DE102017109858A1 - Method and device for effective energy utilization - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur effektiven Energieausnutzung und ist anwendbar bei der Energieversorgung von Gebäuden, insbesondere bei der Heizung und der Warmwasserversorgung. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass mittels regenerativer Energieträger gewonnene Elektroenergie intelligent gesteuert zu Heizzwecken eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße System umfasst ein System zur effektiven Energieausnutzung, umfassend ein Steuermodul (3) und ein in einem von einem flüssigen Wärmeträger (6) durchflossenen Heizkreis einer Heizungsanlage (4) mit Vorlauf (4a) und Rücklauf (4b) angeordnetes, mittels überschüssiger Elektroenergie beaufschlagbares elektrisches Heizelement (5). The invention relates to a method and a system for effective energy utilization and is applicable to the energy supply of buildings, especially in the heating and the hot water supply. The method according to the invention is based on the fact that electric energy obtained by means of regenerative energy carriers is used intelligently for heating purposes. The system according to the invention comprises a system for the effective utilization of energy, comprising a control module (3) and a heating system (4) with a flow (4a) and return (4b) through which a liquid heat carrier (6) flows electric heating element (5).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur effektiven Energieausnutzung und ist anwendbar bei der Verwendung von Elektroenergie sowie der Energieversorgung von Gebäuden, insbesondere bei der Heizung und der Warmwasserversorgung.The invention relates to a method and a system for effective energy utilization and is applicable to the use of electrical energy and the energy supply of buildings, especially in the heating and the hot water supply.
In der Stromproduktion mit Windkraftanlagen und Solarzellen gibt es Phasen mit sehr hoher Stromproduktion infolge starkem Wind bzw. starker Sonneneinstrahlung. Es kann vorkommen, dass die Stromproduktion regional höher ist als der Verbrauch. Der überschüssige Strom muss dann gespeichert werden, um in Phasen geringerer Produktion in das Netz eingespeist zu werden. Dies gelingt jedoch nur zum Teil, da geeignete Speichermöglichkeiten aufwendig und in ihrer Kapazität begrenzt sind. Neue Technologien zur Stromspeicherung wie z. B. Batterien oder Pumpspeicherkraftwerke sind in der Regel teuer oder erfordern langwierige Planungen und Genehmigungsverfahren. Das Konzept, den überschüssigen Strom per Überlandleitung nach Skandinavien zur Speicherung in den dort vorhandenen Pumpspeicherkraftwerken zu transportieren ist zwar effizient, aber auch mit hohen Kosten verbunden. Neue Stromtrassen zur Leitung der überschüssigen Elektrizität in Regionen höheren Verbrauchs (z. B. von der Küste nach Bayern) werden durch die langwierigen Genehmigungsverfahren und hohen Kosten behindert. So kann es in Starkwindphasen zum Abschalten von Windturbinen und damit zu Vernichtung von Energie kommen. Prognosen zufolge wird sich der Anteil des überschüssigen Stromes bis 2050 bei weiterem Ausbau der erneuerbaren Energien auf ca. 8 % der Gesamtmenge erhöhen.In electricity production with wind turbines and solar cells, there are phases with very high electricity production due to strong wind or strong solar radiation. It may happen that the electricity production is regionally higher than the consumption. The surplus power must then be stored to be fed into the grid in phases of lesser production. However, this succeeds only partially, since suitable storage options are complex and limited in their capacity. New technologies for power storage such. B. Batteries or pumped storage power plants are usually expensive or require lengthy planning and approval procedures. The concept of transporting surplus power to Scandinavia via the transmission line to store it in the pumped storage power plants is efficient, but also associated with high costs. New power lines for managing surplus electricity in regions of higher consumption (eg from the coast to Bavaria) are hampered by the lengthy approval procedures and high costs. This can lead to the shutdown of wind turbines and thus to the destruction of energy during periods of strong wind. According to forecasts, the share of surplus electricity will increase to around 8% of the total amount by 2050, with further expansion of renewable energies.
Die Nutzung überschüssiger Elektroenergie zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff ist anlagenseitig und sicherheitstechnisch aufwändig.The use of excess electrical energy for the splitting of water into hydrogen and oxygen is complex on the system side and safety-related.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur effektiven Energieausnutzung zu schaffen, welche der Vernichtung von Energie entgegenwirken und eine einfache und preiswerte Nutzung von überschüssiger Elektroenergie ermöglichen.The invention has for its object to provide a method and a system for effective energy utilization, which counteract the destruction of energy and allow a simple and inexpensive use of excess electrical energy.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale in den Ansprüchen 1 und 7. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the features in
In Deutschland werden zurzeit etwa 75 % der privaten Haushalte mit Gas oder Öl beheizt.In Germany, about 75% of private households are currently heated with gas or oil.
Gemäß der Erfindung wird ein elektrisches Gerät oder ein elektrisches Heizelement zum Wasserheizen, beispielsweise ein handelsüblicher Durchlauferhitzer, in die bestehende Heizungsanlage, beispielsweise eine Zentralheizung, direkt vor den Heizkessel in die vom Haus oder Gebäude kommende Rücklaufleitung eingebaut. Das beispielsweise als Durchlauferhitzer ausgebildete elektrische Heizelement wird über eine Internetverbindung vom Energieversorger ferngesteuert. Wenn überschüssige Stromproduktion auftritt, z. B. in Phasen starken Windaufkommens, schaltet der Energieversorger das elektrische Heizelement direkt ein oder übermittelt ein Signal, dass das beispielsweise als Durchlauferhitzer ausgebildete elektrische Heizelement individuell eingeschaltet werden kann. Das rücklaufende Wasser der Heizungsanlage wird nun von dem beispielsweise als Durchlauferhitzer ausgebildeten elektrischen Heizelement erwärmt. Die Gas-/Ölheizung erkennt automatisch, dass das Wasser warm ist und schaltet sich ab. Das Haus oder das Gebäude wird nun nur elektrisch durch die überschüssige Elektroenergie geheizt. Es wird kein Gas oder Öl verbraucht. Wenn die überschüssige Stromproduktion zurückgeht, etwa bei abflauendem Wind, schaltet der Stromversorger das beispielsweise als Durchlauferhitzer ausgebildete elektrische Heizelement direkt oder indirekt wieder aus. Das Wasser der Heizungsanlage wird nun nicht mehr elektrisch durch die überschüssige Elektroenergie geheizt, der Gas-/Ölkessel schaltet sich bei fallender Temperatur wieder ein und das Haus oder das Gebäude wird wieder konventionell geheizt.According to the invention, an electrical device or an electric heating element for heating water, for example, a commercial water heater, installed in the existing heating system, such as a central heating, directly in front of the boiler in the coming from the house or building return line. The example designed as a water heater electric heating element is remotely controlled by an energy provider via an Internet connection. If excess power production occurs, eg. B. in periods of strong wind, the power supplier switches on the electric heating element directly or transmits a signal that can be turned on, for example, designed as a water heater electric heating element. The returning water of the heating system is now heated by the example designed as a water heater electric heating element. The gas / oil heater automatically detects that the water is warm and shuts off. The house or building is now heated electrically only by the excess electrical energy. There is no gas or oil consumed. If the excess power production decreases, such as when the wind is blowing down, the electricity supplier switches off the electric heating element designed, for example, as a continuous flow heater directly or indirectly. The water of the heating system is no longer electrically heated by the excess electrical energy, the gas / oil boiler switches on again when the temperature drops and the house or building is again heated conventionally.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die effektive Ausnutzung überschüssiger Elektroenergie, indem mittels regenerativer Energieträger gewonnene Elektroenergie intelligent gesteuert zu Heizzwecken eingesetzt wird.A particular advantage of the invention is the effective utilization of excess electrical energy by using electric energy generated by regenerative energy sources intelligently controlled for heating purposes.
Überschüssige Elektroenergie im Sinne der vorliegenden Erfindung ist mittels regenerativer Energieträger gewonnene Elektroenergie, die bereits angefallen ist und keine herkömmliche Verwendung hat und nicht zur Speicherung vorgesehen ist.Excess electrical energy in the context of the present invention is obtained by means of renewable energy electrical energy that has already been incurred and has no conventional use and is not intended for storage.
Ein hoher energetischer Wirkungsgrad resultiert daraus, dass die regenerativen Energieträger Windenergie und/oder Sonnenenergie sind und zum Zeitpunkt der Gewinnung nicht benötigte, also überschüssige Elektroenergie gesteuert zu Heizzwecken eingespeist wird. Ein hoher energetischer Wirkungsgrad resultiert auch aus dem hohen Wirkungsgrad der heute verfügbaren elektrischen Heizelemente, die die aus Windenergie und/oder Sonnenenergie erzeugte und zum Zeitpunkt der Gewinnung nicht benötigte, also überschüssige Elektroenergie gesteuert in Wärme umwandeln.A high energy efficiency results from the fact that the renewable energy sources are wind energy and / or solar energy and at the time of extraction unnecessary, ie excess electric power is fed controlled for heating purposes. A high energy efficiency also results from the high efficiency of the electric heating elements available today, which convert the generated from wind energy and / or solar energy and not needed at the time of extraction, so controlled excess electrical energy into heat.
Dadurch, dass die zum Zeitpunkt der Gewinnung nicht benötigte, also überschüssige Elektroenergie vom lokalen Energieversorger ferngesteuert zu Heizzwecken eingespeist wird, ist eine zuverlässige Betriebsweise der Anlagentechnik gewährleistet.Due to the fact that the electricity that is not needed at the time of extraction, ie excess electrical energy, is remotely controlled by the local energy supplier Heating purposes is fed, a reliable operation of the system is guaranteed.
Auch dadurch, dass der Gas-oder Ölkessel sich wieder anschaltet und das Haus wieder konventionell geheizt wird, wenn der Stromversorger das elektrische Heizelement etwa bei abflauendem Wind direkt oder indirekt wieder ausschaltet, ist eine zuverlässige Betriebsweise der Anlagentechnik gewährleistet.Also, by the fact that the gas or oil boiler turns back on and the house is heated conventionally again, when the electricity supplier, the electrical heating element directly or indirectly off again when wind abflauendem again, a reliable operation of the system is guaranteed.
Diese Anlagentechnik ist einfach und robust aufgebaut und unkompliziert bedienbar, wobei die Elektroenergie ein von einem flüssigen Wärmeträger durchflossenes Heizelement, beispielsweise einen Durchlauferhitzer aufheizt. Hierbei ersetzt die Elektroenergie zumindest zeitweise die für die Heizzwecke herkömmlich eingesetzten Energieträger wie Gas oder Öl ganz oder teilweise.This system technology is simple and robust and easy to use, the electric energy heats a flowing through a liquid heat transfer medium heating element, such as a water heater. In this case, the electrical energy replaced at least temporarily the energy sources conventionally used for heating purposes such as gas or oil in whole or in part.
Das erfinderische Konzept gestattet es, handelsübliche Geräte zu verwenden. Über das Internet fernsteuerbare elektrische Heizelemente, beispielsweise Durchlauferhitzer sind auf dem Markt verfügbar, und jeder moderne Gas- oder Ölheizkessel misst die Rücklauftemperatur des Wärmeträgers und schaltet sich je nach Temperaturvorgabe an oder aus. Beim Energieversorger ist die Steuerung der elektrischen Heizelemente sowie Erfassung und Abrechnung der verbrauchten Elektroenergiemenge sicherzustellen.The inventive concept makes it possible to use commercially available devices. Remote controlled electrical heating elements, such as instantaneous water heaters, are available on the market, and each modern gas or oil fired boiler measures the return temperature of the heat carrier and turns on or off depending on the temperature setting. The energy supplier must ensure the control of the electrical heating elements and the collection and billing of the amount of electrical energy consumed.
Die Erfindung realisiert folgende Vorteile:
- - Überschüssige Energie kann hier besonders bei flächendeckender Anwendung sinnvoll verwendet werden.
- - Gleichzeitig vermindert sich der Verbrauch von Gas und Öl.
- - Schadstoffausstoß und CO 2 - Ausstoß werden vermindert.
- - Im Gegensatz zu rein elektrisch betriebenen Heizungsanlagen wie Wärmepumpen kann das Haus oder das Gebäude jederzeit auch wieder mit der Gasheizung beheizt werden, es ist also kein Engpassmanagement notwendig.
- - Die Erfindung ist schnell umsetzbar, da keine Genehmigungen oder Baumaßnahmen erforderlich sind.
- - Investitionen in Stromnetze und teure Speichertechnologien sind nicht notwendig.
- - Die Anschaffung und der Einbau des beispielsweise als Durchlauferhitzer ausgebildeten elektrischen Heizelementes ist für den Endkunden preiswert.
- - Die Erfindung ist auch in technisch weniger entwickelten Ländern leicht einsetzbar.
- - Excess energy can be used here, especially in area-wide application.
- - At the same time, the consumption of gas and oil is reduced.
- - Pollutant emissions and
CO 2 emissions are reduced. - - In contrast to purely electrically operated heating systems such as heat pumps, the house or the building can be heated again at any time with the gas heating, so there is no congestion management necessary.
- The invention can be implemented quickly, since no permits or construction measures are required.
- - Investments in power grids and expensive storage technologies are not necessary.
- - The purchase and installation of the example designed as a water heater electric heating element is inexpensive for the end customer.
- The invention can also be used in technically less developed countries.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von zumindest teilweise in der
-
1 zeigt eine Übersichtsdarstellung des erfindungsgemäßen Systems zur effektiven Energieausnutzung. Mittels einer Windkraftanlage 1 wird Windenergie durch einenGenerator 1a in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird über denElektroenergieversorger 2 in das Netz eingespeist.
-
1 shows an overview of the system according to the invention for the effective use of energy. By means of a wind turbine 1, wind energy is converted by agenerator 1a into electrical energy. The electrical energy is fed via theelectric power supplier 2 in the network.
Kommt es nun zu einer Überproduktion an Elektroenergie, die im normalen Netzbetrieb nicht benötigt wird, so wird diese überschüssige Elektroenergie über ein Steuermodul
Das Steuermodul
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Variation und Kombination der genannten Merkmale weitere Ausführungsvarianten der Erfindung zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments shown here. Rather, it is possible to realize by variation and combination of the features mentioned further embodiments of the invention, without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WindkraftanlageWind turbine
- 1a1a
- Generatorgenerator
- 22
- ElektroenergieversorgerElectric utilities
- 33
- Steuermodulcontrol module
- 44
- ZentralheizungsanlageCentral heating system
- 4a4a
- Vorlaufleader
- 4b4b
- Rücklaufreturns
- 55
- Heizelement, DurchlauferhitzerHeating element, instantaneous water heater
- 66
- Wärmeträgerheat transfer
- 77
- Wohnhausresidential building
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017105769.2 | 2017-03-17 | ||
DE102017105769 | 2017-03-17 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017109858A1 true DE102017109858A1 (en) | 2018-09-20 |
Family
ID=63372067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017109858.5A Pending DE102017109858A1 (en) | 2017-03-17 | 2017-05-08 | Method and device for effective energy utilization |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102017109858A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110285571A (en) * | 2019-05-24 | 2019-09-27 | 广西阳升新能源有限公司 | A kind of water heater based on thermoelectric cooler |
DE102022001261A1 (en) | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Patrick Dos Santos Gomes | Heating circuit group with electric heating element to increase the return flow |
-
2017
- 2017-05-08 DE DE102017109858.5A patent/DE102017109858A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110285571A (en) * | 2019-05-24 | 2019-09-27 | 广西阳升新能源有限公司 | A kind of water heater based on thermoelectric cooler |
DE102022001261A1 (en) | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Patrick Dos Santos Gomes | Heating circuit group with electric heating element to increase the return flow |
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