Спосіб теплозабезпечення приміщень та пристрій для його реалізації

1. Спосіб теплозабезпечення приміщень, який полягає в споживанні електроенергії переважно в період провалу навантаження в електромережі з перетворенням її в тепло, акумулюванні цього тепла в матеріалі теплоакумулятора та наступному використанні для теплозабезпечення, який відрізняється тим, що споживання електроенергії на початку тарифного періоду в енергосистемі проводять із затримкою відносно часу його початку, тривалість якої визначають за законом випадкових чисел. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що завершення споживання електроенергії при закінченні тарифного періоду проводять з випереджуючим відключенням відносно часу завершення періоду, при цьому тривалість випередження визначають за законом випадкових чисел. 3. Спосіб за пп.1 або 2, який відрізняється тим, що тривалість затримки та випередження вираховують за формулою: 1 P t RPcp , t 2 3 76004 4 Р спор - нормативна розрахункова потужність тепратури повітря зовні споруди нижче нуля - до мінус ловтрат споруди; трьох градусів за Цельсієм, в тривалість зони провалу включають прилеглі до неї зони напівпікового Рсист - потужність системи акумулюючого електнавантаження в енергосистемі, розміщені між зороопалення споруди. ною провалу та найближчими зонами пікового на6. Спосіб за п.5, який відрізняється тим, що вивантаження. значають першу похідну середньоциклової темпе8. Пристрій для теплозабезпечення приміщень, що ратури зовнішнього повітря, при цьому у випадку її складається з блока управління, до входів якого зменшення відносно нуля тривалість затримки підключені датчики температури та часу, а до випропорційно зменшують, а при збільшенні відносходу - вхід управління силовим контактором сисно нуля - пропорційно збільшують. теми, який відрізняється тим, що у складі блока 7. Спосіб за будь-яким із пп.4-6, який відрізняєтьуправління є генератор випадкових чисел. ся тим, що при зниженні середньодобової темпе Винахід відноситься до техніки управління споживачами-регуляторами, а також до техніки теплозабезпечення приміщень чи споруд, а саме опалення та забезпечення гарячою водою, і призначений для автоматичного управління великою кількістю розміщених переважно в сільських населених пунктах невеликих за потужністю систем опалення та гарячого водопостачання, що генерують тепло за рахунок споживання електроенергії, переважно в період провалу навантаження в енергосистемі. Відомий спосіб управління споживачамирегуляторами, до яких відносяться і системи енергоакумулюючого електроопалення та гарячого водопостачання, який полягає у визначенні диспетчером прогнозного значення загальної потужності навантаження, порівнянні його з оптимальним та наступним за ним включенням чи відключенням споживачів-регуляторів вибраної диспетчером потужності для досягнення оптимальної потужності навантаження в енергосистемі [А.В. Праховник. Автоматизация управления электропотреблением. Киев, Изд-во при КГУ, издательское объединение "Вища школа", 1986г.]. Недоліками цього способу є управління з диспетчерського пункту. Якщо воно ручне, то при цьому знижується якість регулювання за рахунок затримки регулюючої дії відносно сигналу неузгодженості. Якщо воно автоматичне, то при цьому збільшується вартість апаратури регулювання. В будь-якому випадку різко збільшується вартість систем передачі інформації від кожного споживача-регулятора до центрального диспетчерського пункту та її обробки перед прийняттям рішення, особливо, якщо споживачів-регуляторів багато і вони розміщені на великій території на значних відстанях один від одного. Найбільш близьким по технічній суті та кількості співпадаючих ознак є обраний у якості прототипу відомий з [опису до патенту на винахід UA №32722, М. кл. F24D11/04, опубл. 15.04.2002р.], спосіб теплозабезпечення приміщень, який полягає в споживанні електроенергії в період провалу навантаження в електромережі з перетворенням її в тепло, акумулюванням цього тепла в матеріалі теплоакумулятора та наступним використанням для теплозабезпечення, при цьому кількість спожитої електроенергії визначається часом спожи вання електроенергії нагрівачами, який, в свою чергу, визначається усередненою температурою повітря зовні споруди. Наявність в цьому способі автономного управління енергоспоживанням забезпечує простоту та дешевизну його реалізації, але недоліком способу є те, що при наявності великої кількості незалежних систем опалення невеликої потужності всі вони одночасно підключаться до електромережі з настанням нормативного часу провалу навантаження. При цьому нарощування потужності генеруючої частини енергосистеми може не встигнути за наростанням потужності споживання і в енергосистемі створиться аварійна ситуація. Іншим недоліком способу є те, що зарядка теплових акумуляторів енергією при відносно невеликому теплоспоживанні закінчується задовго до закінчення періоду провалу навантаження. При цьому споживання енергії може припинитись навіть в момент найбільшого провалу енергоспоживання в енергосистемі. Якщо такими споживачами являється велика кількість систем опалення, енергоспоживання яких визначається погодними умовами, спільними для території їх розміщення, можливе різке зниження навантаження в енергосистемі в час провалу, що приведе до дестабілізації роботи енергосистеми та стане причиною різкого зменшення потужності енергогенерації. В таких умовах роботи різко зростають питомі витрати палива на генерацію електроенергії, і тому наявність таких навантажень-регуляторів не підвищує енергоефективності енергосистеми. В основу винаходу поставлено задачу створення таких режимів енергоспоживання електроенергії великою кількістю невеликих систем теплопостачання, які, забезпечуючи теплом споживачів з урахуванням мінливих потреб, одночасно забезпечили б навантаження для електромережі в режимі, найбільш оптимальному по споживанню палива для генерації електроенергії. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі теплозабезпечення приміщень, який полягає в споживанні електроенергії, переважно в період провалу навантаження в електромережі, з перетворенням її в тепло, акумулюванням цього тепла в матеріалі теплоакумулятора та наступним використанням для теплозабезпечення, споживання електроенергії на початку тарифного 5 76004 6 періоду в енергосистемі проводять з затримкою го повітря для визначення максимальної розрахувідносно часу його початку, тривалість якої визнанкової потужності тепловтрат споруди; чається за законом випадкових чисел. Pспор - максимальна розрахункова потужМожливий варіант способу, коли завершення ність тепловтрат споруди; споживання електроенергії при закінченні тарифPсист - потужність системи акумулюючого ного періоду проводять з випереджуючим відключенням відносно часу завершення періоду, при електроопалення споруди. цьому тривалість випередження визначається за Можливий варіант цього способу, коли визназаконом випадкових чисел. чають першу похідну середньоциклової темпераМожливий варіант способу, коли тривалість тури зовнішнього повітря, при цьому у випадку її затримки та випередження за законом випадкових зменшення відносно нуля тривалість затримки чисел, вираховується за формулою: пропорційно зменшують, а при збільшенні відносно нуля - пропорційно збільшують. 1 P (1), Можливий варіант способу, коли при зниженні t RPср t середньодобової температури повітря зовні споруди нижче нуля - мінус чотирьох градусів Цельсія де: R - випадкове число в інтервалі між нулем в тривалість зони провалу включають прилеглі до та одиницею; неї зони напівпікового навантаження в енергосисPср - сукупна потужність систем теплозабезтемі, розміщені між зоною провалу та найближчипечення, підключених до електромережі; ми зонами пікового навантаження. P Відносно системи для реалізації способу, пос- швидкість зміни величини навантатавлена задача розв'язується тим, що у відомому t пристрої, що складається з блоку управління, до ження на електромережу відповідно при початку входів якого підключені датчики температури та чи завершенні періоду навантаження. часу, а до виходу - вхід управління силовим контаМожливий варіант способу, коли перед початктором системи, у складі блоку управління є генеком споживання електроенергії вимірюють температор випадкових чисел. ратуру всередині теплоакумулятора, а тривалість Запропоноване технічне рішення підвищує затримки вираховують за формулою: енергоефективність системи, що складається з пот генераторів електроенергії та її споживачів за раt R tпров t0 max (2), хунок створення більш плавного графіка навантаmax 0 ження, завдяки чому зменшуються витрати палива де: R - випадкове число в інтервалі між нулем на генерацію електроенергії в перехідних режимах та одиницею; роботи електростанцій. tпров - тривалість часу провалу навантаженМіж сукупністю суттєвих ознак і технічним реня в енергосистемі; зультатом, що досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок, зумовлений системним ефекt 0 - тривалість зарядки теплового акумулятотом, що створюється за рахунок взаємодії великої ра від мінімальної внутрішньої температури 0 до кількості невеликих споживачів-регуляторів навантаження з енергосистемою за постійно діючим максимальної max алгоритмом - законом випадкових чисел, який випот - поточна температура всередині теплоключає вплив фактора часу на зміни навантаженвого акумулятора перед початком тарифного періня в енергосистемі на початку тарифних зон та оду в енергосистемі. вплив фактора погоди на зміни навантаження в Можливий варіант способу, коли теплову енеенергосистемі всередині тарифних зон. ргію використовують для опалення приміщень, Спосіб, що заявляється, а також система для циклічно акумулюючи її безпосередньо в елеменйого реалізації пояснюються кресленням. тах споруди, при цьому вимірюють середню темНа кресленні схематично показана система пературу зовнішнього повітря за період опалення, опалення споруди. а тривалість затримки вираховують за формулою: Система опалення споруди складається з блоку управління 1, до входів якого підключені датчиPспор 1 2 t R tпров tцикл (3), ки температури 2 та часу 3, а до виходу - вхід Pсист 1 розр управління силовим контактором 4 системи, включеним між електромережею 5 та теплоакумулююде: R - випадкове число в інтервалі між нулем чими електронагрівачами 6. У складі блоку управта одиницею; ління є генератор 7 випадкових чисел. В якості tпров - тривалість провалу навантаження в теплоакумулюючих нагрівачів можуть бути викоенергосистемі; ристані водонагрівачі відомих конструкцій, оснаtцикл - тривалість циклу опалення; щені функцією акумуляції та збереження тепла, або ж нагрівальні кабелі, розміщені в елементах - середня задана температура всередині 1 будівельних конструкцій приміщення, наприклад приміщення; стін. Можливі інші варіанти реалізації теплоакумуляції. 2 - середня температура зовнішнього повітСпосіб опалення приміщень полягає в тому, ря на протязі попереднього циклу опалення; що на початку провалу навантаження в електро- розрахункова температура зовнішньорозр мережі блок управління 1, отримавши сигнали з 7 76004 8 датчиків температури 2 та часу 3, виробляє для енергосистему. контактора 4 сигнал на підключення теплоакумуЯкщо теплову енергію, вироблену в час пролюючих нагрівачів 6 до електромережі 5. При цьовалу, використовують для опалення приміщення, му сигнал з блоку управління 1 на контактор 4 поциклічно акумулюючи її в елементах споруди, надається з затримкою, що визначається за законом приклад, в стінах, і при цьому відсутня можливість випадкових чисел, які генеруються генератором 7. визначення величини розрядки теплового акумуКонтактор 4 спрацьовує, з мережі 5 нагрівачами 6 лятора, то є доцільним вимірювати середню темспоживається електроенергія, яка акумулюється у пературу зовнішнього повітря за період попередвигляді тепла. нього циклу опалення (доби), а величину затримки Якщо до електромережі підключено багато тавираховувати за формулою 3. При цьому визнаких систем теплозабезпечення, то навантаження чаються тепловтрати споруди протягом останньона електромережу буде наростати плавно за раго циклу опалення та вираховується тривалість хунок затримки включення кожної з систем на свій споживання електроенергії системою опалення випадковий проміжок часу. Відключення систем для відновлення теплового балансу споруди, як після зарядки акумуляторів буде проходити, як акумулятора енергії. Різниця між тривалістю часу правило, в різний час, який визначатиметься багапровалу навантаження та тривалістю споживання тьма факторами, індивідуальними для кожної сисенергії приймається, як максимальна тривалість теми, і тому розвантаження теж буде плавним, не затримки включення, протягом якої реальне вклюзалповим. чення проходить по закону випадкових чисел. При збільшенні теплоспоживання, наприклад, Оскільки погодні умови за цикл опалення (добу) у випадку похолодання, теплоакумулятори будуть зміняться, виключення системи буде проведене за заряджатись протягом всього періоду провалу сигналом датчиків температури всередині спорунавантаження. Тому по закінченні цього періоду ди. В такий спосіб також досягається найбільша можливе різке розвантаження енергосистеми зі вірогідність роботи системи енергоакумулюючого створенням аварійної ситуації. Для попередження опалення всередині періоду провалу навантатакого розвантаження, теплоакумулятори, зарядка ження. яких продовжується до кінця періоду провалу, поВідхилення найбільшої вірогідності роботи сивинні бути відключені від електромережі з виперестеми енергоакумулюючого опалення від середидженням відносно часу його закінчення, величина ни провалу визначаються зміною погоди. При поякого визначається за законом випадкових чисел. теплінні датчики внутрішньої температури Це забезпечить плавне розвантаження електроспрацюють на відключення споживання електроемережі в кінці часу провалу навантаження. нергії раніше, при похолоданні - пізніше. Цю похиВідсутність короткочасного зростання наванбку можна зменшити, вимірюючи першу похідну таження на електромережу при вході її в режим середньоциклової температури зовнішнього повітпровалу навантаження, а також відсутність коротря. При її зменшенні відносно нуля величину закочасного спаду навантаження при виході електтримки пропорційно зменшують, а при збільшенні ромережі з провалу буде забезпечена у випадку відносно нуля - величину затримки пропорційно встановлення величини інтервалу часу за формузбільшують. Пропорційність визначається енергелою 1 з урахуванням швидкості зміни навантажентичними характеристиками споруди. Це призвоня в енергомережі, яка є параметром енергомередить до того, що відносно середини провалу наважі і може бути прийнятою, як стала величина. нтаження час спрацьовування датчиків Для запобігання розвантаженню електрометемператури всередині приміщення стає більш режі всередині періоду провалу в результаті масосиметричним часу включення системи опалення вого завершення зарядки теплових енергоакумуна споживання електроенергії. ляторів, у випадку, коли перед початком періоду При цьому способі до країв провалу також відспоживання електроенергії можливо визначити буватиметься плавне зменшення величини вірогівеличину розрядки теплового акумулятора, напридності споживання електроенергії, а значить, і суклад, значення температури води в бакукупної потужності її споживання великою кількістю теплоакумуляторі, тривалість затримки вираховуневеликих споживачів. Це також забезпечуватиме ють за формулою 2. При цьому визначається трибільш ефективне вирівнювання навантаження на валість споживання енергії системою опалення, енергосистему. різниця між тривалістю часу провалу навантаженЯкщо електроенергії, спожитої в період прованя та тривалістю споживання енергії приймається, лу навантаження не вистачає для нормального як максимальна тривалість затримки включення, теплозабезпечення споруди, наприклад, під час протягом якої реальне включення проходить по значних похолодань, при розрахунках протяжності закону випадкових чисел. Так забезпечується найзатримки в час провалу включають прилеглі до більша вірогідність роботи енергоакумулюючого нього зони напівпікового навантаження. Враховунагрівача всередині провалу навантаження. Тобто ючи, що найчастішими середньодобовими темпетоді, коли величина навантаження найменша, поратурами опалювального сезону є температури, тужність систем опалення, підключених до електблизькі до нуля градусів Цельсія, а значні похолоромережі, буде найбільшою. До країв періоду продання трапляються відносно рідко, це дає можливалу відбуватиметься плавне зменшення вість опалити приміщення без великих капіталовквеличини вірогідності споживання електроенергії, ладень у створення потужної системи опалення, а також сукупної потужності споживання електроета з невеликими витратами на нечасті випадки нергії споживачами-регуляторами. Це забезпечить споживання обмеженої кількості електроенергії в більш ефективне вирівнювання навантаження на години напівпікового навантаження. 9 76004 10 Таким чином, використання запропонованого навантаження в час провалу та найменше з можспособу теплозабезпечення приміщень підвищує ливих навантажень в інші періоди роботи енергоенергетичну ефективність Об'єднаної енергосиссистеми. Крім того, це сприятиме поширенню в теми за рахунок створення з багатьох енергоакусільській місцевості екологічно чистого теплопомулюючих систем електроопалення та гарячого стачання за рахунок споживання поза пікової елеводопостачання сукупного регулятора навантактроенергії, і тим самим сприятиме розв'язанню ження, який, без втручання диспетчера та без перяду соціальних проблем сучасного українського редачі інформації на значні відстані, незалежно села. від часу та погодних умов, забезпечить найбільше Комп’ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601