BE1027173B1 - Method of controlling a power generation system, such power generation system, and compressor installation comprising such power generation system - Google Patents
Method of controlling a power generation system, such power generation system, and compressor installation comprising such power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- BE1027173B1 BE1027173B1 BE20195301A BE201905301A BE1027173B1 BE 1027173 B1 BE1027173 B1 BE 1027173B1 BE 20195301 A BE20195301 A BE 20195301A BE 201905301 A BE201905301 A BE 201905301A BE 1027173 B1 BE1027173 B1 BE 1027173B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- power
- working fluid
- power generation
- expansion
- optimal control
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Werkwijze voor het regelen van een systeem voor vermogensopwekking (8) dat gedefinieerd is door een set operationele parameters, waarbij het systeem (8) het volgende omvat: - een vloeistofpompsectie om een werkfluïdum onder druk te zetten; - een verdampersectie voor het verdampen van werkfluïdum; - een expansiesectie waarin vermogen wordt gegenereerd; - meetmiddelen (21) om het in de expansiesectie gegenereerde vermogen vast te stellen; en - een regelapparaat (22) om een dampfractie van het werkfluïdum dat de expansiesectie binnengaat te regelen gebaseerd op het met de meetmiddelen (21) vastgestelde vermogen, met als doel maximalisatie van het gegenereerde vermogen in de expansiesectie, met het kenmerk dat de dampfractie wordt geregeld door de waarden te variëren voor een subset van genoemde set operationele parameters middels een herhaald schakelen tussen een eerste en tweede set optimale regelalgoritmes, waarbij de eerste set één niet-deterministisch optimale regelalgoritme omvat, en waarbij de tweede set één deterministisch optimale regelalgoritme omvat.A method of controlling a power generation system (8) defined by a set of operational parameters, the system (8) comprising: - a fluid pump section for pressurizing a working fluid; - an evaporator section for evaporating working fluid; - an expansion section in which power is generated; - measuring means (21) for determining the power generated in the expansion section; and - a control device (22) to control a vapor fraction of the working fluid entering the expansion section based on the power determined by the measuring means (21), with the aim of maximizing the power generated in the expansion section, characterized in that the vapor fraction is controlled by varying the values for a subset of said set of operational parameters through repeated switching between a first and second set of optimal control algorithms, the first set comprising one non-deterministically optimal control algorithm, and the second set comprising one deterministically optimal control algorithm.
Description
Werkwijze voor het regelen van pel systeem voor | vermogensopwekking, dergelijk systeem voor 9 vermogensopwekking en compressorinatallatie omvattend | dergelijk systeem voor vermogensopwekking.Method of controlling peeling system for | power generation, comprising such power generation and compressor installation system | such power generation system.
9 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze { om Den systeem voor vermogensopwekking te regelen, 9 dergelijk systeem voor vermogensopwekking, en een compressorinstaliatie omvattend dergelijk systeem voor vermogensopwekking, Meer in het bijzonder heeft deze uitvinding betrekking op een werkwijze voor regeling van een systeem voor vermogensopwekking waarbij warmte van een warmtebron wordt omgezet in vermogen, de warmtebron zijnde bijvoorbeeld een samengeperst gas geproduceerd door een compressorinstallatie.The present invention relates to a method for controlling a power generation system, such a power generation system, and a compressor installation comprising such a power generation system. More particularly, this invention relates to a method for controlling a power generation system. power generation in which heat from a heat source is converted into power, the heat source being, for example, a compressed gas produced by a compressor installation.
Een systeem voor vermogensopwekking of vermogenskringloop voor omzetting van restwarmte in vermogen die is ontworpen voor het terugwinnen van restwarmte die vrijkomt bij, bijvoorbeeld, een compressor en om cencende restwarmte on te zetten in nuttige mechanische energie om, bijvoorbeeld, een generator aan te drijven om elektrisch vermogen op te wekken. Dergelijke systemen voor vermogensopwekking kunnen bestaan uit een warmtemotor of stoomturbinesysteem waarin een expansiemachine wordt gebruikt om vermogen op te wekken.A power generation or power cycle for converting waste heat to power designed to recover waste heat released from, for example, a compressor and to convert some residual heat into useful mechanical energy to power, for example, a generator to operate electrical generate power. Such power generation systems may consist of a heat engine or steam turbine system in which an expansion engine is used to generate power.
Verder zijn gesloten vermogenskringlopen voor omzetting van restwarmte in vermogen bekend en beschreven, zoals Fankine-Closed power circuits for converting residual heat into power are also known and described, such as Fankine-
cycli, EKalina-cycii, TFC-cycli (Trilateral Flash Cycle), | enz, 9 Set gebruik van een Rankine-cyclus, en in het bijzonder een 9 5 organische Kankine-cyclus (ORC), is met name bekend om het | terugwinnen van restenergie van een warmtebron met een 9 relatief lage temperatuur zoals de warmte van samengeperst gas dat is geproduceerd door een conpressorinstallatie.cycles, EKalina cycles, TFC cycles (Trilateral Flash Cycle), | etc, 9 Set using a Rankine cycle, and in particular a 9 5 Organic Kankin Cycle (ORC), is particularly known for | recovering residual energy from a heat source with a relatively low temperature such as the heat of compressed gas produced by a compressor installation.
Dergelijke bekende Rankine-cycli omvatten een gesloten xringloop met een twesïasig werkfluïdum, de cyclus verder omvattende een vineistofnompsectie voor circulatie van het werkfluidum in de kringicop gedurende een werkcyclus, achtereenvolgens door - een verdampersectie omvattende ten minste Één verdamper die in thermisch contact staat met de warmtebron om werkfiluidum te verdampen naar een gasvormige of damnpvormige fase; - een expansiesectie met ten minste éên expansiemachine voor het omzetten van de thermische energie die is overgebracht maar het in de verdampersectie geproduceerde gasvormige of dampvormige werkFluïdum in nuttice mechanische energie; en - gen condensorsectie met ten minste één condensor die in thermisch contact staat met een koelmiddel zoals water of omgevingslucht om gasvormig of dampvormic werkfluïidum uit de expansiesectie om te zetten in vloeistof die wordt teruggebracht naar de vloeistofpompsectie voor een volgende werkoyclus van het werkfluidum.Such known Rankine cycles include a closed loop with a two-axis working fluid, the cycle further comprising a vine fluid section for circulation of the working fluid in the circuit during a duty cycle, successively through an evaporator section comprising at least one evaporator in thermal contact with the heat source to evaporate working fluid to a gaseous or vaporous phase; an expansion section with at least one expansion machine for converting the thermal energy transferred but the gaseous or vapor working fluid produced in the evaporator section into useful mechanical energy; and - a condenser section with at least one condenser in thermal contact with a refrigerant such as water or ambient air to convert gaseous or vapor working fluid from the expansion section into liquid which is returned to the liquid pump section for another working cycle of the working fluid.
| In compressorinstallaties kan de vermcgenskringloop worden { gebruikt voor het kcelen van warme gassen die geproduceerd | zijn door compressie door deze warme gassen in contact te | prengen met de ten minste één verdamper van de verdampersectie : > van het systeem voor vermogensopwekking, zodanig dat warmte | uit deze warme gassen wordt overgebracht naar het werkfluïdum 9 van de vermogenskringloop, en tegelijkertijd voor het omzetten F van de warmte die op het werkfluidum wordt overgebracht in 9 nuttige mechanische energie in de ezpansiesectie. 9 10 # De restwarmte in samengeperste gassen van compressorinstallaties is beschikbaar op relatief hoge temperaturen, typisch van 150°C of hoger, Tegelijkertijd moet bij de koeling van deze samengeperste gassen in de verdampersectie de temperatuur van de samengeperste gassen naar een zeer laag niveau worden gereduceerd, typisch minder dan 10°C boven de temperatuur van het kcelmiddel.| In compressor installations, the power cycle can be used for the production of hot gases produced | can be contacted by compression by these hot gases with the at least one evaporator of the evaporator section:> of the power generation system, such that heat | from these hot gases is transferred to the working fluid 9 of the power circuit, and at the same time to convert F of the heat transferred to the working fluid into 9 useful mechanical energy in the ezpanie section. 9 10 # The residual heat in compressed gases from compressor installations is available at relatively high temperatures, typically of 150 ° C or higher.At the same time, when cooling these compressed gases in the evaporator section, the temperature of the compressed gases must be reduced to a very low level , typically less than 10 ° C above the temperature of the cell agent.
De bekende vermogenskringlopen voor omzetting van restwarmte in vermogen, die zijn ontworpen om te werken tussen de temperatuurniveaus van de warmtebron en het koelmiddel, hebben te maken met een prestatiedilemma doordat er moet worden gekozen tussen wee alternatieven.The known power circuits for conversion of waste heat to power, which are designed to operate between the temperature levels of the heat source and the coolant, face a performance dilemma in having to choose between two alternatives.
Ofwel gebruikt de vermogenskringloop alle beschikbare warmte die in de warmtebron aanwezig is, maar met een zeer Lage kringloopeffticiëntie, ofwel gebruikt de vermogenskringioon slechts een deel van de beschikbare warmte en wordt de warmtebron slechts deels gekoeld, maar met een relatief hoge efficiëntie, In dat laatste geval is een afzonderlijke koeler vereist om de juiste temperatuur van de warmtebron te bereiken, bijvoorbeeld een nakoeler | voor de samengeperste gassen die vrijkomen in een { compressorinstallatie die stroomafwaarts van de | verdampersectie van de vermogenskringloop is geplaatst. | 5 De bekende vermogenskringlopen zijn aangewend om geschikt 9 te zijn voor warmtebronnen zoals samengeperst: gas, waarbij | de moeilijkheid bestaat dat de temperatuur van het 9 samengeperste gas dat de verdampersectie binnengaat | 10 varieert in de tijd, wat betekent dat de beschikbare warmte 9 uit dit samengeperste gas ook in de tijd varieert, Len eerste benadering is om het samengeperste cas te koelen naar een vooraf gedefinieerde temperatuur met een koeimidoel, vaak water, om temperatuurvariaties te voorkomen van het samengeperste gas dat de verdampersectie van de vermogenskringlcop binnengaat, om vervolgens het samengeperste gas te koelen met het werkfluïdum van de vermogenskringloop in de verdanpersectie, om ten slotte het werkfiuïdum van de vermogenskringloop te koelen met het koelmiddel zoals koelwater of omgevingslucht.Either the power circuit uses all the available heat that is present in the heat source, but with a very Low circuit efficiency, or the power circuit uses only part of the available heat and the heat source is only partially cooled, but with a relatively high efficiency, In the latter case a separate cooler is required to reach the correct heat source temperature, for example an aftercooler | for the compressed gases released in a {compressor installation downstream of the | evaporator section of the power circuit. | The known power circuits are used to be suitable for heat sources such as compressed: gas, where | the difficulty exists that the temperature of the compressed gas entering the evaporator section | 10 varies with time, which means that the available heat 9 from this compressed gas also varies with time, The first approach is to cool the compressed cas to a predefined temperature with a cooling target, often water, to avoid temperature variations from the compressed gas entering the evaporator section of the power circuit, to then cool the compressed gas with the power circuit working fluid in the evaporator section, to finally cool the power circuit working fluid with the refrigerant such as cooling water or ambient air.
Met deze oplossing worden echter zeer grote thermodynamische verliezen geïntroduceerd vanwege warmteruitwisseling over grote temperatuurverschillen, wat leidt tot een zeer lage systeemefficiëntie, Bern tweede benadering is werken met vermogenskringlopen met verdamping op wisselende temperaturen, zoals Kalina-cycli en zeer kritische ORC's, Daarnaast is een ORC die werkt met zeotropische vloeistofmengsels als werkfluïdum een bekende benadering om de thermodynamische verliezen als gevolg vanHowever, with this solution, very large thermodynamic losses are introduced due to heat exchange over large temperature differences, leading to very low system efficiency, Bern's second approach is to work with power cycles with evaporation at varying temperatures, such as Kalina cycles and very critical ORCs, In addition, an ORC which works with zeotropic liquid mixtures as working fluid is a well-known approach to the thermodynamic losses due to
9 verdamping bij wisselende temperaturen te beperken.9 Limit evaporation at varying temperatures.
Deze | benadering leidt echter tot technisch compleze en zodoende | dure systemen, 9 5 Een derde benadering is werken met vermogenskringlopen die | uitgerust zijn met middelen om het gegenereerde vermogen in 9 de expansiesectie vast te stellen en een regelapparaat voor 9 ze regeling van de dampfractie van het werkfluïdum dat de 9 expansiesectie binnengaat, gebaseerd op het vermogen dat 9 10 wordt bepaald met de meetmiddelen, zodanig dat dit vastgestelde vermogen wordt geootimaliseerd, oftewel gemaximaliseerd.These | approach, however, leads to technical complexity and thus | expensive systems, 9 5 A third approach is to work with power cycles that | Be equipped with means to determine the power generated in 9 the expansion section and a control device for 9 regulation of the vapor fraction of the working fluid entering the 9 expansion section, based on the power determined by the measuring means, such that this determined power is optimized, or maximized.
Met "dampfractie” wordt de verhouding bedoeld tussen het massadebiet van gasvormig of dempvornig werkfiuïdum en het totale massadebiet van het werkfluidum,By "vapor fraction" is meant the ratio between the mass flow rate of gaseous or damping working fluid and the total mass flow rate of the working fluid,
WO 2017/0411145 beschrijft een ORC voor het omzetten van resiwarmte van een warmtebron in mechanische energie en een compressorinstallatie die gebruikmaakt van een dergeliike CRC waarin de dampfractie van het werkfluidum wordt geregeld met verschillende specifieke regelbare operationele parameters van de vermogenskringioop, zoals de stroomsnelheid van het werkiluidum door de vicoeistofponpsectie en/of de stroomsneiheid van het werkfiuïidum door de expansiemachine volgens een niet-deterministisch optimale regelalcoritme,WO 2017/0411145 describes an ORC for converting residual heat from a heat source into mechanical energy and a compressor installation using such a CRC in which the vapor fraction of the working fluid is controlled with various specific controllable operational parameters of the power circuit, such as the flow rate of the working fluid through the visco-fuel punch section and / or the flow rate of the working fluid through the expansion engine according to a non-deterministically optimal control algorithm,
Met "niet-deterministisch” wordt bedoeld dat de waarden van de specifieke regelbare operationele parameters zodanig worden gevarieerd dat het optimale regelalgoritme kan leiden tot verschillende sets van lokaal optimale waarden voor de specifieke regelbare operalionele parameters, waaronder de mechanische energie die wordt gegenereerd in de ezpansiesectie wordt gemaximaliseerd met bcerrekking Lot de mechanische 9 energie die wordt gegenereerd in de expansiesectie onder alie | overige sets van waarden voor de specifieke regelbare : operationele parameters in een infinitesimaal kleine omgeving 9 5 van de betreffende set van lokaal optimale waarden, 9 Een nadeel van het gebruik van deze niet-deterministische optimale regelalgoritmes is dat ze geneigd zijn om te blijven steken in een set van lokaal optimale waarden voor de specifieke regelbare operationele parameters, waaronder de mechanische energie die wordt gegenereerd in de expansiesectie van de vermogenskringliocp, niet globaal wordt gemaximaliseerd met betrekking tot de mechanische energie die wordt gegenereerd in de expansiesectie onder alie overige mogelijke cf bekende sets van waarden voor de specifieke regelbare operationele parameters.By "non-deterministic" it is meant that the values of the specific controllable operational parameters are varied such that the optimal control algorithm can result in different sets of locally optimal values for the specific controllable operational parameters, including the mechanical energy generated in the ezpanie section. is maximized with bcerrek Lot the mechanical energy 9 generated in the expansion section under all | other sets of values for the specific controllable: operational parameters in an infinitesimal small environment 9 5 of the respective set of locally optimal values, 9 A disadvantage of the use of these non-deterministic optimal control algorithms is that they tend to get stuck in a set of locally optimal values for the specific controllable operational parameters, including the mechanical energy generated in the expansion section of the power loop circuit, not becoming global maximized with respect to the mechanical energy generated in the expansion section among all other possible cf known sets of values for the specific controllable operational parameters.
WO 2011/106174 beschrijit sen regelsysteem voor warmieterugwininstaliaties inclusief een programmeerbare regelaar die geconfigureerd is om recelsignalen te genereren om specifieke regelbare coeralionele parameters te variëren van een warmteterugwininstallatie op basis van organische Rankine-cycli, waaronder regelsignalen voor de sneiheid van expansiemachine en pomp, in reactie cp een algoritmische optimalisatiescilware voor sen substantiële mazimalisatie van een vermogen of efficiëntie van de warmteterugwininstaliatie op stelpunten buiten het ontwerp, zoals tijdens niet-overeenkomende tenpersatuurniveaus van externe warmtebronnen, tijdens veranderende warmtebelastingen afkomstig van de warmtebronnen, en tijdens veranderende onmngevingsonstancdigheden en werkfluidumeigenschappen, De algoritmische software is een 9 deterministisch regelalgoritme, zoals onder andere eon | extremumzoexend algoritme, een reinforcement-learning code 9 of een neuraal netwerk.WO 2011/106174 describes a control system for heat recovery installations including a programmable controller configured to generate feedback signals to vary specific controllable coeralional parameters of a heat recovery installation based on organic Rankine cycles, including control signals for the speed of expansion engine and pump, in response cp an algorithmic optimization cylinder for a substantial mazimization of a capacity or efficiency of the heat recovery installation at setpoints outside the design, such as during mismatched temperature levels of external heat sources, during changing heat loads from the heat sources, and during changing ambient inconstancies and operating fluid properties, is a 9 deterministic control algorithm, such as eon | extremumzoexend algorithm, a reinforcement-learning code 9 or a neural network.
9 Met ”deterministisch” wordt bedoeld dat de waarden van de 9 specifieke regelbare operationele parameters zodanig worden { gevarieerd dat het optimale regelalgoritme leidt tot een set # globaal optimale waarden voor de specifieke regelbare operationele parameters, waaronder de in de expansiesectie gegenereerde mechanische energie wordt gemaximaliseerd met betrekking tot de mechanische energie die wordt gegenereerd in de expansiesectie onder alle overige mogelijke cf bekende sets van waarden voor de specifieke regelbare operationele parameters, Eer nadeel van het gebruik van deterministische optimale regelaigoritmes is dat ze de specifieke regelbare operationele parameters van de vermogenskringloop kunnen instellen op een suboptimale set van waarden, aangezien een waarde niet altijd onmiddellijk bekend is voor iedere cperalioneie parameter van de vermogenskringloop. Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een 23 oplossing voor één of meer van de bovengenoemde en/of overige nadelen. Voor dat doel heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het regelen van een systeem voor vermogensopwekking, genoemd systeem voor vermogensopwekking gedefinieerd aan de9 “Deterministic” means that the values of the 9 specific controllable operational parameters are {varied so that the optimal control algorithm results in a set # of globally optimal values for the specific controllable operational parameters, below which the mechanical energy generated in the expansion section is maximized with respect to the mechanical energy generated in the expansion section among all other possible cf known sets of values for the specific controllable operating parameters, a drawback of using deterministic optimal control rhythms is that they can set the specific controllable operational parameters of the power cycle on a suboptimal set of values, since a value is not always immediately known for every thermal parameter of the power cycle. The object of the invention is to provide a solution for one or more of the above and / or other drawbacks. For that purpose, the invention relates to a method for controlling a power generation system, said power generation system defined at the
; 8 ; hand van een set van operationele parameters, waarbij het î systeem voor vermogensopwekking het volgende omvat: | - een vioeistoipompsectie omvattende Len minste één | vloeistofpomp die is geconfigureerd om een werkfluidum onder : 3 druk te zetten; $ - een verdampersectie omvattende ten minste één 9 verdamper die is geconfigureerd voor het ten minste deels 9 verdampen van werkfluidum dat onder druk is gezet in de vioeistoipompsectie door de toevoer van warmte;; 8; using a set of operational parameters, the power generation system comprising: | - a fluid nozzle section comprising at least one | fluid pump configured to pressurize a working fluid: 3; $ - an evaporator section comprising at least one evaporator configured to at least partially evaporate working fluid pressurized in the fluid pump section by the application of heat;
- een expansiesectie omvattende ten minste één expansiemachine die is geconfigureerd om het ten minste deels verdampte werkflu{dum te expanderen om mechanische energie ze genereren; en in welke expansiesectie vermogen wordt gegenereerd:an expansion section comprising at least one expansion machine configured to expand the at least partially evaporated working fluid to generate mechanical energy; and in which expansion section power is generated:
- meetmiddelen die zijn geconfigureerd om het in de expansiesectie gegenereerde vermogen vast te stellen; en- measuring means configured to determine the power generated in the expansion section; and
- een regelapparaat dat is geconfigureerd om een dampfractie van het werkfluïidum dat de expansiesectie binnengaat te regelen gebaseerd op het met de meetmiddelen vastgestelde vermogen, met als doel maximalisatie van het vegenereerde vermogen in de expansiesectie,- a control device configured to control a vapor fraction of the working fluid entering the expansion section based on the power determined by the measuring means, with the aim of maximizing the power generated in the expansion section,
met het kenmerk dat de gencemde dampfractie wordt geregeld door de waarden Le variëren voor een subset van genoemde set operationele parameters middels een herhaald schakelen tussen een eerste en tweede set van optimale recelalgoritmes,characterized in that the stated vapor fraction is controlled by varying the values Le for a subset of said set of operational parameters by repeated switching between a first and second set of optimal recel algorithms,
waarbij de eerste set optimale recelalgoritmes ten minste één niet-deterministisch optimale regelalgoritme omvat, en waarbij de tweede set optimale regelalgoritmes ten minste één deterministisch optimale regelalgoritme onvat.wherein the first set of optimal recel algorithms includes at least one non-deterministically optimal control algorithm, and wherein the second set of optimal control algorithms includes at least one deterministically optimal control algorithm.
Len voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat î een set giobaal optimale waarden voor de specifieke 9 regelbare operationele parameters om het gegenereerds : vermogen in de expansiesectie te maximaliseren kan worden 9 3 bereikt, zonder dat de waarden voor de bovengenoemde subset F van operationele parameters zijn ingesteld cp suboptimale 9 niveaus, in een Le prefereren uitvoeringsvorm van de uitvinding, 19 omvat de expansliesectie sen vermogensgenerator die geconfigureerd is om de door de Len minste Gen expansiemachine gegenereerde mechanische energie om te zetten in vermogen.An advantage of the method according to the invention is that a set of optimal values for the specific 9 controllable operational parameters to maximize the power generated in the expansion section can be achieved, without affecting the values for the above subset F of operational parameters. parameters are set at suboptimal 9 levels, in a preferred embodiment of the invention, 19 the expansion loss section comprises a power generator configured to convert the mechanical energy generated by the least Gen expansion engine into power.
Op deze manier kan de in de expansiesectie gegenereerde mechanische energie worden omgezet in iedere nuttige vorm van vermogen, zoals elektrisch vermogen, De dampfractie van het werkfluidum dat de ezpansiesectie binnengaat wordt geregeld met als doel om deze nuttige vorm van vermogen te maximaliseren, Bij voorkeur bestaat de bovengenoemde subset van operationele parameters Uit een stroomsnelheid van werkfiuïidum door de ten minste een vioeistofpomp en/of een stroomsnelheid van het werkfluidum door ten minste één excansiemachine.In this way, the mechanical energy generated in the expansion section can be converted into any useful form of power, such as electrical power. The vapor fraction of the working fluid entering the expansion section is controlled with the aim of maximizing this useful form of power. the aforementioned subset of operational parameters from a flow rate of working fluid through the at least one fluid pump and / or a flow rate of the working fluid through at least one excision machine.
De stroomsnelheid van het werkfluïdum door de ten minste één vioeistofpomp en/of de ten minste één ezpansiemachine kan op een gemakkelijke en eenvoudige manier worden geregeld door een wvlceistofpomp respectievelijk expansiemachine te verschaffen met sen variabele capaciteit.The flow rate of the working fluid through the at least one liquid pump and / or the at least one expansion machine can be easily and simply controlled by providing a fluid pump or expansion machine, respectively, with a variable capacity.
9 Volgens eer te crefereren vitvoeringsvorm van de uitvinding, cmvat de eerste set optimale regelalgoritmes | ten minste twee niet-deterministische optimale regelalgoritmes. €, 9 Dit verschaft het regelapparaat meer flexibiliteit en/of F mogelijkheden om zo snel mogelijk de set clobaal optimale 9 waarden te cereiken voor de scecifieke regelbare 9 operaticnele parameters. 19 De dampfractie van het werkfluidum dat de expansiesectie binnengaat, kan worden geregeld door ofwel simultane toepassing van ofwel door herhaald wisselen tussen de ten minste iwee niet-deterministische optimale regelalgoritmes.In accordance with an embodiment of the invention to be created, the first set of optimal control algorithms comprises at least two non-deterministic optimal control algorithms. 9 This provides the control device with more flexibility and / or possibilities to obtain the set of globally optimal 9 values for the specific controllable 9 operational parameters as quickly as possible. The vapor fraction of the working fluid entering the expansion section can be controlled by either applying simultaneously or repeatedly switching between the at least two non-deterministic optimal control algorithms.
in geval van herhaald wisselen tussen de ten minste twee niet-deterministische optimale regelalgoritmes, vindt dit herhaald wisseien tussen niet-deterministische optimale regelalgoritmes bij voorkeur frequenter plaats dan het herhaald schakelen tussen de eerste set optimale regelaigoritmes en de tweede set optimale regelaigoritmes. Het herhaald schakelen tussen de eerste on tweede set optimale regelaigoritmes vindt bij voorkeur minder frequent plaats dan het herhaald wisselen tussen de niet- deterministische optimale regelalgoritmes in de eerste set optimale regelaigoritmes, om het systeem VOOr vermogensogwekking in staat te stellen snel te kunnen schakelen van een suboptimaal regime verkregen door middel van het ten minste éen deterministisch optimale regelalgoritme uit de tweede set optimale recelalgoritmesin the case of repeated switching between the at least two non-deterministic optimal control algorithms, this repeated switching between non-deterministic optimal control algorithms preferably occurs more frequently than the repeated switching between the first set of optimal control rhythms and the second set of optimal control rhythms. The repeated switching between the first and second set of optimal control rhythms is preferably less frequent than the repeated switching between the non-deterministic optimal control algorithms in the first set of optimal control rhythms, in order to enable the power generation system to switch quickly from a power source. suboptimal regimen obtained by means of the at least one deterministically optimal control algorithm from the second set of optimal recel algorithms
9 il | wanneer niet alle operationele omstandigheden van de compressorinstallatie bekend zijn, naar een optimaal | operationeel regime verkregen door middel van de niet- | deterministische optimale regelalgoriimes uit de eerste set # 5 optimale regelalgoritmes. 9 Bij voorkeur omvat een eerste van de ten minste twee niet- 9 deterministische optimale regelalgoritmes het variëren van een # stroomsneiheid van het werkflutdum door de ten minste één vloeistofpomp, terwijl een tweede van de ten minste twee niet- deterministische optimale regelalgoritmes het variëren van een stroomsnelheid van het werkfluïdum door de ten minste één expansiemachine cmvat,9 il | if not all operational conditions of the compressor installation are known, to an optimal | operational regime obtained through the non-| deterministic optimal control algorithms from the first set of # 5 optimal control algorithms. Preferably, a first of the at least two non-deterministic optimal control algorithms comprises varying a # flow rate of the workflutdum through the at least one fluid pump, while a second of the at least two non-deterministic optimal control algorithms comprises varying a # flow rate of the working fluid through the at least one expansion engine vessel,
Nogmaals, de stroomsnelheid van het werkfluidum door de ten minste één vioceistofpomp en/of de Len minste één expansiemachine kan op een gemakkelijke en eenvoudige manier worden geregeld door een viceistofpomp respectievelijk expansiemachine te verschaffen met sen variabele capaciteit.Again, the flow rate of the working fluid through the at least one fluid pump and / or the at least one expansion machine can be controlled in an easy and simple way by providing a vice pump or expansion machine, respectively, of variable capacity.
De mogelijkheid om een afzonderlijk en/of specifiek geschikt niet-deterministisch optimale regelalgoritme toe Le passen om elk van deze stroomsnelheden van het werkfluïdum te regelen, verschait een zekere mate van fiexibiliteit voor de regeling van het systeem voor vermogensopwekking, zodanig dat deze regeling zo snel mogelijk kan convergeren naar de set giobaal optimale waarden voor de specilfieke regelbare operationele parameters,The ability to apply a separate and / or specifically appropriate nondeterministically optimal control algorithm Le to control each of these working fluid flow rates provides some degree of flexibility for the control of the power generation system such that this control is so fast. possibly converge to the set of giobal optimal values for the specific controllable operational parameters,
in een te prefereren Uitvoeringsvorm van de uitvinding, is het ten minste één deterministisch cotimale regelalgoritme gebaseerd cop een database; gencemde database omvat sets van | waarden voor de set operationele parameters en gepaard met : elkeen van deze sets van waarden het vastgestelde vermogen | onder deze ene set van waarden. 9 Een datasetinvoer in de database, die sen waarde onval voor 9 elk van de operationele parameters en daarbij gevaard gaande waarde voor het vastgesteide vermogen in de expansiesectie, kan worden gebruikt als Lrainingsdataset voor het deterministische optimale regelalgoritme.in a preferred Embodiment of the invention, the at least one deterministic cotimal control algorithm is based on a database; Cited database includes sets of | values for the set of operational parameters and paired with: each one of these sets of values the determined power | under this one set of values. 9 A dataset entry in the database, containing a value for each of the operational parameters and associated value for the determined power in the expansion section, can be used as a training dataset for the deterministic optimal control algorithm.
Op basis van de trainingsdatasets, kan het deterministische optimale regelalgoritme snelier en systematischer convergeren naar de get giobaal optimale waarden voor de subset van gencemde set operationeie parameters om het gegenereerde vermogen in de expansiesectie Le maximaliseren, Nog meer te prefereren is dat de database is gebaseerd on data gegenereerd door ser instaliatie voor vermogensopwekking die in wezen identiek is aan genoemd Systeem voor vermogensopwekking, en/oï dat de database een dynamische structuur heeft, Cp die manier hoeft de database voor het deterministische optimale regelalgoritme van een nieuw systeem voor vermogensopwekking niet helemaal vanaf het begin te worden opuebouwd.Based on the training data sets, the deterministic optimal control algorithm can converge more quickly and systematically to the get giobal optimal values for the subset of the specified set of operational parameters to maximize the power generated in the expansion section Le, Even more preferred is that the database is based on data generated by a power generation installation that is essentially identical to said Power Generation System, and that the database has a dynamic structure, in that way the database does not have to completely start from the deterministic optimal control algorithm of a new power generation system. begin to be rebuilt.
Daarnaast kan het systeem VOOr vermogensopwekking door middel van veer-learning van de in wezen identieke installatie VOOr vermogensopvekking getraind worden om nauwkeuriger en sneller te convergeren naar de set glcbaal optimale wasrden voor de subset van à BE2019/5301 13 | genoemde set operationele parameters om de gegenereerde energie in de expansiesectie te maximaliseren, 9 in geval de database een dynamische structuur heeft, kan de 9 & database worden uitgebreid met nieuws nuttige datasets 9 tijdens het bedrijf van het systeem voor vermogensopwekking, | en kunnen de betreffende datasets in de toekomst worden gebruikt als trainingsdacaset voor het systeem voor vermogensopwekking.In addition, the power generation system can be trained by spring learning from the essentially identical power generation plant to more accurately and quickly converge to the set of optimal waxes for the subset of BE2019 / 5301 13 | said set of operational parameters to maximize the energy generated in the expansion section, 9 in case the database has a dynamic structure, the 9 & database can be expanded with news useful data sets 9 during the operation of the power generation system, | and the respective datasets can be used in the future as a training dacaset for the power generation system.
Op deze manier wordt het regelen van het systeem voor vermogensopwekking door middel van het deterministisch optimale regelalgoritme sneller en nauwkeuriger in de loop der tijd.In this way, controlling the power generation system through the deterministically optimal control algorithm becomes faster and more accurate over time.
Bij voorkeur is het ten minste één deterministische cotimale 15 regelaigoritme gebsseerd op voorspelde waarden voor het in de expansiesectie gegenereerde vermogen, waarbij deze voorspelde waarden worden verschaft door een simulatie van het systeem voor vermogenscpwekking op basis van een wiskundig model van het systeen voor vermogensopwekking, en beschrijft het betreffende wiskundig model het gegenereerde vermogen in de expansiesectie als functie van de dampfractie van het werkfluïdum dat de expansieseotie binnengaat, Toepassing van het wiskundig model kan de ncodzaak beperken of zelfs wegnemen van trainingsdata voor de database waarop het deterministisch optimale regelalgoritme is cebaseerd.Preferably, the at least one deterministic co-ordinate control rhythm is based on predicted values for the power generated in the expansion section, these predicted values being provided by a simulation of the power generation system based on a mathematical model of the power generation system, and the mathematical model in question describes the power generated in the expansion section as a function of the vapor fraction of the working fluid entering the expansion sensation. Application of the mathematical model can limit or even eliminate training data for the database on which the deterministically optimal control algorithm is based.
Anders kan de toepassing van het wiskundig model de convergentie syetematiseren en versnellen van het ten minste één deterministisch optimale regelalgoritme naar de set globaal optimale waarden voor de specifieke regelbareOtherwise, the application of the mathematical model can systematize and accelerate the convergence from the at least one deterministically optimal control algorithm to the set of globally optimal values for the specific controllable
| 14 operationele parameters om het in de ezpansiesectie 9 gegencreerde vermogen te maximaliseren, : in een te prefereren uitvoeringsvorm van de uitvinding ligt F 5 de dampfractie van het werkfluidum dat de ezpansiesectie 9 binnengaat tussen 0,1 en 1,0, bij voorkeur Lussen 0,4 en 9 1,0, en nog liever tussen 0,6 en 1,0,| 14 operational parameters to maximize the power generated in the ez span section 9,: in a preferred embodiment of the invention, F 5 the vapor fraction of the working fluid entering the ez span section 9 is between 0.1 and 1.0, preferably Loops 0, 4 and 9 1.0, and more preferably between 0.6 and 1.0,
De uitvinding heeft tevens betrekking cp een systeem voor vermogensopwekking gedefinieerd aan de hand van een set van operationele parameters, genoemd systeem VOOr vermogensopwekking omvattende:The invention also relates to a power generation system defined by a set of operational parameters, said power generation system comprising:
- een vloeistofpompsectie omvattende ten minste één vioeistofpomp die is geconfigureerd om een werkfluïidum onder druk te zetten:a fluid pump section including at least one fluid pump configured to pressurize a working fluid:
- een verdampersectie omvattende ten minste één verdamper die is geconfigureerd voor het ten minste deels verdampen van het werkfluidum dat onder druk is gezet in de vioeistofpompsectie door de toevoer van warmte;- an evaporator section comprising at least one evaporator configured to at least partially evaporate the working fluid pressurized in the fluid pump section by the application of heat;
- een expansiesectie omvattende ten minste één expansiemachine die is geconfigureerd om het ten minste deels verdampte werkfluidum te expanderen om mechanische energie te genereren; en waarbij de betreffende expansiesectie is geconfigureerd voor het genereren van vermogen;- an expansion section including at least one expansion machine configured to expand the at least partially evaporated working fluid to generate mechanical energy; and wherein the particular expansion section is configured to generate power;
- meetmiddelen die zijn geconfigureerd om het in de expansiesectie gegenereerde vermogen vast te stellen; en- measuring means configured to determine the power generated in the expansion section; and
- een regelapparaat dat is veconfigureerd om een danpfractie van het werkfluidum dat de expansiesectie binnengaat te regelen gebaseerd op het met de meetmiddelena control device configured to control a thenp fraction of the working fluid entering the expansion section based on the measurement with the measuring means
{ BE2019/5301{BE2019 / 5301
# vastgesteide vermogen, met als doel maximalisatie van het { gegenereerde vermogen in de expansiesectie, | met het kenmerk dat het regelapparaat is 9 geconfigureerd om genoemde dampfractie te regelen door de | 3 waarden te variëren voor een subset van genoemde set | operationele parameters middels een herhaald schakelen 9 tussen een eerste en tweede set optimale recelalgoritmes, : waarbij de eerste set optimale regelalgoritmes ten 9 minste éên niet-deterministisch optimale regelalgoritme 9 10 omvat, en waarbij de tweede set optimale regelalgoritmes ten minste één deterministisch optimale regelalgoritme omvat, Verder heeft de uitvinding betrekking op ser compressorinstalliatie omvattende ten minste éên 15 compressorerlement voor het samenpersen van een gas of damp en een koeler voor het koelen van het samengeperste gas of de samengeperste damp, met het kenmerk gat de compressorinstallatie een systeem voor vermogensopwekking omvat volgens de uitvinding, waarbij de bovengenoemde koeler is geïntegreerd in een warmtewisselaar waarin tevens ten minste éên verdamper is geïntegreerd van de verdampersectie van het systeem voor vermogensopwekking voor warmteoverdracht van het samengeperste gas of de samengeperste damp naar het werkiluidum,# fixed power, with the aim of maximizing the {power generated in the expansion section, | characterized in that the control device is configured to control said vapor fraction by the | 3 values to vary for a subset of said set | operational parameters by means of a repeated switching 9 between a first and second set of optimal recel algorithms, wherein the first set of optimal control algorithms comprises at least one non-deterministically optimal control algorithm 9 10, and wherein the second set of optimal control algorithms comprises at least one deterministically optimal control algorithm Furthermore, the invention relates to a compressor installation comprising at least one compressor element for compressing a gas or vapor and a cooler for cooling the compressed gas or the compressed vapor, characterized in that the compressor installation comprises a power generation system according to the invention, wherein the above condenser is integrated into a heat exchanger that also integrates at least one evaporator of the evaporator section of the power generation system for heat transfer of the compressed gas or vapor to the operating fluid,
Met de intentie om de kenmerken van de uitvinding beter te tonen, worden enkeie te prefereren uitvoeringsvormen van een systeem voor vermogensopwekking volgens de uitvinding, een compressorinstallatie omvattende een dergelijk systeem voor vermogensopwekking en een werkwijze voor regeling van dergelijk systeem voor vermogensopwekking in de onderhavige uitvinding als voorbeeld beschreven, zonder enige beperking, | verwijzend naar de begeleidende tekeningen, waarbij: 9 > figuur 1 een schematische weergave 18 van een | 5 eentrapscompressorinstaliatie omvattende een systeem 9 voor vermogensopwekking voigens de uitvinding; 9 - Éiguur 2 een schematische weergave is van een 9 meertrapscompressorinstallatie onvattende een systeem voor Vermogensopwekking volgens de uitvinding.With the intention of better illustrating the features of the invention, some preferred embodiments of a power generation system according to the invention, a compressor installation comprising such a power generation system and a method for controlling such a power generation system in the present invention are described as example described, without limitation, | With reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a schematic representation 18 of a | 5 single stage compressor installation comprising a power generation system 9 according to the invention; Figure 9 - Figure 2 is a schematic representation of a 9 multi-stage compressor installation including a power generation system according to the invention.
LÉ De compressorinstallatie 1 zoals weergegeven in Éiguur 1 omvat een compressorelement 2 met een inlaat 3 en een uitlaat 4 voor het samenpersen van een gasstroom OQ, waarbij compressorelement Z wordt zangedreven door een motor 5, en een kceler & voor koeling van het samenceperste gas voordat het wordt tocegevoerd op een net 7 van verbruikers van samengeperst gas. De compressorinstaliatie 1 omvalt verder een systeem voor vermogensopwekking 8 in overeenstemming met de uitvinding, in dit geval een Rankine-oyclus, waarbij de bovencenoenmde kceler 6 is geïntegreerd in een warmtewisselaar 9 waarin ook een verdamper LG is geïntegreerd van het systeem voor vermogensopwekking & voor terugwinning van restwarmte van het zamengepersie gas gebruikt als warmtebron 11 en voor het omzetten van genoemde warmte in nuttige mechanische energie door middel van een expansiemachine 12 van het systeem voor vermogensopwekking 8, bijvoorbeeld een turbine die een vermogensgenerator 13 aandrijft zoals weergegeven in het voorbeeld van figuur 1.LÉ The compressor installation 1 as shown in Figure 1 comprises a compressor element 2 with an inlet 3 and an outlet 4 for compressing a gas flow OQ, compressor element Z being driven by a motor 5, and a condenser & for cooling the compressed gas before it is fed on a network 7 of compressed gas consumers. The compressor installation 1 further includes a power generation system 8 in accordance with the invention, in this case a Rankine cycle, in which the upper condenser 6 is integrated in a heat exchanger 9 in which also an evaporator LG of the power generation & recovery system is integrated. of residual heat from the compressed gas used as heat source 11 and for converting said heat into useful mechanical energy by means of an expansion machine 12 of the power generation system 8, for example a turbine driving a power generator 13 as shown in the example of figure 1 .
{ Het systeem voor vermogensopwekking 8 omvat een gesloten | kringioop 14 met daarin een werkfluïdum, bij voorkeur een | organisch werkfluidum, met een kooktemperatuur onder de | temnperatuur van de warmtebron li, d.w.z. het samengeperste 9 5 gas; het werkfluïidum wordt continu gecirculeerd in de 9 kringloop 14 door middel van een vloeistofpomp 15 in de 9 richting die wordt aangegeven met pijlen F. Het werkiluidum wordt gevoerd door achtereenvolgens de id verdamper 10 die in thermisch contact staat met de warmtebron 11, vervolgens door de expansiemachine 12 en ten slotte door een condensor 16 voordat het weer wordt samenceperst door de vineistofpomp 15 voor een volgende cyclus in de kringloop 14, De condensor 16 staat, in dit voorbeeld, in thermisch contact met een Kcelclement 17 van een koelcircuit 18 dat, in het voorbeeld van figuur 1, wordt voorgesteld als een toevoer van koud water W afkomstig uit een tank 19 om te circuleren door de condensor 16 door middel van een vloeistofpomp 20.{The power generation system 8 includes a closed | circuit 14 containing a working fluid, preferably a | organic working fluid, with a boiling temperature below | temperature of the heat source i, i.e. the compressed gas; the working fluid is continuously circulated in the 9 loop 14 by means of a fluid pump 15 in the 9 direction indicated by arrows F. The working fluid is passed successively through the id evaporator 10 which is in thermal contact with the heat source 11, then through the expansion machine 12 and finally through a condenser 16 before it is compressed again by the pharmaceutical pump 15 for a subsequent cycle in the circuit 14. The condenser 16 is, in this example, in thermal contact with a Kcellclement 17 of a refrigeration circuit 18 which, in the example of figure 1, is represented as a supply of cold water W from a tank 19 to circulate through the condenser 16 by means of a liquid pump 20.
Volgens de uitvinding is het systeem voor vermogensopwekking 8 voorzien van meetmiddelen 21 die geconfigureerd zión cm het door de expansiemachine 12 gegenereerde vermogen vast Le steilen. Deze meetmiddelen 21 kunnen, bijvoorbeeld, een vermogensmeter of vermogenssensor zijn, iet systeem voor vermogensopwekking 8 is verder uitgerust met een regelapparaat 22 dat de dampfractie kan regelen van het werkiluidum dat de expansiesectie 12 binnengaat,According to the invention, the power generation system 8 is provided with measuring means 21 which are configured to fix the power generated by the expansion engine 12 Le. These measuring means 21 may be, for example, a power meter or power sensor, the power generation system 8 is further equipped with a control device 22 that can control the vapor fraction of the working fluid entering the expansion section 12,
| Normaal bedrijf van het systeem voor vermogensopwekking 8 9 volgens de uitvinding is dat het reselapvaraat 22 de 9 bovengenoemde danpiractie regelt op basis van het vermogen | dat is vastgesteld door de meetmiddelen 21, zodanig dat dit 9 3 vermogen wordt gemaximaliseerd. | In het voorbeeld van figuur 1 en volgens een te prefereren { kenmerk van de uitvinding, regelt het regelapcaraat 22 de dampfractie van het werkfiuïidum dat de expansiemachine 12 binnengaat door de stroomsnelheid van het werkfluidum te variëren door de viceistofpomp 15 en door de stroomsnelheid van het werkfluidum Le variëren door de exvansiemachine 12. Het is uiteraard ook mogelijk dat het regelapparaat 22 alleen is de stroomsneineid van het werkfluidum regelt door de expansiemachine 12 of de vloeistofpomp 15. Echter, in dat geval regelt het regelapparaat 22 de dampiractie van het werkfluidum dat de expansiemachine 12 binnengaat: door herhaald te schakelen tussen Lwee sets optimale regelalgoritmes.| Normal operation of the power generation system 8 9 according to the invention is that the reselap device 22 controls the above mentioned danpiraction based on the power | which is determined by the measuring means 21, such that this power is maximized. | In the example of Figure 1 and according to a preferred feature of the invention, the control apcarate 22 controls the vapor fraction of the working fluid entering the expansion engine 12 by varying the flow rate of the working fluid through the vice fluid pump 15 and the flow rate of the working fluid. It is also possible, of course, that the control device 22 only controls the flow direction of the working fluid through the expansion engine 12 or the liquid pump 15. However, in that case the control device 22 controls the vapor action of the working fluid entering the expansion engine. 12: By repeatedly switching between two sets of optimal control algorithms.
Len eerste set optimale regelalgoritmes, comvattende niet- deterministische regelalgoritmes, onmvat het variëren van de stroomsnelheid van het werkfluïdum door de vlceistcfpomp 15 tot het door de meetmiddelen 21 vastgestelde vermogen een lokaal maximum heeft bereikt en het variëren van de stroomsnelheid van het werkfluidum door de expansiemachine 12 totdat het door de meetmiddelen 21 vastgestelde vermogen een verder geoptimaliseerd Ickaal maximum heeft bereikt,The first set of optimal control algorithms, comprising non-deterministic control algorithms, comprises varying the flow rate of the working fluid through the liquid pump 15 until the power determined by the measuring means 21 has reached a local maximum and varying the flow rate of the working fluid through the expansion engine. 12 until the power determined by the measuring means 21 has reached a further optimized Ickaal maximum,
î BE2019/5301 139 | Het regelapparaat 22 zal de werkfluïdumetrcom door de 9 expansiemachine 12 of vineistofpomp 15 variëren, d.w.z. de 9 capaciteit van een expansiemachine 12 of viceistofpomp 15 # variëren, en tegelijkertijd data ontvangen van het door de 9 > meetmiddelen 21 vastgestelde vermogen, en zal de capaciteit 9 van de expansiemachine 12 of vloeistofpomp 15 selecteren : waarvoor het vastgestelde vermogen een lokaal maximum heeft bereikt.BE2019 / 5301 139 | The control device 22 will vary the working fluid trcom by the 9 expansion machine 12 or pharmaceutical pump 15, i.e. vary the 9 capacity of an expansion machine 12 or vice pump 15 #, and at the same time receive data from the power determined by the measuring means 21, and the capacity 9 of the expansion machine 12 or liquid pump 15: for which the determined power has reached a local maximum.
Na convergentie van het eerste optimale regelalgoritme in de eerste set optimale regelalgoritmes, d.w.z. het optimale regelalgoritme gebaseerd on het variëren van de stroomsnelheid van het werkfluïidum door de viceistofpomp 15, wordt het vastgestelde vermogen lokaal geoptimaliseerd in functie van alleen de capaciteit van de vloeistofpomp is. Door het tweede regelalgoritme Loe te passen uit de eerste set optimale regelalgoritmes, d.w.z. het optimale regelalgoritme gebaseerd op het variëren van de stroomsnelheid van het verkfluïidum door de expansiemachine 12, wordt het vastgestelde vermogen lckaal geoptimaliseerd in Íunctie van de capaciteit van de expansiemachine 12, zodanig dat sen lokaal geoptimaliseerd maximum kan worden bereikt voor het vastgestelde vermogen met betrekking tot de capaciteit van de expansiemachine 12, Door weer te wisselen naar het eerste regelalgoritme, wordt het vastgestelde vermogen weer lokaal geoptimaliseerd in functie van de vlcaeistofpomp 15, zodanig dat rekening kan en zai worden gehouden met veranderingen in de operationele omstandigheden van de compressorinstallatie 21.After convergence of the first optimal control algorithm into the first set of optimal control algorithms, i.e. the optimal control algorithm based on varying the flow rate of the working fluid through the vice pump 15, the determined power is locally optimized according to the capacity of the liquid pump only. By fitting the second control algorithm Lo from the first set of optimal control algorithms, ie, the optimal control algorithm based on varying the flow rate of the recovery fluid through the expansion engine 12, the determined power is individually optimized in function of the capacity of the expansion engine 12, such that a locally optimized maximum can be reached for the determined power with regard to the capacity of the expansion engine 12. By switching back to the first control algorithm, the determined power is again locally optimized in function of the liquid pump 15, such that account can be taken and changes in the operational conditions of the compressor installation will be taken into account 21.
Dergelijke veranderingen in operationele omstandicheden zijn: veranderingen in de temperatuur van de te kcelen : samengeperste lucht, veranderingen in de stroom van de | samengeperste Lucht, veranderingen in de # 5 omgevingstemperatuur, veranderingen in de koelwaterslroom, 9 veranderingen in de Kkcelwvatertemperatuur of veranderingen $ in de efficiëntie van de warmtewisselaar, Door toepassing 9 van dergelijke regeling, regelt het regelapparaat 22 de 9 dampfractie van het werkfluidum dat de expansiemachine 12 9 10 binnengaat co continue wijze, zodanig dat snel kan worden gereageerd op veranderingen in operationele omstandigheden. Cp deze manier kan worden gegarandeerd dat het vastgestelde vermogen zich onder alle operationele omstandigheden op een Lokaal maximum bevindt, Het is natuurlijk niet uit te sluiten dat de niet- deterministische optimale regelalgoritmes uit de eerste set optimale regelalgoritmes gelijktijdig worden toegepast.Such changes in operational conditions are: changes in the temperature of the cells: compressed air, changes in the flow of the | Compressed Air, changes in the # 5 ambient temperature, changes in the cooling water flow, changes in the Cogeneration water temperature or changes in the efficiency of the heat exchanger. By using such control, the control device 22 controls the vapor fraction of the working fluid leaving the expansion machine. 12 9 10 enters a continuous mode, such that it can react quickly to changes in operational conditions. In this way it can be guaranteed that the determined power is at a local maximum under all operational conditions. It cannot of course be ruled out that the non-deterministic optimum control algorithms from the first set of optimal control algorithms are applied simultaneously.
Een tweede set optimale regelalgoritmes omvat ten minste één deterministisch optimale regelalgoritme dat wordt toegepast om het systeem voor vermogensopwekking 8 naar een ogerationeel regime overeenkomstig met een clobaal cemaximaliseerd vastgesteid vermogen te leiden, Er zijn verschillende opties mogelijk voor het variëren van de stroomsnelheid van het werkfluïdum door de expansiemachineA second set of optimal control algorithms comprises at least one deterministically optimal control algorithm that is used to direct the power generation system 8 to an ogerational regime corresponding to a global cemaximized fixed power. Several options are possible for varying the flow rate of the working fluid by the expansion engine
12.12.
De capaciteit van de expansiemachine 12 kan worden gevarieerd door middel van het variëren van de snelheid van de expansiemachine 12, zoals in het huidige voorbeeld of door middel van een bypass langs de expansiemachine 12, door | middel van schuifventielen en/of klepventielen, door het 9 siagvolume van de expansiemachine 12 te variëren en/of door | & de olie-injectie van de expansiemachine 12 te variëren. 9 Er zijn verschillende opties mogelijk voor het variëren van 9 de stroomsnelheid van het werkiluidum door de vloeistofpomp 9 15. De capaciteit van vloeistofpomp 15 kan worden gevarieerd door middel van het variëren van de snelheid van de vioeistoïpomp 15, zoals in het huidige voorbeeld of door middel van een bypass langs de vloeistofpomp 15, door middel van het variëren van het slagvolume van de viceistofpomp 15 of door middel van het variëren van de aan-uitfrequentie van de vioeistofpomp 15. Het ten minste één deterministisch optimale regelalgoritme uit de tweede set optimale regelalgoritmes is gebaseerd op een Database, zoals een mneuraal netwerkalgoritme dat gebaseerd is op een database met Lrainingsdatasets.The capacity of the expansion engine 12 can be varied by varying the speed of the expansion engine 12, as in the present example, or by bypassing the expansion engine 12, by | by means of slide valves and / or valve valves, by varying the volume of the expansion machine 12 and / or by | & vary the oil injection of the expansion machine 12. 9 Several options are possible for varying the flow rate of the working fluid through the fluid pump 9 15. The capacity of fluid pump 15 can be varied by varying the speed of the fluid pump 15, as in the present example or by bypassing the fluid pump 15, by varying the stroke volume of the vice pump 15 or by varying the on-off frequency of the fluid pump 15. The at least one deterministically optimal control algorithm from the second set of optimal control algorithms is based on a Database, such as a morale network algorithm based on a database of Training datasets.
Genoemde database omvat sets van waarden voor de set operaticonele parameters en gepaard met elkeen van deze sets van waarden het vastgestelde vermogen onder deze ene set van waarden,Said database comprises sets of values for the set of operational parameters and associated with each of these sets of values the determined power under this one set of values,
Voor het verkrijgen van een nauwkeurig en snel convergerend deterministisch optimale regelalgoritme zonder een zeer grote database, kan een wiskundig model worden ontwikkeld om het in de expansiemachine 12 gegenereerde vermogen te beschrijven als functie van de dampiractie van het werkiluidum dat de expansiemachine 12 binnengaat, om vervolgens te gebruiken voor voorspelde waarden voor het { gegenereerde vermogen door middel van een simulatie van het : Systeem voor Vermogensogpwekking B op basis van dit wiskundig | model, 9 In de context van peerrlearning, kan de database worden 9 gebaseerd op data gegenereerd door een installatie voor 9 vermogensopwekking die in wezen identiek is aan het systeem VOOY vermogensopwekking 8, Op deze manier kan de database waarop het deterministische corimale regelalgoritme is gebaseerd, worden uitgebreid met meer trainingsdatasets om het deterministische optimale regelalgoritme meer nauwkeurigheid en snellere convergentie te geven naar een gemaximaliseerd vastgesteld vermogen, De database kan zelfs worden uitgebreid met trainingsdatasets Waarvoor het systeem voor vermogensopwekking 8 in eerste instantie niet is getraind, zonder het tijdrovende werk van het genereren van aanvullende datasets met het systeem voor vermogensopwekking 8 zelf, De database heeft bij voorkeur een dynamische structuur, zodanig dat de database kan worden bijgewerkt en uitgebreid tijdens bedrijf van het systeem voor vermogensopwekking 8.To obtain an accurate and rapidly converging deterministically optimal control algorithm without a very large database, a mathematical model can be developed to describe the power generated in the expansion engine 12 as a function of the vapor action of the working fluid entering the expansion engine 12, and then to be used for predicted values for the {power generated by means of a simulation of the: Power Generation System B based on this mathematical | model, 9 In the context of peer learning, the database can be 9 based on data generated by a power generation plant 9 that is essentially identical to the VOOY power generation system 8, In this way, the database on which the deterministic corimal control algorithm is based can be be expanded with more training datasets to give the deterministic optimal control algorithm more accuracy and faster convergence to a maximized determined power, The database can even be expanded with training datasets For which the power generation system 8 was not initially trained, without the time-consuming work of the generating additional data sets with the power generation system 8 itself. The database preferably has a dynamic structure such that the database can be updated and expanded during operation of the power generation system 8.
in overeenstenmming met een Le prefereren uitvoeringsvorm van de uitvinding, ligt de dampiractie van het werkfluidum . dat de expansiemachine 12 binnengaat tussen 10% en 100% massafractie. Het is uiteraard ook mogelijk dat de dampiractie van het werkfluidum dat de excansiemachine 12 binnengaat tussen andere limieten wordt gehouden,In accordance with a Le preferred embodiment of the invention is the vapor action of the working fluid. that the expansion engine 12 enters between 10% and 100% mass fraction. It is of course also possible that the vapor action of the working fluid entering the excision engine 12 is held between other limits,
à BE2019/5301 23 | bijvoorbeeld tussen 40% en 100% massafractie of tussen 60% | en 100% massafractie. 9 De expansiemachine 12 kan elke soort van expansiemachine 12 9 5 zijn die in staat is om mechanische energie te genereren | door de expansie van een tweefasig fluidum, d.w,z. een | mengsel ven vioeibaar en gasvormig werkfluidum, Bij voorkeur is de expansiemachine 12 een volumetrische expansiemachine 12 zoals een schroeïexpansiemachine 12 of iD een mechanische cilinder of jets dergelijks die een mencsel van viceibaar en gasvormig werkfluïdum kan ontvangen. Het compressorelement 2 kan ook van iedere soort zijn, in het bijzonder een olievrij luchtcomsresscrelement 2.à BE2019 / 5301 23 | for example between 40% and 100% mass fraction or between 60% | and 100% mass fraction. 9 The expansion machine 12 can be any kind of expansion machine 12 9 5 capable of generating mechanical energy | by the expansion of a biphasic fluid, i.e., z. a | mixture of liquid and gaseous working fluid. Preferably, the expansion machine 12 is a volumetric expansion machine 12 such as a scorch expansion machine 12 or a mechanical cylinder or the like which can receive a mixture of viscous and gaseous working fluid. The compressor element 2 can also be of any kind, in particular an oil-free air compressor element 2.
Het is tevens duidelijk dat het koelen van de condensor 16 ook op andere manieren dan in het voorbeeld van figuur 1 kan worden gerealiseerd, bijvoorbeeld door omgevingslucht over de condensor 16 te blaren door middel van een ventilator of iets dergelijks. Bij voorkeur wordt een werkfluidum gebruikt waarvan de kooktemperatuur lager is dan 50°C of zelïfs lager dan 60°C, afhankelijk van de temperatuur van de beschikbare warmtebron 11, d.w.5. de temceratuur van het te koelen ssmengeperste gas. Een voorbeeld van sen geschikt organisch werkfluïdum is 1,1,1, 3,3-pentafluocropropaan. Het werkfiuïdum zou cemengd kunnen worden met een geschikt smeermiddel voor het smeren van ten minste een deel van de bewegende delen van hetIt is also clear that the cooling of the condenser 16 can also be realized in other ways than in the example of figure 1, for instance by blowing ambient air over the condenser 16 by means of a fan or the like. Preferably, a working fluid is used whose boiling temperature is less than 50 ° C or even less than 60 ° C, depending on the temperature of the available heat source 11, i.e. 5. the temperature of the compressed gas to be cooled. An example of a suitable organic working fluid is 1,1,1,3,3-pentafluocropropane. The working fluid could be mixed with a suitable lubricant to lubricate at least some of the moving parts of the machine.
Systeem voor vermogensopwekking 8. Als alternatief kan het 9 werkfliuidum zel! fungeren als smeermiddel, wat betekent dat | een werkfluidum wordt gekozen met smerende eigenschappen. [ 5 In figuur 2 wordt een meertrapscompressorinstallatie 1 9 voorgesteld volgens de uitvinding, met in dit geval twee compressorelementen, een eerstetrapscompressorelement 2' en een laatstetrapscompressorelement 2” respectievelijk, waarbij deze elementen 2° en 2" worden aangedreven vis een 30 tandwielkast 23 door een enkelvoudige motor 5 en ze serieel verbonden zijn voor het samenpersen van een gas in twee incrementele druktrappen. De comgressorelenenten 2', 2" kunnen ook van iedere soort zijn, in het bijzonder olievrije iuchtcompresscreliementen.Power Generation System 8. Alternatively, the 9 working fluid itself! act as a lubricant, which means that | a working fluid is selected with lubricating properties. [5 In Figure 2, a multistage compressor installation 19 is presented according to the invention, with in this case two compressor elements, a first stage compressor element 2 'and a last stage compressor element 2 ”respectively, these elements being driven 2 ° and 2” by a gearbox 23 by a gearbox 23. single motor 5 and they are connected in series for compressing a gas in two incremental pressure stages. The comparator elements 2 ', 2 "can also be of any kind, especially oil-free air compression elements.
De installatie 1 is voorzien van een cussenkoeler &' voor het koelen van het gas dat iz samengeperst door het eerstetrapscompressorelement 2' voordat het wordt toegevoerd naar het volgende element 2", en een tussenkoeler &" voor het koelen van het gas dat is samengeperst door het iaatstetrapscompressorelement 2” voordat het wWOrot toegevoard op het net 7, Elke van de bovengenoemde koelers 6' en 6" is geïntegreerd in een warmtewlsselaar 3' respectievelijk 9", waarin ook een deel van de verdamper 10 is geïntegreerd van het systeem voor vermogensopwekking 8. in het weergegeven voorbeeld omvat het systeem voor vermogensopwekking & twee verdampers 10' en 10, serieel vertonden in de kringioop 14, hoewel het niet uitgesloten is om slechts gén verdamper 10 te hebben waarvan een deel 10° in thermisch contact staat met de tussenkceler 6%, terwijl | een ander deel 210” in thermisch contact staat met de 9 tussenkoeler 5". : 5 Eveneens in dit geval wordt het regelapparaat 72 geregeld : volgens dezelfde werkwijze als in Figuur 1. in dat geval zijn dezelfde voordelen van toepassing als in het eentrapscompressorelement 2 van figuur 1, De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de uitvoeringsvormen die ais voorbeeld beschreven en weergegeven zijn in de tekeningen, maar een compressorinstallatie volgens de uitvinding kan worden verealiseerd in allerlei varianten zonder buiten de beschermingsomvang van de uitvinding te treden,The installation 1 is provided with a circuit cooler & 'for cooling the gas compressed by the first stage compressor element 2' before it is supplied to the next element 2 ", and an intermediate cooler &" for cooling the gas compressed by the final stage compressor element 2 ”before the wWOrot is supplied to the network 7, Each of the above mentioned coolers 6 'and 6" is integrated in a heat exchanger 3' and 9 "respectively, in which also part of the evaporator 10 of the power generation system is integrated 8 In the example shown, the power generation system & comprises two evaporators 10 'and 10, serially connected in the circuit 14, although it is not excluded to have only one evaporator 10 of which a part is 10 ° in thermal contact with the intermediate cell 6 %, while | another part 210 "is in thermal contact with the intercooler 5".: 5 Also in this case the control device 72 is controlled: according to the same method as in Figure 1, in which case the same advantages apply as in the single-stage compressor element 2 of Figure 1, The present invention is by no means limited to the embodiments described and shown in the drawings by way of example, but a compressor installation according to the invention can be realized in all kinds of variants without departing from the scope of the invention,
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201962829744P | 2019-04-05 | 2019-04-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1027173A1 BE1027173A1 (en) | 2020-10-27 |
| BE1027173B1 true BE1027173B1 (en) | 2020-11-03 |
Family
ID=66646994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20195301A BE1027173B1 (en) | 2019-04-05 | 2019-05-07 | Method of controlling a power generation system, such power generation system, and compressor installation comprising such power generation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1027173B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5347466A (en) * | 1991-07-15 | 1994-09-13 | The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Method and apparatus for power plant simulation and optimization |
| US20110160926A1 (en) * | 2008-06-16 | 2011-06-30 | Andreas Christidis | Method for the installation control in a power plant |
| US20160208656A1 (en) * | 2013-08-28 | 2016-07-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Operating method for an externally heated forced-flow steam generator |
| US20180245788A1 (en) * | 2015-09-08 | 2018-08-30 | Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap | Orc for transforming waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation making use of such an orc |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8590307B2 (en) | 2010-02-25 | 2013-11-26 | General Electric Company | Auto optimizing control system for organic rankine cycle plants |
| WO2017041145A1 (en) | 2015-09-10 | 2017-03-16 | Rollcano Pty Ltd | An access controlled cabinet and access controlled cabinet delivery system and method |
-
2019
- 2019-05-07 BE BE20195301A patent/BE1027173B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5347466A (en) * | 1991-07-15 | 1994-09-13 | The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Method and apparatus for power plant simulation and optimization |
| US20110160926A1 (en) * | 2008-06-16 | 2011-06-30 | Andreas Christidis | Method for the installation control in a power plant |
| US20160208656A1 (en) * | 2013-08-28 | 2016-07-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Operating method for an externally heated forced-flow steam generator |
| US20180245788A1 (en) * | 2015-09-08 | 2018-08-30 | Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap | Orc for transforming waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation making use of such an orc |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1027173A1 (en) | 2020-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BE1023904B1 (en) | ORC for converting waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation that uses such an ORC. | |
| US8590307B2 (en) | Auto optimizing control system for organic rankine cycle plants | |
| Shi et al. | Multi-mode analysis of a CO2-based combined refrigeration and power cycle for engine waste heat recovery | |
| CN103154444B (en) | For the method and apparatus controlling thermal cycling process | |
| Wang et al. | Dynamic control strategy of a distillation system for a composition-adjustable organic Rankine cycle | |
| BE1027173B1 (en) | Method of controlling a power generation system, such power generation system, and compressor installation comprising such power generation system | |
| JP2011127879A (en) | Reciprocation type expansion compressor | |
| CN105836138A (en) | Thermal management system controlling dynamic and steady state thermal loads | |
| Rostamzadeh et al. | Multi-evaporator Joule-Thomson cryogenic refrigeration cycles created by pumping and suction mechanisms | |
| JP2018013046A (en) | Rankine cycle system and control method for rankine cycle system | |
| Xu et al. | Power maximization of a heavy duty diesel organic Rankine cycle waste heat recovery system utilizing mechanically coupled and fully electrified turbine expanders | |
| CN111433439B (en) | Heat engine | |
| Han et al. | Feasibility analysis and performance characteristics investigation of spatial recuperative expander based on organic Rankine cycle for waste heat recovery | |
| Shankar et al. | Modeling of a thermodynamic cycle integrating a dual and a triple-pressure cogeneration cycle | |
| Verma et al. | Energy and exergy analysis of a novel ejector-absorption combined refrigeration cycle using natural refrigerants | |
| US10794232B2 (en) | Plant and method for the supply of electric power and/or mechanical power, heating power and/or cooling power | |
| Ebadollahi et al. | Performance evaluation of ejector refrigeration cycle (ERC) using multi-parallel ejectors | |
| Silva-Llanca et al. | Optimization of an Organic Rankine Cycle Through a Control Strategy for Waste Heat Recovery | |
| RU2806951C1 (en) | Thermal energy conversion system | |
| Li et al. | Performance analysis of a vapor injection linear compressor in a dual-temperature zone refrigerator | |
| Elghaeb et al. | Valorization of the waste heat from a sulfuric unit for the refrigerated storage of ammonia | |
| Skubienko et al. | Exergy Analysis of Single-Stage Heat Pump Efficiency Under Various Steam Condensation Conditions | |
| Dehli et al. | Thermal Machines | |
| EA023624B1 (en) | Steam engine and its operating method | |
| TÖRÖK et al. | ENDOREVERSIBLE RECIPROCATING COMPRESSOR OPTIMIZATION |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20201103 |