ES2913776T3 - Sistema y procedimiento para la provisión de energía a un consumidor - Google Patents
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Abstract
Sistema de energía, que proporciona una forma de energía para un consumidor de energía, que comprende un primer y un segundo componente así como una unidad de control, en donde - los componentes están diseñados para proporcionar la misma forma de energía; y - en donde la unidad de control está diseñada al menos para controlar la provisión de la forma de energía y para calcular un primer valor límite de conmutación K1 del primer componente y de un segundo valor límite de conmutación K2 del segundo componente; caracterizado porque la unidad de control está configurada para - calcular el primer valor límite de conmutación K1 usando K1 = p1/η1, en donde p1 indica la variable de control y η1 indica el nivel de eficiencia del primer componente en referencia a la provisión de la forma de energía; y - calcular el segundo valor límite de conmutación K2 usando K2 = p2/η2, en donde p2 indica la variable de control y η2 indica el nivel de eficiencia del segundo componente en referencia a la provisión de la forma de energía; y en donde - la unidad de control también está diseñada para controlar la provisión de la forma de energía de tal manera que la forma de energía se proporcione a través del componente con el menor de los dos valores límite de conmutación (K1, K2).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para la provisión de energía a un consumidor
La presente invención hace referencia a un sistema de energía, en particular, un sistema de energía multimodal, con al menos dos componentes y una unidad de control. Además, la presente invención hace referencia a un procedimiento para el funcionamiento de un sistema de energía con al menos dos componentes.
Los sistemas de energía multimodal proporcionan al menos una forma de energía para un consumidor de energía, por ejemplo, un edificio, una planta industrial o una planta privada, en donde la provisión se puede realizar, en particular, mediante la conversión de diferentes formas de energía, mediante el transporte de diferentes formas de energía y/o mediante formas de energía almacenadas. En otras palabras, las diferentes formas de energía, por ejemplo, calor, frío o energía eléctrica, se acoplan mediante el sistema de energía multimodal en referencia a su generación, su provisión y/o su almacenamiento.
Es conocido diseñar sistemas de energía, en particular, sistemas de energía multimodales, de la manera más óptima posible mediante un procedimiento de diseño de sistemas de energía. Para ello, se proporciona un modelo matemático del sistema de energía, que permite optimizar el sistema de energía con respecto a una función objetivo a través de un procedimiento de optimización matemático y/o numérico. Por lo general, un algoritmo utilizado para esto es complejo y se requiere una gran cantidad de parámetros de entrada numéricos, por ejemplo, predicciones de perfiles de carga y/o mediciones del estado real, para establecer parámetros al procedimiento de diseño del sistema de energía. Esto da como resultado costes elevados, de modo que por lo general se prescinde de un procedimiento de diseño del sistema de energía para diseñar el sistema de energía.
También es conocido operar un sistema de energía de la manera más óptima posible mediante un sistema de gestión de energía. Esto se vincula, por lo general, con un elevado esfuerzo.
La solicitud DE 102016205028 A1 hace referente a un procedimiento para controlar un sistema de suministro de energía multivalente.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de energía con la mayor operatividad posible.
El objeto se resuelve mediante un sistema de energía con las características de la reivindicación independiente 1, y mediante un procedimiento con las características de la reivindicación independiente 7. En las reivindicaciones relacionadas están indicadas configuraciones y perfeccionamiento ventajosos de la invención.
El sistema de energía conforme a la invención, que proporciona una forma de energía para un consumidor de energía, comprende al menos un primer y un segundo componente y una unidad de control, en donde
- los componentes están diseñados para proporcionar la misma forma de energía; y
- mediante la unidad de control al menos se puede controlar la provisión de la forma de energía; y
- mediante la unidad de control se puede calcular un primer valor límite de conmutación del primer componente y un segundo valor límite de conmutación del segundo componente;
en donde la unidad de control está diseñada para:
- calcular el primer valor límite de conmutación mediante una variable de control del primer componente y mediante al menos un nivel de eficiencia del primer componente; y
- calcular el segundo valor límite de conmutación mediante una variable de control del segundo componente y mediante al menos un nivel de eficiencia del segundo componente; en donde
- la unidad de control también está diseñada para controlar la provisión de la forma de energía de tal manera que la forma de energía se proporcione a través del componente con el menor de los dos valores límite de conmutación. El sistema de energía conforme a la invención puede presentar uno o más generadores de energía, plantas combinadas de calor y energía, en particular, sistemas combinados de calor y energía, calderas de gas, generadores diésel, bombas de calor, máquinas de refrigeración por compresión, máquinas de refrigeración por absorción, bombas, redes de calefacción urbana, líneas de transferencia de energía, aerogeneradores o plantas de
energía eólica, sistemas fotovoltaicos, plantas de biomasa, plantas de biogás, plantas de incineración de residuos, plantas industriales, centrales eléctricas convencionales y/o similares.
La forma de energía puede ser calor, frío, energía eléctrica, energía mecánica y/o energía química. El sistema de energía puede estar diseñado para proporcionar una pluralidad de formas de energía. Además, el sistema de energía puede estar diseñado como un sistema de energía multimodal. Por lo general, la forma de energía se proporciona para armonizar una carga causada por un consumidor de energía.
El sistema de energía conforme a la invención, en particular, un sistema de energía multimodal, presenta la unidad de control que, según la invención, está diseñada para definir de manera óptima una secuencia de conexión de los componentes del sistema de energía. En otras palabras, la unidad de control regula cuál de los componentes se utiliza (primero) para proporcionar la forma de energía. De acuerdo con la invención, para proporcionar la forma de energía se utiliza el componente que presente el menor de los valores límite de conmutación.
Según la invención, los valores límite de conmutación se calculan a través de la unidad de control. En este caso, los valores límite de conmutación se calculan a partir de una variable de control del respectivo componente y al menos un nivel de eficiencia del respectivo componente. De este modo, para determinar la secuencia de conexión, ventajosamente se considera el nivel de eficiencia del respectivo componente. En otras palabras, el resultado es una secuencia de conexión ventajosa y por lo tanto óptima de los componentes del sistema de energía cuando hay una carga, es decir, una necesidad de la forma de energía proporcionada, en particular generada, a través de los componentes.
Otra ventaja del sistema de energía conforme a la invención consiste en que las cargas pueden ser cubiertas en cualquier instante a través de los componentes que proporcionan la forma de energía asociada, en donde la carga se cubre a través de los componentes con el valor límite de conmutación más bajo. Esto da como resultado ventajosamente un funcionamiento económico y energéticamente eficiente del sistema de energía conforme a la invención.
En particular, no resulta necesario determinar una secuencia de conexión óptima utilizando un sistema/procedimiento de gestión de energía complejo, es decir, utilizando una optimización matemática y/o numérica. Esto es así porque se ha demostrado que el sistema de energía conforme a la invención puede funcionar de forma óptima en comparación con un sistema de energía que funciona o puede funcionar de forma óptima mediante un sistema de gestión de energía. Por ejemplo, se estableció para un edificio de oficinas en Frankfurt que un sistema de energía operado de acuerdo con una configuración de la presente invención presenta una diferencia máxima de 1,3 por ciento en términos de su eficiencia económica en comparación con un sistema de energía operado mediante un procedimiento de gestión de sistema de energía conocido. En otras palabras, el sistema de energía conforme a la invención presenta un enfoque heurístico, en donde el enfoque heurístico permite resultados comparables a un procedimiento de gestión de energía conocido. De manera ventajosa, en particular, no se requieren perfiles de carga previstos, como es el caso con los procedimientos de gestión de energía conocidos. El procedimiento conforme a la invención para el funcionamiento de un sistema de energía, que proporciona una forma de energía para un consumidor de energía, en el cual el sistema de energía comprende al menos un primer y un segundo componente para proporcionar la misma forma de energía, comprende al menos los siguientes pasos: - calcular un primer valor límite de conmutación del primer componente; en donde
- el primer valor límite de conmutación se calcula usando una variable de control del primer componente y usando al menos un nivel de eficiencia del primer componente; y
- calcular un segundo valor límite de conmutación del segundo componente; en donde
- el segundo valor límite de conmutación se calcula usando una variable de control del primer componente y usando al menos un nivel de eficiencia del segundo componente; y
- provisión de la forma de energía a través del componente con el menor de los dos valores límite de conmutación. El procedimiento conforme a la invención permite un procedimiento heurístico ventajoso para operar un sistema de energía que presenta al menos dos componentes para la provisión de la misma forma de energía. Aquí, de acuerdo con la invención, está previsto que el componente con el menor de los dos valores límite de conmutación se use (primero) para proporcionar la forma de energía. Los valores límite de conmutación de los componentes considera los respectivos niveles de eficiencias de los componentes, lo que da como resultado una secuencia de conexión óptima de los componentes.
El sistema de energía puede comprender una unidad de control para calcular los valores límite de conmutación y para controlar la provisión de la forma de energía. La unidad de control también puede comprender una unidad informática, particularmente para calcular los valores límite de conmutación. Las variables de control y/o los niveles de eficiencia se pueden proporcionar, registrar o almacenar y/o guardar dentro de la unidad de control o la unidad informática. En particular, el procedimiento está previsto para hacer funcionar el sistema de energía conforme a la invención.
Los valores límite de conmutación de los componentes del sistema de energía pueden depender del tiempo. En otras palabras, los valores límite de conmutación de los componentes se pueden calcular en diferentes instantes. Esto determina nuevamente cuál de los componentes se utilizará para proporcionar la forma de energía para cubrir una carga inmediata. Los puntos en el tiempo pueden presentar entre sí una distancia temporal constante. La secuencia de conexión de los componentes o la provisión de la forma de energía se puede volver a determinar dentro de períodos de tiempo especificados.
Existen ventajas similares y equivalentes del procedimiento conforme a la invención al sistema de energía conforme a la invención ya mencionado.
De acuerdo con una configuración ventajosa de la invención, la variable de control del primer y del segundo componente consiste en una emisión de dióxido de carbono del respectivo componente.
En otras palabras, el primer valor límite de conmutación se calcula usando la emisión de dióxido de carbono del primer componente y usando el nivel de eficiencia del primer componente. El segundo valor límite de conmutación se calcula usando la emisión de dióxido de carbono del segundo componente y el nivel de eficiencia del segundo componente.
Aquí se prefiere especialmente que Ki = pi/r|i y K2 = p2/r|2, en donde pi indica la emisión de dióxido de carbono del primer componente y p2 indica la emisión de dióxido de carbono del segundo componente. En otras palabras, para proporcionar la forma de energía se utiliza el componente que presenta el menor cociente entre las emisiones de dióxido de carbono y el nivel de eficiencia. De este modo se proporciona ventajosamente una secuencia de conexión óptima o mejorada de los componentes en referencia a las emisiones de dióxido de carbono del sistema de energía. En otras palabras, el componente que presenta las emisiones de dióxido de carbono más bajas en relación con su nivel de eficiencia se conecta o se utiliza para proporcionar la forma de energía.
En un perfeccionamiento ventajoso de la invención, como variable de control del primer y segundo componente se proporciona un valor de costes para el suministro de la forma de energía a través del respectivo componente.
De manera ventajosa, esto da como resultado un sistema de energía que se puede operar de la manera más eficiente posible, en particular, con respecto a su rentabilidad. Esto es así porque el componente del sistema de energía que presenta el valor de costes más bajo en términos de su nivel de eficiencia se utiliza para proporcionar la forma de energía y, por lo tanto, para cubrir la carga solicitada. Por ejemplo, los componentes están diseñados para proporcionar calor, en donde para proporcionar el calor se consume y/o absorbe energía eléctrica a través de los componentes. Esta energía eléctrica presenta un valor de costes determinado, que suele expresarse en euros por kilovatio-hora. Por lo tanto, los valores límite de conmutación se pueden determinar mediante los costes por kilovatio-hora por nivel de eficiencia del respectivo componente.
En este caso no sólo se pueden economizar costes, sino que los costes generalmente están relacionados directa o indirectamente con otras variables, como, por ejemplo, las emisiones de dióxido de carbono. Por lo tanto, los valores de costes se utilizan para proporcionar valores límite de conmutación particularmente ventajosos que, con respecto a las otras variables, permiten que el sistema de energía funcione de una manera energéticamente más eficiente y/o más ecológica. Por lo tanto, presentan un efecto técnico. En otras palabras, los valores de costes se pueden usar como una medida del efecto técnico de la eficiencia energética mejorada y/o del equilibrio ecológico mejorado del sistema energético.
De acuerdo con la invención, el primer valor límite de conmutación Ki se conforma usando Ki = pi/r|i y el segundo valor límite de conmutación K2 se conforma usando K2 = p2/r|2, en donde pi indica la variable de control y r|i el nivel eficiencia del primer componente en referencia a la provisión de la forma de energía, y p2 indica la variable de control y r|2 indica el nivel de eficiencia del segundo componente en referencia a la provisión de la forma de energía.
Ventajosamente, de esto resulta una relación especialmente eficiente y sencilla entre el valor límite de conmutación, la variable de control y el nivel de eficiencia del respectivo componente. A pesar de la sencillez de la relación, se puede asegurar un diseño prácticamente óptimo o bien un funcionamiento prácticamente óptimo del sistema de energía. En particular, la relación mencionada anteriormente considera que el valor límite de conmutación es indirectamente proporcional al nivel de eficiencia del respectivo componente. En otras palabras, ante la misma variable de control de los componentes, preferentemente, el componente que presenta el mayor y, por lo tanto, el
mejor nivel de eficiencia se conecta y/o se utiliza para proporcionar la forma de energía. Con el mismo nivel de eficiencia de los componentes, preferiblemente se conecta y/o se usa para proporcionar la forma de energía el componente que presenta la variable de control más baja, en particular, la emisión de dióxido de carbono más baja y/o el menor valor de costes.
En un perfeccionamiento ventajoso de la invención, el primer componente está diseñado como un sistema combinado de calor y electricidad; en donde el sistema combinado de calor y electricidad extrae un gas para proporcionar calor y energía eléctrica, y la variable de control del primer componente se conforma en referencia a una provisión de energía térmica mediante Ki = ptérmico/r|térmico con ptérmico = pGas-neiéctrico ■ peiéctrico; en donde pGas es la variable de control asociada al consumo de gas del sistema combinado de calor y electricidad, peiéctrico indica la variable de control asociada a la provisión de energía eléctrica a través del sistema combinado de calor y electricidad, r|eiéctr¡co el nivel de eficiencia del sistema combinado de calor y electricidad para el suministro de energía eléctrica y ntérmico indica el nivel de eficiencia para la generación del calor.
Esta definición ventajosa del valor límite de conmutación para el sistema combinado de calor y electricidad considera su carácter dual con respecto a su suministro de calor y energía eléctrica. En particular, el sistema combinado de calor y energía extrae un gas para proporcionar el calor, en donde al gas extraído está asociado, por ejemplo, un valor de costes pGas. El gas se utiliza para proporcionar el calor mediante el sistema combinado de calor y electricidad. En este caso, el sistema combinado de calor y electricidad genera energía eléctrica adicional. La energía eléctrica puede, a su vez, alimentarse a una red eléctrica por el valor de costes ptérmico. El calor se genera con el nivel de eficiencia ntérmic y la generación de energía eléctrica con el nivel de eficiencia peiéctrico. Por lo tanto, resulta ventajoso definir los costes límite de conmutación para el sistema combinado de calor y electricidad utilizando Ki = ptérmico/ntérmico con ptérmico = pGas-r|eiéctr¡co ■ peiéctrico, de modo que al alimentar la energía eléctrica, la variable de control neiéctrico ■ peiéctrico debe restarse de la variable de control pGas. En otras palabras, la definición o el diseño ventajoso del valor límite de conmutación del sistema combinado de calor y electricidad considera que el sistema combinado de calor y electricidad también proporciona energía eléctrica cuando proporciona calor (carácter dual); en donde la energía eléctrica se alimenta, por ejemplo, a una red eléctrica conectada al sistema de energía. Cuando, por ejemplo, el sistema combinado de calor y electricidad presenta un nivel de eficiencia comparable con respecto al suministro de calor y energía eléctrica, y el valor de costes del gas también es comparable con el valor de costes para la alimentación en el energía eléctrica, entonces se aplica Ki = 0. De esta manera, la provisión del calor se daría, por lo general, a través del sistema combinado de calor y energía.
En un perfeccionamiento ventajoso de la invención, el sistema de energía comprende al menos un acumulador de energía, en particular, un acumulador de calor y/o un acumulador de frío; en donde la unidad de control está diseñada para regular el estado de carga del acumulador de energía.
Ventajosamente, la provisión de la forma de energía y su consumo se pueden desacoplar a través del acumulador de energía. Además, cuando hay una carga, es decir, cuando hay una solicitud para proporcionar la forma de energía, ésta puede ser cubierta ventajosamente en primer lugar por el acumulador de energía. Cuando la forma de energía es proporcionada a través del acumulador de energía, entonces el acumulador de energía se conecta. Se prefiere particularmente que el acumulador de energía esté diseñado para ser cargado mediante al menos uno de los componentes del sistema de energía.
El acumulador de energía se proporciona para almacenar o almacenar temporalmente la forma de energía. En particular, el acumulador de energía está diseñado como acumulador de calor, acumulador de frío, acumulador de energía eléctrica, por ejemplo, acumulador de energía electroquímica y/o como un acumulador de hidrógeno. Pueden estar previstos múltiples acumuladores de energía idénticos o diferentes.
Ventajosamente, se controla la carga y/o descarga del acumulador de energía, es decir, su estado de carga. Para ello, se puede proporcionar la unidad de control.
Esto ofrece como resultado al menos dos procedimientos diferentes para controlar el estado de carga del acumulador de energía.
De acuerdo con una primera configuración, la regulación de la descarga del acumulador de energía se realiza en función de al menos un valor límite de conmutación asociado a la carga del acumulador de energía antes de la descarga; en donde el valor límite de conmutación del acumulador de energía se conforma a partir de los valores límite de conmutación de los componentes que contribuyen a su carga.
De esta manera, al acumulador de energía se asocia un valor límite de conmutación, que está conformado mediante los componentes que contribuyen a su carga y sus valores límite de conmutación.
En otras palabras, al acumulador de energía se descarga cuando el valor límite de conmutación del componente que carga el acumulador de energía calculado durante la carga del acumulador de energía es inferior al valor límite de conmutación de todos los componentes del sistema de energía que podrían proporcionan en el instante la misma forma de energía. En el caso de una pluralidad de componentes que han cargado el acumulador de energía, el valor límite de conmutación correspondiente a la carga del acumulador de energía se puede conformarse a partir de un valor medio o un promedio temporal de los valores límite de conmutación individuales de los componentes que cargan el acumulador de energía.
Cuando el valor límite de conmutación de un componente del sistema de energía es menor que el valor límite de conmutación asociado al acumulador de energía, entonces dicho componente se conecta y, por lo tanto, se utiliza para proporcionar la forma de energía, ya que esto reduce el valor límite de conmutación del acumulador de energía. Alternativa o adicionalmente, el acumulador de energía se puede controlar de tal modo que la forma de energía se proporcione principalmente descargando el acumulador de energía.
En otras palabras, la carga está cubierta principalmente a través de la forma de energía almacenada dentro del acumulador de energía.
Según una configuración ventajosa de la invención, el acumulador de energía es cargado mediante múltiples componentes en orden ascendente de sus valores límite de conmutación.
El acumulador de energía es cargado con la forma de energía mediante los componentes en el orden de sus valores límite de conmutación. En otras palabras, el acumulador de energía se carga primero con el componente que presenta el valor de conmutación límite más bajo. A continuación, se realiza la carga a través del componente que presenta el segundo valor límite de conmutación más bajo. Esto continúa hasta que el acumulador de energía alcanza un estado de carga máximo especificado o hasta que el acumulador de energía está completamente cargado. De esta manera se consigue una carga del acumulador de energía que resulta ventajosa en referencia a los valores límite de conmutación.
En este caso, se prefiere especialmente que la carga y/o descarga del acumulador de energía se controle en función de la estación del año en el lugar donde está ubicado el acumulador de energía.
En otras palabras, el control y por lo tanto el estado de carga del acumulador de energía se puede realizar en función de las estaciones del año.
Otras ventajas, características y particularidades de la invención se derivan de los ejemplos de ejecución descritos a continuación y con referencia a los dibujos. En los mismos se muestra esquemáticamente:
Figura 1: un primer diagrama de flujo para el funcionamiento de un sistema de energía según una primera configuración de la invención.
Figura 2: un segundo diagrama de flujo para el funcionamiento de un sistema de energía según una segunda configuración de la invención.
Figura 3: un control de un acumulador de energía de un sistema de energía según otra configuración de la invención.
Los elementos que son similares, equivalentes o tienen el mismo efecto pueden estar provistos de los mismos símbolos de referencia en una de las figuras o en las figuras.
La figura 1 muestra un primer diagrama de flujo para el funcionamiento de un sistema energético según una primera configuración de la invención.
El primer diagrama de flujo ilustra un procedimiento para determinar una secuencia de conexión de componentes de un sistema de energía. Esto corresponde a un procedimiento para el funcionamiento del sistema de energía según una configuración de la invención.
El inicio del procedimiento representado se caracteriza con el símbolo de referencia S0.
En un primer paso, que está indicado con el símbolo de referencia S1, los valores límite de conmutación para todos los componentes del sistema de energía se calculan utilizando una unidad de control. Para el cálculo de los valores límite de conmutación se utilizan respectivamente una variable de control y el nivel de eficiencia del componente. En este caso, los valores límite de conmutación se pueden conformar de manera diferente a la respectiva variable de
control y al respectivo nivel de eficiencia. Por ejemplo, para un sistema combinado de calor y electricidad vale Ki = Pí,térmico/ni,térmico con pérmico = pi,Gas-ni,eléctrico ' pi,eléctrico y para una caldera de gas vale K 2 = p2,térmico/ H2' térmico con Pl, térmico = Pl,Gas. Aquí, pi ,Gas indica la variable de control asociada al consumo de gas del sistema combinado de calor y electricidad, p2,G,s la variable de control asociada al consumo de gas de la caldera de gas, pi ,eléctrico la variable de control asociada al suministro de energía eléctrica a través del sistema combinado de calor y electricidad, ni,eléctrico el nivel de eficiencia del sistema combinado de calor y electricidad para el suministro de energía eléctrica, ni,térmico el nivel de eficiencia del sistema combinado de calor y electricidad para el suministro de calor, y ni, térmico el nivel de eficiencia de la caldera de gas para el suministro de calor.
En un segundo paso, identificado con el símbolo de referencia S2, los valores límite de conmutación calculados se clasifican u ordenan de forma ascendente según su valor. Esto significa, por ejemplo, que está claro cuál de los componentes presenta el valor límite de conmutación más bajo y se utilizará primero para proporcionar la forma de energía. Esto puede ser realizado mediante una unidad de control del sistema de energía.
En un tercer paso, que se identifica con el símbolo de referencia S3, el cálculo y la clasificación de los valores límite de conmutación dan como resultado una secuencia de conexión óptima de los componentes del sistema de energía en referencia a los valores límite de conmutación. De esta manera se mejora el funcionamiento del sistema de energía.
La detención del procedimiento está indicado con el símbolo de referencia S4.
La figura 2 muestra un segundo diagrama de flujo, comparable con la figura 1, para el funcionamiento de un sistema de energía según una segunda configuración de la invención, en donde se considera un acumulador de energía del sistema de energía.
El inicio del procedimiento para el funcionamiento del sistema de energía está indicado con el símbolo de referencia S0.
En un primer paso, que se identifica con el símbolo de referencia Si, las cargas requeridas se cubren mediante la forma de energía almacenada a través del acumulador de energía, en la medida en que esto sea posible y esté disponible. En otras palabras, el acumulador de energía primero se descarga hasta un valor mínimo de su estado de carga para cubrir la carga.
En un segundo paso, que se identifica con el símbolo de referencia S2, las cargas requeridas se cubren mediante componentes generadores de energía del sistema de energía de acuerdo con una secuencia de conexión óptima determinada mediante la presente invención. La secuencia de conexión óptima del componente se determina utilizando un procedimiento conforme a la invención o una de sus configuraciones. En otras palabras, los valores límite de conmutación de los componentes se calculan y los componentes se utilizan de acuerdo con una secuencia ascendente de los valores límite de conmutación para proporcionar la forma de energía y, por lo tanto, para cubrir las cargas. En otras palabras, el segundo paso S2 corresponde al procedimiento explicado en la figura 1.
En un tercer paso indicado con el símbolo de referencia S3, el acumulador de energía se controla según al menos una estrategia de control. En este caso, se pueden proporcionar diferentes estrategias de control. El control o las estrategias de control regulan en particular la carga del acumulador de energía. En este caso, el acumulador de energía se puede cargar con uno de los componentes del sistema de energía. El control también puede considerar que el acumulador de energía se descargue sólo hasta un estado de carga mínimo especificado. Después de que el acumulador de energía se haya descargado al menos parcialmente, es necesario cargar el acumulador de energía. Para ello, se pueden prever tres estrategias de control ventajosas, que se describen a continuación con referencia a la figura 3.
La detención del procedimiento está indicado con el símbolo de referencia S4.
La figura 3 muestra las tres estrategias de control para el control del estado de carga, es decir, para la regulación de la carga y/o descarga del acumulador de energía.
El inicio del procedimiento está indicado con el símbolo de referencia S0.
En un primer paso, que se identifica con el símbolo de referencia Si, se realiza una ramificación en los tres diferentes controles o estrategias de control. La ramificación está identificada con el número de referencia Si. Cada una de las estrategias de control espera una entrada que se identifica con los símbolos de referencia Si 11, S121 y S131, respectivamente.
La primera entrada S111 identifica un control según el estado de carga del acumulador de energía (inglés: State of Charge; SOC o regulación SOC).
La segunda entrada S121 está identificada mediante un estado de verano, en donde entonces se establece cuando está presente el estado de verano.
La tercera entrada S131 está identificada mediante el valor límite de conmutación asociado a la forma de energía almacenada en el acumulador de energía.
Por lo tanto, la ramificación S1 presenta tres ramales que corresponden a las tres estrategias de control y están definidas a través de una de las correspondientes entradas S111, S121, S131.
El primer ramal de la ramificación S1 considera el estado de carga del acumulador de energía, por lo cual se utiliza una regulación SOC. En otras palabras, en un segundo paso S112 del primer ramal, el acumulador de energía se carga hasta el 100 por ciento utilizando el componente que es más eficiente con respecto al valor límite de conmutación (valor límite de conmutación más bajo). El acumulador de energía está completamente cargado al 100 por ciento. El acumulador de energía se carga hasta un 95 por ciento con el segundo componente más eficiente (segundo valor límite de conmutación más bajo), hasta un 90 por ciento con el tercer componente más eficiente (tercer valor límite de conmutación más bajo), hasta un 85 por ciento con el cuarto componente más eficiente (cuarto valor límite de conmutación más bajo), hasta un 80 por ciento con el quinto componente más eficiente (quinto valor límite de conmutación más bajo), hasta un 50 por ciento con el sexto componente más eficiente (sexto valor límite de conmutación más bajo) y hasta un 40 por ciento con el séptimo componente más eficiente (séptimo valor límite de conmutación más bajo).
El segundo ramal de la ramificación S1 se basa en la entrada S121 (control de verano). En un segundo paso S122 del segundo ramal, se determina si está presente el estado de verano. Esto se puede realizar de tres maneras diferentes, de modo que una subramificación S122 se convierte en un primer, segundo y tercer subramal.
Según un paso S1221 del primer subramal, el estado de verano se define porque la temperatura máxima diurna es superior a 15 °C.
De acuerdo con un paso S1222 del segundo subramal, el estado de verano se define porque una carga máxima en referencia a la forma de energía almacenada de una semana siguiente es mayor que la suma de las potencias nominales de los componentes individuales del sistema de energía que generan la forma de energía. Esto es particularmente ventajoso para una carga en frío.
De acuerdo con un paso S1223 del tercera subramal, el estado de verano se determina meteorológicamente, por ejemplo, el verano va desde mediados de mayo hasta mediados de septiembre.
El resultado de las tres determinaciones mencionadas del estado de verano, que se indica con el número de referencia S123, es un estado de carga máximo del acumulador de energía. El acumulador de energía se carga hasta un 75 por ciento en el estado de verano. Cuando el estado de verano no está presente, generalmente en invierno, se realiza una carga de hasta un 25 por ciento.
El tercer ramal de la ramificación S1 se basa en la entrada S131 (control del valor límite de conmutación). Aquí, en un primer paso S132 del tercer ramal, se determina el estado del verano. En otras palabras, se considera la entrada S131. En un segundo paso S133 del tercer ramal se realiza un control en función del valor límite de conmutación de la forma de energía almacenada a través del acumulador de energía. Para ello, en el segundo paso S133 del tercer ramal, el valor límite de conmutación de la forma de energía dentro del acumulador de energía se mantiene lo más bajo posible. Esto se puede conseguir, por ejemplo, generando la forma de energía utilizando al menos uno de los componentes del sistema de energía, que presentan un valor límite de conmutación más bajo. A continuación, el componente se utiliza para cargar el acumulador de energía, reduciendo así el valor límite de conmutación del acumulador de energía.
La salida de las tres estrategias de control presentadas consiste en la respectiva carga del acumulador de energía, que se indica con el símbolo de referencia S2.
La detención del procedimiento está indicado con el símbolo de referencia S3.
La presente invención proporciona un sistema de energía con una pluralidad de componentes que permite un funcionamiento óptimo con respecto a los valores límite de conmutación asociados a los componentes y, por lo tanto, una secuencia de conexión óptima de los componentes para proporcionar al menos una forma de energía, por ejemplo, para cubrir una carga. Además, la presente invención proporciona un procedimiento para el funcionamiento óptimo del sistema de energía en referencia a los valores límite de conmutación de los componentes.
Aunque la invención ha sido descrita e ilustrada en detalle a través de ejemplos de ejecución preferidos, dicha invención no está restringida por los ejemplos revelados. Sin abandonar el alcance de la presente invención, definido en las reivindicaciones, el especialista puede derivar de aquí otras variaciones.
Claims (12)
1. Sistema de energía, que proporciona una forma de energía para un consumidor de energía, que comprende un primer y un segundo componente así como una unidad de control, en donde
- los componentes están diseñados para proporcionar la misma forma de energía; y
- en donde la unidad de control está diseñada al menos para controlar la provisión de la forma de energía y para calcular un primer valor límite de conmutación Ki del primer componente y de un segundo valor límite de conmutación Ki del segundo componente;
caracterizado porque la unidad de control está configurada para
- calcular el primer valor límite de conmutación K i usando K i = pi/ni, en donde pi indica la variable de control y ni indica el nivel de eficiencia del primer componente en referencia a la provisión de la forma de energía; y
- calcular el segundo valor límite de conmutación K 2 usando K 2 = p 2/n 2, en donde p 2 indica la variable de control y n 2 indica el nivel de eficiencia del segundo componente en referencia a la provisión de la forma de energía; y en donde
- la unidad de control también está diseñada para controlar la provisión de la forma de energía de tal manera que la forma de energía se proporcione a través del componente con el menor de los dos valores límite de conmutación (Ki, K2).
2. Sistema de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque como variable de control del primer y segundo componente está prevista una emisión de dióxido de carbono del respectivo componente.
3. Sistema de energía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como variable de control del primer y segundo componente se proporciona un valor de costes para el suministro de la forma de energía a través del respectivo componente.
4. Sistema de energía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer componente está diseñado como un sistema combinado de calor y electricidad; en donde el sistema combinado de calor y electricidad extrae un gas para proporcionar calor y energía eléctrica, y el primer valor límite de conmutación K1 del primer componente se conforma mediante Ki = ptérmico/r|térmico con ptérmico = pGas - neiéctrico ■ peiéctrico; en donde pGas es la variable de control asociada al consumo de gas del sistema combinado de calor y electricidad, peiéctrico es la variable de control asociada a la provisión de energía eléctrica a través del sistema combinado de calor y electricidad, neléctrico el nivel de eficiencia del sistema combinado de calor y electricidad para el suministro de energía eléctrica y ntérmico indica el nivel de eficiencia para la generación del calor.
5. Sistema de energía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema de energía comprende al menos un acumulador de energía, en particular, un acumulador de calor o un acumulador de frío; en donde la unidad de control está diseñada para regular el estado de carga del acumulador de energía.
6. Sistema de energía según la reivindicación 5, caracterizado porque el acumulador de energía está diseñado para ser cargado mediante al menos uno de los componentes del sistema de energía.
7. Procedimiento para el funcionamiento de un sistema de energía que proporciona una forma de energía para un consumidor de energía; en donde el sistema de energía comprende al menos un primer y un segundo componente, así como, una unidad de control; en donde los componentes están diseñados para proporcionar la misma forma de energía; y en donde la unidad de control está diseñada al menos para controlar la provisión de la forma de energía y para calcular un primer valor límite de conmutación Ki del primer componente y un segundo valor límite de conmutación K2 del segundo componente, que comprende los siguientes pasos:
- cálculo de un primer valor límite de conmutación Ki del primer componente usando Ki = pi/ni, en donde piindica la variable de control y ni indica el nivel de eficiencia del primer componente en referencia a la provisión de la forma de energía;
- cálculo de un segundo valor límite de conmutación K2 del segundo componente usando K2 = p2/n2, en donde p 2 indica la variable de control y n2 indica el nivel de eficiencia del segundo componente en referencia a la provisión de la forma de energía; y
- provisión de la forma de energía a través del componente con el menor de los dos valores límite de conmutación (Ki, K2).
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el cual como variable de control del primer y segundo componente se utiliza una emisión de dióxido de carbono del respectivo componente o un valor de costes para el suministro de la forma de energía a través del respectivo componente.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 ó 8, en el cual se regula la carga y/o descarga de un acumulador de energía del sistema de energía.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el cual la regulación de la descarga del acumulador de energía se realiza en función de al menos un valor límite de conmutación asociado a la carga del acumulador de energía antes de la descarga; en donde el valor límite de conmutación del acumulador de energía se conforma a partir de los valores límite de conmutación de los componentes que contribuyen a su carga.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 10, en el cual el acumulador de energía se carga mediante múltiples componentes en el orden ascendente de sus valores límite de conmutación.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 11, en el cual la carga y/o descarga del acumulador de energía se controla en función de la estación del año del lugar donde está ubicado el sistema de energía.
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