FI62902C - Foerfarande foer maetning av energi- och effektfoerbrukning - Google Patents

Description

1 62902

Menetelmä energian- ja tehonkulutuksen mittaamiseksi Tämän keksinnän kohteem on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä.

Energiaa ja varsinkin sähköä tuotetaan hyvin 5 monella tavalla, joilla kullakin on toisistaan poikkeava kustannusrakenteensa. Sähkön kustannukset muodostuvat kahdesta pääkomponentista: kiinteistä vuosikustannuksista ja muuttuvista kustannuksista. Kiinteät kustannukset sisältävät mm. tuotantolaitosten pääomakustannukset ja 10 kiinteät käyttökustannukset. Kiinteät kustannukset ovat voimakkaasti riippuvaisia tuotantokapasiteetin määrästä eli tehosta. Ne ilmaistaan yksiköinä mk/kW,a, Muuttuvat kustannukset sisältävät mm. polttoainekustannukset ja muuttuvat käyttökustannukset. Muuttuvat kustannukset 15 ovat verrannollisia tuotettuun energiaan. Ne ilmaistaan yksikköinä mk/MWh.

Kuvion 1 käyrä P kuvaa sähkötehon tarpeen vuotuista aikajakautumaa ja sen sisään jäävä pinta-ala vuotuista energian tarvetta. Sähkö tuotetaan optimaalisesti 20 tuotantotavoilla A, B, C jne. siten, että vuotuiset kokonaiskustannukset ovat mahdollisimman pienet.

Oletetaan, että tuotantotavalla A

kiinteät kustannukset ovat a(mk/kW,a), muuttuvat kustannukset ovat A(mk/MWh), 25 - tuotettu energia WÄ(MWh) ja

- tuotantokapasiteetti P& (kW), sekä tuotantotavalla B

kiinteät kustannukset ovat b(mk/kW,a), muuttuvat kustannukset ovat B(mk/MWh), 30 - tuotettu energia W_(MWh) ja

D

tehokapasiteetti B^(KW) jne.

Tällöin sähkön tuotannon vuotuisia kokonaiskustannuksia voidaan merkitä kaavalla: P · a + W. · A + P, · b + W, · B (1) a A b b r i/ .0 2 62902

Jotta sähköntuottaja voisi mahdollisimman kustannus-tarkasti aiheuttamisperiaatteen mukaan myydä sähköä tukku-ostajille, tulisi myyntitariffin noudattaa kaavaa (1) lisättynä jakelu-, myynti- yms. kustannuksilla. Tämä on kui-5 tenkin käytännössä mahdotonta, koska eri tuotentotapoja on kymmeniä. Tariffi olisi aivan liian monimutkainen. Käytännössä pyritään noudattamaan aiheuttamisperiaatetta tariffilla, jossa sähkö on jaettu kahteen komponenttiin; perussähköön ja huippusähköön (kuvio 2). Tariffi on siis 10 muotoa: P · e + W · E + P · F + W · W., (2) β © Γ 1* J?

Lisäksi on tehosta riippumattomia perusmaksuja. Tehomaksut on lisäksi porrastettu tehonoston suuruuden mukaan ja energiamaksut vuorokauden ajan mukaan.

15 Ostaja saa itse jakaa sähkönostonsa perussähköön (E) ja huippusähköön (F) optimaalisesti.

Tariffi on rakenteeltaan sellainen, että se pyrkii ohjaamaan kulutusta sellaiseen suuntaan, että kuormitus olisi mahdollisimman tasaisesti jakautunut ajan suhteen, 20 eli huipun käyttöaika, jota kuvaa kaava:

WE + EF

T = —=-£ ( 3 )

Pe + pf (3) olisi mahdollisimman suuri.

Sähkölaitokset myyvät edelleen sähköä suur- ja 25 pienkuluttajille. Sähkölaitoksetkin pyrkivät kustannus-vastaavuusperiaatteeseen. Ihanteellinen olisi tällöin vähittäismyyntitariffi, joka noudattaisi niiden oman oston rakennetta (2) lisättynä jakelu-, myynti- ym. kustannuksilla. Nykytekniikalla muodostuisi kuitenkin 30 sähkönmittaus liian kalliiksi suhteessa myytyyn sähkö-määrään .

Sähkölaitokset myyvät sähköä suurkuluttajille tehotariffilla (kuvio 3), joka on muotoa:

Pg ’ 6 + Wg * G (M

35 Lisäksi on kiinteitä, tehosta riippumattomia maksuja.

3 62902 Tämä tariffimuoto antaa tyydyttävän tuloksen, jos huipun käyttöaika w T = -pS_ (5) g 5 on se, joksi se on tariffia laadittaessa oletettu.

Käytännössä se kuitenkin voi tästä poiketa, jolloin toiset kuluttajat saattavat hyötyä toisten kustannuksella ja sähkölaitoksen tulot voivat vähentyä.

Pienkuluttajille myydään sähköä energiatariffilla 10 (kuvio 3), joka on muotoa: WG · G (6)

Lisäksi on kiinteitä vuosimaksuja.

Tehon mittaus on nykyisellään liian kallista suhteessa pienkuluttajille myytyyn sähköön. Tariffi 15 on kustannuksia vastaava niin kauan kuin huipun käyttöaika T on se, joksi se laadittaessa on oletettu. Käytännössä kuitenkin käyttöaika koko ajan muuttuu esim. uusien kulutuskojeiden yleistymisen, energian-säästötoimenpiteiden jne. johdosta. Tämä tietää 20 sähkölaitokselle taloudellisia riskejä sekä toisten kuluttajien hyötymistä toisten kustannuksella.

Tariffimuoto ei myös mitenkään motivoi kulutuksen ajalliseen tasoittamiseen, mikä olisi koko maan energiatalouden kannalta hyvin tärkeää.

25 Kaikkiin edellä mainittuihin tariffimuotoihin voi liittyä erilainen energian hinta päivällä ja yöllä, mikä on tarkoitettu kokonaiskulutuksen vuoden vuorokausivaihtelun pienentämiseen.

On tunnettua mitata tukkusähkö siten, että 30 kulutusmittari (MWh-mittari) luetaan tunneittain ns. printo-metrillä (kuvio U). Tällöin saadaan aineistosta atk-käsittelyllä kulutus ja sen aikajakautuma, tuntitehot ym. mahdollinen tarpeellinen (ja tarpeetonkin) lisäinformaatio, Sähkö jaetaan perus- ja huippusähköön atk-käsittelyllä.

35 Mittausmenetelmä on paras mahdollinen, mutta myös hyvin kallis. Sen kustannukset ovat noin 50.000 rak/a mittauspistettä kohti.

» 62902 u

Printometrimittauksessa ja -tulostuksessa tarvitaan mm. mittauselintä, ajo itinelintä, muistirekisterejä yhtä monta kuin mittausjaksoja (käytännössä kymmeniä tuhansia kappaleita) sekä atk-käsittelyä.

5 Informaationa saadaan tällöin mm. kuormituskäyrä (kuvio k), pysyvyyskäyrä (atk-käsittelyllä ) sekä mittauspisteen energia ja useamman mittauspisteen summaenergia (atk-käsittelyllä).

Printometrin käytön haittana on erittäin kalliin 10 hinnan lisäksi se, että se vaatii jatkuvan valvonnan ja huollon.

Suurkuluttajien tehotariffimittaus (kaava (Π)) tapahtuu siten, että toisaalta mitataan kumuloivasti kulutettu energia ja toisaalta tietyn ajanjakson (esim.

15 15» 30 tai 60 min) aikana kulutettu maksimienergia lukemavälin aikana. Viimeksi mainittu tapahtuu siten, että kellolaite nollaa osoittavan energiamittarin em. ajanjakson välein, osoitin työntää edellään toista osoitinta, joka ei palaudu 0-asentoon vaan jää osoitta-20 maan suurinta ko. ajanjakson energiaa lukemavälillä.

Ko. ajanjakson keskiteho saadaan jakamalla osoittimen mukainen energia mittausajalla.

Maksimimittari luetaan esim, kerran kuukaudessa ja nollataan. Jotta kuluttajan satunnaiset tehohuiput eivät 25 vaikuttaisi kohtuuttomasti sähkön hintaan, laskutuksen pohjaksi otetaan kahden tehohuipultaan suurimman kuukauden tehojen keskiarvo. Toinen erillinen reaaliaikaa mittaava kellolaite tai kauko-ohjauslaite voi siirtää energiamittauksen laskurilta toiselle, mikäli energia 30 on erihintaista yöllä ja päivällä. Tämän mittaustavan kustannukset ovat n. 1500 rak/a.

Maksimimittauksessa ja sen tulostuksessa tarvitaan mm. mittauselintä, ajoitinelintä , yhtä tai useampaa rekisteriä aina energian aikasidonnaisuuden mukaan sekä aikajakson 35 raakaimienergiaa osoittavaa elintä.

5 62902

Informaationa saadaan tällöin lukemajakson välinen huipputeho sekä energia, jolloin eri mittauspisteiden energiat voidaan laskea aritmeettisesti yhteen. Tämän menetelmän avulla ei kuitenkaan saada kuormituskäyrää 5 eikä pysyvyyskäyrää. Lisäksi eri mittauspisteiden huipputehoa ei voida laskea yhteen (eri mittauspisteissä huiput voivat olla eri aikoina, joten mittauspisteiden yhteinen huippu ei ole eri pisteiden huippujen summa).

Edelleen mittarit täytyy lukea esim, kuukausittain ja ne 10 vaativat jonkinverran huoltoa. Mittauskustannukset ovat noin 1500 mk/a.

Pienkuluttajille mitataan pelkkä kulutettu energia kWh-mittarilla. Siihenkin voi sisältyä relaaliaikaan sidottu ohjauskello tai kauko-ohjauslaite, mikäli energia on 15 erihintaista yöllä ja päivällä. Mittari luetaan yleensä kerran vuodessa ja mittauskustannukset ovat n. 150 mk/a.

Mittauksessa tarvitaan mm, mittauselintä sekä yhtä tai useampaa rekisteriä.

Informaationa saadaan kulutettu energia, ja useam-20 man mittauksen energiat voidaan laskea yhteen.

Tämän menetelmän avulla ei kuitenkaan voida määrittää kuormituskäyrää, pysyvyyskäyrää eikä huipputehoa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa aikaisemmassa tekniikassa esiintyvät haitat ja saada aikaan 25 aivan uudentyyppinen ja entistä yksinkertaisempi energian-ja tehonkulutuksen mittausmenetelmä.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että mitattava teho jaetaan etukäteen tehoportaisiin, joille kullekin osoitetaan oma energiaa mittava rekisterinsä, 30 jolloin kukin rekisteri saa vuoronperään mitata ja rekisteröidä ennalta määrätyn energiankulutusarvon, minkä jälkeen mittaus siirretään seuraavalle rekisterille. Ennalta määrätyn mittausjakson kuluttua mittaus siirretään takaisin ensimmäiselle rekisterille uuden mittaus-35 jakson aloittamiseksi. Tällöin eri rekisterien lukemat halutun mittausjaksomäärän jälkeen antavat approksimaation tehon pysyvyyskäyrästä.

£ 62902 6 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa,

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

5 Niinpä keksinnön avulla saadaan yksinkertaisin keinoin selville sekä pysyvyyskäyrä että kulutettu energia. Lisäksi eri mittausten energiankulutukset voidaan summata.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkas-10 telemaan oheisten piirustuskuvioiden 6-8 avulla, jotka esittävät periaatteellisesti keksinnön mukaista mittausmenetelmää .

Mitattava teho jaetaan etukäteen ohjelmoituihin tehoportaisiin ΡΙ.,.Ρη (kuvio 6 ). Portaita voi olla 15 mittauksen tarkkuuden lannalta mielekäs määrä (vähintään 2). Mittauskoneistossa tarvitaan rekistereitä yhtä monta kuin tehoportaitakin. Mittäuselimen lisäksi tarvitaan ajoitin, joka käynnistää mittausprosessin alusta etukäteen ohjelmoidun mittausjakson jälkeen (jakson 20 pituus voi olla portaattomasti säädettävä,esim.

10 min ... 2 h ) .

Mittaus tapahtuu seuraavasti: Mittausjakson alussa mittari mittaa energiaa rekisteriin 1 kunnes sinne on lisääntynyt ennalta ohjelmoitu määrä 25 energiaa (esim. 1 kWh, 10 kWh, 100 kWh tai 1000 kWh).

Tämän jälkeen laskenta siirtyy automaattisesti rekisterille 2 ja edelleeen ylemmille rekistereille, kunnes ajoitin aloittaa mittausjakson alusta. Tällöin mittaus alkaa taas rekisterille 1 ja jatkuu kuten 30 edellä,

Seuraava esimerkki valaisee mittausta: ESIMERKKI 1:

Oletetaan, että kuluttajan huipputeho on 100 kW. Oletetaan edelleen, että 5-portainen tehomittaue antaa 35 riittävän informaation. Käytetään mittaria, jossa on 5 rekisteriä ja jossa mittaus siirtyy rekisteriltä toiselle 10 kWh:n jälkeen.

62902 7

Koska tehoportaan suuruus on 100 kW/5 · 20 kW ja mittaus siirtyy rekisteriltä toiselle 10 kWh:n jälkeen, asetetaan ajoittimeen mittausjakson pituudeksi 30 min (0,5 h x 20 kW = 10 kWh).

5 Oletetaan, että ko. kuluttajan teho vaihtelee eri mittausjaksojen aikana seuraavasti:

Jakso Kulunut aika Teho Energia 1 0,5 h 30 kW 15 kWh 2 1 h 50 kW 25 kWh Ί0 3 1,5 h 100 kW 50 kWh 1* 2 h 110 kW 55 kWh 5 2,5 h TO kW 35 kWh 6 3 h 60 kW 30 kWh t 15

Eri rekistereihin mitatut energiat (kWh) jaksot-tain ovat seuraavat:

Jakso Rek. 1 Rek. 2 Rek. 3 Rek. U Rek. 5 20 1 10 5 - 2 10 10 5 3 10 10 10 10 10 b 10 10 10 10 15 5 10 10 10 5 25 6 10 10 10 -

Summa 60 55 . 1* 5 25 25

Lukemalla rekistereihin kerääntyneet energiat, saadaan em. 3 h:n ajalle kuvion 7 mukainen informaatio. Kuviosta 7 käy ilmi, ?ttä pelkästään eri 30 rekistereihin mitatun energian perusteella pystytään konstruoimaan pysyvyyskäyrä. Vain käyrän huippuosa vaatii arviointimenettelyä, koska todellista huippua ei tiedetä. Tämäkin epäkohta voidaan poistaa, jos mittari varustetaan huipun osoituksella.

g 62902

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitaan vain mittauselintä, ajoitinta, 2...n rekisteriä sekä tarvittaessa aikajakson maksimienergiaa mittaavaa elintä.

5 Seuraavissa taulukoissa 1 ja 2 on suoritettu ominaisuuksien vertailu ennestään tunnettuihin menetelmiin: TAULUKKO ϊ Laitteisto ja kustannukset _ . , . . kWh-huippu- kWh- „ , .

Printometn ... Keksintö mittaus mittaus 10 Mittauselin on on on on

Ajoitin on on ei on

Rekistereitä yli 10000 kpl 1--2 1-2 2-10

Tietojen käsittely atk käsin käsin käsin 15 Huipunosöitus ei tarvita on ei tarvit-

Mittaus- taessa kustannukset 50000 mk/a 1500 mk/a 150 mk/a 200 mk/a (huipun- mittauk- 20 sella 1500 mk/a) ] t TAULUKKO 2 Saatava informaatio

Printometri kWh-huippu- kWh- Keksintö 2 5 mittaus mittaus

Kuormituskäyrä atk :11a ei ei ei

Kuormituskäy- rien summa atk:11a ei ei ei

Pysyvyyskäyrä atk :11a ei ei käsin 30 Tehohuippu atk :11a on ei tarvit- tai käsin taessa

Tehohuippujen summa atk:11a ei ei likimain

Energiankulutus atk :11a on on on 35 Energian kulutusten summa käsin käsin käsin käsin I Lukemaväli_ 1 h 1 kk 1a 1a 9 62902

Kun verrataan keskenään kuvion 8 käyriä voidaan havaita, että keksinnön mukaiselle menetelmällä saadaan aikaan yksinkertainen mutta kustannustarkka tariffi. Voidaan havaita, että valitsemalla oikein 5 eri rekistereiden tehoportaat, voidaan pelkällä energia-tariffilla saada kustannuksia vastaava tariffi.

ESIMERKKI 2:

Jos energian tuotannon kokonaiskustannukset ovat kaikkine pääoma-, raakaenergia-, jalostus-, 10 häviö- ja yleiskustannuksineen sekä veroineen ja voittoineen seuraavat:

Tuotantotapa A: 15 p/kWh

Tuotantotapa B: 20 p/kWh

Tuotantotapa C: 25 p/kWh 15 Tuotantotapa D: 50 p/kWh, tällöin tariffi on yksinkeratisesti:

Rekisteri 1:n energia 15 p/kWh Rekisteri 2:n energia 20 p/kWh Rekisteri 3:n energia 25 p/kWh 20 Rekisteri U:n energia 50 p/kWh,

Kuluttaja näkee mittarinsa eri rekistereiden lukemista paljonko hän joutuu maksamaan aivan samoin kuin tavallisessa kWh-mittarissa.

Keksinnön puitteissa voidaan ajatella edellä 25 kuvatuista esimerkeistä poikkeaviakin ratkaisuja.

Mittari voi olla mekaaninen tai elektroninen tai näiden yhdistelmä.

Rekistereitä voi olla vähintään 2, enintään mittaustarkkuuden vaatima määrä. Erittäin tarkka tulos 30 saadaan jo 10 rekisterillä, käytännössä riittävä määrä on 3...5 kpl.

Tehoporrastus voidaan saada aikaan joko rekisterin vaihdon edellyttämän energian määrää tai ajoittimen mittausjakson aikaa tai molempia asettele-35 maila.

62902 10

Rekisterien tehoportaat voivat olla yhtäsuuret tai erisuuret.

Mittari voi olla varustettu huipun osoituksella tai olla ilman sitä.

5 - Kukin rekisteri voi antaa (tai olla antamatta) ilmoituksen kuluttajalle, mille rekisterille mittari kulloinkin mittaa energiaa. Tällöin kuluttaja voi automaattisesti tai käsin ohjata pois epäoleellista kulutusta silloin, kun mittari laskee kallista energiaa, 10 Toisin sanoen tariffi ohjaa kulutusta energiataloudellisesta oikeaan suuntaan.

- Mittariin voidaan liittää vuorokausi- ja/tai viikko- ja/tai vuosiohjelmalla varustettu kellolaite tai kauko-ohjauslaite, jolla voidaan ohittaa mittarin 15 sisäiset mittauskäskyt niin, että mittari mittaa osan aikaa energiaa vain yhdelle rekisterille tai osalle rekistereitä. Tällöin tariffiin voi sisältyä eri tehoportaille erihintaista energiaa esim, - yöllä ja päivällä, 20 - arkipäivinä ja viikonloppuina, - kesällä ja talvella, - vuorokausihuippujen aikana, - vuosihuippujen aikana sekä - sulkuaikoina, 25 - Mittari voi mitata samalla periaatteella muutakin kuin sähköenergiaa, esimerkiksi lämpöenergiaa, vesi- ja muita materiaalivirtoja.

.1»*

Claims (7)

1 1 62902 Patenttivaatimukset :

1. Menetelmä energian- ja tehonkulutuksen ja varsinkin sähköenergian— ja-tehonkulutuksen mittaamiseksi, tunnettu siitä,että 5. mitattava teho (P) jaetaan etukäteen ainakin kahteen tehoportaaseen (P1, P2, ...,Pn) siten, että näiden summa on sopivimmin odotettavissa olevan huipputehon (Pmax). approksimaatio, kullekin tehoportaalle (P1, P2, ..., Pn) 10 osoitetaan oma energiaa mittaava rekisterinsä (REKI, REK2,...,REKn), ennalta määrätyn mittausjakson aikana kukin rekisteri (esim. REKI) saa vuoronperään ennalta määrätyssä järjestyksessä mitata ja rekisteröidä 15 ennalta määrätyn energiankulutuksen, jonka saavuttamisen jälkeen mittaus siirretään järjestyksessä seuraavalle rekisterille (esim. REK2), ja ennalta määrätyn mittausjakson kuluttua umpeen 20 mittaus siirretään siltä rekisteriltä (esim. REK 1+) , joka viimeksi oli mittausvuoros sa takaisin järjestyksessä ensimmäiselle rekisterille (REK 1) uuden mittausjakson aloittamiseksi, jolloin eri rekisterien (REKI, REK2, . . .,REKn) lukemat 25 halutun mittausjaksomäärän jälkeen antavat approksimaation tehon pysyvyyskäyrästä tarkasteltuna aikana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään keskenään yhtäsuuria tehoportaita (P1, P2,..., Pn)

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään keskenään erisuuria tehoportaita (P1, P2.....Pn). 1*. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä,että käytetään 2.,.20, 35 sopivimmin 3...5 kpl rekistereitä (REKI, REK2, ..., REKn). 12 62902

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tehoporrastus saadaan aikaan rekisterien (REKI, REK2, ..., REKn) ennalta määrättyä rekisteröintienergia-arvoa asettelemalla.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ajoitinta mittausjaksojen käynnistämiseksi ja päättämiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tehoporrastus saadaan aikaan 10 ajoittimen mittausjakson aikaa asettelemalla. · „11 '3 62902