recuperacion de calor 32, a una unidad KWK 34, a un dispositivo de pirolisis 36, a un absorbente de suelo y de aire solar 38 y a una resistencia electrica 39. Estos aparatos 32 a 39 se citan apenas como ejemplo, naturalmente podran utilizarse tambien estaciones de energfa convencionales o estaciones hidroelectricas para el suministro de energfa.

Si la energfa se condujera al deposito principal 30, que se disena como deposito de hielo, la temperatura del medio del deposito principal no aumentara, entonces el medio permanecera en torno de 0° C hasta que todo el hielo se derrita. Por lo tanto, ademas de eso puede retirarse calor y la temperatura del fluido podra mantenerse a una temperatura baja. En contrapartida, cuando el calor resultante de las grandes fuentes de energfa, o sea, de los aparatos 32 a 39, sea suministrado directamente a las lmeas de fluido 12, 14 la temperatura del medio aumentara bastante, ocurriran perdidas de calor y se interrumpira la funcion de refrigeracion.

Las interfaces de aparato (no mostradas) entre los aparatos 32 a 39 y el deposito principal 30 son conocidas como interfaces de desempeno, que permiten una rapida transferencia de energfa de los aparatos 32 a 39 para los depositos principales 30.

Finamente, tambien pueden conectarse unidades secundarias directamente a las lmeas de fluido 12, 14, como por ejemplo, una unidad de cogeneracion descentralizada 40 a una instalacion de refrigeracion 42, una bomba de calor 44 y a un dispositivo de mantenimiento de temperatura 46. Esa relacion tambien se da como ejemplo, por lo tanto, por ejemplo, sistemas de colectores solares y tambien otras fuentes de calor y tambien disipadores de calor podran conectarse directamente a las lmeas de fluido 12, 14, siendo que una demanda de calor/fno diferente podra

compensarse por la accion del deposito principal 30.

Podemos observar en la Figura 1 finalmente que las interfaces de abonados 24a hasta 24i, las interfaces de deposito principal entre el deposito principal 30 y la lmea de fluido 14 asf como las interfaces de aparato de los aparatos 32 a 46 quedan conectadas en paralelo, siendo que, lo que no se mostro, las interfaces de aparato entre 5 los aparatos 32 a 46 y el deposito principal 30 con las lmeas de fluido 12, 14 se disenan igual.

Los aparatos que presentes para los abonados 16 a 22, se representan con „K" para maquinas de refrigeracion, „W" para bombas de calor „H" para colectores de techo termosolares o colector hnbrido (PVTh). Se observa que los abonados 16a 22 pueden equiparse con diferentes aparatos K. W, H siendo que las interfaces uniformes y sensores (no mostrados), asf como interruptores (no mostrados) en las interfaces o aparatos asf como interfaces de datos (no 10 mostrados), posibilitan que la red de abastecimiento 10 pueda controlarse por una instalacion de control central 50 que, por ejemplo, quede en conexion a traves de radio con las interfaces de datos.

La figura 2 muestra un detalle de las interfaces de abonados 24 a 24 c del abonado 16. En este caso cada una de las interfaces de abonados 24 a, 24 b, 24 c, presenta dos conexiones 52, 54 que se conectan a las lmeas de fluido 12, 14. Se trata de interfaces de abonados uniformes 24 en todo el Sistema.

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REIVINDICACIONES

1. Red de abastecimiento (10) a la que se conecta una pluralidad de abonados, (16-22) en donde los abonados (1622) poseen una demanda diferente de ene^a termica y flujo volumetrico, y la red de abastecimiento (10) es una red bidireccional de calentamiento-refrigeracion de fluido que se mantiene a baja temperatura, en donde se preven interfaces de abonados bidireccionales (24a-24i) en el caso de los abonados (16-22), y se preven interfaces de unidades secundarias para unidades secundarias conectadas a la red (40-44) con propiedades de consumo de energfa o de suministro de energfa, en donde las interfaces de abonados bidireccionales (24a-24i) presentan respectivamente una conexion para transferencia termica de energfa de fluido, en donde puede tratarse de una transferencia de fno o una transferencia de calor, en donde la red es un sistema de bus fno-caliente para la conexion de las interfaces de abonados (24a-24i) a los abonados (16-22) y de las interfaces de unidades secundarias a las unidades secundarias (40-44), y se preve un deposito principal (30) con una interfaz de deposito principal bidireccional con una interfaz de deposito principal bidireccional para la red, en donde la red presenta sensores para el registro de datos de energfa en todas las interfaces y en los aparatos conectados, asf como interfaces de datos para el envfo de datos de energfa y se preve un control central (50) para el control de las interfaces bidireccionales y aparatos en el caso de los abonados (16-22), caracterizada por que se conectan al deposito principal (30) directamente diversas fuentes de energfa externas (32-38) y tambien se preve el control central (50) para el control de las interfaces bidireccionales en el deposito principal (30).
2. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la red se dimensiona a una temperatura operacional de fluido entre -10°C y +10°C.
3. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizada por que el control central se dimensiona para que pueda conmutar en diferentes niveles de temperatura.
4. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que las interfaces de abonados (24a - 24i) se integran en edificios de los abonados (16-22), en donde la red conduce a los edificios.
5. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que las interfaces de abonados (24a - 24i) se integran en la red, en donde las lmeas conducen desde las interfaces de abonados (24a - 24i) a los edificios de los abonados (16-22).
6. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizada por que las interfaces de abonados (24a - 24i) o las conexiones para los abonados (16-22) y los aparatos conectados son estandarizados, preferiblemente, que se ejecuten de modo uniforme.
7. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizada por que las lmeas, las interfaces a las cuales se deben conectar diferentes aparatos en el caso de los abonados (16- 22), se forman uniformemente, preferiblemente, se ejecutan de modo identico.
8. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que los aparatos conectados, en el caso de los abonados (16-22), a la red comprenden una instalacion de refrigeracion y/o una bomba de calor y/o un colector de techo termosolar y/o un colector hnbrido.
9. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el deposito principal (30) es un deposito principal (30) congelable, que se llena con un medio congelable, especialmente agua.
10. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 9, caracterizada por que el deposito principal (30) presenta interfaces de deposito principal para la conexion directa a una bomba de calor (31) y/o a un canal de recuperacion de calor (32) y/o una unidad KWK (34) y/o un dispositivo de pirolisis (36) y/o un absorbente de aire solar y de suelo (38) y/o una resistencia electrica (39).
11. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizada por que las interfaces de deposito principal directas en el deposito principal (30) son conexiones de lmea que posibilitan que el deposito principal (30) pueda calentarse rapidamente si es necesario.
12. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la red presenta una conmutacion en paralelo de las interfaces de abonados (24a - 24i) a los abonados (16-22) y de las interfaces de unidades secundarias a las unidades secundarias (40 - 44).
13. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la unidad secundaria (4044) conectada a la red presenta una estacion de cogeneracion descentralizada (40) y/o una instalacion de refrigeracion (42) y/o una bomba de calor (44) y/o una instalacion de energfa solar.
14. Red de abastecimiento (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 13, caracterizada por que adicionalmente se conecta a la red una instalacion de intercambio de calor (46) para el mantenimiento de una temperatura uniforme del fluido en la red.