CZ2015426A3 - Systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie - Google Patents

Abstract

Systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie, který obsahuje alespoň jeden řídicí uzel s řídicím softwarem, přičemž řídicí uzel je napojen na systém sledování rozvodné sítě a dále je napojen na soustavu řízených elektrických zařízení, která jsou napojena na rozvodnou síť. Řízená elektrická zařízení jsou tvořena zdvihacími zařízeními (8) a/nebo masivně rozšířenými spotřebiči (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW, přičemž řídicí uzel (1, 3, 4, 5, 6, 7) s řídicím softwarem je opatřen prostředky pro řízené spouštění volitelného zdvihacího zařízení (8) do režimu spotřeby energie nebo do generátorického režimu s dodávkou generované energie do rozvodné sítě a/nebo je řídicí uzel (1, 3, 4, 5, 6, 7) s řídicím softwarem opatřen prostředky pro řízené spouštění volitelného masivně rozšířeného spotřebiče (80) elektrické energie s příkonem nad 0,5 kW do režimu spotřeby energie.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká systému pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie, který obsahuje alespoň jeden řídicí uzel s řídicím softwarem, přičemž řídicí uzel je napojen na systém sledování rozvodné sítě a dále je napojen na soustavu řízených elektrických zařízení, která jsou napojena na rozvodnou síť.

Dosavadní stav techniky

Současná společnost se potýká s celou řadou problémů způsobených nerovnováhou mezi okamžitou výrobou a okamžitou spotřebou elektrické energie. Tato nerovnováha je primárně způsobena velmi nízkou regulovatelností výroby elektrické energie u některých typů zdrojů elektrické energie, zejména u fotovoltaických elektráren, větrných elektráren, elektráren založených na biologickém zdroji energie, atd., zejména pak v důsledku prudké změny počasí v lokalitě větrné elektrárně, fotovoltaické elektrárny. Dalšími faktory vzniku nerovnováhy mezi výrobou a spotřebou elektrické energie jsou náhlý pokles odběru v důsledku náhlého odstavení spotřebního místa, v důsledku nadměrné výroby elektrické energie, chyba rozvodné sítě atd. Všechny tyto jevy vedou ke zvýšení energie v určité oblasti rozvodné sítě, což v kombinaci s klasickými zdroji energie, jako jsou vodní elektrárny, uhelné elektrárny, jaderné elektrárny atd. může vést buď k výraznému nedostatku energie, nebo naopak přebytku energie. Oba tyto stavy mohou vést k vysokým škodám, a to jak na rozvodné síti, tak na připojených zařízeních spotřebitelů, ke vzniku tzv. black-out, atd.

Z tohoto důvodu se existuji různá řešení, která umožňují spotřebovávat přebytečnou energii v době přebytku a naopak vyrábět energii v době nedostatku energie. Jedná se o různé systémy založené na řízené akumulaci energie a řízeném vydávání naakumulované energie, např. různé elektrické baterie, systémy uchovávání energie stlačováním vzduchu, přečerpávací vodní elektrárny atd.

Nevýhodou elektrických baterií je nemožnost uchovávat skutečně velká množství energie. Nevýhodou uchovávání energie pomocí stlačeného vzduchu je nízká účinnost, tj. vysoké ztráty. Nevýhodou přečerpávacích vodních elektráren je vysoká cena, stavební a ekologická náročnost a dlouhá výstavba, která je přitom proveditelná jen v určitých lokalitách a ne všude tam, kde by bylo potřeba.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň zmírnit nevýhody dosavadního stavu techniky, zejména navrhnout systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie, který umožňuje řízenou a efektivní akumulaci energie a stejně tak řízené a efektivní vydávání naakumulované energie.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo systémem pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie, jehož podstata spočívá vtom, že řízená elektrická zařízení jsou tvořena zdvíhacími zařízením a/nebo masivně rozšířenými spotřebiči elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW, přičemž řídicí uzel s řídicím softwarem je opatřen prostředky pro řízené spouštění volitelného zdvíhacího zařízení do režimu spotřeby energie nebo do generátorického režimu s dodávkou generované energie do rozvodné sítě a/nebo je řídicí uzel s řídicím softwarem opatřen prostředky pro řízené spouštění volitelného masivně rozšířeného spotřebiče elektrické energie s příkonem nad 0,5 kW do režimu spotřeby energie.

Systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie podle vynálezu umožňuje řízenou a efektivní akumulaci energie, která je přebytečná v rozvodné síti a řízené a efektivní vydávání akumulované energie zpět do rozvodné sítě. Systém podle vynálezu napomáhá využití obnovitelných zdrojů energie, které jsou zapojeny do rozvodných sítí společně s klasickými stabilními zdroji elektrické energie. Systém napomáhá odstraňovat regulační nedostatečnost výkonu obnovitelných zdrojů elektrické energie, protože tyto mají nestabilní výkon zejména při náhlých změnách počasí (sluneční svit, výskyt oblačnosti, vítr atd.). Systém totiž umožňuje poměrně efektivně akumulovat energii časově i množstevně řízenou přeměnou elektrické energie v rozvodné síti na potenciální energii břemen soustavy připojených zdvíhacích zařízení (dále jen ZZ), a také řízenou přeměnu takto naakumulované potenciální energie břemen soustavy připojených zdvíhacích zařízení (ZZ) zpět na elektrickou energii dodávanou řízené, jak z hlediska času, tak i množství (výkonu), zpět do rozvodné sítě řízeným záměrným spouštěním břemen ZZ připojených k systému a ovládaných systémem. Systém umožňuje fungování jak v regionálním nebo dokonce jen místním měřítku, např. v rámci města nebo obce, ale stejně tak umožňuje fungování v širším měřítku, a to celostátním, nadnárodním, nebo i globálním. Ve své podstatě lze systém využít i k přesně časově a množstevně řízenému přenosu naakumulované a zpětně vyrobené elektrické energie i na dlouhé vzdálenosti atd.

Pokud se dostatečný počet ZZ s generátorovým režimem chodu svého elektromotoru při spouštění a/nebo zvedání břemena připojí k řídicí uzlům systému podle tohoto vynálezu, vytvoří se tím soustava pro řiditelnou spotřebu řiditelného množství energie z rozvodné sítě, ale i pro řiditelné generování řiditelného množství energie a její dodávku zpět do rozvodné sítě. Takto koncipovaný systém je velmi dobře regulovatelný a zachovává primární určení ZZ, kterým je užitný provoz ZZ, tj. zvedání a spouštění břemen, doprava atd. Nové využití ZZ, kterým je jejich zapojení do systému pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie podle tohoto vynálezu naopak rozšiřuje možnosti regulace a ochrany rozvodných sítí. Systém umožňuje opakované a velmi rychlé řízené reakce ZZ, tj. spuštění ZZ (od jednotlivých ZZ až po velké skupiny ZZ) pro zajištění spotřeby potřebného množství energie a stejně tak spuštění ZZ (od jednotlivých ZZ až po velké skupiny ZZ) do generátorického režimu chodu jejich elektromotorů s potřebným generovaným výkonem a s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, a to mnohokrát během 24 hodin, a to jak v lokálním pojetí z hlediska zeměpisného a časového pásma, tak i v globálním pojetí, tj. v širokém zeměpisném rozsahu přes více časových pásem nebo i všechna časová pásma.

Použití nebo zavádění nových typů ZZ, zejména z hlediska obecného přechodu na ZZ s generátorickým režimem chodu jejich elektromotoru při spouštění břemen a s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, může být v zásadě podobné, jako např. již realizovaný globální přechod chladících zařízení na zařízení neobsahující skleníkové plyny.

Vynález účelně využívá koordinaci činnosti jednotlivých ZZ i celých skupin ZZ v různých místech, oblastech, regionech, zemích atd., případně i v nadnárodní nebo globální úrovni a tím optimalizovat jednotlivé místní, ale i páteřní rozvodné sítě elektrické energie z hlediska rovnováhy spotřeby a výroby energie v reálném čase.

Objasnění výkresů

Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 globální blokové schéma systému podle vynálezu, obr. 2 blokové schéma místní úrovně systému podle vynálezu a obr. 3 blokové schéma koncového uzlu systému podle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude popsán na příkladu provedení systému pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie od globálního uspořádání celého systému, přes uspořádání místní úrovně systému až po uspořádání nejnižšího stupně, tzv. koncového uzlu.,

Systém je založen na principu efektivního řízení skupiny zdvíhacích zařízení (dále jen ZZ), přičemž z hlediska efektivního využití je výhodné, je-li ovládaná skupina ZZ dostatečně velká, tj. dostatečně velká k zajištění potřebné řízené spotřeby elektrické energie z rozvodné sítě, tak i k zajištění potřebného řízeného vydávání elektrické energie naakumulované systémem zpět do rozvodné sítě. Systém využívá zejména zdvíhacích zařízení bez protizávaží (dále jen ZZBP), která se vyznačují tím, že při zvedání břemena, tj. při cestě břemena „nahoru“, spotřebovávají jejich (zejména asynchronní, ale po úpravě i jiné druhy elektromotorů) elektromotory elektrickou energii ze sítě a naopak při spouštění břemena, tj. při cestě břemena dolů, naopak tyto elektromotory elektrickou energii generují, a to proto, že ZZ při spouštění břemena brzdí tato břemena právě svými elektromotory, které při takovém motorem bržděném spouštění břemena pracují v tzv. generátorickém režimu, tj. generují elektrický proud. V současné době se takto vyráběná elektrická energie využívá buď pouze k nabíjení místních baterií, a to např. pro provoz nouzového osvětlení budovy, nebo se takto generovaná elektrická energie dodává pouze do místní sítě příslušného objektu, atd.

Z tohoto hlediska bude dále pod pojmem zdvíhací zařízení (ZZ) rozuměno vždy takové zdvíhací zařízení, např. osobní výtah, nákladní výtah, stavební výtah, jídelní výtah, stavební jeřáb, lanovka, horská dráha atd. a další zdvíhací zařízení, jehož elektromotor během alespoň části provozu ZZ pracuje v generátorickém režimu, tj. generuje elektrický proud. Taková ZZ jsou přitom široce používána a jsou běžně nainstalována v bytových domech, administrativních budovách, průmyslových a výrobních objektech, zdravotnických zařízeních, na stavbách, v přírodě atd., a to v obcích, městech, regionech, státech a světadílech.

Systém spočívá v tom, že jednotlivé ZZ a/nebo jiné masivně rozšířené spotřebiče elektrické energie s příkonem více než 0,5 kW, jak bude blíže popsáno v dalším textu, se propojí datovými spoji, např. pomocí Internetu, GSM sítí, lokálních sítí připojených ke globálním sítím, případně i pomocí stávajících ovládacích technologií signálu HDO, atd., s řídicími uzly systému do funkčního celku, přičemž jednotlivé řídicí uzly jsou vybaveny řídicím software a prostředky pro komunikaci s řídicími prvky jednotlivých ZZ přiřazených příslušnému řídicímu uzlu systému podle vynálezu. Řídicí uzly jsou také napojeny na systémy sledování energetických rozvodných sítí a případně jsou napojeny i na systémy sledování významných zdrojů elektrické energie, tj. zejména velkých elektráren (plynových, uhelných, jaderných, větrných, fotovoltaických, atd.), takže řídicí uzly jsou schopny pomocí řídicího software včas a odpovídajícím způsobem reagovat na výskyt problémových jevů v rozvodných sítích nebo v jejich částech. Pokud se v rozvodné síti, nebo její části vyskytne problémový jev, jsou řídicí uzly schopny pomocí řídicího software schopny včas a odpovídajícím způsobem zajistit připojení odpovídajícího počtu ZZ jakožto spotřebičů případně přebytečné elektrické energie nebo i jakožto generátorů elektrické energie s dodávkou generované energie zpět do rozvodné sítě, jak bude blíže popsáno v dalším textu. Reakční časy systému jsou ideálně velmi krátké, nejlépe v řádu jednotek vteřin maximálně minut od zjištění výskytu problémového jevu v síti nebo v části sítě, kdy dojde ke spuštění potřebné spotřeby energie nebo naopak generování energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě pomocí zapojení skupiny ZZ zvolené řídicími uzly ve vhodném městě, regionu, státu nebo i nadnárodním nebo v globálním měřítku, čímž je možno velmi rychle eliminovat, resp. optimalizovat, výskyt problémových jevů v příslušné části rozvodné sítě, resp. v rozvodné síti jako celku.

Řídicí software je na všech úrovních zabezpečen před napadením a převzetím kontroly nad řízenými ZZ ze strany neautorizovaných osob, zejména software autonomně odpojí příslušné ZZ nebo skupinu ZZ od ovládání, takže ovládání příslušného ZZ nebo skupiny ZZ je nadále možné pouze pomocí prostředků místního ovládání, tj. tlačítkový panel příslušného ZZ, lokální ovládací síť správce budovy atd., a to až do obnovení zabezpečené funkce systému.

Řídicí software také zabezpečuje to, že době kdy se aktuálně v rozvodné síti nevyskytuje přebytek energie, tak se neprovádí tzv. preventivní akumulace elektrické energie do potenciální energie ZZ. Stejně tak se v případě, kdy se v rozvodné síti aktuálně nachází přebytek energie, negeneruje se (nevyrábí se) elektrická energie záměrným řízením chodu ZZ s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, ale generovaná energie se, stejně jako doposud buď zmařuje záměrným ohřevem přídavného topného článku, nebo se její pomocí nabíjejí místní baterie, místní osvětlení atd. Tato pravidla platí na všech úrovních systému podle vynálezu, tj. pro všechny řídicí uzly systému, a probíhá jen běžný provoz ZZ.

Systém podle vynálezu pracuje tak, že uživatelé v průběhu dne na místě instalace ZZ normálně používají ZZ, jezdí výtahy, používají stavební jeřáby atd. Stav využití jednotlivých ZZ se přitom monitoruje řídicími uzly podle vynálezu a poloha jednotlivých ZZ nad jejich nejnižší polohou, např. u osobních výtahů je to poloha kabiny výtahu vůči nejnižší možné poloze kabiny se řídí podle aktuálního stavu rozvodné sítě. Pokud je v rozvodné síti, nebo její části, aktuálně přebytek energie a hrozil by výskyt nežádoucího jevu v rozvodné síti, pak řídicí uzly vydají pokyn pro jízdu jednoho nebo více ZZ připojených do této rozvodné sítě nebo do příslušné části rozvodné sítě směrem vzhůru, čímž se tyto ZZ řízené připojí k rozvodné síti nebo k příslušné části rozvodné sítě jako další spotřebiče energie ovládané podle tohoto vynálezu. Pokud je naopak v rozvodné síti aktuálně nedostatek energie, pak řídicí uzly vydají pokyn pro jízdu jednoho nebo více ZZ připojených do této rozvodné sítě nebo do příslušné části rozvodné sítě směrem dolů, resp. pro jízdu ZZ s elektromotorem v generátorickém režimu, čímž se řízené připojí další zdroje energie, která je řízené dodávána zpět do rozvodné sítě nebo do příslušné části rozvodné sítě. Pokud je rozvodná síť stabilní, pak řídicí uzly nemusí nijak zasahovat do chodu jednotlivých ZZ a pouze monitorují stav jednotlivých ZZ za účelem připravenosti pro spuštění příslušného ZZ buď v režimu spotřeby elektrické energie, nebo naopak v režimu generování elektrické energie pomocí ZZ výše popsaným způsobem. Pokud je v části rozvodné sítě přebytek energie a v jiné části naopak nedostatek energie, pak je na rozhodnutí řízení rozvodné sítě, jakým způsobem bude tento rozdíl regulován, tj. jestli bude regulován výhradně prostředky správců rozvodné sítě nebo výhradně prostředky podle tohoto vynálezu nebo kombinací prostředků tohoto vynálezu a prostředků správců rozvodné sítě, přičemž i v takovém případě je tento vynález schopen značně napomoci řešení potenciálního problému v příslušných částech rozvodné sítě.

Řídící software má přitom naprogramovány priority využití ZZ na základě místní potřeby uživatelů ZZ a možného využití příslušného ZZ pro systém podle tohoto vynálezu. Vždy přitom má prioritu místní využití ZZ před využitím ZZ pro potřeby tohoto systému, protože vzhledem k obrovskému počtu potenciálně využitelných ZZ se předpokládá, že nenastane situace, kdy jsou všechny ZZ v jeden okamžik využívány místní obsluhou, tj. nejsou přístupné pro využití systémem podle tohoto vynálezu. Pouze v naprosto kritické situaci akutně hrozícího totálního výpadku rozvodné sítě, tzv. black-out, je umožněno převzetí řízení dostupných ZZ nebo i postupné přebírání dostupných ZZ podle jejich postupného ukončování místního využití místním uživatelem, do řízení systémem podle tohoto vynálezu a s odmítnutím lokálního používání. Předpokládá se však, že hrozba totálního výpadku rozvodné sítě by mohla být využitím systému podle tohoto vynálezu efektivně eliminována během relativně krátké doby, navíc je možno plošně rozložit využití dostupných ZZ po rozvodné síti a tím podpořit efektivní eliminaci hrozícího black-outu za relativně krátký čas. Tato doba absolutního ovládnutí ZZ systémem podle vynálezu je relativně krátká, jednotky až desítky minut, což v porovnání s následky případně nastalého black-outu je ospravedlnitelné nepohodlí pro místní uživatele, kteří nemohou využívat své ZZ.

I v případě hrozícího black-outu je však umožněno, aby složky integrovaného záchranného systému, tj. hasiči, záchranáři, lékaři, policie atd., mohli v případě potřeby užívat konkrétní ZZ, čímž je zajištěna hlavní priorita záchranného systému. S ohledem na priority je možné také jednotlivá ZZ rozčlenit do skupin podle elektrických (výkonových) parametrů a parametrů důležitosti pro místní provoz, přičemž toto vše jsou kritéria, podle kterých řídicí uzly a řídicí software rozhoduje o cíleném zapojování jednotlivých ZZ jako spotřebičů nebo naopak jako generátorů energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě.

K dosažení ekonomického efektu akumulace a spotřeby energie systémem podle vynálezu se využívá efektu, který zajišťuje spuštění ZZ do režimu spotřeby nebo do režimu generování energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě ve skupinách, nejlépe pak spuštění ZZ po skupinách o určitém počtu, např. po deseti ZZ nebo i více, přičemž jednotlivé ZZ nebo skupiny ZZ jsou spouštěny do režimu spotřeby nebo generování energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě bud’ postupně nebo současně nebo část současně a část postupně, vždy však v závislosti na aktuálně potřebném množství energie, která má být v určitém čase spotřebována nebo na aktuálně potřebné velikosti generovaného výkonu po určitou dobu. Výsledkem je akumulace (spotřeba) energie a/nebo generování energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě systémem podle vynálezu v delším časovém intervalu, s výhodou od 10 minut do 30 až 50 minut, v případě potřeby i více

Jednotlivé ZZ jsou z hlediska spotřebované energie i generované energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě měřeny tzv. chytrými, s výhodou i vícetarifními, elektroměry, přičemž z důvodu ekonomické motivace majitelů a provozovatelů jednotlivých ZZ je výhodné, jestliže jsou příslušná ZZ z hlediska spotřeby zařazena do vícetarifového spotřebního režimu, kdy se cena spotřebované energie mění během 24 hodin jednoho dne v závislosti na aktuálním čase nebo aktuální spotřebě v síti, podobně jako je nyní tzv. vysoký tarif a nízký tarif (noční proud) jak jej využívají např. elektrické boilery, akumulační vytápěcí elektrická kamna atd. Jednotlivé ZZ jsou přitom nejen zpoplatněny z hlediska spotřebované energie pro místní použití, ale jsou rovněž oceňovány z hlediska generované energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě a to podle tarifikace, kterou poskytuje systém podle tohoto vynálezu na základě údajů chytrých vícetarifních elektroměrů. S výhodou se cena spotřebované i generované energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě mění po jednotlivých hodinách v průběhu celých 24 hodin jednoho dne. Pro zlepšení motivace a přehledu provozovatelů a majitelů ZZ je každé ZZ na místě instalace příslušného ZZ opatřeno světelnou a/nebo akustickou signalizací o aktuálním stavu napájení ZZ, tj. jestli se příslušné ZZ právě nachází v běžném napájecím tarifu nebo se nachází v prioritě používání systémem podle tohoto vynálezu, která se promítne v konečných nákladech na provoz ZZ, např. i vzhledem k možným záporným cenám elektrické energie v určitých hodinách podle tarifů, atd.

Jednotlivá ZZ, která nejsou aktuálně využívána, dostanou pokyn „zaparkovat“ v nejvyšším podlaží. Např. v době ranní špičky, kdy většina obyvatel odchází, tj. cca 7:00 - 9:00 hod., postupně sjíždějí jednotlivé nevyužívané ZZ podle pokynů řídicího programu dolů, přičemž sjíždějí v generátorickém režimu, čili fungují jako dokonale regulovatelný (lokálně, regionálně, celostátně, nadnárodně, celoevropsky, globálně) a centrálně řízený špičkový zdroj energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, který navíc může své vlastnosti využívat vzhledem k počtu řízených ZZ i opakovaně v průběhu celého dne, tj. 24 hod. denně. Naopak v době přebytků elektrické energie, např. během dopoledne a pak v době polední přestávky, vydávají řídicí prvky systému podle tohoto vynálezu podle aktuálního stavu přebytků energie v rozvodné síti v příslušném regionu, oblasti, státu, kontinentu atd., postupné pokyny pro přesouvání jednotlivých ZZ, zejména osobních výtahů, nahoru (do horních poloh), čímž se elektrická energie přebytečná v rozvodné síti přeměňuje na potenciální energii ZZ. V určených horních polohách příslušné ZZ „zaparkují“ a čekají na další řídicí pokyny, ať už od řídicích prvků systému podle vynálezu nebo od lokálních řídicích prvků, např. tlačítkových tabulí umístěných na konstrukci příslušného ZZ atd.

Ve znázorněném příkladu provedení má systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie přísně hierarchickou strukturu nadřízených a podřízených míst. Nejvyšším prvkem systému je globální řídicí uzel 1, který je napojen na systémy 2 sledování rozvodných sítí. Globální řídicí uzel 1 zajišťuje globální funkčnost celého systému podle vynálezu.

Systémy 2 sledování rozvodných sítí mají různou úroveň, např. nadnárodní systém 20 sledování rozvodných sítí, národní systémy 21 sledování rozvodné sítě, systémy 22 sledování regionálních rozvodných sítí, systémy 23 sledování obvodních rozvodných sítí a systémy 24 sledování místních rozvodných sítí. Ve znázorněném příkladu provedení je každý ze systémů 20 až 24 sledování rozvodných sítí zakreslen pouze jedenkrát, ale je zřejmé, že podle složitosti rozvodné sítě je na globální řídicí systém 1 napojen odpovídající počet systémů 20 až 24 sledování rozvodných sítí, podle složitosti a členění rozvodných sítí.

Globální řídicí uzel 1 je dále napojen na soustavu národních řídicích uzlů 3, které zajišťují funkčnost systému podle vynálezu na národní úrovni. Národní řídicí uzel 3 je napojen na národní systémy 21 sledování rozvodné sítě a zprostředkovaně i na ostatní systémy 20 až 24 sledování rozvodných sítí. Globální řídící uzel 1 je v podstatě centrála systému, např. alespoň jedna pro každý kontinent, při globálním rozšíření systému podle vynálezu. Globální řídicí uzel 1 určuje globální priority činnosti podřízených prvků systému.

Národní řídicí uzel 3 je napojen na skupinu regionálních řídicích uzlů 4, které zajišťují funkčnost systému podle vynálezu v jednotlivých regionech příslušného státu. Regionální řídicí uzly 4 jsou napojeny na systémy 22 sledování regionálních rozvodných sítí a zprostředkovaně i na ostatní systémy 20 až 24 sledování rozvodných sítí.

Regionální řídicí uzel 4 je napojen na skupinu obvodních řídicích uzlů 5, které zajišťují funkčnost systému podle vynálezu na obvodní úrovni. Obvodní řídicí uzly 5 jsou napojeny na systémy 23 sledování obvodních rozvodných sítí a zprostředkovaně i na ostatní systémy 20 až 24 sledování rozvodných sítí.

Obvodní řídicí uzel 5 je napojen na skupinu místních řídicích uzlů 6, které zajišťují funkčnost systému podle vynálezu na místní úrovni. Místní řídicí uzly 6 jsou napojeny na systémy 24 sledování místních rozvodných sítí a zprostředkovaně i na ostatní systémy 20 až 24 sledování rozvodných sítí.

Místní řídicí uzel 6 je spřažen se skupinou uzlů 7 pro ovládání a řízení koncového ZZ 8. Uzly 7 pro ovládání a řízení koncového ZZ 8 s výhodou obsahují vhodný elektroměr 70 pro měření odebraného nebo naopak generovaného množství elektrické energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě. Koncové zařízení, ať už se jedná o ZZ 8 nebo masivně rozšířený spotřebič 80 elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW, je ve své ovládací části opatřen vlastní řídicí jednotkou 81 spřaženou s elektrickými obvody 82 koncového zařízení.

V neznázorněném příkladu provedení je systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie realizován v národním měřítku a s odpovídající hierarchií, tj. bez globálního řídicího uzlu 1. V dalším neznázorněném příkladu provedení je systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie realizován v regionálním měřítku a s odpovídající hierarchií, např. tj. bez globálního řídicího uzlu 1 a národního řídicího uzlu 3. V dalším neznázorněném příkladu provedení je systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie realizován v místním měřítku a s odpovídající hierarchií, např. tj. bez globálního řídicího uzlu 1, národního řídicího uzlu 3 a regionálního řídicího uzlu 4 atd.

Systém ve znázorněném příkladu provedení řídí globální řídicí uzel 1., který podle aktuálního stavu energetické bezpečnosti rozvodné sítě, tj. podle okamžitého přebytku elektrické energie a okamžitého nedostatku elektrické energie v rozvodné síti na lokální, regionální, národní, nadnárodní atd., úrovni, a dále na požadavcích trhu s elektrickou energií rozhoduje o spuštění ZZ do režimu spotřeby energie nebo do režimu generování energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, přičemž je možné, aby část ZZ byla spuštěna v režimu spotřeby a jiná část ZZ byla spuštěna v režimu generování s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, a to i v rámci jednotlivých částí rozvodné sítě.

Globální řídicí uzel 1 udržuje potřebné počty ZZ dosažitelné pro potřeby systému podle tohoto vynálezu v potřebném čase opakování podle řídicích uzlů 1, 3 až 7 a jimi určených priorit a podmínek, včetně rezerv spotřeby a generovaného výkonu s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, a to nejlépe po požadovanou dobu, např. 10 min., 20 min., 30 min. atd. Tyto časové úseky a počty ZZ 8 se známými příkony i generovaným výkonem s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, se neustále podle aktuálního stavu rozvodné sítě a podle aktuálních požadavků řídicích uzlů 1, 3 až 7 mění a optimalizují se pro dosažení potřebného efektu akumulace elektrické energie v požadovaném čase a výkonu po vyhodnocení aktuálního stavu rozvodné sítě nebo části rozvodné sítě atd.

Konkrétní příklad činnosti systému podle vynálezu při eliminaci přebytku elektrické energie je takový, že nejdříve analyzuje rozsah a místo (lokalitu) výskytu problému a na základě této analýzy určí počet a lokální umístění ZZ 8 předpokládaných pro vyřešení problému v dané lokalitě, v dané rozvodné síti nebo v příslušné části rozvodné sítě.

Řídicí uzel 1, 3 až 7 příslušný pro postiženou rozvodnou síť nebo pro postiženou část rozvodné sítě vydá pokyn k postupnému spouštění chodu jednotlivých ZZ 8 nebo i skupin ZZ 8 v režimu spotřeby energie s akumulací energie v místě ZZ 8. V případě skupinového spouštění ZZ 8, kdy skupiny ZZ 8 mají volitelný počet ZZ 8, např. 24, -32, 100, 200 atd. jednotek ZZ 8, se u každé skupiny rozhodne, jestli se všechna ZZ 8 z příslušné skupiny ZZ 8 spustí současně nebo jestli se jednotlivé ZZ 8 v rámci jedné skupiny ZZ 8 spustí postupně v určitých časových rozestupech (intervalech) mezi sebou po určitou dobu. Následně provede řídicí uzel 1, 3 až 7 příslušný pro postiženou rozvodnou síť nebo pro postiženou část rozvodné sítě vyhodnocení účinku právě spuštěných ZZ 8 na rozvodnou síť, a pokud zjistí, že doposud spuštěný počet ZZ 8 nebo skupin ZZ 8 nestačí k dostatečnému účinku na rozvodnou síť, vydá tento příslušný řídicí uzel 1, 3 až 7 pokyn ke spuštění dalších ZZ 8 nebo dalších skupin ZZ 8 o zvoleném počtu jednotek ZZ 8 do stejného režimu chodu, tj. buď „do režimu spotřeby“ nebo „do režimu generování s dodávkou generované elektrické energie do rozvodné sítě“.

Pokud řídicí uzel 1, 3 až 7 příslušný pro postiženou rozvodnou síť nebo pro postiženou část rozvodné sítě vyhodnotí, že ani po spuštění dostupných ZZ 8 pod jeho řízením není možno v příslušné rozvodné síti nebo její části problém vyřešit, oznámí to nadřazenému řídicímu uzlu 1, 3 až 7, který vydá pokyny pro spouštění ZZ 8 nebo skupin ZZ 8 ve větší části rozvodné sítě, např. v národní síti, nebo nadnárodní síti atd.

Pokud některý z řídicích uzlů 1, 3 až 7 vyhodnotí, že hrozí totální výpadek rozvodné sítě, tzv. black - out, převezme systém, samozřejmě s ohledem na bezpečnost lokálních aktuálních uživatelů jednotlivých ZZ 8, řízení všech dostupných ZZ 8 a direktivně je využije k řešení problému. Výše zmíněný „ohled na bezpečnost lokálních aktuálních uživatelů jednotlivých ZZ 8“ je míněn tak, že příslušný řídicí uzel 1, 3 až 7 je napojen na zabezpečovací systém ZZ 8, z nějž získává informace o aktuálním používání jednotlivých ZZ 8 místním uživatelem (zatížení ZZ 8 osobami nebo nákladem atd.), vyhlásí příslušný řídicí uzel 1, 3 až 7 tzv. STOP stav příslušného ZZ 8, kdy příslušný ZZ 8 dokončí aktuální místní úlohu a je zabráněno místnímu použití (nastoupení osob, naložení nákladu atd.), např. světelnou nebo zvukovou nebo kombinovanou signalizací, a příslušné ZZ 8 je plně převzato do kontroly příslušného řídicího uzlu 1, 3 až 7, který jej využívá pro potřeby systému podle tohoto vynálezu V takovém případě je výhodné, když je stav řízení příslušného ZZ 8 nebo masivně rozšířeného spotřebiče 80 signalizován, opticky a/nebo akusticky, přímo na místě ZZ 8 nebo masivně rozšířeného spotřebiče 80, aby nedošlo k omylům o aktuální činnosti zařízení 8, 80, zejména záměny použití zařízení 8, 80 pro účely systémy podle tohoto vynálezu za poruchu zařízení 8, 80.

Obdobně systém postupuje i v případě výskytu nedostatku elektrické energie v rozvodné síti nebo její části, pouze s tím rozdílem, že jednotlivé ZZ 8 a/nebo skupiny ZZ 8 jsou spouštěny do režimu generování elektrické energie svými elektromotory, např. výtahy jsou řízené spouštěny z horních pater dolů atd., s dodávkou generovaná energie do rozvodné sítě.

K dosažení efektivního fungování systému je vhodné, jestliže jednotlivé řídicí uzly 1, 3 až 7 průběžně vytvářejí rezervu určitých počtů jednotlivých ZZ 8 a/nebo skupin ZZ 8 pro použití pro účely systému podle tohoto vynálezu, tj. na základě průběžného monitorování stavu rozvodné sítě a jejích částí se neustále udržuje určitý počet jednotlivých ZZ 8 a/nebo skupin ZZ 8 pro okamžité spuštění do režimu spotřeby, v nejnižších vertikálních pozicích, a určitý počet jednotlivých ZZ 8 a/nebo skupin ZZ 8 se naopak udržuje pro okamžité spuštění do režimu generování elektrické energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, tj. v nejvyšších pozicích.

V neznázorněném příkladu provedení jsou jako řiditelné spotřebiče pro účely tohoto vynálezu připojeny k řídicím uzlům 1, 3 až 7 další typy masivně rozšířených spotřebičů 80 elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW, které mají dostatečně velkou spotřebu na jednotku (na každý kus zařízení), a které je možno řízené dálkově spustit bez ohrožení veřejnosti, jako jsou elektrické akumulační ohřívače vody (elektrické bojlery), elektrická akumulační vytápěcí zařízení a jiné masivně rozšířené elektrické spotřebiče s relativně bezpečným provozem, které jsou v současnosti řízeny pouze za účelem spínání v tzv. vysokém a nízkém tarifu 1x až 2x denně využitím signálu systému HDO. Tyto další, masivně rozšířené spotřebiče 80 v případě potřeby doplňují výše popsaný systém se ZZ 8 a rovněž umožňují řízené spuštění nebo naopak vypnutí spotřeby elektrické energie, kde elektrická energie je přeměněna na teplo, které je následně místními uživateli účelně využito v podobě v podobě tepelné energie, takže nedojde k přímé ztrátě energie, a proto jsou i tyto spotřebiče vhodné pro doplnění ZZ 8 v systému podle vynálezu, čímž se vytvoří hybridní systém. Tyto další, masivně rozšířené spotřebiče 80 jsou součástí systému pro optimalizaci spotřeby a výroby elektrické energie v době aktuálních přebytků elektrické energie. Využitím těchto dalších spotřebičů 80 se vytvoří buď hybridní systém, jak již bylo uvedeno výše, nebo se naopak vytvoří systém výhradně ke spotřebě energie, jak bude blíže popsáno v dalším textu.

S výhodou mají masivně rozšířené spotřebiče 80 vlastní měření spotřeby energie.

Hybridním systémem podle tohoto vynálezu se rozumí systém, v němž část koncových řízených zařízení, tj. ZZ 8, umožňuje jak řízené spuštění spotřeby energie, tak i řízené spuštění generování energie s dodávkou generované energie do rozvodné sítě, a část koncových zařízení, tj. spotřebiče 80, umožňuje pouze řízené spuštění spotřeby energie.

Systémem výhradně ke spotřebě energie se podle tohoto vynálezu rozumí systém, v němž koncová zařízení 80 jsou schopna pouze řízeného spuštění spotřeby energie, přičemž tato energie se vrací na místě spotřeby v podobě tepelné energie generované těmito koncovými zařízením, nejlépe v 5 průběhu 24 hodin následujících po zapojení příslušného spotřebiče systémem podle tohoto vynálezu.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Systém pro optimalizaci výroby a spotřeby elektrické energie, který obsahuje alespoň jeden řídicí uzel s řídicím softwarem, přičemž řídicí uzel je napojen na systém sledování rozvodné sítě a dále je napojen na soustavu řízených elektrických zařízení, která jsou napojena na rozvodnou síť, vyznačující se tím, že řízená elektrická zařízení jsou tvořena zdvíhacími zařízením (8) a/nebo masivně rozšířenými spotřebiči (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW, přičemž řídicí uzel (1, 3, 4, 5, 6, 7) s řídicím softwarem je opatřen prostředky pro řízené spouštění volitelného zdvíhacího zařízení (8) do režimu spotřeby energie nebo do generátorického režimu s dodávkou generované energie do rozvodné sítě a/nebo je řídicí uzel (1, 3, 4, 5, 6, 7) s řídicím softwarem opatřen prostředky pro řízené spouštění volitelného masivně rozšířeného spotřebiče (80) elektrické energie s příkonem nad 0,5 kW do režimu spotřeby energie.

2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí uzel (1,3, 4, 5, 6, 7) s řídicím softwarem je opatřen prostředky pro vytváření současně řízených skupin zdvíhacích zařízení (8) a/nebo skupin masivně rozšířených spotřebičů (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW.

3. Systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že řídicí uzel (1,3, 4, 5, 6, 7) je spřažen s alespoň jedním dalším řídicím uzlem (1,3, 4, 5, 6, 7).

4. Systém podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že zdvíhací zařízení (8) je ze skupiny zařízení osobní výtah, nákladní výtah, stavební výtah, jídelní výtah, stavební jeřáb, lanovka, horská dráha.

5. Systém podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že tím, že masivně rozšířené spotřebiče (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW je ze skupiny elektrický akumulační ohřívač vody a elektrické akumulační vytápěcí zařízení.

6. Systém podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že tím, že zdvíhací zařízení (8) a/nebo masivně rozšířený spotřebič (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW je spřažen s řídicím uzlem (7) pro ovládání a řízení zdvíhacího zařízení (8) a/nebo masivně rozšířeného spotřebiče (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW, přičemž skupina uzlů (7) pro ovládání a řízení koncového zdvíhacího zařízení (8) a/nebo masivně

5 rozšířeného spotřebiče (80) elektrické energie s elektrickým příkonem nad 0,5 kW je spřažena s místním řídicím uzlem (6), přičemž skupina místních řídicích uzlů (6) je spřažena s obvodním řídicím uzlem (5), skupina obvodních řídicích uzlů (5) je spřažena s regionálním řídicím uzlem (4), skupina regionálních řídicích uzlů (4) je spřažena s národním řídicím uzlem (3) a skupina národních 10 řídicích uzlů (3) je spřažena a globálním řídicím uzlem (1), přičemž jednotlivé řídicí uzly (1, 3, 4, 5, 6, 7) jsou napojeny na systémy (20, 21, 22, 23, 24) sledování rozvodných sítí nebo jejich částí.