CZ31006U1 - Rozšířená kompenzovaná energetická topná soustava pro dodávku přenosového média, zejména vody - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předmětem technického řešení je rozšířená kompenzovaná energetická topná soustava pro dodávku přenosového média, zejména vody, dodávající odběrateli teplonosné médium s požadovanými fyzikálními parametry pro topné nebo technologické účely, se zlepšenou vnitřní funkcí a vzájemnou interakcí jednotlivých aktivních prvků kompenzované energetické topné soustavy, a tím zvýšení energetické topné kompenzace celé soustavy při snížení její energetické náročnosti a snížení vlivu na životní prostředí.

Dosavadní stav techniky

Topné soustavy s instalovaným topným příkonem nad 0,5 MW jsou v současné technické praxi koncipovány, navrhovány a dodávány pouze s prioritním cílem zajistit individuální požadované energetické funkce, tj. úplné pokrytí topných a technologických požadavků v libovolném čase a na libovolném místě. U těchto topných soustav jsou náklady na energii řešeny pouze dílčími opatřeními, například výměnou kotlů s vyšší účinností a nižšími emisemi, tloušťkou tepelných izolací atp. Dalším nedostatkem je absence moderních integrovaných systémů měření a regulace a nedostatečná provozní opatření ke snižování energetické náročnosti. Topné soustavy jsou v technické praxi obvykle dimenzovány, pokud se týká výkonu pouze tak, aby pokryly předpokládaný odběr tepelné energie, z čehož vyplývá nevýhodnost těchto energetických soustav.

Ze stavu techniky je rovněž známa energetická soustava s palivovým zdrojem propojeným s energetickým zařízením pro generování a dodávání tepelné energie do přenosového média distribuční soustavy spojené s odběrnými místy, přičemž mezi energetickým zařízením a distribuční soustavou je zařazeno akumulační zařízení pro akumulaci energie v přenosovém médiu, která je využívána zejména pro kompenzaci energetických špiček.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje rozšířená kompenzovaná energetická topná soustava pro dodávku přenosového média, zejména vody, jejíž podstata spočívá v tom, že na distribuční soustavu, sestávající z přívodního potrubí a vratného potrubí, je nainstalován alespoň jeden ovladač distribuční akumulace, který je uspořádán pro využití vratného potrubí distribuční soustavy v různých délkových úsecích trasového vedení o různých průměrech potrubí pro zvýšení akumulace tepelné energie v přenosovém médiu, a tím zvýšení možnosti kapacity a plynulosti prováděné energetické kompenzace při tepelných odběrových špičkách.

V daném případě se jedná o rozšíření původní energetické kompenzované soustavy, u které mezi energetické zařízení a jednotnou distribuční soustavu bylo zařazeno jedno akumulační zařízení pro akumulaci tepla v přenosovém médiu. Podle technického řešení je na zmíněnou distribuční soustavu, sestávající z přívodního potrubí a vratného potrubí, dále nainstalován alespoň jeden ovladač distribuční akumulace, který umožňuje využívat vratné potrubí distribuční soustavy jako druhé aktivní akumulační zařízení tepla v přenosovém médiu, zejména vody.

S výhodou jsou ovladače distribuční akumulace v různých délkových úsecích trasového vedení zapojeny mezi přívodní větví a vratnou větví distribuční soustavy.

Obě tato akumulační zařízení tepla jsou interaktivně využívána zejména pro kompenzaci energetických odběrových špiček (kromě parních topných soustav). Výhodou uvedené rozšířené kompenzované energetické topné soustavy je, že v období mimo odběrové špičky jsou energetická zařízení a zdroje paliv využity v ještě větší míře a bez dodatečných investičních nákladů, než tomu bylo u původní kompenzované energetické soustavy. Může tak probíhat nepřetržité natápění energetické soustavy s vysokou účinností a s různými požadavky na akumulaci tepla, přičemž energetické zařízení topných zdrojů nemusí být dimenzováno na maximální odebíraný výkon. Další výhoda spočívá v tom, že natápění topné soustavy mimo energetické špičky a její následné vybíjení ve špičkách je kontinuálně pozvolné, čímž nedochází k prudkým změnám teplot

-1 CZ 31006 Ul v topném médiu, a tím k dilatačním rázům distribučního potrubí. Tím se distribuční soustava stává kompenzovanou ve smyslu teplotních a mechanických rázů v distribučním potrubí. Další výhoda vyplývající z kontinuálně pozvolného natápění topné soustavy, například plynem, spočívá v omezení četnosti vypínání spalovacího režimu v období mimo odběr a opětovného zapínání v období odběrových špiček. Tím dochází k výrazné úspoře paliva a k podstatnému snížení nepříznivých vlivů na životní prostředí, a to díky ustálenému režimu spalování paliva v kontinuálním provozu.

Objasnění výkresu

Obr. 1 představuje schematické zobrazení rozšířené kompenzované energetické topné soustavy. Příklady uskutečnění technického řešení

Rozšířená kompenzovaná energetická topná soustava pro dodávku přenosového média, zejména vody, zobrazená na obr. 1, je tvořena energetickými palivovými zdroji I až ln, propojenými s energetickým zařízením 2 pro generování a dodávání tepelné energie do přenosového média, a tím pro upravení jeho fyzikálních parametrů. Dále zahrnuje jednotnou distribuční soustavu 5 propojenou s odběrnými místy 6, kde mezi energetické zařízení 2 a jednotnou distribuční soustavu 5 je zařazeno alespoň jedno akumulační zařízení 4 pro akumulaci tepelné energie v přenosovém médiu. Na distribuční soustavu 5, sestávající z přívodního potrubí 51 a vratného potrubí 52, je nainstalován alespoň jeden ovladač 8 distribuční akumulace, který je uspořádán pro využití vratného potrubí 5” distribuční soustavy 5 v různých délkových úsecích trasového vedení o různých průměrech potrubí pro zvýšení akumulace tepelné energie v přenosovém médiu, a tím zvýšení možnosti kapacity a plynulosti prováděné energetické kompenzace při tepelných odběrových špičkách.

U rozšířené kompenzované energetické topné soustavy jsou přitom ovladače 8, 8j, až 8m distribuční akumulace v různých délkových úsecích trasového vedení zapojeny mezi přívodní větví 51 a vratnou větví 5” distribuční soustavy 5.

Jak je dále zřejmé z obr. 1, energetické palivové zdroje 1 až fy, jsou propojeny s alespoň jedním energetickým zařízením 2 pro generování a dodávání tepelné energie do přenosového média, zejména vody. Energetické zařízení 2 je buď schopno zpracovávat palivo z více palivových zdrojů 1 až fy, samo o sobě, nebo zahrnuje více konstrukčních celků, z nichž každý využívá jeden druh paliva, přičemž je výhodné, když energetické zařízení 2 je napojeno minimálně na dva plnohodnotné záložní palivové zdroje fy fy, optimálně pak na tři nebo i více variabilních palivových zdrojů I až fy. V takovém případě určitý palivový zdroj i, například dodávající zemní plyn, může představovat nepřetržitou výkonovou základnu pro celoroční zimní a letní provoz. Druhý palivový zdroj fy, například pro bio-plyn, lehké topné oleje, apod., se pak na základě ekonomické výhodnosti v dané lokalitě a v daném časovém období uplatňuje při eliminaci výkonových špiček. Takové uspořádání tak umožňuje využívat ke generování tepla potřebného v daném okamžiku ten palivový zdroj i až fy, jehož využití je v daném okamžiku ekonomicky nej výhodnější. Palivovými zdroji I až fy může být uhlí, lehké topné oleje, zemní plyn, propan butan, či jiná vhodná uhlovodíková paliva LPG, plyn získaný z odpadů, bioplyn, elektrická energie či alternativní zdroje energie, jako například sluneční energie nebo geotermální energie.

Jiným zdrojem tepelné energie může být i odpadní teplo z kogeneraěmch energetických jednotek 3, kterými mohou být plynové motory nebo turbíny, doplněné elektrickým generátorem, či chladící kompresorové zařízení, solární zdroj, tepelné čerpadlo nebo fotovoltaické zařízení, propojené s akumulačním zařízením 4 pro odvod odpadního tepla, které jsou součástí rozšířené kompenzované energetické soustavy. Využitím více palivových zdrojů I až fy se zajistí lepší konstantní charakter odběrových diagramů paliv po celý kalendářní rok.

Uvedené výhody multivalentní palivové základny jsou podstatně umocněny v kombinaci akumulačního zařízení 4 a využití akumulační schopnosti distribuční soustavy 5, sestávající, z přívodního potrubí 51 a vratného potrubí 5”, mezi nimiž jsou uspořádány ovladače 8 až 8_g distribuční akumulace, které umožňují využít zpětné vratné potrubí 5” distribuční soustavy 5 jako

-2CZ 31006 Ul akumulačního zařízení tepla proměnného výkonu v závislosti na délce a průměru potrubí od energetického zařízení 2.

Teplo obsažené v přenosovém médiu v akumulačním zařízení 4 a dále obsažené ve zpětném potrubí 5” distribuční soustavy 5 je rozváděno prostřednictvím ovládačů 8 až 8m distribuční akumulace z přívodního potrubí 51 k j ednotlivým odběrným místům 6.

Akumulační zařízení 4 pro akumulaci tepelné energie v přenosovém médiu je tvořeno tepelně izolovanou nádrží o objemu V m³, a může mít snížený objem akumulace stanovený podle vztahu: V(AKU) ⁼ V(MAX) — V(DIS) kde:

V(max) = funkce (m, c, delta t, Q, á)

V(dis) ⁼ funkce (m, c, delta t, Q, δ, DNp) přičemž:

V(max) -- požadovaná maximální velikost akumulace tepla pro pokrytí odběrových špiček (m³) V(aku) -- velikost akumulačního zařízení - akumulačních nádrží (m³)

V(dis> - velikost akumulace distribučního potrubí (m³) kde:

m — hmotnost přenosového média (kg) c - tepelná kapacita přenosového média (J/kg, K) delta t - teplotní diference přenosového média (°C)

Q - výkon energetického zařízení (W) δ - dynamika topné soustavy

DNp - průměr vratného potrubí

U rozšířené kompenzované energetické topné soustavy podle technického řešení, zobrazené na obr. 1, je část odběrných míst 6 osazena nízko energetickými sálavými panely, které předávají energii sáláním při výrazném snižování technické a energetické náročnosti energetické soustavy jako celku. Výhodou je zde využití naakumulované vysokoteplotní energie z topné soustavy do zařízení.

Dalšího zlepšení účinnosti předmětné energetické topné soustavy a zlepšení její energetické flexibility je dosaženo řízením výroby a dodávek na základě monitorování spotřeb energií v reálném čase na odběrných místech 6 prostřednictvím zařízení 7 pro komplexní sledování a řízení fyzikálních parametrů přenosového média a pro předávání zjištěných parametrů do centralizovaného dispečerského zařízení pro řízení procesu.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Rozšířená kompenzovaná energetická topná soustava pro dodávku přenosového média, zejména vody, tvořená energetickými palivovými zdroji, propojenými s energetickým zařízením pro generování a dodávání tepelné energie do přenosového média, a tím upravení jeho fyzikálních parametrů, zahrnující jednotnou distribuční soustavu propojenou s odběrnými místy, kde mezi energetické zařízení a jednotnou distribuční soustavu je zařazeno alespoň jedno akumulační zařízení pro akumulaci tepelné energie v přenosovém médiu, zejména pro kompenzaci energetických odběrových špiček, vyznačující se tím, že na distribuční soustavu (5), sestávající z přívodního potrubí (5’) a vratného potrubí (5”), je nainstalován alespoň jeden ovladač (8)

   -3CZ 31006 Ul distribuční akumulace, který je uspořádán pro využití vratného potrubí (5”) distribuční soustavy (5) v různých délkových úsecích trasového vedení o různých průměrech potrubí pro zvýšení akumulace tepelné energie v přenosovém médiu, a tím zvýšení možnosti kapacity a plynulosti prováděné energetické kompenzace při tepelných odběrových špičkách.

   5 2. Rozšířená kompenzovaná energetická topná soustava pro dodávku přenosového média, zejména vody, podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovladače (8, 8i až 8_m) distribuční akumulace jsou v různých délkových úsecích trasového vedení zapojeny mezi přívodní větví (5’) a vratnou větví (5”) distribuční soustavy (5).