Адаптивное управление мощностью с избыточностью
Изобретение относится к способу управления системой теплораспределения. Способ включает выработку тепла на производственной установке и определение предельной мощности производственной установки. На центральном сервере оценивают текущую и/или прогнозируемую генерацию тепла в производственной установке по отношению к предельной мощности производственной установки. Способ дополнительно содержит, в ответ на приближение текущей или прогнозируемой генерации на производственной установке к предельной мощности, вывод с центрального сервера соответствующего управляющего сигнала на один или более из множества локальных блоков управления и прием управляющего сигнала соответствующим локальным блоком управления. Способ дополнительно включает, в ответ на прием управляющего сигнала соответствующим локальным блоком управления, снижение отбора тепла или холода соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети, соединенной с производственной установкой. Техническим результатом является повышение эффективности использования энергии, распределяемой энергораспределительными сетями. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу управления системой теплораспределения.
Уровень техники
Инфраструктура почти всех крупных развитых городов мира содержит по меньшей мере два типа энергораспределительных сетей: одну сеть для обеспечения теплоснабжения и одну сеть для обеспечения холодоснабжения. Сеть для обеспечения теплоснабжения может быть использована, например, для обеспечения бытового и/или технологического теплоснабжения и/или подготовки горячей водопроводной воды. Сеть для обеспечения холодоснабжения может быть использована, например, для обеспечения бытового холодоснабжения и/или технологического холодоснабжения.
Обычно сетью для обеспечения теплоснабжения является газовая или электрическая сеть, используемая для бытового и/или технологического теплоснабжения, а также подготовки горячей водопроводной воды. Альтернативной сетью для обеспечения теплоснабжения является централизованная сеть теплоснабжения. Централизованная сеть теплоснабжения обеспечивает подачу нагретой теплопередающей текучей среды, обычно воды, в здания города. Для нагрева и распределения нагретой теплопередающей текучей среды используют централизованную отопительно-насосную установку. Нагретую теплопередающую текучую среду подают в здания посредством одного или более питающих трубопроводов и возвращают в отопительно-насосную установку посредством одного или более обратных трубопроводов. Непосредственно в здании тепло от нагретой теплопередающей текучей среды отводится посредством подстанции централизованного теплоснабжения, содержащей теплообменник.
Обычной сетью для обеспечения холодоснабжения является электрическая сеть. Электричество может быть использовано, например, для работы холодильников или морозильных камер или для работы кондиционеров для обеспечения бытового холодоснабжения. Альтернативной сетью для обеспечения холодоснабжения является централизованная сеть холодоснабжения. Централизованная сеть холодоснабжения обеспечивает подачу охлажденной теплопередающей текучей среды, обычно воды, в здания города. Для охлаждения и распределения охлажденной теплопередающей текучей среды используют централизованную охладительно-насосную установку. Охлажденную теплопередающую текучую среду подают в здания посредством одного или более питающих трубопроводов и возвращают в охладительно-насосную установку посредством одного или более обратных трубопроводов. Непосредственно в здании холод от охдажденной теплопередающей текучей среды отводится тепловым насосом.
Количество используемой для теплоснабжения и/или холодоснабжения энергии постоянно увеличивается, что негативно воздействует на окружающую среду. Негативное воздействие на окружающую среду можно уменьшить за счет улучшения эффективности использования энергии, распределяемой энергораспределительными сетями. Следовательно, существует необходимость в улучшении эффективности использования энергии, распределяемой энергораспределительными сетями, включая существующие сети. Обеспечение теплоснабжения/холодоснабжения также требует существенных инвестиций, когда речь заходит об инженерных проектах, и существует постоянное стремление к сокращению расходов. Следовательно, существует потребность в совершенствовании экологичных решений проблем теплоснабжения и холодоснабжения города.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является решение по меньшей мере некоторых из упомянутых выше проблем. Таким образом, в соответствии с одним аспектом предложен способ управления системой теплораспределения. Предпочтительные варианты осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Система теплораспределения содержит распределительную сеть для распределения тепла и/или холода с использованием текучей среды, производственную установку для выработки тепла или холода и для подачи тепла или холода в распределительную сеть, и множество локальных блоков управления. Каждый локальный блок управления связан с локальной распределительной системой в здании. Локальная распределительная система выполнена с возможностью распределения теплоснабжения или холодоснабжения в здании. Каждый локальный блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления отбором тепла или холода соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети.
Локальная распределительная система может быть выполнена с возможностью распределения бытового теплоснабжения в здании. Локальная распределительная система может быть выполнена с возможностью распределения бытового холодоснабжения в здании.
Способ включает определение предельной мощности производственной установки. На центральном сервере оценивают текущую и/или прогнозируемую генерацию тепла или холода в производственной установке по отношению к предельной мощности производственной установки. Способ дополнительно включает, в ответ на приближение текущей и/или прогнозируемой генерации на производственной установке к предельной мощности, вывод с центрального сервера соответствующего управляющего сигнала на один или более из множества локальных блоков управления, причем соответствующий управляющий сигнал содержит информацию, относящуюся к температурному смещению, а также прием соответствующего управляющего сигнала соответствующим одним или более из множества локальных блоков управления. Способ дополнительно включает, в ответ на прием соответствующего управляющего сигнала соответствующим одним или более из множества локальных блоков управления, определение соответствующей управляющей температуры на основе температуры снаружи и/или внутри соответствующего здания и на основе соответствующего температурного смещения, а также управление на соответствующем одном или более из множества локальных блоков управления отбором соответствующей локальной распределительной системой тепла или холода из распределительной сети на основе управляющей температуры, и тем самым уменьшение отбора соответствующей локальной распределительной системой тепла или холода из распределительной сети.
Обычно несколько зданий подключают к распределительной сети на разных расстояниях от производственной установки, обеспечивающей подачу в сеть нагретой и/или охлажденной текучей среды. Таким образом, здание, расположенное рядом с производственной установкой сети, может потреблять больше своей доли тепла или холода, что может привести к тому, что здания, расположенные дальше по сети, не получают достаточного теплоснабжения или холодоснабжения при ограниченной подаче нагретой или охлажденной текучей среды.
Посредством определения предельной мощности производственной установки и текущей мощности по отношению к предельной мощности может осуществляться мониторинг или оценка мощности производственной установки. Может быть выгодно избегать превышения предельной мощности, так как это увеличивает риск перегрузки системы, то есть невозможности обеспечения достаточного теплоснабжения или холодоснабжения всех зданий распределительной сети. Таким образом, центральный сервер может определять, приближается ли текущая или прогнозируемая мощность к определенной предельной мощности.
Если центральный сервер определяет, что текущая или прогнозируемая мощность приближается к предельной мощности производственной установки, центральный сервер может выводить или отправлять управляющий сигнал. Управляющий сигнал может быть, например, выполнен с возможностью его приема локальным блоком управления, и указывать на изменение отбора мощности для локальной распределительной системы. Таким образом, центральный сервер посредством локального блока управления может оказывать влияние или осуществлять управление отбором тепла или холода локальной распределительной системой из распределительной сети. Например, управляющий сигнал может указывать на снижение или увеличение отбора тепла или холода из распределительной сети. С помощью центрального сервера, управляющего отбором посредством управляющего сигнала, отбор тепла или холода может быть адаптирован к текущей или прогнозируемой мощности производственной установки.
Посредством адаптации отбора тепла или холода к текущей или прогнозируемой генерации производственной установки, может быть обеспечено более надежное распределение тепла или холода в системе. Например, если локальная распределительная система, расположенная на распределительной сети вблизи производственной установки, отбирает или потребляет меньше тепла или холода, то тепла или холода может быть достаточно для расположенных дальше по распределительной сети локальных распределительных систем.
Кроме того, посредством адаптации отбора временные пики отбора из системы могут быть смягчены без необходимости запуска дополнительных генераторов тепла или холода на производственной установке или запуска дополнительной производственной установки. Это может привести к снижению воздействия на климат (поскольку устройства с максимальной нагрузкой обычно менее экологичны) или снижению затрат по сравнению с необходимостью запуска дополнительных генераторов или дополнительных производственных установок. Качественная оптимизация также может привести к уменьшению потребностей в потреблении подключенных зданий. Кроме того, это может привести к повышению коэффициента использования системы теплораспределения, так как снижается риск перегрузки системы.
Следует понимать, что термин "система теплораспределения" относится к любой системе распределения тепловой энергии. Например, это может быть система распределения тепла или система распределения холода. В другом примере это может быть комбинированная система распределения как тепла, так и холода.
"Производственная установка" может быть производственной установкой любого типа, пригодной для вырабатывания тепла или холода и для подачи тепла или холода в распределительную сеть. Производственная установка содержит один или более генераторов тепла или холода. Каждый генератор может работать независимо от других генераторов в производственной установке. "Распределительная сеть" может быть любым средством для распределения тепла или холода посредством подачи теплопередающей текучей среды в здание или систему.
Термином "мощность" определяют текущую или прогнозируемую мощность производственной установки по выработке тепла или холода. Мощность может иметь одно значение, если производственная установка работает на номинальной нагрузке, и может быть уменьшена, если номинальная нагрузка производственной установки снижена или нарушена. Она также может быть увеличена, если мощность увеличена, например, при запуске дополнительного генератора тепла или холода.
"Прогнозируемая генерация" - это данные системы о величине ожидаемой генерации, например, о том, что генератор запущен и еще не работает в номинальном режиме, но ожидается его выход на номинальный режим в течение короткого периода времени. В другом примере генератор в производственной установке выключен или скоро будет выключен. В таком случае система может спрогнозировать, что мощность может снизиться в течение короткого периода времени.
Следует понимать, что термины "тепло или холод", "тепло" или "холод" интерпретируются как энергия для изменения температуры в здании, либо посредством увеличения, либо посредством уменьшения температуры.
"Локальный блок управления" может быть вычислительным устройством любого типа, выполненным с возможностью управления локальной распределительной системой. Локальный блок управления может использоваться для одной или множества локальных распределительных систем.
"Центральный сервер" может быть вычислительным устройством любого типа, подходящим для выполнения по меньшей мере некоторых этапов упомянутого выше способа. Центральный сервер может быть одним или более серверами. Он может быть "центральным" в том смысле, что он может обрабатывать данные для множества локальных блоков управления. Центральный сервер также может быть выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на один или более локальных блоков управления.
Под "отбором" подразумевают потребление или использование тепла или холода локальной распределительной системой из распределительной сети.
"Управляющий сигнал" может быть любым сигналом для связи между центральным сервером и одним или более локальными блоками управления. Это может быть, например, аналоговый или цифровой сигнал.
Ясно, что посредством управления локальными блоками управления через центральный сервер на основе предельной мощности производственной установки, отбор тепла или холода в системе может быть адаптирован соответствующим образом. Это может снизить риск перегрузки производственной установки или невозможности обеспечения достаточного количества тепла или холода для всех зданий в сети. Когда определено, что достигнута предельная мощность, по меньшей мере один из множества локальных блоков управления может принять управляющий сигнал для уменьшения отбора локальной распределительной системой (системами) тепла или холода из сети. Это позволяет адаптировать отбор тепла или холода из системы, что может снизить риск перегрузки производственной установки и повысить устойчивость системы.
Кроме того, посредством управления локальными блоками управления через центральный сервер на основе предельной мощности производственной установки можно исключить ненужный запуск дополнительных генераторов. Посредством ограничения отбора или использования энергии из распределительной сети локальной распределительной системой, может быть снижена потребность в запуске дополнительных генераторов в пиковые периоды, поскольку система может использовать уже существующее в системе количество тепла или холода. Это может привести к снижению эксплуатационных расходов.
Этап оценки может осуществляться периодически. "Периодически" может интерпретироваться как выполнение регулярно с определенным временным интервалом. Например, оценка может выполняться каждую минуту, каждые пять минут, каждые пятнадцать минут, каждый час или другой подходящий интервал времени.
Посредством периодической оценки текущей и/или прогнозируемой генерации тепла в производственной установке относительно предельной мощности производственной установки, можно выявить, что производственная установка приближается к своей предельной мощности до того, как предельная мощность будет достигнута. В таком случае система может регулировать отбор тепла или холода из системы, чтобы избежать перегрузки производственной установки, и более эффективно или равномерно использовать имеющуюся мощность, т.е. избежать полного отсутствия получения тепла или холода любой из локальных распределительных систем.
Способ может также включать установление порогового значения генерации, которое связано с предельной мощностью производственной установки и ниже ее. Этап оценки может включать сравнение текущей генерации с пороговым значением генерации, и при достижении текущей генерацией порогового значения генерации, определяют, что текущая генерация на производственной установке приближается к предельной мощности.
Может существовать более одного порогового значения, указывающего на различные уровни мощности производственной установки.
За счет этого центральный сервер может раньше определять, что текущая генерация приближается к предельной мощности. Если центральный сервер может раньше определять, что достигнута предельная мощность, могут быть предприняты меры для предотвращения перегрузки системы или меры по управлению отбором тепла или холода из системы. То есть, центральный сервер может раньше, по сравнению с вариантом без использования порогового значения, осуществлять управление отбором тепла или холода из системы.
Способ может дополнительно включать определение температуры снаружи соответствующего здания, при этом каждый локальный блок управления выполнен с возможностью управления отбором соответствующей локальной распределительной системой тепла или холода из распределительной сети на основе определенной температуры снаружи соответствующего здания.
Например, если температура относительно высока, то отбор тепла может быть уменьшен или отбор холода может быть увеличен. В качестве альтернативы, если температура относительно низкая, отбор тепла может быть увеличен или отбор холода может быть уменьшен. Каждый локальный блок управления может быть выполнен с возможностью определения того, является ли температура относительно высокой или относительно низкой, и осуществления управления соответствующей локальной распределительной системой соответствующим образом.
Посредством адаптации отбора локальной распределительной системой может быть дополнительно снижен риск перегрузки системы. Кроме того, если избежать потребления тепла или холода сверх необходимого, отбор тепла или холода может быть более энергоэффективным. Поскольку отбор может быть адаптирован к текущей генерации тепла или холода производственной установкой, отбор может быть более равномерно распределен между локальными распределительными системами, что может обеспечить более высокую эффективность системы теплораспределения.
Способ может дополнительно включать определение, соответствующим локальным блоком управления, базовой управляющей температуры для соответствующей локальной распределительной системы на основе определенной температуры снаружи здания и управление соответствующим локальным блоком управления отбором соответствующей локальной распределительной системой тепла или холода из распределительной сети на основе базовой управляющей температуры.
Локальный блок управления может определять базовую управляющую температуру, то есть температуру, задающую нагрев или охлаждение. Базовая управляющая температура может быть определена на основе температуры снаружи здания. Таким образом, отбор может быть адаптирован к температуре снаружи здания. Например, если температура снаружи здания относительно низка, то отбор тепла может быть относительно высоким, и соответственно, если температура снаружи здания относительно высока, то отбор тепла может быть относительно низким. А другом примере, если температура снаружи здания относительно низка, то отбор холода может быть относительно низким, и соответственно, если температура снаружи здания относительно высока, то отбор холода может быть относительно высоким.
Базовая управляющая температура может быть температурой уставки для регулятора, регулирующего температуру подачи теплопередающей текучей среды в локальную распределительную систему. Регулятор может быть регулятором любого типа, пригодного для регулирования температуры подачи теплопередающей текучей среды. Например, регулятор может быть П- (англ. Р), ПИ- (англ. PI), ПИД- (англ. PID) регулятором или одним из усовершенствованных многозвенных регуляторов. Следует понимать, что теплопередающая текучая среда может быть использована как для передачи тепла, так и для передачи холода. Таким образом, регулятор может влиять на отбор или использование тепла или холода локальной распределительной системой.
Управляющий сигнал, подаваемый по меньшей мере на один локальный блок управления, может содержать информацию, относящуюся к температурному смещению, причем способ может дополнительно включать определение пониженной управляющей температуры на основе определенной температуры снаружи здания и температурного смещения. Пониженная управляющая температура может быть определена по меньшей мере на одном локальном блоке управления. По меньшей мере один локальный блок управления может быть выполнен с возможностью управления отбором тепла соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети на основе пониженной управляющей температуры. Следовательно, отбор тепла соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети может быть уменьшен. В этом случае может быть достигнут более равномерный отбор тепла из распределительной сети. Кроме того, при высокой потребности в отборе тепла из распределительной сети можно гарантировать, что большинство или все локальные распределительные системы могут получать по меньшей мере некоторое количество тепла.
В качестве альтернативы способ может дополнительно включать определение повышенной управляющей температуры на основе определенной температуры снаружи здания и температурного смещения. Повышенная управляющая температура может быть определена по меньшей мере на одном локальном блоке управления. По меньшей мере один локальный блок управления может быть выполнен с возможностью управления отбором холода соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети на основе повышенной управляющей температуры. Следовательно, отбор холода из распределительной сети соответствующей локальной распределительной системой может быть уменьшен. В этом случае может быть достигнут более равномерный отбор холода из распределительной сети. Кроме того, при высокой потребности в отборе холода из распределительной сети можно гарантировать, что большинство или все локальные распределительные системы могут получать по меньшей мере некоторое количество холода.
Температурное смещение может быть суммой фактического значения температуры и первоначальной управляющей температуры. Фактическое значение может быть положительным или отрицательным. В качестве альтернативы температурное смещение может быть выражено в процентах от первоначальной управляющей температуры.
Таким образом, центральный сервер может посредством управляющего сигнала влиять на базовую управляющую температуру посредством смещения, увеличивая или уменьшая температуру.
Способ может дополнительно включать определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе для передачи тепла, и, при условии, что определенная пониженная управляющая температура ниже возвратной температуры, определение временной управляющей температуры, которая выше возвратной температуры и ниже базовой управляющей температуры, и управление отбором тепла соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети на основе временной управляющей температуры.
В качестве альтернативы или дополнительно, способ может дополнительно включать определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе для передачи холода, и при превышении определенной повышенной управляющей температурой возвратной температуры, определение временной управляющей температуры, которая ниже возвратной температуры и выше базовой управляющей температуры, и управление отбором холода соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети на основе временной управляющей температуры.
Таким образом, управляющая температура может быть определена на основе возвратной теплопередающей текучей среды, то есть температура может быть основана на количестве тепла или холода, использованного локальной распределительной системой. То есть управляющую температуру могут постепенно повышать или понижать. В альтернативных решениях для достижения определенной управляющей температуры в локальной распределительной системе может быть закрыт регулирующий клапан на определенный период времени. Такое решение рискованно тем, что это может быть истолковано людьми в здании как неисправность системы, что может привести к их обращению в распределительную организацию. Для сравнения, за счет постепенного повышения или понижения управляющей температуры, регулирующий клапан закрывать не требуется, что позволяет избежать замешательства пользователей локальной распределительной системы. Кроме того, это защищает регулирующий клапан от возможных неисправностей. Это обусловлено тем, что многократное полное закрытие и последующее открытие регулирующего клапана может вызвать износ регулирующего клапана.
Кроме того, способ может дополнительно включать определение с течением времени возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе и постепенное снижение временной управляющей температуры при обеспечении того, чтобы временная управляющая температура была выше возвратной температуры, до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет пониженной управляющей температуры. Это особенно важно для вариантов осуществления, в которых из локальной распределительной системы осуществляется отбор тепла. В качестве альтернативы или дополнительно способ может включать определение с течением времени возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе и постепенное повышение временной управляющей температуры при обеспечении того, чтобы временная управляющая температура была ниже возвратной температуры, до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет повышенной управляющей температуры.
Таким образом, управляющая температура может быть определена на основе возвратной теплопередающей текучей среды, то есть температура может быть основана на количестве тепла или холода, использованного локальной распределительной системой. То есть управляющую температуру могут постепенно повышать или понижать. В альтернативных решениях для достижения определенной управляющей температуры в локальной распределительной системе может быть закрыт регулирующий клапан на определенный период времени. Такое решение рискованно тем, что это может быть истолковано людьми в здании как неисправность системы, что может привести к их обращению в распределительную организацию. Для сравнения, за счет постепенного повышения или понижения управляющей температуры, регулирующий клапан закрывать не требуется, что позволяет избежать замешательства пользователей локальной распределительной системы. Кроме того, это защищает регулирующий клапан от неисправности, так как многократное полное закрытие и последующее открытие регулирующего клапана может вызвать износ регулирующего клапана.
Способ может дополнительно включать определение с течением времени температуры подачи теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе, до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет пониженной управляющей температуры, и, в ответ на достижение определенной температурой подачи временной управляющей температуры, определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в локальной распределительной системе. Способ может дополнительно включать определение новой временной управляющей температуры, которая выше определенной возвратной температуры и ниже предыдущей временной управляющей температуры.
В качестве альтернативы или дополнительно, способ может дополнительно включать, до достижения временной управляющей температурой повышенной управляющей температуры, определение с течением времени температуры подачи теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе, и, в ответ на достижение определенной температурой подачи временной управляющей температуры, определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в локальной распределительной системе. Способ может дополнительно включать определение новой временной управляющей температуры, которая ниже определенной возвратной температуры и выше предыдущей временной управляющей температуры.
Дополнительная область применения настоящего изобретения станет очевидной из приведенного ниже подробного описания. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и указывают на предпочтительные варианты осуществления изобретения, приводятся только в качестве иллюстрации, поскольку из этого подробного описания для специалистов в данной области техники станут очевидными различные возможные изменения и модификации, не выходящие за пределы объема изобретения. Следует также понимать, что варианты осуществления могут быть скомбинированы с достижением дополнительных преимуществ.
Следовательно, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается конкретными составными частями описываемого устройства или этапами описываемых способов, поскольку устройство и способ могут быть изменены. Следует также понимать, что используемая в настоящем документе терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не является ограничивающей. Следует отметить, что используемые в описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа предназначены для обозначения наличия одного или более элементов, если контекст явно не диктует иного. Так, например, ссылка на «устройство» или «указанное устройство» может указывать на несколько устройств, и тому подобное. Кроме того, слова «содержит», «включает», «включает в себя» и аналогичные формулировки не исключают наличия других элементов или этапов.
Краткое описание чертежей
Изобретение в качестве примера более подробно описано со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, которые показывают предпочтительный в настоящее время вариант осуществления изобретения.
На фиг. 1 представлена блок-схема системы теплораспределения;
На фиг. 2 представлена блок-схема двух различных локальных распределительных систем;
На фиг. 3 представлен алгоритм способа в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.
Все чертежи схематичны, не обязательно выполнены в масштабе, и обычно показывают только те части, которые необходимы для описания варианта осуществления, в то время как другие части могут быть пропущены.
Осуществление изобретения
Ниже со ссылкой на чертежи описаны подробные варианты осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение, однако, может быть осуществлено во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное изложенными в данном документе вариантами осуществления; напротив, эти варианты осуществления представлены в качестве примера, так что данное раскрытие передает объем концепции изобретения специалистам в данной области техники.
Пример системы 100 теплораспределения схематически показан со ссылкой на фиг. 1. Система теплораспределения содержит распределительную сеть 110 для распределения тепла и/или холода с использованием текучей среды и производственную установку 120 для выработки тепла или холода и для подачи тепла или холода в распределительную сеть 110. Система теплораспределения также содержит множество локальных блоков 140а, 140b управления, каждый из которых связан с локальной распределительной системой 150а, 150b. На фиг. 1 показан пример двух локальных блоков 140а, 140b управления, каждый из которых связан с локальной распределительной системой 150а, 150b. Однако предполагается, что может использоваться любое количество локальных блоков управления. Кроме того, каждый локальный блок управления может быть выполнен с возможностью обслуживания одной или более локальных распределительных систем 150а, 150b.
Каждая локальная распределительная система 150а, 150b выполнена с возможностью обеспечения теплом и/или холодом одного или более зданий 160а, 160b. Здания 160а, 160b могут быть офисными зданиями, коммерческими помещениями, жилыми домами, фабриками или другими зданиями с потребностью в тепле и/или холоде. В примере, показанном на фиг. 1, каждая локальная распределительная система 150а, 150b выполнена с возможностью обеспечения теплом и/или холодом одного соответствующего здания 160а, 160b. Однако, каждая локальная распределительная система 150а, 150b может быть выполнена с возможностью обеспечения теплом и/или холодом множества зданий.
Локальные распределительные системы 150а, 150b соединены с распределительной сетью 110 с возможностью осуществления обмена теплом и/или холодом между распределительной сетью 110 и соответствующей локальной распределительной системой 150а, 150b. Обмен теплом и/или холодом между распределительной сетью 110 и соответствующей локальной распределительной системой 150а, 150b может осуществляться с использованием теплообменника. В качестве альтернативы, обмен теплом и/или холодом между распределительной сетью 110 и соответствующей локальной распределительной системой 150а, 150b может осуществляться с использованием теплового насоса.
Распределительная сеть 110 может быть образована гидравлической системой, подающей теплопередающую текучую среду. Теплопередающей текучей средой обычно является вода, хотя следует понимать, что могут использоваться и другие текучие среды или их смеси. В некоторых не ограничивающих примерах это аммиак, антифриз (например, гликоль), масла и спирты. Неограничивающим примером смеси является вода с добавлением к ней антифриза, такого как гликоль.
Производственная установка 120 выполнена с возможностью нагрева или охлаждения теплопередающей текучей среды распределительной сети 110. Нагретая или охлажденная тепло передающая текучая среда может передаваться через питающий трубопровод 111. Возвратная теплопередающая текучая среда может передаваться по возвратному трубопроводу 112 в производственную установку 120. В случае, когда по питающему трубопроводу 111 передается нагретая теплопередающая текучая среда, а по возвратному трубопроводу 112 возвращается охлажденная теплопередающая текучая среда, распределительная сеть 110 может рассматриваться как централизованная сеть теплоснабжения. В случае, когда по питающему трубопроводу 111 передается охлажденная теплопередающая текучая среда, а по возвратному трубопроводу 112 возвращается нагретая теплопередающая текучая среда, распределительная сеть 110 может рассматриваться как централизованная сеть холодоснабжения. В соответствии с другим вариантом осуществления распределительная сеть 110 может представлять собой централизованную распределительную систему тепловой энергии, раскрытую в документе WO 2017/076868. В этом случае питающий трубопровод 111 может рассматриваться как горячий трубопровод, раскрытый в документе WO 2017/076868, а возвратный трубопровод 112 может рассматриваться как холодный трубопровод, раскрытый в документе WO 2017/076868.
Локальная распределительная система 150а, 150b выполнена с возможностью распределения тепла и/или холода в здании 160а, 160b. Локальная распределительная система может распределять тепло или холод в здании с помощью теплопередающей текучей среды. Теплопередающей текучей средой обычно является вода, хотя следует понимать, что могут использоваться и другие текучие среды или их смеси. В некоторых не ограничивающих примерах это аммиак, антифриз (например, гликоль), масла и спирты. Неограничивающим примером смеси является вода с добавлением к ней антифриза, такого как гликоль.
Локальный блок 140а, 140b управления выполнен с возможностью управления отбором тепла и/или холода соответствующей локальной распределительной системой 150а, 150b из распределительной сети 110. Теплопередающая текучая среда локальной распределительной системы 150а, 150b обычно не находится в соединении по текучей среде с теплопередающей текучей средой распределительной сети 110. Как упоминалось выше, распределительная система 150а, 150b термически соединена с распределительной сетью 110 посредством теплообменника или теплового насоса.
Система 100 теплораспределения дополнительно содержит центральный сервер 130. Центральный сервер 130 соединен с производственной установкой 120 и с локальными блоками управления 140а, 140b. Центральный сервер 130 может быть сервером любого типа, содержащим процессор. Центральный сервер 130 может физически содержать одно серверное устройство. В качестве альтернативы центральный сервер 130 может быть распределен между несколькими серверными устройствами. Центральный сервер 130 может быть расположен в производственной установке 120 или в любом другом подходящем месте. Центральный сервер 130 выполнен с возможностью связи с производственной установкой 120. Центральный сервер может взаимодействовать с производственной установкой 120, например, посредством выделенной сети, сети Интернет или их сочетания. Центральный сервер 130 дополнительно выполнен с возможностью связи с локальными блоками управления 140а, 140b, например, через выделенную сеть, сеть Интернет или их сочетание. Связь посредством выделенной сети или сети Интернет может быть беспроводной и/или проводной.
Центральный сервер 130 выполнен с возможностью определения предельной мощности производственной установки 120. Кроме того, центральный сервер 130 выполнен с возможностью определения текущей или прогнозируемой мощности производственной установки 120. Центральный сервер 130 дополнительно выполнен с возможностью передачи управляющего сигнала 131 по меньшей мере на один из множества локальных блоков 140а, 140b управления.
Локальный блок 140а, 140b управления может быть выполнен с возможностью уменьшения или увеличения отбора тепла или холода из распределительной сети 110 локальной распределительной системой 150а, 150b в ответ на управляющий сигнал от центрального сервера 130.
Локальный блок 140а, 140b управления может быть выполнен с возможностью определения температуры снаружи и/или внутри здания 160а, 160b. Локальный блок 140а, 140b управления может быть выполнен с возможностью уменьшения или увеличения отбора тепла и/или холода из распределительной сети 110 локальной распределительной системой 150а, 150b в зависимости от определенной температуры.
На фиг. 2 описаны два примера локальных распределительных систем 150а, 150b. Локальная распределительная система 150а выполнена с возможностью распределения теплоснабжения в здании. Теплоснабжение может представлять собой бытовое теплоснабжение, горячую водопроводную воду и/или удовлетворять любую другую потребность здания в теплоснабжении. Локальная распределительная система 150b выполнена с возможностью распределения холодоснабжения в здании. Холодоснабжение может быть бытовым холодоснабжением, холодоснабжением для холодильного или морозильного оборудования и/или удовлетворять любую другую потребность здания в холодоснабжении. Локальные распределительные системы 150а, 150b могут быть расположены в одном и том же здании. В качестве альтернативы локальные распределительные системы 150а, 150b могут быть расположены в разных зданиях.
Локальная распределительная система 150а содержит локальный блок 140а управления, устройство 155а, выполненное с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150а и распределительной сетью 110, и тепловой излучатель 156. Показанный на фиг. 2 пример устройства 155а, выполненного с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150а и распределительной сетью 110, является теплообменником. Однако устройство 155а, выполненное с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150а и распределительной сетью 110, может в качестве альтернативы являться тепловым насосом. Использование теплообменника или теплового насоса зависит от температуры теплопередающей текучей среды в распределительной сети 110 и требуемой температуры теплопередающей текучей среды локальной распределительной системы 150а. Посредством устройства 155а, выполненного с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150а и распределительной сетью 110, тепло от распределительной сети 110 распределяется в локальную распределительную систему 150а. Затем посредством теплового излучателя 156 тепло может излучаться в здание, в котором расположена локальная распределительная система 150а. Локальная распределительная система 150а может содержать один или более тепловых излучателей 156. Локальный блок 140а управления выполнен с возможностью управления отбором тепла из распределительной сети 110 соответствующей локальной распределительной системой 150а. Локальный блок 140а управления выполнен с возможностью приема управляющего сигнала от центрального сервера 120 и управления отбором соответствующей локальной распределительной системой 150а тепла из распределительной сети 110 в соответствии с принятым управляющим сигналом.
Локальная распределительная система 150b содержит локальный блок 140b управления, устройство 155b, выполненное с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150b и распределительной сетью 110, и тепловой поглотитель 157. Показанный на фиг. 2 пример устройства 155b, выполненного с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150b и распределительной сетью 110, является теплообменником. Однако устройство 155b, выполненное с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150b и распределительной сетью 110, может в качестве альтернативы являться тепловым насосом. Использование теплообменника или теплового насоса зависит от температуры теплопередающей текучей среды в распределительной сети 110 и требуемой температуры теплопередающей текучей среды локальной распределительной системы 150b. Посредством устройства 155b, выполненного с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150b и распределительной сетью 110, тепло от распределительной сети 110 распределяется в локальную распределительную систему 150b. Затем тепло может быть поглощено из здания, в котором расположена локальная распределительная система 150b, посредством теплового поглотителя 157. Локальная распределительная система 150b может содержать один или более тепловых поглотителей 157. Локальный блок 140b управления выполнен с возможностью управления отбором холода из распределительной сети 110 соответствующей локальной распределительной системой 150b. Локальный блок 140b управления выполнен с возможностью приема управляющего сигнала от центрального сервера 120 и управления отбором соответствующим локальным распределительным устройством 150b холода из распределительной сети 110 в соответствии с принятым управляющим сигналом.
Локальный блок 140а, 140b управления может управлять отбором тепла или холода локальной распределительной системой 150а, 150b из распределительной сети 110 посредством управляющего сигнала Tsteer. Локальный блок 140а, 140b управления или локальная распределительная система 150а, 150b могут содержать ПИД (PID) регулятор для управления отбором из распределительной сети 110 посредством устройства 155а, 155b, выполненного с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150а, 150b и распределительной сетью 110.
Локальный блок 140а, 140b управления может быть выполнен с возможностью определения температуры Tmes и уменьшения или увеличения отбора тепла или холода из сети 110 локальной распределительной системой 150а, 150b в зависимости от определенной температуры. Если локальная распределительная система 150а является системой для излучения тепла в здание, Tmes обычно определяется непосредственно за пределами здания, в котором расположена локальная распределительная система 150а. Если локальная распределительная система 150b, является системой поглощения тепла от здания, Tmes обычно определяется внутри здания.
Может быть предусмотрен датчик для измерения возвратной температуры Tret теплопередающей текучей среды, поступающей в устройство 155b, выполненное с возможностью обмена тепловой энергией между локальной распределительной системой 150а, 150b и распределительной сетью 110. Датчик может быть соединен с локальном блоком 140а, 140b управления, связанным с локальной распределительной системой 150а, 150b.
Со ссылкой на фиг. 3 описан способ управления системой 100 теплораспределения. Следует понимать, что на фиг. 3 термин "ВУТ" (TSP, от англ. temporary steering temperature) является аббревиатурой для обозначения "временной управляющей температуры". Блоки А и В добавлены для уточнения алгоритма способа между фиг. 3-1, фиг. 3-2 и фиг. 3-3 и не являются частью способа. На фиг. 3-1 показана блок-схема способа, применимого к распределительным системам как для тепла, так и для холода. На фиг. 3-2 показана блок-схема для части способа, связанного с распределением тепла, и на фиг. 3-3 показана блок-схема для части способа, связанного с распределением холода.
На этапе S210 способ содержит выработку тепла или холода на производственной установке 120. На этапе S220 способ 200 дополнительно содержит определение на центральном сервере 130 предельной мощности производственной установки 110. На этапе S230 центральный сервер 130 может оценивать текущую или прогнозируемую мощность генерации относительно предельной мощности. На этапе S240 центральный сервер 130 может определять, приближается ли текущая или прогнозируемая генерация на производственной установке к предельной мощности.
На этапе S225 центральный сервер 120 может дополнительно устанавливать связанное с определенной предельной мощностью или основанное на ней пороговое значение генерации, более низкое, чем определенная предельная мощность. Если сервером установлено пороговое значение генерации, то на этапе S230 этап оценки может включать сравнение текущей генерации с пороговым значением генерации. На этапе S240 способ дополнительно содержит определение того, что текущая генерация на производственной установке приближается к предельной мощности, если текущая генерация достигает порогового значения генерации.
В ответ на определение на этапе S240, что текущая или прогнозируемая генерация на производственной установке приближается к предельной мощности или пороговому значению генерации, центральный сервер 130 на этапе S250 может выдавать управляющий сигнал. Если на этапе S240 не определено приближение к предельной мощности, то на этапах S220 или S230 центральный сервер может продолжать отслеживать уровень мощности производственной установки.
Управляющим сигналом может быть, например, температурное смещение. Смещение может быть числовым значением температуры, с помощью которого локальный блок управления должен регулировать отбор из распределительной сети. Числовое значение может быть положительным или отрицательным. Смещение может являться процентным значением, применимым к текущему или расчетному отбору. Смещение может быть определено в соответствии с инерцией каждого здания в сочетании с необходимостью смещения их агрегированной потребности, связанным с производственными блоками. Большее смещение для обеспечения больших потребностей по смещению и меньшее смещение для обеспечения меньших потребностей по смещению.
Независимо от этого на этапе S260 локальный блок 140 управления может определять температуру Tmes. Температура Tmes может быть определена снаружи соответствующего здания. В качестве альтернативы, Tmes может быть определена внутри здания. Локальный блок 140 управления может быть выполнен с возможностью управления отбором тепла или холода соответствующей локальной распределительной системой 150 из распределительной сети на основе определенной температуры. Локальный блок 140 управления на этапе S270 может дополнительно определять базовую управляющую температуру для соответствующей локальной распределительной системы 150 на основе определенной температуры. Базовой управляющей температурой является температура для управления отбором распределительной системой 150 тепла или холода из распределительной сети 110. Базовая управляющая температура может быть температурой уставки для теплопередающей текучей среды.
На этапе S280 локальный блок 140 управления принимает управляющий сигнал. Локальный блок 140 управления может регулировать отбор соответствующей локальной распределительной системой 150 тепла или холода из распределительной сети 110 на основе управляющего сигнала. Например, локальный блок 140 управления может регулировать базовую управляющую температуру на основе смещения, полученного посредством управляющего сигнала. Если управляющий сигнал указывает значение температуры, то локальный блок 140 управления может применять это значение к управляющей температуре, или, если управляющий сигнал указывает процентное значение, то локальный блок 140 управления может применять это процентное значение к управляющей температуре. Например, смещение может быть прибавлено к базовой управляющей температуре или вычтено из нее. Таким образом, на этапе S290 локальный блок 140 управления может определять пониженную или повышенную управляющую температуру. Пониженная или повышенная управляющая температура может использоваться до тех пор, пока не будет принят другой управляющий сигнал. На этапе S295 отбор из локальной распределительной системы 150 может быть адаптирован соответствующим образом.
Следует понимать, что этапы S210, S220-S250, S260-S270 и S280-S205 могут быть выполнены независимо, и что все этапы являются необязательными. Некоторые этапы могут быть выполнены несколько раз, другие могут быть опущены или выполнены небольшое количество раз.
В некоторых примерах способа локальный блок 140 управления может дополнительно уменьшать или увеличивать управляющую температуру на основе возвратной температуры Tret локальной распределительной системы. Локальный блок 140 управления или локальная распределительная система 150 на этапе S310 могут определять возвратную температуру возвратной теплопередающей текучей среды в локальной распределительной системе 150.
В случае отбора тепла из распределительной сети 110 на этапе S320 локальный блок 140 управления может определять, что определенная пониженная управляющая температура ниже возвратной температуры. Если пониженная управляющая температура ниже возвратной температуры, то на этапе S330 локальный блок 140 управления может определять временную управляющую температуру, которая выше возвратной температуры и ниже базовой управляющей температуры. Таким образом, на этапе S340 локальный блок 140 управления может уменьшать отбор тепла локальной распределительной системой 150. Если пониженная управляющая температура не ниже возвратной температуры, то локальный блок 140 управления может не адаптировать пониженную управляющую температуру.
Способ может дополнительно включать на этапе S325 определение с течением времени возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в локальной распределительной системе и, на этапе S327, постепенное снижение временной управляющей температуры при поддержании временной управляющей температуры выше возвратной температуры, до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет пониженной управляющей температуры. Это может быть достигнуто посредством выполнения этапов S310, S320, S325, S327, S330 и S340 до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет пониженной управляющей температуры.
В случае отбора холода из распределительной сети 110 локальный блок 140 управления на этапе S420 может определять, что определенная повышенная управляющая температура выше возвратной температуры. Если повышенная управляющая температура выше возвратной температуры, то на этапе S430 локальный блок 140 управления может определять временную управляющую температуру, которая ниже возвратной температуры и выше базовой управляющей температуры. Таким образом, на этапе S440 локальный блок 140 управления может увеличивать отбор холода локальной распределительной системой 150. Если повышенная управляющая температура не превышает возвратную температуру, локальный блок 140 управления может не адаптировать повышенную управляющую температуру.
Способ может дополнительно содержать на этапе S425 определение с течением времени возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в локальной распределительной системе 150 и, на этапе S427, постепенное повышение временной управляющей температуры с поддержанием временной управляющей температуры ниже возвратной температуры, пока временная управляющая температура не достигнет повышенной управляющей температуры. Это может быть достигнуто посредством выполнения этапов S410, S420, S425, S427, S430 и S440 до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет повышенной управляющей температуры.
Предполагается, что существуют многочисленные модификации описанных здесь вариантов осуществления, которые все же находятся в пределах объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. Например, этапы, выполняемые локальным блоком управления, могут полностью или частично выполняться центральным сервером. Этапы способа могут быть дополнительно выполнены в другом порядке, причем некоторые этапы могут выполняться параллельно.
1. Способ управления системой теплораспределения, содержащей:
распределительную сеть (110) для распределения тепла и/или холода с использованием текучей среды,
производственную установку (120) для выработки тепла или холода и для подачи тепла или холода в распределительную сеть, и
множество локальных блоков (140а, 140b) управления, каждый из которых связан с локальной распределительной системой (150а, 150b) в здании (160а, 160b), причем локальная распределительная система выполнена с возможностью распределения тепла или холода в здании, причем каждый локальный блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления отбором тепла или холода соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети,
причем способ включает:
определение предельной мощности производственной установки, оценку, на центральном сервере (130), текущей и/или прогнозируемой генерации тепла или холода в производственной установке по отношению к предельной мощности производственной установки,
в ответ на приближение текущей и/или прогнозируемой генерации на производственной установке к предельной мощности, вывод с центрального сервера соответствующего управляющего сигнала на один или более из множества локальных блоков управления, причем соответствующий управляющий сигнал содержит информацию, относящуюся к температурному смещению,
прием соответствующего управляющего сигнала соответствующим одним или более из множества локальных блоков управления, и
в ответ на прием соответствующего управляющего сигнала соответствующим одним или более из множества локальных блоков управления, определение соответствующей управляющей температуры на основе температуры снаружи и/или внутри соответствующего здания и на основе соответствующего температурного смещения, и управление, на соответствующем одном или более из множества локальных блоков управления, отбором соответствующей локальной распределительной системой тепла или холода из распределительной сети на основе управляющей температуры, и тем самым уменьшение отбора соответствующей локальной распределительной системой тепла или холода из распределительной сети.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап оценки осуществляют периодически.
3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно включающий:
установление порогового значения генерации, которое связано с предельной мощностью производственной установки и ниже ее,
причем этап оценки включает сравнение текущей генерации с пороговым значением генерации, и
при этом, при достижении текущей генерацией порогового значения генерации, определяют, что текущая генерация на производственной установке приближается к предельной мощности.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что управляющая температура является температурой уставки для регулятора (155), регулирующего температуру подачи тепло передающей текучей среды в локальную распределительную систему.
5. Способ по любому из пп. 1-4, дополнительно включающий выработку тепла или холода на производственной установке.
6. Способ по любому из пп. 1-5, дополнительно включающий:
определение, по меньшей мере на одном из одного или множества локальных блоков управления, базовой управляющей температуры для соответствующей локальной распределительной системы на основе температуры снаружи и/или внутри соответствующего здания,
определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе,
при условии, что определенная соответствующая управляющая температура ниже возвратной температуры, определение временной управляющей температуры, которая выше возвратной температуры и ниже базовой управляющей температуры, и
управление отбором тепла соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети на основе временной управляющей температуры.
7. Способ по п. 6, дополнительно включающий:
определение с течением времени возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе,
постепенное снижение временной управляющей температуры при обеспечении того, чтобы временная управляющая температура была выше возвратной температуры, до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет управляющей температуры.
8. Способ по п. 6 или 7, дополнительно включающий:
до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет управляющей температуры:
определение с течением времени температуры подачи теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе, и
в ответ на достижение определенной температурой подачи временной управляющей температуры:
определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе, и
определение новой временной управляющей температуры, которая выше определенной возвратной температуры и ниже предыдущей временной управляющей температуры.
9. Способ по любому из пп. 1-5, дополнительно включающий:
определение, по меньшей мере на одном из одного или множества локальных блоков управления, базовой управляющей температуры для соответствующей локальной распределительной системы на основе температуры снаружи и/или внутри соответствующего здания,
определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе,
при условии, что определенная соответствующая управляющая температура выше возвратной температуры, определение временной управляющей температуры, которая ниже возвратной температуры и выше базовой управляющей температуры, и
управление отбором холода соответствующей локальной распределительной системой из распределительной сети на основе временной управляющей температуры.
10. Способ по п. 9, дополнительно включающий:
определение с течением времени возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе,
постепенное увеличение временной управляющей температуры при поддержании временной управляющей температуры ниже возвратной температуры, до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет управляющей температуры.
11. Способ по п. 9 или 10, дополнительно включающий:
до тех пор, пока временная управляющая температура не достигнет управляющей температуры:
определение с течением времени температуры подачи теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе, и
в ответ на достижение определенной температурой подачи временной управляющей температуры:
определение возвратной температуры возвратной теплопередающей текучей среды в соответствующей локальной распределительной системе, и
определение новой временной управляющей температуры, которая ниже определенной возвратной температуры и выше предыдущей временной управляющей температуры.
