DE102007018952A1 - Integrated network information and control system for motor vehicle, detects information such as current, from generator and processes information according to algorithms and controls voltage system and energy system by actuators - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimalen Nutzung regenerativ gewonnener elektrischer Energie durch deren bedarfsgerechte Einspeisung in die Energieübertragungsverbundnetze und lokale Elektroenergienetze.The The invention includes a method and apparatus for optimal Use of regenerative electrical energy through their needs-based feed-in into the energy transmission interconnection networks and local electrical energy networks.
Die Nutzung regenerativer Energiequellen, wie Windkraft, Sonnenstrahlung, Meeresgezeiten, aber auch Wasserkraft ist mit einer nicht kontinuierlichen Verfügbarkeit verbunden. Der heutige Elektroenergiebedarf der Verbraucher in allen Bereichen des Lebens ist ein kontinuierlicher Bedarf, der zwischen Spitzenlastbedarf, Durchschittslastbedarf und Schwachlastbedarf schwankt und von den Elektroenergieerzeugern über die Energienetze gedeckt wird.The Use of renewable energy sources, such as wind power, solar radiation, Sea tides, but also hydropower is having a discontinuous Availability connected. Today's electrical energy needs of consumers in all Areas of life is a continuous need between Peak load requirement, average load requirement and low load requirement fluctuates and is covered by electricity producers via the energy networks becomes.
Die Bereitstellung der Elektroenergie in den entwickelten Industrieländern und den weltweiten industriellen Ballungszentren und Wohngebieten erfolgt durch kontinuierlich arbeitende Kraftwerke auf der Basis von Kohle, Kernkraft, großen Wasserkraftanlagen, Gas- und Ölkraftwerken nach den vorgenannten Lastkriterien.The Provision of electric energy in developed industrialized countries and global industrial centers and residential areas by continuously operating power plants based on coal, Nuclear power, big Hydroelectric power plants, gas and oil power plants according to the aforementioned load criteria.
Die heute objektiv geforderte kontinuierliche Verfügbarkeit von Elektroenergie ist mit regenerativen Energiequellen nicht möglich, wenn die gewonnene elektrische Energie oder kinetische Energie nicht gespeichert und bei Bedarf verfügbar gemacht wird.The Today objectively required continuous availability of electrical energy is not possible with regenerative energy sources if the gained electrical Energy or kinetic energy is not stored and when needed available is done.
Die Speicherung elektrischer Energie für größere Leistungen ist praktisch nur durch Umwandlung in kinetische Energie, wie bei Wasserkraft, Druckgas und durch elektrochemische Umwandlung möglich. Die elektrochemische Umwandlung in Akkumulatoren ist ein seit vielen Jahren erfolgreich eingesetztes Prinzip. Es ist aber nur für relativ kleine Energiemengen möglich. Mit der Elektrolyse von Wasser und der Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff ist ein Prinzip der Energieumwandlung vorhanden, welches auch für große Energiemengen nutzbar ist. Die Speicherung der Gase Wasserstoff und Sauerstoff ist technisch gelöst. Die Rückwandlung der als Wasserstoff und Sauerstoff gespeicherten Energie in elektrische Energie ist mit den heutigen und in Zukunft verfügbaren technischen Lösungen, wie Brennstoffzellen oder Wasserstoffmotoren, möglich geworden.The Storing electrical energy for greater power is handy only by conversion into kinetic energy, as in hydropower, Compressed gas and by electrochemical conversion possible. The electrochemical Conversion into accumulators has been a successful one for many years used principle. But it is only for relatively small amounts of energy possible. With the electrolysis of water and the production of hydrogen and oxygen is a principle of energy conversion, which also for size Energy is available. The storage of gases hydrogen and oxygen is technically solved. The reconversion the energy stored as hydrogen and oxygen in electrical Energy is with today's and tomorrow's available technical solutions, like fuel cells or hydrogen engines, become possible.
Mit der technischen Lösung der Wandlung, Speicherung und Rückwandlung großer elektrischer Energiemengen besteht energetisch die Voraussetzung für eine kontinuierliche Deckung des Elektroenergiebedarfs lokaler Elektroenergienetze sowie eine kontinuierliche Netzeinspeisung in Verbundnetze der Energieversorger mit regenerativen Elektroenergieerzeugungsanlagen.With the technical solution the conversion, storage and reconversion greater Electric energy is energetically the prerequisite for one Continuous coverage of the electrical energy requirements of local electric power grids as well as a continuous grid feed-in in interconnected networks of the energy suppliers with regenerative electric power generation plants.
Die Umsetzung der oben benannten Lösungen zur kontinuierlichen Deckung des Elektroenergiebedarf lokaler Energienetze, der kontinuierlichen Netzeinspeisung in die Verbundnetze der Energieversorger erfordert eine umfassende Information zu den Netzdaten zum Verbrauch sowie der Energiebereitstellung der kontinuierlich einspeisenden Elektroenergieerzeugungsanlagen, die Aufbereitung dieser Daten und eine entsprechende Steuerung und Regelung der regenerativen Elektroenergieerzeugungsanlagen, die Energieumwandlung, die Energiespeicherung und die Rückumwandlung in Elektroenergie.The Implementation of the above named solutions for the continuous coverage of the electrical energy demand of local energy networks, continuous grid feed-in into the interconnected grids of energy providers requires comprehensive information about the network data for consumption as well as the energy supply of the continuously feeding Electric power generation plants, the preparation of these data and a corresponding control and regulation of the regenerative electric power generation plants, the energy conversion, the energy storage and the reconversion in electrical energy.
Diese Aufgabe soll das der Erfindung zugrunde liegende integrierte Netzinformations- und Steuerungssystem (INIS) übernehmen.These The object of the invention is based integrated network information and control system (INIS) take over.
Die erfinderische Aufgabenstellung für das INIS beinhaltet ein System, welches für alle Fälle der kontinuierlichen Bereitstellung von elektrischer Energie aus regenerativen, diskontinuierlich arbeitenden Elektroenergieerzeugungsanlagen anwendbar ist.The inventive task for The INIS includes a system which is in every case of continuous deployment of electrical energy from regenerative, discontinuous working Electric power generation plant is applicable.
Zur Darstellung der technischen Lösung der erfinderischen Aufgabenstellung soll als Beispiel die Energiegewinnung aus Windkraftanlagen und deren kontinuierliche Bereitstellung über die elektrochemische Energieumwandlung und Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff und deren Rückumwandlung über rotierende, wasserstoffgetriebene Generatoren oder Brennstoffzellen dienen.to Presentation of the technical solution The inventive task should be an example of energy from wind turbines and their continuous provision over the electrochemical energy conversion and storage of hydrogen and oxygen and their reconversion via rotating, Hydrogen driven generators or fuel cells are used.
In
der
- 1) das elektrische Energie-Netz (öffentliches Hochspannnungsnetz) Spannungs- und Stromverlauf, Frequenz und cosφ Entwicklung, Flickerstörfaktor, Oberschwingungen
- 2) Umweltdaten: Ganglinien des Verbrauchs, die bereits Kenntnisse aus Jahreszeit und Gebrauchsgewohnheiten enthalten, Windprognosen, Solarstrahlungs- und Temperaturprognosen.
- 3) die regenerative Energieanlage: Verfügbarkeit, Spannung, Strom und cosφ
- 4) den Energiespeicher: Inhaltsvolumen, Dauer der Verfügbarkeit
- 5) den Energiestation/Generator: Verfügbarkeit, Betriebszustand, Spannung, Strom, cosφ
- 1) the electric power network (public high voltage network) voltage and current waveform, frequency and cosφ development, flicker factor, harmonics
- 2) Environmental data: Consumption curves, which already contain knowledge of the season and habits of use, wind forecasts, solar radiation and temperature forecasts.
- 3) the regenerative energy system: availability, voltage, current and cosφ
- 4) the energy storage: content volume, duration of availability
- 5) the power station / generator: availability, operating state, voltage, current, cosφ
Mit der allgemein üblichen Einspeisung von elektrischer Energie von Windkraftanlagen (WKA) in das öffentliche Hochspannungsnetz sind eine Reihe von Netzproblemen verbunden, die sich aus dem zeitlich unterschiedlichen Verbrauch durch die Endverbraucher, aber auch aus der diskontinuierlichen Arbeit der regenerativen Elektroenergieerzeugungsanlagen, wie bei WKA und photovoltaischen Solaranlagen, ergeben.With the commonplace Infeed of electrical energy from wind turbines (WKA) in the public High voltage network are connected to a number of network problems that arising from the different consumption by end users, but also from the discontinuous work of regenerative electric power generation plants, as with wind turbines and photovoltaic solar systems result.
Zur Sicherung eines stabilen Netzbetriebes werden dann bei hohem Energieangebot der WKA und niedrigem Verbrauch im Netz WKA abgeschaltet, bzw. bei hohem Verbrauch und geringem oder keinem Energieangebot der WKA sind zusätzliche Energieeinspeisungen notwendig. Diese Situation im Netz kann durch die Speicherung der überschüssigen Energie bei hohem Energieaufkommen und geringem Verbrauch sowie durch die Umwandlung der elektrischen Energie in chemische Energie als Wasserstoff und Sauerstoff erfolgen. Die Rückumwandlung erfolgt dann bei hohem Energiebedarf im Netz durch die Einspeisung elektrischer Energie über Wasserstoff-Motorgeneratoren oder Brennstoffzellen. Diese technische Lösung ist unabhängig von geographischen Bedingungen, wie dies bei Pumpspeicheranlagen der Fall ist und kann an netzseitig günstigen bzw. zentralen Standorten der Energieversorgung errichtet werden.In order to ensure stable grid operation, wind turbines will then be switched off when there is a high energy supply of the wind turbines and low consumption in the grid, or additional energy feeds will be necessary in the event of high consumption and low or no energy supply from the wind turbine. This situation in the network can be achieved by storing the excess energy with high energy consumption and low consumption and by converting the electrical energy into chemical energy as hydrogen and oxygen. The back conversion then takes place at high energy demand in the network by the supply of electrical En energy via hydrogen engine generators or fuel cells. This technical solution is independent of geographic conditions, as is the case with pumped storage systems and can be installed at the grid side or central locations of the power supply.
Für den vorgenannten Fall der Netzkopplung von regenerativen Elektroenergieerzeugungsanlagen und der vollständigen Nutzung des Energieangebotes ist die erfindungsgemäße Steuerungs- und Regeleinrichtung INIS eine effiziente Lösung.For the aforementioned Case of grid coupling of regenerative electric power generation plants and the complete Use of the energy supply is the control system according to the invention. and control system INIS an efficient solution.
Die erfindungsgemäße Lösung INIS zur vollständigen energetischen Nutzung von diskontinuierlich arbeitenden regenerativen elektrischen Elektroenergieerzeugungsanlagen ist für eine autarke Energieerzeugung im sogenannten Inselbetrieb unverzichtbar, wenn eine Optimierung der Energiebereitstellung mit einer regenerativen elektrischen Energieerzeugung in Verbindung mit einem schwankenden Energieverbrauch erreicht werden soll.The inventive solution INIS to the full energetic use of discontinuous regenerative electric electric power generation is for a self-sufficient Energy generation in the so-called island operation indispensable, if an optimization of the energy supply with a regenerative electric power generation in conjunction with a fluctuating one Energy consumption is to be achieved.
Mit der Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse steht neben dem Einsatz des Wasserstoffes als Energieträger zur Erzeugung von elektrischer Energie ein vielfach nutzbares Gas zum Antrieb von Motorfahrzeugen, BHKWs zur Wärme- und Elektroenergieerzeugung zur Verfügung. Die Gase Wasserstoff und Sauerstoff dienen als Ausgangsstoffe für viele chemische Prozesse.With the production and storage of hydrogen and oxygen by means of Electrolysis is in addition to the use of hydrogen as an energy source Generation of electrical energy is a gas that can be used many times Drive of motor vehicles, CHPs for heat and electric power generation to disposal. The Gases Hydrogen and oxygen serve as starting materials for many chemical processes.
- 11
- INIS – integriertes NetzinformationssystemINIS - integrated Network information system
- 22
- Netz (Verbraucher)network (Consumer)
- 33
- NetzanschlußanlagePower supply system
- 44
- Umrichterinverter
- 55
- Regenerative Energieanlagen (Windenergie, Photovoltaik, Wasserkraft, Biogas)renewable Energy plants (wind energy, photovoltaic, hydroelectric power, biogas)
- 66
- Elektrolyseur, Kompressor, Pumpeelectrolyzer, Compressor, pump
- 77
- Generator (Wasserstoff-Motor, Brennstoffzelle, BHKW, Pressluft-motor, Wasserkraftturbine)generator (Hydrogen engine, fuel cell, CHP, compressed air engine, hydroelectric turbine)
- 88th
- Speicher (Gas, Feststoff, Flüssigkeit)Storage (Gas, solid, liquid)
- 99
- Umweltdaten (Wind, Sonne, Wasserstände)environmental data (Wind, sun, water levels)
- 1010
- statistische Daten (Netzlastdaten, Verbraucherdaten)statistical Data (network load data, consumer data)
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- 2007-04-21 DE DE102007018952A patent/DE102007018952A1/en not_active Withdrawn
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