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Verfahren zur Steuerung der Energiezufuhr zu Energiespeichern und
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Steuerung der Energiezufuhr zu Energiespeichern innerhalb begrenzter gleichbleibender
Zeiträume in Abhängigkeit von einem vorgegebenen wechselnden Energiebedarf und auf
die dazu erforderliche Anordnung. Es ist üblich, bei solchen Anlagen die Energiezufuhr
in die Zeit der geringsten Belastung der Elektrizitätswerke, d. h. also in die Nachtzeit,
zu verlegen. Hierfür gewähren die Elektrizitätswerke auch verbilligte Nachtstromtarife.
Bei den meisten Anordnungen dieser Art erfolgt die Einschaltung der Energiezufuhr
- z. B. durch eine entsprechende Schaltuhr - zu Beginn des verbilligten Nachtstromtarifes
und die Ausschaltung in Abhängigkeit von dem Energiebedarf zu entsprechend verschiedenen
Zeiten. Es ist andererseits auch, z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1128 105,
bereits bekannt, um ein gleichzeitiges Einschalten solcher Speicheranlagen zu vermeiden,
die Anordnung so aufzubauen, daß die Ausschaltung gleichbleibend zur Zeit der Beendigung
des Nachtstromtarifes erfolgt und die Einschaltung - mit Hilfe eines Programmschaltgerätes
od. dgl. - in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Energiebedarf zu entsprechend veränderlichen
Zeiten vorgenommen wird. Es ist weiterhin auch bekannt, die Dauer der Energiezufuhr
-beispielsweise durch eingeschaltete, von dem Energiebedarf abhängige Pausen - so
zu strecken, daß Ein-und Ausschaltung jeweils mit Beginn und Ende des Nachtstromtarifes
zusammenfallen. Alle diese Anordnungen werden aber den Verhältnissen der Strombelastung
der Werke nicht voll gerecht. Die Belastung der Werke fällt nämlich nicht schlagartig
zu bestimmten Zeiten ab und steigt auch nicht schlagartig wieder an, sondern die
Strombelastungskurve zeigt ein mehr oder weniger ausgeprägtes Tal mit flach abfallenden
Flanken. Es ist daher erwünscht, Beginn und Ende der Energiezufuhr von Energiespeichern
möglichst nicht mit dem Beginn bzw. Ende des Nachtstromtarifes zusammenfallen zu
lassen, sondern das Maximum dieser Nachtstrombelastung möglichst in die Zeit des
Minimums der Gesamtbelastung zu verlegen und den Lastaufbau für die zusätzliche
Nachtstrombelastung von der tiefsten Stelle der Gesamtbelastung vorzunehmen. In
der deutschen Auslegeschrift 1128105 ist zwar erwähnt, daß mit dem darin beschriebenen
Gerät bei längeren Nachtstromzeiten die Höchstbelastung in den Tiefstpunkt der Belastung
des zugeordneten Elektrizitätswerkes gelegt werden könne. Das hat aber immer die
Voraussetzung, daß die Beendigung der Aufladung etwa mit dem Beginn der anschließenden
Normalstromperiode zusammenfällt. Durch die Erfindung wird dagegen ein Verfahren
geschaffen, das es gestattet, die gesamte Energiezufuhr unabhängig von dem Ausschaltzeitpunkt
und unabhängig von dem Energiebedarf, unter Verwendung von Speichern mit nur einer
Leistungsstufe, stets in die Zeit des Minimums der Gesamtbelastung des Elektrizitätswerkes
zu verlegen.
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Die Erfindung bezieht sich demnach auf ein Verfahren zur Steuerung
der Energiezufuhr zu Energiespeichern mit nur einer Wiederauflade-Leistungsstufe,
bei dem in Abhängigkeit von einer Schaltuhr innerhalb begrenzter gleichbleibender
Zeiträume eines 24-Stunden-Tages die Energiezufuhr je nach Größe des vorgegebenen
Bedarfs zu verschiedenen Zeitpunkten eingeschaltet wird, in der Weise, daß bei geringerem
Energiebedarf die Einschaltung mittels zeitverzögert schließender Kontakte mit einer
entsprechenden Zeitverzögerung erfolgt, und bei dem bei Erreichen der vorgegebenen
Energiemenge eine selbsttätige Abschaltung der Energiezufuhr durch ein Steuergerät
stattfindet.
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Die Erfindung besteht bei einem derartigen Verfahren darin, daß die
Zeitverzögerung der Einschaltung so festgelegt ist, daß die selbsttätige Abschaltung
zu einem vorverlegten Zeitpunkt derart erfolgt, daß die jeweils erreichten Einschaltzeiten
symmetrisch zu einem wählbaren Zeitpunkt liegen.
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Die Erfindung ist in erster Linie für die Steuerung der Energiezufuhr
für elektrische Wärmespeicheröfen bestimmt. Sie ist mit gleichem Vorteil jedoch
auch für andere Anlagen, wie beispielsweise Glühöfen, Heißwasserspeicher, Pumpspeicherwerke
u. dgl., anwendbar. Die Vorgabe des Energiebedarfs kann dabei von Hand oder durch
geeignete Vorrichtungen automatisch erfolgen.
Die Erfindung soll
nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, die schematisch verschiedene
Anwendungsbeispiele zeigt.
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F i g. 1 stellt das Schema einer Anordnung einer Nachtstromspeicherheizung
und F i g. 2 ein Schema einer etwas abgewandelten gleichen Einrichtung dar; F i
g. 3 ist das Schema einer Steuereinrichtung für Glühöfen, während F i g. 4 ein Beispiel
einer Pumpspeicheranlage zeigt. Die Einrichtung für eine Nachtstromspeicherheizungsanlage
nach F i g. 1 arbeitet in an sich bekannter Weise mit einem im Freien angeordneten,
den Witterungseinflüssen ausgesetzten Vergleichsraum 1 für das zu beheizende Gebäude,
das den Energiebedarf in Abhängigkeit von den jeweiligen Witterungsbedingungen feststellt,
und einem Steuergerät 2, das die dem Speicherofen 3 zugeführte Energie mit dem vorgegebenen
Energiebedarf vergleicht, sowie einer Schaltuhr 4, die die Energiezufuhr zu bestimmten
Zeiten ein- und ausschaltet. Das Steuergerät 2 umfaßt beispielsweise, wie bekannt,
je ein summierendes Element, z. B. Zähler, für den vorgegebenen Energiebedarf und
die dem Speicher zugeführte Energiemenge, die gemeinsam auf ein Differentialgetriebe
derart einwirken, daß eine damit verbundene Schaltscheibe von dem Summiergerät für
die Energievorgabe in der einen Richtung gedreht und von dem anderen Summiergerät
nach Maßgabe der Energiezufuhr zum Speicher zurückgedreht wird. Die Schaltscheibe
betätigt den in Reihe mit dem Kontakt U der Schaltuhr 4 liegenden Schaltkontakt
K, der somit geschlossen wird, sobald die von dem Vergleichsraum 1 festgestellte
Vorgabe ungleich Null ist, und wieder öffnet, sobald die Energiezufuhr zu dem Speicher
3 den vorgegebenen Energiebedarf erreicht.
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Das Steuergerät 2 ist nun mit einem zusätzlichen Kontakt K1 versehen,
der erst geschlossen wird, wenn der vorgegebene Energiebedarf einen bestimmten Wert
überschreitet und der einen weiteren Kontakt V1 überbrückt, der in Reihe mit dem
Kontakt U der Schaltuhr 4 liegt und mit einer gewissen Zeitverzögerung nach diesem
Kontakt U schließt. Die Anordnung wird dabei so getroffen, daß die Zeit t" 1, um
die der Kontakt V1 später schließt als der Kontakt U, so bemessen wird, daß die
verbleibende Zeit, während der der Speicher 3 geladen werden kann, ausreicht, um
den maximalen Wärmebedarf des Speichers zu decken. Um dabei eine kurzzeitige Erregung
des ; Schaltschützes 5 für den Ofenstromkreis durch den Kontakt K1 zu vermeiden,
ist dieser durch einen Selbsthaltekontakt 51 des Ofenschützes überbrückt.
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Die Anordnung arbeitet in folgender Weise: Der Kontakt K des Steuergerätes
2 wird geschlossen, sobald durch den Vergleichsraum 1 ein Energiebedarf festgestellt
wird. Der in Reihe mit dem Kontakt K liegende Schaltkontakt U der Schaltuhr wird
zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise dem Beginn des Nachtstromtarifes,
geschlossen. In Reihe mit U liegt der Kontakt V1, der, wenn der durch das Vergleichsgerät
1 vorgegebene Energiebedarf einen bestimmten Wert nicht überschreitet, nach einer
gewissen Zeitspanne das Schütz 5 erregt und damit die Energiezufuhr zu dem Speicher
3 einschaltet. übersteigt dagegen der von dem Vergleichsraum 1 festgestellte Energiebedarf
einen bestimmten Wert, dann überbrückt der Kontakt K1 den Kontakt V1 und schaltet
das Schütz 5 vorzeitig ein. Geht nun die Differenz zwischen der Energiezufuhr und
dem von dem Vergleichsraum festgestellten Energiebedarf unter den Ansprechwert des
Kontaktes K1 zurück, hält sich das Schütz 5 über seinen Selbsthaltekontakt 51 selbst,
so daß ein Pumpen bis zum Schließen des Kontaktes V1 vermieden wird. Sobald die
Energiezufuhr zu dem Speicher 3 den vorgegebenen Wert des Energiebedarfs erreicht,
öffnet der Kontakt K des Steuergerätes 2 wieder und unterbricht damit die weitere
Energiezufuhr.
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Das Beispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen
Beispiel im wesentlichen nur dadurch, daß das Steuergerät mit mehreren, und zwar
drei, entsprechend dem vorgegebenen Energiebedarf gestaffelten Zusatzkontakten K1,
K, und K3 ausgerüstet ist und dementsprechend drei zeitlich gestaffelte Kontakte
V1, V2 und V3 vorgesehen sind. Im übrigen arbeitet dieses Gerät sinngemäß in gleicher
Weise wie vorstehend beschrieben. Die Kontakte K3, K2 und K1 des Steuergerätes schließen
nach dem Kontakt K in gestaffelter Reihenfolge bei steigendem Energiebedarf, während
die Kontakte V3, V2 und V1 in zeitlicher Staffelung nacheinander geschlossen werden.
Sobald der von dem Vergleichsraum 1 vorgegebene Energiebedarf den Wert Null überschreitet,
schließt zunächst der Kontakt K des Steuergerätes. Das Schließen des Kontaktes U
der Schaltuhr bewirkt aber noch keine Einschaltung des Schützes 5. Diese kann erst
durch Schließen des Kontaktes V1 entsprechend der vorbestimmten Zeitverzögerung
erfolgen. Übersteigt der Wert des von dem Vergleichsraum 1 bestimmten Energiebedarfs
ein bestimmtes Maß, so schließt der Kontakt K3, und die Energiezufuhr zu dem Speicher
3 wird somit durch den Verzögerungskontakt V2 bereits vor Schließen des Kontaktes
V1 eingeschaltet. In gleicher Weise überbrückt der Kontakt K2 des Steuergerätes
in Reihe mit dem Kontakt V3 die später schließenden Kontakte V2 und V1. Bei höchstem
Energiebedarf wird außer dem Kontakt K auch der Kontakt K1 des Steuergerätes geschlossen
und leitet daher die Energiezufuhr zu dem Speicher unverzögert bei deren Freigabe
durch den Kontakt U der Schaltuhr ein. Auch bei diesem Beispiel ist durch den Haltekontakt
51 des Schützes 5 ein Pumpen der Anlage während der Verzögerungszeiten vermieden.
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Die Kontakte V1, V2 und V,2 können, wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen
angedeutet, in der Schaltuhr 4 vorgesehen und von dieser gesteuert werden. Man kann
statt dessen aber beispielsweise auch Relais mit Zeitverzögerung oder ein Programmsteuergerät
verwenden, die von dem Kontakt U der Schaltuhr erregt werden. Es ist weiterhin denkbar,
diese Kontakte durch eine Rundsteueranlage zu betätigen.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten Anordnung für eine Glühofenanlage
ist wieder eine Schaltuhr 11 vorgesehen, die die Energiezufuhr zu den Glühöfen zu
bestimmten Tageszeiten sperrt. An Stelle des Vergleichsraumes 1 und des Steuergerätes
2 der Beispiele nach F i g. 1 und 2 ist hier ein Steuergerät 12 vorgesehen, das
eine Nockenwelle 13 enthält, die einerseits über eine beispielsweise elektromagnetisch
betätigte Kupplung 14 von einem Motor 15 angetrieben wird und die andererseits mit
Hilfe eines Handrades 16 von Hand verstellt werden kann. Auf der Nockenwelle 13
sitzen die Nocken 17, von denen die
Kontakte K und K1 bis K4, die
den Kontakten K1 bis K;1 des Beispiels nach F i g. 3 entsprechen, gesteuert werden.
Die Vorgabe des Energiebedarfs (Glühzeit) geschieht hier durch Verdrehung des Handrades
16, wozu der den Kontakt K steuernde Nocken 17' so auf der Nockenwelle angeordnet
ist, daß sein Weg genau dem Energiebedarf entspricht und der Kontakt K somit immer
dann geschlossen ist, wenn der Nocken sich nicht in seiner Nullage befindet. Die
Kontakte K1 bis K4 werden durch die Nocken 17 gestaffelt nach der Höhe des
vorgegebenen Energiebedarfs geschlossen und wirken in sinngemäß gleicher Weise wie
bei den vorstehenden Beispielen mit zeitlich gestaffelt schließenden Kontakten V1
bis V4 zusammen, die ebenfalls, wie bei den früheren Beispielen, von der Schaltuhr
11 oder durch besondere zeitverzögerte Relais oder auf andere Weise betätigt werden
können. Das Schütz 18 für die Energiezufuhr zu der Glühofenanlage 19 ist ebenfalls
mit einem Haltekontakt 181 ausgerüstet, der die Kontakte K1 bis K4 mit den Verzögerungskontakten
V1 bis V4 überbrückt, um ein Pumpen der Anlage zu verhindern.
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Die Anlage arbeitet in sinngemäß gleicher Weise wie die vorbeschriebenen
Beispiele. An Hand des Energiebedarfs für die Anlage (Glühzeit) wird mit Hilfe des
Handrades 16 die Nockenwelle um den diesem Energiebedarf entsprechenden Winkel verdreht.
Dabei werden auf jeden Fall der Kontakt K und je nach der Höhe des Energiebedarfs
eine Anzahl der Kontakte K1 bis K4 geschlossen; nach Schließen des Kontaktes U der
Schaltubr 11 wird die Anlage entsprechend der zeitlichen Verzögerung der Kontakte
V1 bis V4 mit entsprechender Zeitverzögerung in Betrieb gesetzt. Gleichzeitig mit
dem Einsetzen der Energiezufuhr für die Glühofenanlage durch das Schütz 18 werden
auch der Motor 15 des Steuergerätes eingeschaltet und die Kupplung 14 erregt. Dadurch
wird die Nockenwelle 13 zurückgedreht, bis der Nocken 20 wieder in seine Nullage
kommt und damit der Kontakt K öffnet und die Energiezufuhr unterbricht.
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F i g. 4 der Zeichnung zeigt eine Anordnung für eine Pumpspeicheranlage,
die die Energiezufuhr zu dem Pumpenmotor 21 in Abhängigkeit von dem Wasserstand
in dem Speicherbecken 22 steuert. Die Anordnung enthält neben dem Kontakt K, der
geschlossen wird, sobald der Wasserstand unter den Normalwert sinkt, wieder eine
Anzahl von Kontakten K1 bis K3, die entsprechend dem Energiebedarf für die Pumpen
bei sinkendem Wasserspiegel, beispielsweise über Schwimmerschalter oder andere geeignete
Meßgeräte, nacheinander geschlossen werden; sowie mit zeitlicher Verzögerung gestaffelt
schließende Verzögerungskontakte V1 bis V3. Auch hier arbeitet die Anordnung so,
daß nach Einschalten der Energiezufuhr durch den Kontakt U der Schaltuhr 23 die
Anlage je nach dem durch den Wasserstand im Speicherbecken vorgegebenen Energiebedarf
zeitlich verzögert eingeschaltet wird.
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Andererseits kann beispielsweise eine Anordnung entsprechend F i g.
4 durch Ersatz der die Kontakte K, bis K" betätigenden Elemente durch Thermoschalter
oder Kontaktthermometer für Heißwasserspeicher Verwendung finden.
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Weiterhin ist es möglich, bei Anlagen, in denen ein verbilligter Tarif
nicht nur in den Nachtstunden, sondern auch zu gewissen Tageszeiten, z. B. mittags,
gewährt wird, in Reihe zu dem die Energiezufuhr zu diesen Tageszeiten freigebenden
Zeitkontakt der Schaltuhr einen weiteren Kontakt vorzusehen, der in Abhängigkeit
von dem Steuergerät bei niedrigem Energiebedarf geöffnet ist. Dadurch wird erreicht,
daß eine Energiezufuhr zu dem Speicher während dieser Zeiten nur erfolgt, wenn der
Bedarf einen Wert übersteigt, für dessen Erfüllung die Dauer der nächtlichen Freigabezeit
nicht ausreichen würde.