BR112020012767A2

BR112020012767A2 - método para uso melhorado de redes de energia

Info

Publication number: BR112020012767A2
Application number: BR112020012767-1A
Authority: BR
Inventors: Per Rosén
Original assignee: Emg Energimontagegruppen Ab
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2021-03-23
Also published as: US20200363073A1; JP2021509165A; MX2020006718A; CL2020001523A1; CN111656098A; EP3732400A1; EP3732400B1; WO2019129608A1; AU2018393990A1; CA3085537A1; KR20210004944A; HRP20240206T1; EP3732400C0; CN111656098B; AU2018393990B2; PL3732400T3; EP3505833A1

Abstract

O presente documento refere-se a um sistema de aquecimento local. O sistema de aquecimento local compreende: uma primeira fonte de calor (10) conectável a uma rede de aquecimento (110) e disposta para extrair calor da rede de aquecimento (110); uma segunda fonte de calor (20) conectável a uma rede de energia elétrica (120) e para transformar a alimentação de eletricidade através da rede de energia elétrica (120) em calor; um dispositivo emissor de calor (30); um sistema de distribuição (40) para circulação de fluido de transferência de calor entre o dispositivo emissor de calor (30) e a primeira e segunda fontes de calor (10, 20); e um controlador (50) configurado para controlar a captação relativa da primeira fonte de calor e da segunda fonte de calor (10, 20) da rede de aquecimento (110) e da rede de energia elétrica (120), respectivamente.

Description

MÉTODO PARA USO MELHORADO DE REDES DE ENERGIA CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um método para controlar um sistema de aquecimento local compreendendo uma primeira fonte de calor conectada a uma rede de aquecimento e uma segunda fonte de calor conectada a uma rede de energia elétrica.

ANTECEDENTES

[0002] Quase todas as grandes cidades desenvolvidas do mundo têm pelo menos dois tipos de redes de distribuição de energia incorporadas em suas infraestruturas: uma rede para fornecer aquecimento e uma rede para fornecer eletricidade. A rede para fornecer aquecimento pode ser empregada, por exemplo, para proporcionar conforto e/ou processo de aquecimento e/ou preparação de água quente da torneira. A rede para fornecer eletricidade pode ser usada para fornecer energia aos eletrodomésticos, carros elétricos, dispositivos de iluminação, etc.

[0003] Uma rede comum para fornecer aquecimento é uma rede de gás que fornece um gás que pode ser queimado, normalmente um gás combustível fóssil. O gás fornecido pela rede de gás é queimado localmente em uma edificação para proporcionar conforto e/ou processo de aquecimento e/ou preparação de água quente da torneira. Uma rede alternativa para fornecer aquecimento é uma rede de aquecimento urbana. A rede de aquecimento urbana é usada para fornecer líquido de transferência de calor aquecido, normalmente na forma de água, para as edificações da cidade. Uma planta de aquecimento e bombeamento localizada centralmente é usada para aquecer e distribuir o líquido de transferência de calor. O líquido de transferência de calor é distribuído às edificações da cidade por meio de um ou mais condutos de alimentação e é retornado à planta de aquecimento e bombeamento por meio de um ou mais condutos de retorno. Localmente, em uma edificação, o calor do líquido de transferência de calor é extraído por um trocador de calor para um sistema de aquecimento local. Uma alternativa adicional é o emprego da energia elétrica da rede de energia elétrica para aquecimento. A energia elétrica pode ser usada, por exemplo, para aquecer água da torneira ou para aquecer líquidos locais de transferência de calor usados para conforto e/ou processo de aquecimento.

[0004] O uso de energia para aquecimento está aumentando constantemente, influenciando negativamente o meio ambiente. Ao melhorar a utilização da energia distribuída nas redes de distribuição de energia, as influências negativas no meio ambiente podem ser reduzidas. Portanto, é necessário melhorar a utilização da energia distribuída nas redes de distribuição de energia.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] É um objetivo da invenção mitigar os inconvenientes mencionados acima, melhorando a utilização de várias redes de energia.

[0006] De acordo com um primeiro aspecto, esse objetivo foi alcançado por um método para controlar um sistema de aquecimento local primário. O sistema de aquecimento local primário compreendendo uma primeira fonte de calor conectável a uma rede de aquecimento, uma segunda fonte de calor conectável a uma rede de energia elétrica, um ou mais dispositivos emissores de calor para fornecer aquecimento confortável e um sistema de distribuição para circulação de fluido de transferência de calor entre o referido ou mais dispositivos emissores de calor e a primeira e segunda fontes de calor.

Ao operar o presente método, a primeira fonte de calor é conectada à rede de aquecimento e a segunda fonte de calor é conectada à rede de energia elétrica.

O método compreende determinar um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente indicando uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, conectados à rede de aquecimento, em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento.

O método compreende ainda determinar um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, indicando uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente, em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica à qual a segunda fonte de calor está conectada.

Além disso, o método compreende controlar, com base em uma comparação do parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, uma captação relativa de calor da primeira fonte e da segunda fonte de calor.

A captação relativa é controlada de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor, mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor, é otimizado.

[0007] A necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente pode ser prevista através da coleta de dados históricos de propriedades que consomem calor. Os dados históricos podem ser atribuídos aos dados de tempo, como hora do dia e dia do ano. Os dados históricos podem ainda ser atribuídos aos dados climáticos, como propriedades do vento, precipitação, queda de neve, temperatura externa, umidade externa etc. A necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente pode ser prevista a partir dos dados históricos, dados de tempo e/ou dados de previsão do tempo. Além disso, dados relacionados às diferentes propriedades que consomem calor podem ser utilizados para prever a necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente.

[0008] A necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente pode ser prevista através da coleta de dados históricos de consumidores de eletricidade. Os dados históricos podem ser atribuídos aos dados de tempo, como hora do dia e dia do ano. Os dados históricos podem ainda ser atribuídos aos dados climáticos, como propriedades do vento, precipitação, queda de neve, temperatura externa, umidade externa etc. A necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente pode ser prevista a partir dos dados históricos, dados de tempo e/ou dados de previsão do tempo.

[0009] Cada um da pluralidade de sistemas de aquecimento local compreende uma fonte de calor conectável à rede de aquecimento, um ou mais dispositivos emissores de calor para fornecer aquecimento confortável e um sistema de distribuição para circulação de fluido de transferência de calor entre os referidos um ou mais dispositivos emissores de calor e a fonte de calor. A pluralidade de sistemas de aquecimento local pode compreender o sistema de aquecimento local primário.

[0010] Deve ser entendido que a entrada de energia, a eficiência de distribuição e/ou a capacidade da rede de aquecimento e da rede de energia elétrica, respectivamente, variam ao longo do tempo.

[0011] Por exemplo, variações temporais na energia elétrica disponível total da rede de energia elétrica podem ser devidas ao uso temporário de plantas de produção de energia extra e/ou ao uso de plantas de produção de eletricidade cuja produção varia ao longo do tempo, tais como energia solar, energia eólica, e/ou força das marés. O uso de plantas de produção de eletricidade cuja produção varia ao longo do tempo provavelmente aumentará no futuro. Além disso, as variações podem ocorrer devido a variações nos níveis de água nos reservatórios de água das plantas hidrelétricas. Além disso, a energia elétrica disponível total pode variar devido a danos à rede de energia elétrica ou desligamentos nas plantas que alimentam a rede de energia elétrica.

[0012] Da mesma forma, a capacidade de aquecimento disponível total da rede de aquecimento pode variar ao longo do tempo. Isso se deve ao uso temporário de plantas de produção de energia extra que alimentam a rede de aquecimento, devido ao aumento da disponibilidade de energia geotérmica que alimenta a rede de aquecimento ou devido ao excesso de material para combustão em uma planta de combustão usada para alimentar a rede de aquecimento.

Além disso, a capacidade de aquecimento disponível total da rede de aquecimento pode variar ao longo do tempo devido a danos à rede de aquecimento ou a paralisações de uma ou mais plantas de energia que alimentam a rede de aquecimento.

[0013] A necessidade de consumo de aquecimento total pode variar ao longo do tempo. Os fatores que influenciam a necessidade de consumo de aquecimento total incluem temperatura externa fria, condições de vento, ocupação de construções nas quais os sistemas de aquecimento local oferecem aquecimento confortável, radiação do sol, hora do dia, dia da semana e/ou época do ano. Por exemplo, a necessidade de consumo de aquecimento total pode diminuir durante períodos sem vento e/ou com temperaturas externas relativamente altas. De acordo com outro exemplo, o consumo de aquecimento total necessário pode diminuir ou durante os finais de semana, quando alguns edifícios de escritórios são controlados para uma temperatura interna mais baixa. De acordo com outro exemplo, a necessidade de consumo de aquecimento total pode aumentar durante períodos com condições de vento e/ou com temperaturas externas relativamente baixas.

[0014] A necessidade de energia elétrica total pode variar ao longo do tempo. Fatores que influenciam a necessidade de energia elétrica total compreendem temperaturas externas, condições de vento, ocupação das edificações nas quais a rede de energia elétrica fornece energia elétrica, radiação do sol, hora do dia, dia da semana e/ou época do ano.

[0015] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode indicar uma relação resolvida temporalmente entre oferta e demanda de energia de aquecimento, fornecendo um 'custo virtual' de consumo de uma quantidade de capacidade da rede de aquecimento.

[0016] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode indicar uma relação resolvida temporalmente entre oferta e demanda de energia elétrica, fornecendo um 'custo virtual' de consumo de uma quantidade da capacidade da rede de energia elétrica.

[0017] Os parâmetros de controle de energia elétrica e aquecimento podem ser normalizados em uma escala comum. Assim, eles podem ser mais facilmente comparados entre si.

[0018] Ao introduzir os parâmetros de controle de energia elétrica e aquecimento e determinar seus valores e, em seguida, controlar a captação relativa de calor da primeira fonte e da segunda fonte de calor com base nesses valores, é possível compensar os desequilíbrios entre as necessidades gerais em comparação com a capacidade/potência disponível total. Se, por exemplo, houver uma demanda total comparativamente alta no consumo de aquecimento total, pode ser benéfico controlar a captação relativa de calor da primeira fonte e da segunda fonte de calor, de modo que o calor seja principalmente ou totalmente retirado da segunda fonte de calor conectada à rede de energia elétrica. Por outro lado, se, por exemplo, houver uma demanda total comparativamente alta em energia elétrica total, pode ser benéfico controlar a captação relativa de calor da primeira fonte e da segunda fonte de calor, de modo que o calor seja principalmente ou totalmente retirado da segunda fonte de calor conectada à rede de energia elétrica.

[0019] Os parâmetros de controle de energia elétrica e aquecimento também podem ser usados para levar em consideração outros fatores que não sejam puramente a relação entre a necessidade total e a capacidade disponível. Os parâmetros também podem levar em consideração o impacto ambiental da produção de energia de aquecimento e energia elétrica. Os parâmetros também podem levar em consideração as previsões. Se a necessidade total de aquecimento atingir um ponto crítico em que é quase necessário iniciar outra planta de aquecimento, o parâmetro de controle de aquecimento pode ser determinado e então definido para indicar uma necessidade ainda maior de consumo de aquecimento total do que realmente é o caso e, assim, orientar a captação de calor, tal que, primariamente a segunda fonte de calor conectada à rede elétrica de aquecimento seja usada. Portanto, a necessidade de capacidade de aquecimento da rede de aquecimento pode ser reduzida e, assim, espera-se evitar a ativação de plantas de produção de calor extras configuradas para inserir calor à rede de aquecimento.

[0020] Os parâmetros de controle de energia elétrica e aquecimento podem ser expressos como preço por quantidade de energia. Os parâmetros de controle podem ser expressos como um valor de índice numérico que não tem relação direta com uma quantidade de energia.

[0021] Pelo método acima, o consumo de energia pode ser ajustado dinamicamente entre a rede de aquecimento e a rede de energia elétrica. Portanto, uma captação da rede de distribuição de energia atualmente provando a maior eficiência de recursos energéticos pode ser feita. Isso pode permitir um menor impacto ambiental. Por exemplo, a energia poderia ser retirada apenas da rede de energia elétrica, ou apenas da rede de aquecimento, ou parcialmente de ambas as redes, em proporções variadas. Portanto, o resultado pode depender do que é ótimo no período atual.

[0022] De acordo com um exemplo, uma captação relativa pode ser otimizada de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor, mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, vezes a captação de calor da segunda fonte de calor, sendo minimizado. O termo minimizado, nesse contexto, não se limita a um mínimo real na função da captação relativa. É suficiente que se chegue suficientemente perto do mínimo real. Por exemplo, dentro de 20% do mínimo real. De preferência, dentro de 10% do mínimo real.

[0023] Uma situação específica na qual usar apenas a rede de energia elétrica para aquecimento seria se as circunstâncias fossem tais que existisse uma capacidade limitada ou insuficiente da rede de aquecimento em relação à demanda atual de calor. Alternativamente, a energia poderia ser retirada somente da rede de aquecimento se as circunstâncias fossem tais que existisse uma capacidade de produção muito limitada da rede de energia elétrica em relação à demanda atual de eletricidade em toda a rede de energia elétrica.

[0024] Além disso, ao fornecer o método acima em uma pluralidade de sistemas de aquecimento local primário conectados à mesma rede de aquecimento e rede de energia elétrica, respectivamente, é possível conectar um número maior de sistemas de aquecimento local a uma rede de uma determinada capacidade, para permitir maiores mudanças na necessidade de aquecimento dos diferentes usuários, para permitir uma produção mais intermitente de energia de aquecimento e/ou energia elétrica.

[0025] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode compreender informações referentes a uma quantidade de gases de efeito estufa emitidos por unidade de energia de calor fornecida via rede de aquecimento. Utilizando também informações relativas à quantidade de gases de efeito estufa emitida por unidade de energia de calor fornecida por meio da rede de aquecimento, é possível controlar a captação relativa de calor dos sistemas de aquecimento local da rede de aquecimento, de modo que a emissão de gases de efeito estufa seja mitigada, por exemplo, retirando esse calor nos momentos em que a produção de calor é feita por recursos que produzem menos gases de efeito estufa.

[0026] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode compreender informações relativas a uma eficiência da capacidade da primeira fonte de calor de transferir calor da rede de aquecimento para o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição. Utilizando também informações referentes à eficiência da capacidade da primeira fonte de calor de transferir calor da rede de aquecimento para o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição, é possível melhorar ainda mais a captação ou o calor com eficiência energética, permitindo assim um menor impacto ambiental.

[0027] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode compreender informações referentes ao custo por unidade de energia de calor fornecida via rede de aquecimento. Também com o emprego de informações referentes ao custo por unidade de energia de calor fornecida pelo sistema de aquecimento, é possível comparar mais facilmente o custo de utilização de cada fonte de calor, de modo que o custo possa ser mais facilmente utilizado para controlar a captação relativa de calor.

[0028] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode compreender informações referentes à quantidade de gases de efeito estufa emitidos por unidade de energia elétrica da rede elétrica. Também com o emprego de informações relativas à quantidade de gases de efeito estufa emitida por unidade de energia elétrica da rede elétrica, é possível controlar a captação relativa de calor dos sistemas de aquecimento local da rede elétrica, de modo que a emissão de gases de efeito estufa seja mitigada, por exemplo, retirando essa energia térmica nos momentos em que a produção de energia elétrica é realizada por recursos que produzem menos gases de efeito estufa.

[0029] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode compreender informações referentes a uma eficiência da capacidade da segunda fonte de calor para transformar energia elétrica da rede de energia elétrica em calor no fluido de transferência de calor do sistema de distribuição.

[0030] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode compreender informações referentes ao custo por unidade de energia elétrica da rede elétrica. Também com o emprego de informações referentes ao custo por unidade de energia elétrica da rede elétrica, é possível comparar mais facilmente o custo do uso da eletricidade para aquecimento, de modo que o custo possa ser mais facilmente utilizado para controlar a captação relativa de calor.

[0031] A primeira fonte de calor pode ser um trocador de calor ou bomba de calor conectado à rede de aquecimento.

[0032] A segunda fonte de calor pode ser um aquecedor elétrico resistivo.

[0033] De acordo com um segundo aspecto, os objetivos acima foram alcançados por um sistema de aquecimento local. O sistema de aquecimento local compreende: uma primeira fonte de calor conectável a uma rede de aquecimento e disposta para extrair calor da rede de aquecimento; uma segunda fonte de calor conectável a uma rede de energia elétrica e destinada a transformar em calor a alimentação de eletricidade através da rede de energia elétrica; um dispositivo emissor de calor; um sistema de distribuição para circulação de fluido de transferência de calor entre o dispositivo emissor de calor e a primeira e segunda fontes de calor; e um controlador configurado para controlar a captação relativa de calor da primeira e da segunda fonte de calor da rede de aquecimento e da rede de energia elétrica, respectivamente.

[0034] O controlador pode ser configurado para basear o controle em uma comparação de um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, em que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente é indicativo de uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, conectados à rede de aquecimento, em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento, e em que o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente é indicativo de uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente, em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica.

[0035] O controlador pode ser configurado adicionalmente para controlar a captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor, de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor é otimizado.

[0036] De acordo com um exemplo, uma captação relativa pode ser otimizada, de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor, mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor, é minimizado. Por minimizado, neste contexto, não se limita a um mínimo real na função para a captação relativa. É o que basta para que se possa chegar suficientemente perto do mínimo real. Por exemplo, dentro de 20% do mínimo real. De preferência, dentro de 10% do mínimo real.

[0037] A segunda fonte de calor pode ser disposta no sistema de distribuição.

[0038] A segunda fonte de calor pode ser um aquecedor resistivo elétrico.

[0039] A primeira fonte de calor pode ser um trocador de calor ou uma bomba de calor.

[0040] Os recursos acima mencionados do método, quando aplicáveis, também se aplicam a este segundo aspecto. Para evitar repetições indevidas, é feita referência ao acima.

[0041] De acordo com um terceiro aspecto, os objetivos acima foram alcançados por um controlador. O controlador está configurado para controlar uma captação relativa de calor de uma primeira fonte de calor conectada a uma rede de aquecimento e uma segunda fonte de calor conectada a uma rede de energia elétrica, a primeira e segunda fontes de calor pertencentes a um sistema de aquecimento local. O controlador é ainda configurado para controlar a captação relativa de calor da primeira fonte de calor e da segunda fonte de calor, de modo que um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra uma captação de calor da primeira fonte de calor mais um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes uma captação de calor da segunda fonte de calor é minimizado. O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente indica uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, sendo a pluralidade de sistemas de aquecimento local conectada à rede de aquecimento, em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento. O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente indica uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente, em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica à qual a segunda fonte de calor está conectada.

[0042] O controlador pode ainda ser configurado para determinar localmente o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e/ou o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente.

[0043] O controlador, consequentemente, pode ainda ser configurado para controlar a captação de calor da primeira fonte de calor da rede de aquecimento, controlando uma válvula de controle.

[0044] As características acima mencionadas do método e do sistema de aquecimento local, quando aplicáveis, também se aplicam a este terceiro aspecto. Para evitar repetições indevidas, é feita referência ao acima.

[0045] Um escopo adicional de aplicabilidade da presente invenção se tornará aparente a partir da descrição detalhada dada abaixo. No entanto, deve ser entendido que a descrição detalhada e exemplos específicos, embora indiquem modalidades preferidas da invenção, são dados apenas como ilustração, uma vez que várias alterações e modificações dentro do escopo da invenção se tornarão aparentes para os versados na técnica a partir desta descrição detalhada.

[0046] Por isso, deve ser entendido que esta invenção não está limitada às partes componentes específicas do dispositivo descrito ou as etapas dos métodos descritos, uma vez que esse dispositivo e método podem variar. Também deve ser entendido que a terminologia usada neste documento tem o objetivo de descrever apenas modalidades particulares, e não se destina a ser limitativa. Deve-se observar que, conforme usado no relatório descritivo e nas reivindicações anexas, os artigos "o, a", "um, uma" e "referido(a)" pretendem significar que há um ou mais dos elementos, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Assim, por exemplo, a referência a "uma unidade" ou "a unidade" pode incluir vários dispositivos e similares. Além disso, as palavras "compreendendo", "incluindo", "contendo" e termos semelhantes não excluem outros elementos ou etapas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0047] Os aspectos acima e outros da presente invenção serão descritos agora em mais detalhes, com referência aos desenhos anexos, mostrando modalidades da invenção. As figuras não devem ser consideradas limitando a invenção à modalidade específica; em vez disso, são usadas para explicar e entender a invenção.

[0048] Como ilustrado nas figuras, os tamanhos de camadas e regiões são exagerados para fins ilustrativos e, portanto, são fornecidos para ilustrar as estruturas gerais das modalidades da presente invenção.

[0049] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de aquecimento local que compreende uma primeira fonte de calor e uma segunda fonte de calor.

[0050] A Figura 2 é um diagrama de blocos de um método 200 para controlar uma captação relativa de calor da primeira fonte e da segunda fonte de calor do sistema de aquecimento local da Figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0051] A presente invenção será descrita agora mais detalhadamente, com referência aos desenhos anexos, nos quais as modalidades atualmente preferidas da invenção são mostradas. Esta invenção pode, no entanto, ser realizada de várias formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às modalidades estabelecidas no presente documento; em vez disso, essas modalidades são fornecidas para serem minuciosas e completas, e para transmitir completamente o escopo da invenção ao versado na técnica.

[0052] Com referência à Figura 1, será discutido um sistema de aquecimento local 1. O sistema de aquecimento local 1 compreende uma primeira fonte de calor 10, uma segunda fonte de calor 20, um dispositivo emissor de calor 30 e um sistema de distribuição 40 para circulação de fluido de transferência de calor entre o dispositivo emissor de calor 30 e a primeira e segunda fontes de calor 10, 20.

[0053] A primeira fonte de calor 10 está conectada a uma rede de aquecimento 110. A rede de aquecimento 110 está configurada para distribuir calor para a primeira fonte de calor 10.

[0054] A rede de aquecimento 110 pode ser um sistema de aquecimento urbano. O sistema de aquecimento urbano compreende uma rede hidráulica consistindo em um conduto de alimentação urbana para um fluxo de entrada de fluido de transferência de calor urbano e um conduto de retorno urbano para um fluxo de retorno de fluido de transferência de calor urbano. No sistema de aquecimento urbano, uma diferença de pressão de acionamento entre o conduto de alimentação urbano e o conduto de retorno urbano da rede hidráulica cria o chamado “cone de pressão”, pelo qual a pressão nos condutos de alimentação urbanos é maior que a pressão nos condutos de retorno. Essa diferença de pressão circula fluido de transferência de calor urbano na rede hidráulica entre uma planta central de produção de calor e os sistemas de aquecimento local conectados ao sistema de aquecimento urbano. Além disso, uma ou mais bombas de circulação da rede urbana são dispostas no sistema de aquecimento urbano para fornecer a diferença de pressão de acionamento. No caso de a rede de aquecimento 100 ser um sistema de aquecimento urbano, a primeira fonte de calor 10 é um trocador de calor. Novamente, esta é a modalidade ilustrada na Figura 1.

[0055] Alternativamente, a rede de aquecimento 110 pode ser um sistema de distribuição de energia térmica urbano, conforme definido no documento WO 2017/076868. Nesse caso, a primeira fonte de calor 10 é um trocador de calor de consumidor de energia térmica, conforme definido nos documentos WO 2017/076868 e/ou WO2017/076866.

[0056] Ainda, alternativamente, a rede de aquecimento 110 pode ser uma rede de distribuição de gás configurada para distribuir um gás inflamável. Neste caso, a primeira fonte de calor 10 é um queimador de gás.

[0057] O sistema de distribuição 40 compreende uma tubulação de alimentação 42 e uma tubulação de retorno 44. O sistema de distribuição 40 pode ainda compreender uma bomba de circulação 46. A primeira fonte de calor 10 é conectada fluidamente à tubulação de alimentação 42 e à tubulação de retorno 44 para permitir que o fluido de transferência de calor flua da tubulação de retorno 44,

através da primeira fonte de calor 10 para a tubulação de alimentação 42. Enquanto isso, a primeira fonte de calor 10 é configurada para aquecer o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição 40 que flui através da primeira fonte de calor 10. Portanto, a primeira fonte de calor 10 é configurada para transferir calor da rede de aquecimento 110 para o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição 40.

[0058] A segunda fonte de calor 20 está conectada a uma rede de energia elétrica 120. A segunda fonte de calor 20 é tipicamente um aquecedor resistivo elétrico. A segunda fonte de calor 20 está disposta no sistema de distribuição

40. De preferência, a segunda fonte de calor 20 está disposta na tubulação de alimentação 42.

[0059] O dispositivo emissor de calor 30 está configurado para fornecer aquecimento confortável. O dispositivo emissor de calor 30 pode ser um radiador. O sistema de aquecimento local 1 pode compreender uma pluralidade de dispositivos emissores de calor 30. O dispositivo emissor de calor 30 está configurado para emitir calor para seus arredores. Tipicamente, o dispositivo emissor de calor 30 está disposto na sala de uma edificação.

[0060] A primeira fonte de calor 10 pode transmitir calor do fluido de transferência de calor da rede de aquecimento 110 para o fluido de transferência de calor no sistema de distribuição 40 do sistema de aquecimento local

1. Dessa maneira, o calor pode ser gerado remotamente em uma planta de produção de calor em larga escala (não mostrado) e emitido localmente, longe da planta. As plantas podem, por exemplo, usar energia geotérmica ou energia de outros processos, como a combustão do lixo doméstico. O calor produzido é então distribuído através da rede de aquecimento 110 para uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, onde é retirado por fontes de calor conectadas à rede de aquecimento 110.

[0061] Além, ou em vez de usar calor da primeira fonte de calor 10, o calor pode ser gerado localmente no sistema de aquecimento local 1 usando a segunda fonte de calor 20 alimentando eletricidade da rede de energia elétrica 120 na segunda fonte de calor 20 que aquece o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição 40 do sistema de aquecimento local 1.

[0062] Uma vez que a rede de energia elétrica 120 opera de maneira diferente da rede de aquecimento 110, efeitos negativos de uma falta ou mau funcionamento da rede de aquecimento 110 ou da rede de energia elétrica 120 podem ser mitigados aumentando a utilização da outra respectiva fonte de calor 10, 20. As decisões sobre qual fonte de calor usar e em que extensão pode ser controlada localmente em cada sistema de aquecimento local 1 ou centralmente por um controlador conectado a cada respectivo sistema de aquecimento local 1 conectado à rede de aquecimento 110 e/ou à rede de energia elétrica 120.

[0063] O sistema de aquecimento local pode ainda compreender um controlador 50 configurado para controlar a primeira e segunda fontes de calor 10, 20 de captação de calor. O controlador 50 está configurado para controlar a primeira e segunda fontes de calor 10, 20 de captação relativa de calor da rede de aquecimento 110 e da rede de energia elétrica 120, respectivamente. O controle relativo não significa que a primeira e segunda fontes de calor 10, 20 devam ser usadas uma de cada vez; em vez disso, elas podem ser usadas uma de cada vez ou simultaneamente, e com um grau variável de captação de energia relativa de cada fonte de calor 10, 20.

[0064] O controlador 50 está configurado para controlar uma captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor 10, 20. O controlador 50 está configurado para basear o controle em uma comparação de um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente. O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente é indicativo de uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, conectados à rede de aquecimento 110, em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento 110. O controlador 50 pode ser configurado para determinar o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente localmente. Alternativamente, o controlador 50 pode ser alimentado com o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente, a partir de um servidor central (não mostrado) configurado para determinar o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente. O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente é indicativo de uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica 120. O controlador 50 pode ser configurado para determinar o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente localmente. Como alternativa, o controlador 50 pode ser alimentado com o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente a partir de um servidor central (não mostrado) configurado para determinar o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente.

[0065] O controlador 50 é ainda configurado para controlar a captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor 10, 20, de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor é otimizado. De acordo com um exemplo, uma captação relativa pode ser otimizada de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor, mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor é minimizado. Por minimizado, neste contexto, não se limita a um mínimo real na função da captação relativa. É o que basta para que se possa chegar suficientemente perto do mínimo real. Por exemplo, dentro de 20% do mínimo real. De preferência, dentro de 10% do mínimo real.

[0066] A captação de calor da primeira fonte de calor 10 da rede de aquecimento 110 pode ser controlada pelo controle de uma válvula de controle 12. Ao controlar a válvula de controle 12, o fluxo de fluido de transferência de calor da rede de aquecimento para a primeira fonte de calor 10 é controlado. O controlador 50 pode ser configurado para controlar a válvula de controle 12. A válvula de controle 12 pode estar localizada, como mostrado na modalidade da Figura 1, em uma tubulação de retorno disposta para retornar o fluido de transferência de calor da primeira fonte de calor 10 para a rede de aquecimento. Esta configuração pode ser usada, por exemplo, no caso da rede de aquecimento 110 ser uma rede configurada para fluido de transferência de calor aquecido em uma rede configurada para transportar calor térmico. Alternativamente, a válvula de controle 12 pode estar localizada em uma tubulação de alimentação disposta para alimentar fluido de transferência de calor da rede de aquecimento 110 para a primeira fonte de calor 10. Esta configuração pode ser usada, por exemplo, se a rede de aquecimento 110 for uma rede que forneça um gás inflamável e a primeira fonte de calor 10 for um queimador de gás.

[0067] Portanto, o controle de captação relativo de calor da primeira e segunda fontes de calor 10, 20 pode ser baseado na análise de dados. Opcionalmente, o controle da captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor 10, 20 pode ser baseado na análise de dados em combinação com decisões e substituições manuais.

[0068] Com referência à Figura 2, será discutido um método 200 para controlar uma captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor 10, 20 de um sistema de aquecimento local 1, de acordo com acima. O método 200 compreende S102 determinar um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente indicando uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, conectando-se à rede de aquecimento, em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento. A necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local poderia compreender informações sobre quanta energia é necessária para o aquecimento da pluralidade de sistemas de aquecimento local durante um período de tempo predeterminado. Isso pode se basear em dados históricos, mas também em previsões. A capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento pode, por exemplo, ser determinada com base em dados históricos, mas também com base em previsões, como as que têm como base as previsões meteorológicas. Sensores locais para cada sistema de aquecimento local podem ser usados para relatar dados meteorológicos locais, como temperatura externa, vento e umidade externa, dados que podem ser usados para auxiliar na determinação da necessidade de consumo de aquecimento total ou local resolvida temporalmente.

[0069] O método 200 compreende ainda determinar S204, um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, indicando uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente, em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica à qual a segunda fonte de calor está conectada.

[0070] Além disso, o método 200 compreende o controle de S206, com base em uma comparação do parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, uma captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor. A captação é controlada de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor, mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor, é otimizado. De acordo com um exemplo, uma captação relativa pode ser otimizada de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor, mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor, é minimizado. O termo minimizado, neste contexto, não se limita a um mínimo real na função da captação relativa. É o que basta para que se chegue suficientemente perto do mínimo real. Por exemplo, dentro de 20% do mínimo real. De preferência, dentro de 10% do mínimo real.

[0071] O período de tempo predeterminado para a análise temporal depende das circunstâncias de cada rede de distribuição de energia, como a resolução e o atraso dos dados coletados de sistemas de aquecimento local, plantas de produção de calor ou plantas de produção de eletricidade. Por exemplo, o período de tempo predeterminado pode ser de 1 hora, 2 horas, 6 horas ou 24 horas. Outros períodos de tempo também são possíveis dentro do escopo da presente divulgação.

[0072] A capacidade total de aquecimento disponível refere-se a todo o aquecimento produzido, isto é, não levando em consideração o aquecimento consumido. Da mesma forma, a energia elétrica disponível total refere-se a toda a energia elétrica produzida, ou seja, não levando em consideração a energia elétrica consumida.

[0073] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode compreender informações referentes a uma quantidade de gases de efeito estufa emitidos por unidade de energia de calor fornecida via rede de aquecimento.

[0074] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode compreender informações relativas a uma eficiência da capacidade da primeira fonte de calor para transferir calor da rede de aquecimento para o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição.

[0075] O parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente pode compreender informações referentes ao custo por unidade de energia de calor fornecido via rede de aquecimento.

[0076] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode compreender informações referentes à quantidade de gases de efeito estufa emitidos por unidade de energia elétrica da rede elétrica.

[0077] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode compreender informações referentes a uma eficiência da capacidade da segunda fonte de calor de transformar energia elétrica da rede de energia elétrica em calor no fluido de transferência de calor do sistema de distribuição.

[0078] O parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente pode compreender informações referentes ao custo por unidade de energia elétrica da rede elétrica.

[0079] O versado na técnica percebe que a presente invenção de forma alguma está limitada às modalidades preferidas descritas acima. Pelo contrário, muitas modificações e variações são possíveis dentro do escopo das reivindicações anexas.

[0080] Por exemplo, o controlador 50 pode ser incorporado de muitas maneiras diferentes. De acordo com um exemplo, o controlador 50 pode ser um único controlador configurado para controlar a primeira e segunda fontes de calor 10, 20. De acordo com outro exemplo, o controlador 50 pode ser um controlador distribuído compreendendo dois ou mais módulos de controlador. Por exemplo, um primeiro módulo controlador pode ser configurado para controlar a primeira fonte de calor 10 e um segundo módulo controlador pode ser configurado para controlar a segunda fonte de calor 20. O primeiro e o segundo módulos do controlador são configurados para se comunicar e trocar dados. A comunicação pode ser com ou sem fio.

[0081] Além disso, variações nas modalidades divulgadas podem ser compreendidas e efetuadas pelo versado na técnica da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da divulgação e das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para controlar um sistema de aquecimento local primário compreendendo uma primeira fonte de calor (10) conectada a uma rede de aquecimento (110), uma segunda fonte de calor (20) conectada a uma rede de energia elétrica (120), um ou mais dispositivos emissores de calor (30) para fornecer aquecimento confortável e um sistema de distribuição (40) para circulação de fluido de transferência de calor entre os referidos um ou mais dispositivos emissores de calor (30) e a primeira e segunda fontes de calor (10, 20), o método caracterizado pelo fato de que compreende: (S202) determinar um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente indicando uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, a pluralidade de sistemas de aquecimento local estando conectada à rede de aquecimento (110), em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento (110), (S204) determinar um parâmetro um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, indicando uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente, em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica (120) à qual a segunda fonte de calor (20) está conectada, e (S206) controlar, com base em uma comparação do parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e do parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, uma captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor (10, 20), de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor da primeira fonte de calor (10) mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, vezes a captação do calor da segunda fonte de calor (20), é minimizado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente compreende informações referentes a uma quantidade de gases de efeito estufa emitidos por unidade de energia de calor fornecida através da rede de aquecimento (110).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente compreende informações referentes a uma eficiência da capacidade da primeira fonte de calor (10) de transferir calor da rede de aquecimento (110) para o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição (40).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente compreende informações referentes ao custo por unidade de energia de calor fornecido através da rede de aquecimento (110).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente compreende informações referentes à quantidade de gases de efeito estufa emitidos por unidade de energia elétrica da rede elétrica (120).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente compreende informações referentes a uma eficiência da capacidade da segunda fonte de calor (20) de transformar energia elétrica da rede de energia elétrica (120) para aquecer em o fluido de transferência de calor do sistema de distribuição (40).

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente compreende informações referentes ao custo por unidade de energia elétrica da rede elétrica (120).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a primeira fonte de calor (10) é um trocador de calor ou uma bomba de calor conectada à rede de aquecimento (110).

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a segunda fonte de calor (20) é um aquecedor elétrico resistivo.

10. Sistema de aquecimento local, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira fonte de calor (10) conectável a uma rede de aquecimento (110) e disposta para extrair calor da rede de aquecimento (110); uma segunda fonte de calor (20) conectável a uma rede de energia elétrica (120) e para transformar a alimentação de eletricidade através da rede de energia elétrica (120) em calor;

um dispositivo emissor de calor (30); um sistema de distribuição (40) para circulação de fluido de transferência de calor entre o dispositivo emissor de calor (30) e a primeira e segunda fontes de calor (10, 20); e um controlador (50) configurado para controlar a primeira e segunda fontes de calor (10, 20) em relação à captação de calor da rede de aquecimento (110) e da rede de energia elétrica (120), respectivamente.

11. Sistema de aquecimento local de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o controlador (50) é configurado para basear o controle em uma comparação de um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente, em que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente é indicativo de uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, a pluralidade de sistemas de aquecimento local conectados à rede de aquecimento (110), em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento (110), e em que o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente é indicativo de uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente, em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica (120).

12. Sistema de aquecimento local, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador (50) ainda é configurado para controlar a captação relativa de calor da primeira e segunda fontes de calor (10, 20), de modo que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra a captação de calor a partir da primeira fonte de calor (10) mais o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes a captação de calor da segunda fonte de calor (20), é minimizado.

13. Sistema de aquecimento local, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que a segunda fonte de calor (20) está disposta no sistema de distribuição (40).

14. Sistema de aquecimento local, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que a segunda fonte de calor (20) é um aquecedor resistivo elétrico.

15. Sistema de aquecimento local, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que a primeira fonte de calor (10) é um trocador de calor ou uma bomba de calor.

16. Controlador configurado para controlar uma captação relativa de calor de uma primeira fonte de calor (10) conectada a uma rede de aquecimento (110) e uma segunda fonte de calor (20) conectada a uma rede de energia elétrica (120), a primeira e segunda fontes de calor pertencem a um sistema de aquecimento local (1); caracterizado pelo fato de que o controlador 50 é configurado para controlar a captação relativa de calor da primeira fonte de calor (10) e da segunda fonte de calor (20), de modo que um parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente cronometra uma captação de calor da primeira fonte de calor (10) mais um parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente vezes uma captação de calor da segunda fonte de calor (20) é minimizado, em que o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente indica uma necessidade de consumo de aquecimento total resolvida temporalmente de uma pluralidade de sistemas de aquecimento local, a pluralidade de sistemas de aquecimento local sendo conectados à rede de aquecimento (110), em relação a uma capacidade de aquecimento disponível total resolvida temporalmente da rede de aquecimento (110), em que o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente indica uma necessidade de energia elétrica total resolvida temporalmente em relação a uma energia elétrica disponível total resolvida temporalmente da rede de energia elétrica (120) à qual a segunda fonte de calor (20) está conectada.

17. Controlador de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que é configurado ainda para determinar o parâmetro de controle de aquecimento resolvido temporalmente e/ou o parâmetro de controle de energia elétrica resolvido temporalmente localmente.

18. Controlador de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que é configurado ainda para controlar a captação de calor da primeira fonte de calor (10) da rede de aquecimento (110), controlando uma válvula de controle (12).