IT202000024400A1 - Wind power generation system coupled with biomass cogeneration with 24-hour energy management system - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell?Invenzione Industriale avente per TITOLO: DESCRIPTION of the Industrial Invention with TITLE:
?SISTEMA DI PRODUZIONE DI ENERGIA EOLICA ABBINATA A COGENERAZIONE A BIOMASSA CON SISTEMA DI GESTIONE DELL?ENERGIA 24 ORE AL GIORNO? ?WIND ENERGY PRODUCTION SYSTEM COMBINED WITH BIOMASS COGENERATION WITH ENERGY MANAGEMENT SYSTEM 24 HOURS A DAY?
La presente invenzione si inserisce nel campo dei sistemi di produzione di energia e in particolare nel campo degli impianti integrati destinati alla produzione di energia rinnovabile (eolico, fotovoltaico, cogenerazione a biomassa, ecc.). The present invention is inserted in the field of energy production systems and in particular in the field of integrated plants intended for the production of renewable energy (wind, photovoltaic, biomass cogeneration, etc.).
La presente invenzione si inserisce inoltre nel settore degli impianti ad energia rinnovabile connessi alla building automation ed al controllo dei consumi energetici. The present invention also fits into the sector of renewable energy systems connected to building automation and the control of energy consumption.
Sono note le problematiche connesse al riscaldamento, al condizionamento e alla fornitura di energia elettrica in un edificio (costi elevati legati ai consumi energetici, emissioni inquinanti, ecc). The problems associated with heating, air conditioning and the supply of electricity in a building are known (high costs associated with energy consumption, polluting emissions, etc.).
E? nota la realizzazione di impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili che consente di risolvere problemi legati al consumo delle risorse energetiche (energie sempre disponibili) ed alla salvaguardia ambientale (produzione di energia pulita e non immissione nell?atmosfera di sostanze nocive e/o climalteranti). Tra gli impianti di produzione di energia da fonti rinnovabili sono noti gli impianti eolici, che trasformano l?energia cinetica del vento in energia elettrica. AND? known the construction of plants for the production of energy from renewable sources which allows to solve problems related to the consumption of energy resources (energy always available) and environmental protection (production of clean energy and non-emission of harmful substances and/or climate-altering). Among the plants for the production of energy from renewable sources, wind farms are known, which transform the kinetic energy of the wind into electricity.
Sono noti anche impianti di cogenerazione alimentati da fonti rinnovabili, ad esempio impianti di cogenerazione a biomassa, che consistono nel produrre in modo combinato energia termica ed energia elettrica recuperando l?acqua calda o il vapore di processo e/o i fumi prodotti da un motore primo alimentato da combustibili organici non fossili quali le biomasse. Tali impianti permettono di ottenere un significativo risparmio di energia rispetto alla produzione separata di energia elettrica e di energia termica. Risultano inoltre noti i benefici effetti che si accompagnano all?impiego delle biomasse, sia da un punto di vista energetico che dal punto di vista sociale ed ambientale, quali la sostenibilit?, la protezione dell?ambiente, la facilit? di impiego ed efficienza della conversione energetica. Cogeneration plants fueled by renewable sources are also known, for example biomass cogeneration plants, which consist of producing thermal energy and electricity in a combined way by recovering hot water or process steam and/or the fumes produced by a prime mover fueled by non-fossil organic fuels such as biomass. These plants make it possible to obtain significant energy savings compared to the separate production of electricity and thermal energy. Furthermore, the beneficial effects associated with the use of biomass are known, both from an energy point of view and from a social and environmental point of view, such as sustainability, environmental protection, ease of use. of use and efficiency of energy conversion.
L?energia prodotta dai suddetti impianti pu? trovare impieghi sia civili (es. illuminazione, riscaldamento edifici, ecc.) che industriali (es. sotto forma di vapore). E? evidente come l?impiego di fonti rinnovabili per la produzione di energia ? strettamente collegato alla presenza o meno della fonte stessa. In particolare verr? garantita la produzione di energia nei momenti della giornata in cui la fonte energetica primaria (sole, vento, ecc ?) sar? realmente presente. Negli altri momenti in cui la fonte di energia primaria non ? presente e la produzione di energia da fonte rinnovabile risulta nulla, sar? necessario attingere dalla rete, gravando l?utenza di ulteriori costi e oneri di servizio. The energy produced by the aforementioned systems can? find both civil (e.g. lighting, heating buildings, etc.) and industrial (e.g. in the form of steam) uses. AND? evident as the use of renewable sources for the production of energy? strictly connected to the presence or absence of the source itself. In particular will guaranteed the production of energy in the moments of the day in which the primary energy source (sun, wind, etc?) will be? really present. At other times when the primary energy source is not? present and the production of energy from renewable sources is null, sar? necessary to draw from the network, burdening the user with additional costs and service charges.
Sono infine noti vari sistemi di automazione, ovvero tecnologie che utilizzano sistemi di controllo, installati in determinati edifici per gestire macchine e processi o volti all?implementazione di particolari servizi (es. per controllare la situazione dell?attivit? in tempo reale). In particolare sono noti dispositivi che permettono il controllo automatico centralizzato dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata, ecc. degli edifici attraverso un sistema di gestione/automazione dell?edificio (BMS building management system o BAS building automation system). Tali sistemi permettono di migliorare il comfort degli occupanti, di ridurre i consumi energetici (con una conseguente riduzione dei costi) e di migliorare il ciclo di vita dei servizi. Essi trovano applicazione in ogni settore di attivit? (industrie, edifici residenziali, ecc.). Finally, various automation systems are known, ie technologies which use control systems, installed in certain buildings to manage machines and processes or aimed at implementing particular services (eg to control the activity situation in real time). In particular, devices are known which allow centralized automatic control of heating, ventilation and air conditioning systems, etc. of buildings through a building management/automation system (BMS building management system or BAS building automation system). These systems make it possible to improve the comfort of the occupants, reduce energy consumption (with a consequent reduction in costs) and improve the life cycle of services. They find application in every sector of activity? (industries, residential buildings, etc.).
In passato sono stati studiati diversi brevetti e modelli di utilit? che prevedono impianti integrati destinati alla produzione di energia rinnovabile (eolico, fotovoltaico, cogenerazione a biomassa, ecc.) e/o l?utilizzo della building automation per l?ottimizzazione dei consumi e dei costi energetici, con metodologie ed applicazioni differenti. Have several patents and utility models been studied in the past? which include integrated systems for the production of renewable energy (wind, photovoltaic, biomass cogeneration, etc.) and/or the use of building automation for the optimization of energy consumption and costs, with different methodologies and applications.
La domanda francese FR-A1-2979138, pubblicata in data 22/02/2013, descrive un impianto utile a produrre energia elettrica e termica da biomassa. L?impianto di cogenerazione comprende un forno per la combustione della biomassa che emette fumi per vaporizzare un fluido organico, i cui vapori guidano una turbina per produrre energia elettrica ed un condensatore di vapore posto ad una presa della turbina. Il fluido organico opera secondo un ciclo Rankine ad una temperatura di sorgente superiore a 300 ?C. Esso viene vaporizzato in un primo scambiatore ed ha una temperatura di 270 ?C e una pressione di 15 bar all?ingresso della turbina. Il forno di combustione ? un inceneritore di fanghi per il trattamento dell?acqua. Il primo scambiatore ? attraversato dai fumi dell?inceneritore e da un fluido termovettore che viene riscaldato dai fumi in un secondo scambiatore di calore. Il fluido freddo ottenuto dal condensatore ? costituito da acqua di raffreddamento avente una temperatura di 85-95 ?C. L?energia recuperata, durante la condensazione del fluido all?uscita del condensatore, viene inviata all?essiccatore di fanghi. The French application FR-A1-2979138, published on 02/22/2013, describes a plant useful for producing electrical and thermal energy from biomass. The cogeneration plant comprises a biomass combustion furnace which emits fumes to vaporize an organic fluid, the vapors of which drive a turbine to produce electricity and a vapor condenser placed at a turbine outlet. The organic fluid operates according to a Rankine cycle at a source temperature higher than 300 ?C. It is vaporized in a first exchanger and has a temperature of 270 ?C and a pressure of 15 bar at the inlet of the turbine. The combustion furnace ? a sludge incinerator for water treatment. The first exchanger? crossed by the fumes of the incinerator and by a heat transfer fluid which is heated by the fumes in a second heat exchanger. The cold fluid obtained from the condenser ? consisting of cooling water having a temperature of 85-95?C. The energy recovered during the condensation of the fluid at the condenser outlet is sent to the sludge dryer.
La domanda ucraina UA-U-16866, pubblicata in data 15/08/2006, descrive un impianto per la produzione combinata di energia termica ed elettrica che include un compressore, una camera di combustione, una turbina a gas con generatore elettrico, una caldaia, un sistema di tubazioni e condotti di gas, apparecchi di cogenerazione ed un sistema di automazione e controllo. L?impianto ha inoltre un rigeneratore, uno scambiatore di calore gas-acqua per il rifornimento di acqua calda ed un sistema per il controllo dei prodotti della combustione. The Ukrainian application UA-U-16866, published on 08/15/2006, describes a plant for the combined production of thermal and electrical energy which includes a compressor, a combustion chamber, a gas turbine with an electric generator, a boiler , a system of gas pipes and ducts, cogeneration equipment and an automation and control system. The plant also has a regenerator, a gas-water heat exchanger for hot water supply and a system for controlling the products of combustion.
Il modello di utilit? ucraino UA-U-20793, pubblicato in data 15/02/2007, descrive un impianto per la produzione combinata di calore e di energia elettrica che si diversifica rispetto al sistema descritto nella domanda UA-U-16866 solo per alcuni componenti. Il sistema comprende un compressore, una camera di combustione, una turbina a gas con generatore elettrico, una caldaia a cogenerazione con una ventola standard, un sistema di tubazioni e condotti di gas, apparecchi di cogenerazione, un sistema di automazione e controllo. L?impianto ha inoltre un rigeneratore collegato al compressore, una camera di combustione della turbina a gas e bruciatori della caldaia a cogenerazione, una ventola per l?alimentazione dell?aria al rigeneratore e un sistema di controllo per la distribuzione dell?aria tra gli elementi del circuito di riscaldamento dell?impianto. The utility model? Ukrainian UA-U-20793, published on 02/15/2007, describes a plant for the combined production of heat and electricity which differs from the system described in application UA-U-16866 only for some components. The system includes a compressor, a combustion chamber, a gas turbine with an electric generator, a cogeneration boiler with a standard fan, a system of pipes and gas ducts, cogeneration appliances, an automation and control system. The plant also has a regenerator connected to the compressor, a combustion chamber of the gas turbine and burners of the cogeneration boiler, a fan for supplying air to the regenerator and a control system for distributing the air between the elements of the heating circuit of the system.
La domanda cinese CN-A-104265380, pubblicata in data 07/01/2015, descrive un sistema di applicazione di tipo distributivo di energia combinata. Il sistema comprende: un sistema di raccolta di calore solare, un sistema di generazione di energia da biomassa, un sistema di generazione di energia fotovoltaica e un sistema di generazione di energia eolica. Il sistema di generazione di energia da biomassa comprende una caldaia a biomassa; una presa d?acqua della caldaia a biomassa ? collegata con una turbina a vapore; la turbina a vapore ? collegata con un primo motore, che ? connesso ad un inverter; l?inverter ? collegato con un lato utente attraverso una linea di guida. Il sistema di raccolta di calore solare comprende una lente di raccolta del calore, una scatola di accumulo e di conservazione del calore ed un serbatoio d?acqua di accumulo del calore; il serbatoio di accumulo d?acqua ? collegato con un generatore di vapore che ? collegato con la turbina a vapore. Il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di generazione di energia eolica sono collegati all?inverter. Con l?adozione del sistema sopra descritto, l?energia solare, l?energia eolica e la fonte di energia biologica sono globalmente utilizzati, cos? ? incrementata l?efficienza di utilizzo di varie fonti energetiche ed ? realizzata la fornitura di energia autonoma. Chinese application CN-A-104265380, published on 01/07/2015, describes a combined energy distribution-type application system. The system includes: a solar heat harvesting system, a biomass power generation system, a photovoltaic power generation system, and a wind power generation system. The biomass power generation system includes a biomass boiler; a biomass boiler water intake? connected with a steam turbine; the steam turbine? connected with a first engine, that ? connected to an inverter; the inverter ? connected with a user side through a guideline. The solar heat harvesting system comprises a heat harvesting lens, a heat storage and storage box, and a heat storage water tank; the water storage tank? connected with a steam generator that ? connected with the steam turbine. The PV power generation system and wind power generation system are connected to the inverter. With the adoption of the above system, solar energy, wind energy and biological energy source are globally used, thus ? increased the efficiency of use of various energy sources and ? self-contained energy supply.
Il modello di utilit? cinese CN-U-204152561, pubblicato in data 11/02/2015, descrive un sistema composito di applicazione di energia distribuita che si diversifica rispetto al sistema descritto nella domanda CN-A-104265380 solo per alcuni componenti. Il sistema comprende: un collettore solare, un sistema di generazione di energia da biomassa, un sistema di generazione di energia fotovoltaica e un sistema di generazione di energia eolica. Il sistema di generazione di energia da biomassa comprende una caldaia a biomassa; una presa d?acqua della caldaia a biomassa ? collegata con una turbina a vapore; la turbina a vapore ? collegata con un primo motore - il primo generatore - che a sua volta ? collegato con un inverter; l?inverter ? collegato nel lato utente attraverso un cavo. Il collettore solare comprende uno specchio collettore convesso; una scatola isolante di accumulo di calore e un serbatoio d?acqua di accumulo del calore; il serbatoio di accumulo di calore ? collegato con un generatore di vapore che ? collegato con la turbina a vapore. Il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di generazione di energia eolica sono connessi all?inverter. Il sistema sopra descritto utilizza globalmente l?energia solare, l?energia eolica e l?energia biologica, migliora l?efficacia dell?utilizzo di vari tipi di energia e realizza l?autosufficienza energetica. The utility model? Chinese CN-U-204152561, published on 02/11/2015, describes a composite system for applying distributed energy which differs from the system described in application CN-A-104265380 only for some components. The system includes: a solar collector, a biomass power generation system, a photovoltaic power generation system and a wind power generation system. The biomass power generation system includes a biomass boiler; a biomass boiler water intake? connected with a steam turbine; the steam turbine? connected with a first engine - the first generator - which in turn ? connected with an inverter; the inverter ? connected in the user side through a cable. The solar collector comprises a convex collecting mirror; a heat storage insulation box and a heat storage water tank; the heat storage tank ? connected with a steam generator that ? connected with the steam turbine. The PV power generation system and the wind power generation system are connected to the inverter. The above system comprehensively utilizes solar energy, wind energy and biological energy, improves the effectiveness of using various types of energy, and realizes energy self-sufficiency.
La domanda coreana KR-A-20120103777, pubblicata in data 20/09/2012, descrive un sistema composito di generazione di energia rinnovabile per massimizzare la quantit? di energia favorevole all?ambiente, come ad esempio l?energia generata da un impianto eolico che viene utilizzata per la condizione di funzionamento di un sistema di gassificazione HHO (oxyhydrogen gas). Il sistema composito di generazione di energia rinnovabile comprende: un sistema di gassificazione della biomassa, un sistema bio di gassificazione in discarica ed una caldaia a gas. Il sistema di gassificazione della biomassa genera gas da materiali di digestione anaerobica. Il sistema di gassificazione in discarica genera gas raccogliendo il metano generato da una discarica. Una caldaia per la generazione di energia o un generatore di alimentazione a gas ? azionato dal gas generato dal sistema di gassificazione della biomassa e dal sistema di gassificazione in discarica. Il sistema pu? comprendere: un generatore di energia solare; un generatore di energia eolica; un dispositivo di sincronizzazione; una batteria; un inverter; un sistema di gassificazione delle biomasse; un sistema di gassificazione della biomassa in discarica; un sistema di bio gassificazione; un impianto di cogenerazione; un miscelatore di gas; un contenitore di gas; un dispositivo di smaltimento delle acque reflue; un processore delle acque reflue; un dispositivo per fertilizzante organico; un generatore di energia a gas; un reattore HHO; una caldaia; una turbina a vapore; un generatore; un regolatore ibrido; un dispositivo di accumulo termico del ghiaccio; un monitor centrale/controller. The Korean application KR-A-20120103777, published on 20/09/2012, describes a composite system of renewable energy generation to maximize the quantity environment-friendly energy, such as the energy generated by a wind power plant which is used for the working condition of a HHO (oxyhydrogen gas) gasification system. The composite system of renewable energy generation includes: a biomass gasification system, a bio landfill gasification system and a gas boiler. Biomass gasification system generates gas from anaerobic digestion materials. The landfill gasification system generates gas by harvesting the methane generated by a landfill. A power generation boiler or a gas powered generator? driven by gas generated by biomass gasification system and landfill gasification system. The system can include: a solar energy generator; a wind power generator; a sync device; a battery; an inverter; a biomass gasification system; a landfill biomass gasification system; a biogasification system; a cogeneration plant; a gas mixer; a gas container; a wastewater disposal device; a wastewater processor; a device for organic fertilizer; a gas power generator; an HHO reactor; a boiler; a steam turbine; a generator; a hybrid regulator; an ice thermal storage device; a central monitor/controller.
In relazione allo stato della tecnica e alle soluzioni presenti sul mercato sono state riscontrate le seguenti problematiche tecniche: In relation to the state of the art and the solutions available on the market, the following technical problems have been encountered:
? Il mercato non offre soluzioni che consentono di fornire in un unico sistema impianti integrati destinati alla produzione di energia rinnovabile e sistemi di controllo dei consumi energetici (building automation). Generalmente sono pochi i sistemi integrati destinati alla produzione di energia rinnovabile in grado di unire e soddisfare varie esigenze in ambito sia industriale che domestico e di assicurare una produzione continuativa durante tutto l?arco della giornata. Esistono inoltre pochissime soluzioni economiche in grado di inserire l?automazione negli edifici senza intervenire in maniera molto invasiva sul sistema di distribuzione e gestione elettrica. ? The market does not offer solutions that make it possible to supply integrated plants for the production of renewable energy and energy consumption control systems (building automation) in a single system. Generally there are few integrated systems intended for the production of renewable energy capable of combining and satisfying various needs in both industrial and domestic environments and of ensuring continuous production throughout the day. Furthermore, there are very few economic solutions capable of inserting automation in buildings without intervening in a very invasive way on the electrical distribution and management system.
Si riscontra la necessit? di creare un sistema integrato di impianti ad energia rinnovabile, personalizzabile in base alla tipologia di utilizzo (civile o industriale), in grado di abbinare in maniera intelligente la generazione di energia eolica con la cogenerazione da biomassa, in modo che quest?ultima vada a subentrare quando la prima non risulta pi? in grado di soddisfare il fabbisogno energetico richiesto dall?utenza, in modo da evitare di attingere dalla rete e di gravare l?utenza di ulteriori costi e oneri di servizio. Al fine di ottimizzare la gestione dei consumi, si riscontra anche la necessit? di combinare tale sistema integrato di impianti ad energia rinnovabile con un sistema di automazione che consente la gestione coordinata e integrata delle diverse tipologie di impianti dell?edificio, e che opzionalmente potrebbe non necessitare di un intervento sull?impianto elettrico esistente. Is there a need? to create an integrated system of renewable energy plants, customizable according to the type of use (civil or industrial), able to intelligently combine the generation of wind energy with biomass cogeneration, so that the latter goes to take over when the first is no longer? able to meet the energy needs required by the user, so as to avoid drawing from the network and burdening the user with additional costs and service charges. In order to optimize consumption management, there is also a need to combine this integrated system of renewable energy systems with an automation system that allows the coordinated and integrated management of the different types of systems in the building, and which optionally may not require intervention on the existing electrical system.
? Con riferimento alla domanda francese FR-A1-2979138 pubblicata in data 22/02/2013, il sistema di cogenerazione utile a produrre energia elettrica e termica da biomassa non contempla la possibilit? di abbinamento dello stesso con impianti di produzione di energia da fonte rinnovabile e con sistemi di automazione e controllo. ? With reference to the French application FR-A1-2979138 published on 22/02/2013, does the cogeneration system useful for producing electrical and thermal energy from biomass not contemplate the possibility? combination of the same with plants for the production of energy from renewable sources and with automation and control systems.
? Con riferimento alla domanda ucraina UA-U-16866 pubblicata in data 15/08/2006 e alla domanda ucraina UA-U-20793 pubblicata in data 15/02/2007, il dispositivo per la produzione combinata di energia termica ed elettrica include un sistema di cogenerazione ed un sistema di automazione e controllo ma non prevede la combinazione con impianti di produzione di energia da fonte rinnovabile. ? With reference to the Ukrainian application UA-U-16866 published on 08/15/2006 and to the Ukrainian application UA-U-20793 published on 02/15/2007, the device for the combined production of thermal and electric energy includes a system of cogeneration and an automation and control system but does not provide for the combination with plants for the production of energy from renewable sources.
? Con riferimento alla domanda cinese CN-A-104265380 pubblicata in data 07/01/2015 e al modello di utilit? cinese CN-U-204152561 pubblicato in data 11/02/2015, i dispositivi descritti prevedono la combinazione di vari sistemi di generazione di potenza da collettori solari, biomassa, fotovoltaico ed eolico. Tali sistemi non contemplano tuttavia l?integrazione con un eventuale impianto di cogenerazione e con sistemi di automazione e controllo. ? With reference to the Chinese application CN-A-104265380 published on 07/01/2015 and to the utility model? Chinese CN-U-204152561 published on 02/11/2015, the devices described involve the combination of various power generation systems from solar collectors, biomass, photovoltaic and wind power. However, these systems do not contemplate integration with a possible cogeneration plant and with automation and control systems.
? Con riferimento alla domanda coreana KR-A-20120103777 (A) pubblicata in data 20/09/2012, il sistema composito di generazione di potenza da energie rinnovabili include un generatore eolico, un sistema di cogenerazione, un controller centrale e altri dispositivi. Il sistema di controllo centrale non prevede tuttavia la possibilit? di configurare scenari personalizzati e di attivare una sequenza preordinata di operazioni e impostazioni di controllo a seconda delle diverse esigenze e della tipologia di edificio. ? With reference to Korean application KR-A-20120103777 (A) issued on 2012-09-20, the composite renewable energy power generation system includes wind generator, cogeneration system, central controller and other devices. However, the central control system does not provide for the possibility? to configure personalized scenarios and to activate a pre-arranged sequence of operations and control settings according to the different needs and the type of building.
L?oggetto del presente modello di utilit? consiste in un sistema di produzione di energia eolica abbinata a cogenerazione a biomassa con un sistema di gestione dell?energia 24 ore al giorno. Si tratta di un sistema integrato di impianti ad energia rinnovabile, destinato a impieghi sia civili che industriali, in grado di abbinare in maniera intelligente, attraverso un sistema di automazione, la generazione di energia eolica con la cogenerazione a biomassa, in modo che quest?ultima vada a subentrare quando la prima non risulta pi? in grado di soddisfare il fabbisogno energetico richiesto dall?utenza. Il sistema, basato su una architettura modulare, prevede una gestione centralizzata del controllo delle funzioni di automazione secondo logiche programmabili, adattabili alle esigenze degli utenti, e comprende: The object of this utility model? it consists of a wind energy production system combined with biomass cogeneration with an energy management system 24 hours a day. It is an integrated system of renewable energy plants, intended for both civil and industrial uses, able to intelligently combine, through an automation system, the generation of wind energy with biomass cogeneration, so that this last go to take over when the first is no longer? able to meet the energy needs required by the user. The system, based on a modular architecture, provides for a centralized management of the control of the automation functions according to programmable logics, adaptable to the needs of the users, and includes:
a) un generatore eolico (o pi? generatori eolici), che trasforma l?energia cinetica del vento prima in energia meccanica attraverso la rotazione di pale eoliche e successivamente in energia elettrica attraverso l?azione di un generatore elettrico collegato alle pale; a) a wind generator (or more wind generators), which transforms the kinetic energy of the wind first into mechanical energy through the rotation of wind blades and subsequently into electricity through the action of an electric generator connected to the blades;
b) un eventuale raddrizzatore di corrente, che trasforma la corrente alternata in corrente continua; b) a current rectifier, which transforms alternating current into direct current;
c) un sistema di accumulo composto da un pacco batterie e da un sistema elettronico di gestione e controllo del pacco batterie, il Battery Management System (BMS), che serve a monitorare lo stato del pacco batterie e ad ottimizzarne i flussi in entrata e in uscita; c) an accumulation system made up of a battery pack and an electronic management and control system for the battery pack, the Battery Management System (BMS), which is used to monitor the status of the battery pack and to optimize the incoming and outgoing flows exit;
d) un inverter eolico, che trasforma la corrente continua in ingresso in corrente alternata in uscita; d) a wind inverter, which transforms the direct current input into alternating current output;
e) un trasformatore, che converte l?energia elettrica variandone il livello di tensione e che adatta la tensione fornita dai generatori eolici a quella della rete; e) a transformer, which converts the electricity by varying the voltage level and which adapts the voltage supplied by the wind generators to that of the grid;
f) un impianto di cogenerazione alimentato a biomassa, che produce in modo combinato energia termica ed energia elettrica (per combustione della biomassa, per pirolisi, per pirogassificazione). Varie configurazioni di tale impianto possono essere: caldaia a biomassa in combinazione con turbina a vapore; caldaia a biomassa in combinazione con motore a pistone o a vite a vapore; caldaia a biomassa in combinazione di macchina a ciclo Rankine a fluido organico ORC; impianto a motore Stirling in combinazione con caldaia a biomassa o impianto a pirogassificazione; impianto a motore a combustione interna in combinazione con impianto a pirogassificazione; f) a cogeneration plant fueled by biomass, which produces thermal energy and electricity in a combined way (by biomass combustion, by pyrolysis, by pyrogasification). Various configurations of this plant can be: biomass boiler in combination with a steam turbine; biomass boiler in combination with piston or screw steam engine; biomass boiler in combination with ORC organic fluid Rankine cycle machine; Stirling engine plant in combination with biomass boiler or pyrogasification plant; internal combustion engine plant in combination with pyrogasification plant;
g) un ulteriore sistema di accumulo composto da un pacco batterie e da un sistema elettronico di gestione e controllo del pacco batterie, il Battery Management System (BMS). Tale sistema di accumulo, in una ulteriore configurazione, pu? essere condiviso con il sistema di accumulo dell?impianto eolico; g) an additional storage system consisting of a battery pack and an electronic battery pack management and control system, the Battery Management System (BMS). This accumulation system, in a further configuration, can? be shared with the wind farm accumulation system;
h) un eventuale quadro generale di misura, per l?installazione di strumenti e sensori; i) una rete di strumenti e sensori per acquisire dati, distribuiti fisicamente sull?impianto o raggruppati (nell?eventuale quadro generale di misura) a seconda delle esigenze del cablaggio dell?impianto, quali: h) a possible general measurement framework, for the installation of instruments and sensors; i) a network of instruments and sensors to acquire data, physically distributed on the plant or grouped (in the eventual general measurement framework) according to the plant wiring requirements, such as:
- analizzatori di rete, per monitorare i parametri delle reti elettriche (es. voltmetro, amperometro, ecc); - network analyzers, to monitor the parameters of the electrical networks (e.g. voltmeter, ammeter, etc.);
- multimetri per la misura degli assorbimenti elettrici, che permettono di monitorare la ripartizione degli usi energetici (kWh), la qualit? dei rispettivi assorbimenti (sfasamento) e la distribuzione dei consumi nel tempo; - multimeters for measuring electrical absorption, which allow you to monitor the distribution of energy use (kWh), the quality? of the respective absorptions (phase shift) and the distribution of consumption over time;
- sensori ambientali per la misura di temperatura, umidit?, illuminazione e qualit? dell?aria (CO2); - environmental sensors for measuring temperature, humidity, lighting and quality? of the air (CO2);
j) attuatori, distribuiti fisicamente sull?impianto o raggruppati a seconda delle esigenze del cablaggio dell?impianto, che svolgono funzioni a seconda degli scenari programmati dall?utente o autonomamente secondo reazioni a parametri ambientali dirette da programmi dinamici; j) actuators, physically distributed on the system or grouped according to the system wiring requirements, which perform functions according to the scenarios programmed by the user or autonomously according to reactions to environmental parameters directed by dynamic programs;
k) bus di campo (es. protocolli di comunicazione seriale Modbus RTU, Can bus), che consentono la comunicazione fra i diversi componenti del sistema (sensori, attuatori, vari terminali di utenza, ecc) connessi alla stessa rete tra di loro e con il sistema di controllo; k) field bus (e.g. Modbus RTU, Can bus serial communication protocols), which allow communication between the various system components (sensors, actuators, various user terminals, etc.) connected to the same network with each other and with the control system;
l) un quadro generale di telegestione, che include una centralina, un apparato di comunicazione (connessioni per collegamento al web, ecc), un controllore del sistema BMS, una eventuale batteria di sicurezza, eventuali schede aggiuntive, ecc.; m) una centralina per il monitoraggio energetico (controllo della produzione energetica degli impianti e dei consumi energetici dell?edificio) e la telegestione di impianto, ovvero una unit? di gestione centrale che coordina tutto il sistema. La centralina provvede a monitorare continuamente i parametri ambientali, a gestire tutte le attuazioni a partire dai risultati di rilevazione o dai comandi impartiti dall?utente, a gestire in maniera autonoma alcune regolazioni e a generare eventuali segnalazioni all?utente o ai servizi di teleassistenza. La centralina ? inserita all?interno del quadro di telegestione con un opportuno alimentatore switching e modulo ingressi ed ? dotata di modem UMTS (universal mobile telecommunication system) ed antenna base. In tal modo il quadro di monitoraggio ? completamente autonomo ed indipendente da reti informatiche preesistenti. La centralina, opzionalmente, potrebbe comunicare attraverso un opportuno protocollo wireless (es. protocollo Z-Wave, ecc), con i vari sensori, attuatori e/o i vari terminali di utenza, operando ad una frequenza che non va in conflitto con gli altri dispositivi wireless della casa. In tal modo il sistema di automazione potrebbe non necessitare di un intervento sull?impianto elettrico esistente e potrebbe integrare sistemi e tecnologia esistenti; n) un opportuno software di raccolta, monitoraggio e gestione dati della centralina (configurato in maniera gerarchica), che gestisce il dialogo tra gli impianti e l?utenza e che permette la supervisione del sistema e la gestione delle sue funzioni (da un qualsiasi dispositivo mobile in rete in tempo reale); l) a general remote management framework, which includes a control unit, a communication device (connections for web connection, etc.), a BMS system controller, any safety battery, any additional boards, etc.; m) a control unit for energy monitoring (control of the energy production of the systems and the energy consumption of the building) and the remote management of the system, or rather a unit? central management that coordinates the entire system. The control unit continuously monitors the environmental parameters, manages all the actuations starting from the detection results or commands given by the user, autonomously manages some adjustments and generates any reports to the user or to the remote assistance services. The control unit? inserted inside the remote management panel with an appropriate switching power supply and input module and ? equipped with UMTS modem (universal mobile telecommunication system) and base antenna. Thus the monitoring framework ? completely autonomous and independent from pre-existing computer networks. Optionally, the control unit could communicate via an appropriate wireless protocol (e.g. Z-Wave protocol, etc.), with the various sensors, actuators and/or the various user terminals, operating at a frequency that does not conflict with the other devices home wireless. In this way the automation system may not require intervention on the existing electrical system and may integrate existing systems and technology; n) an appropriate control unit data collection, monitoring and management software (configured in a hierarchical manner), which manages the dialogue between the systems and the user and which allows the system to be supervised and its functions to be managed (from any mobile device online in real time);
o) una opportuna interfaccia utente, intuitiva e personalizzabile, dotata di una opportuna applicazione dedicata al dialogo e alla gestione della centralina. In particolare l?interfaccia utente realizza il contatto con l?unit? di gestione centrale (es. invio di comandi attraverso pulsanti, telecomandi, ecc. e ricezione informazioni) e permette la gestione e il controllo remoto di tutte le funzioni attraverso opportuni dispositivi mobili (pc, notebook, tablet, smartphone, ecc) tramite connessione Internet in banda larga cablata (LAN o ADSL) o wireless (3G); o) a suitable user interface, intuitive and customizable, equipped with a suitable application dedicated to dialogue and control unit management. In particular, does the user interface make contact with the unit? central management (e.g. sending commands via buttons, remote controls, etc. and receiving information) and allows remote management and control of all functions via appropriate mobile devices (pc, notebook, tablet, smartphone, etc.) via an Internet connection in wired (LAN or ADSL) or wireless (3G) broadband;
p) eventuali quadri ausiliari connessi via BUS al quadro di telegestione, costituiti a loro volta da centraline e analizzatori di rete e/o multimetri per la misura degli assorbimenti elettrici e/o sensori ambientali e/o attuatori, integrabili e configurabili in futuro a seconda delle esigenze dell?utenza. p) any auxiliary panels connected via BUS to the remote management panel, consisting in turn of control units and network analyzers and/or multimeters for measuring electrical absorption and/or environmental sensors and/or actuators, which can be integrated and configured in the future according to of the needs of the user.
Il sistema di gestione energetica abbinato ad impianti di produzione di energia da fonte rinnovabile mira a garantire sia la massima produzione combinata degli impianti che l?efficienza energetica dello stabile (residenziale o industriale). Il controllo delle produzioni energetiche degli impianti, cos? come i consumi energetici dell?edificio cui sono collegati, vengono controllati e gestiti in funzione dei costi e delle possibilit? di accumulo. The energy management system combined with energy production plants from renewable sources aims to guarantee both the maximum combined production of the plants and the energy efficiency of the building (residential or industrial). The control of the energy production of the plants, so? how are the energy consumptions of the building to which they are connected controlled and managed according to costs and possibilities? of accumulation.
Il sistema, attraverso l?integrazione di eolico e cogenerazione a biomassa e la gestione contemporanea di pi? impianti, permette di produrre energia in maniera continuativa, oltre i periodi in cui la fonte energetica (il vento) ? effettivamente presente. In particolare il generatore eolico fornisce gratuitamente energia elettrica alle utenze e pu? eventualmente ricaricare un sistema di accumulo se la produzione eccede il fabbisogno. Tale energia immagazzinata (nel sistema di accumulo) pu? venire sfruttata successivamente, nei momenti in cui l?energia elettrica prodotta dall?aerogeneratore non ? sufficiente a soddisfare il fabbisogno delle utenze. The system, through the integration of wind power and biomass cogeneration and the simultaneous management of several? plants, allows you to produce energy on an ongoing basis, beyond the periods in which the energy source (the wind) is? actually present. In particular, the wind generator provides free electricity to users and can possibly recharging an accumulation system if production exceeds requirements. This stored energy (in the storage system) can? be exploited later, when the electricity produced by the wind generator is not? sufficient to meet the needs of users.
Se la quantit? di energia richiesta dalle utenze ? poi superiore sia a quella prodotta dall?impianto eolico che a quella immagazzinata nel sistema di accumulo, il sistema di gestione energetica, misurando costantemente la produzione di energia eolica, ? in grado di richiedere la quota di energia elettrica mancante all?impianto di cogenerazione (che produce anche energia termica da utilizzare per varie esigenze dell?utenza). In tal modo il sistema descritto permette di compensare il gap di energia (termica e/o elettrica) mancante, che l?impianto eolico, da solo, non ? in grado di soddisfare. If the quantity? of energy required by utilities? then higher than both that produced by the wind plant and that stored in the accumulation system, the energy management system, by constantly measuring the production of wind energy, is able to request the share of electricity missing from the cogeneration plant (which also produces thermal energy to be used for various user needs). In this way, the described system makes it possible to compensate for the missing energy gap (thermal and/or electrical), which the wind power plant alone cannot achieve. able to satisfy.
Nel caso in cui vi sia solamente un fabbisogno di energia termica, il sistema di gestione pu? attivare l?impianto di cogenerazione per prelevare l?energia termica, mentre l?energia elettrica contemporaneamente prodotta viene immagazzinata in un sistema di accumulo per essere prelevata successivamente in caso di necessit? (grazie a connettori ed uscite standard). In the event that there is only a need for thermal energy, the management system can activate the cogeneration plant to draw the thermal energy, while the electricity produced at the same time is stored in an accumulation system to be drawn later in case of need? (thanks to standard connectors and outputs).
Nel sistema di gestione energetica, in particolare, la rete di strumenti e sensori (distribuiti fisicamente sull?impianto o raggruppati) acquisisce i dati (es. consumi, temperature, ecc). La centralina tiene sotto controllo le grandezze fondamentali del sistema attraverso i sensori ed elabora i dati coordinando in maniera centralizzata tutte le unit? di elaborazione presenti nell?architettura. La centralina prende poi delle decisioni a seconda degli scenari programmati dall?utente o autonomamente secondo reazioni a parametri ambientali e impartisce comandi agli attuatori che agiscono di conseguenza. La supervisione e la gestione di tutto il sistema avviene attraverso l?opportuno software di gestione dati della centralina. I dati raccolti vengono trasmessi ad un server remoto e l?utente, attraverso l?interfaccia grafica, pu? monitorare il tutto da remoto e gestire i comandi per l?eventuale interazione con le logiche di controllo (es. modificando i parametri di funzionamento). Il sistema prevede la possibilit? di configurare scenari personalizzati e di attivare una sequenza preordinata di operazioni e impostazioni di controllo a seconda delle diverse esigenze e della tipologia di edificio. In the energy management system, in particular, the network of instruments and sensors (physically distributed on the system or grouped together) acquires the data (e.g. consumption, temperatures, etc.). The control unit keeps the fundamental quantities of the system under control through the sensors and processes the data by coordinating all the units in a centralized way. of processing present in the architecture. The control unit then makes decisions according to the scenarios programmed by the user or autonomously according to reactions to environmental parameters and issues commands to the actuators which act accordingly. The supervision and management of the whole system takes place through the appropriate data management software of the control unit. The collected data is transmitted to a remote server and the user, through the graphical interface, can monitor everything remotely and manage the commands for any interaction with the control logics (e.g. modifying the operating parameters). Does the system provide for the possibility? to configure personalized scenarios and to activate a pre-arranged sequence of operations and control settings according to the different needs and the type of building.
Il sistema di produzione di energia eolica combinata a quella a cogenerazione a biomassa con un sistema di gestione dell?energia 24 ore al giorno, oggetto del presente modello di utilit?, offre vantaggi in relazione a tutti gli aspetti problematici precedentemente esposti: The wind energy production system combined with biomass cogeneration with a 24-hour energy management system, the subject of this utility model, offers advantages in relation to all the problematic aspects previously exposed:
? La soluzione proposta, attraverso l?integrazione di diverse tipologie di fonti rinnovabili e la gestione contemporanea di pi? impianti, assicura una produzione continuativa di energia. Il sistema ? infatti in grado di garantire all?utenza la continuit? del servizio anche nelle condizioni in cui la fonte energetica (il vento) manca oppure non ? sufficiente. ? The proposed solution, through the integration of different types of renewable sources and the simultaneous management of several? plants, ensures a continuous production of energy. The system ? in fact able to guarantee to the user the continuity? of the service even in the conditions in which the energy source (the wind) is missing or not? sufficient.
? La soluzione proposta, grazie all?adozione di impianti alimentati da fonti rinnovabili (e quindi da fonti per lo pi? gratuite), permette all?utente di ridurre/azzerare i costi dei propri consumi energetici. L?utente inoltre, divenendo produttore di energia, pu? ottenere molti incentivi di natura economica. La soluzione descritta permette poi di controllare e di ottimizzare la gestione di tutti i dispositivi collegati al sistema, ottenendo in tal modo un ulteriore risparmio energetico e monetario. ? The proposed solution, thanks to the adoption of systems powered by renewable sources (and therefore mostly free sources), allows the user to reduce/zero the costs of their energy consumption. Furthermore, by becoming an energy producer, the user can obtain many economic incentives. The described solution then allows to control and optimize the management of all the devices connected to the system, thus obtaining further energy and monetary savings.
? La soluzione proposta permette inoltre all?utenza di avere autonomia energetica (sia termica che elettrica) e quindi di non essere pi? soggetta ai picchi energetici della rete. La soluzione risulta particolarmente adatta per edifici localizzati in zone soggette a frequenti interruzioni elettriche o isolate. ? The proposed solution also allows the user to have energy independence (both thermal and electrical) and therefore to no longer be on the road. subject to the energy peaks of the network. The solution is particularly suitable for buildings located in areas subject to frequent power outages or isolated.
? La soluzione proposta offre all?utente la possibilit? di interagire con l?edificio anche a distanza, monitorando gli impianti ed intervenendo sugli stessi (controllo in remoto). La gestione del sistema descritto ? semplice ed intuitiva. ? The proposed solution offers the user the possibility? to interact with the building even remotely, monitoring the systems and intervening on them (remote control). The management system described ? simple and intuitive.
? La soluzione descritta, grazie all?impiego di fonti rinnovabili quali eolico e biomassa, consente di produrre energia pulita e di migliorare l?ambiente riducendo l?immissione in atmosfera di sostanze inquinanti. Inoltre la cogenerazione ? una tecnologia pulita rispetto alle tecnologie tradizionali, che ha un ridotto impatto ambientale e che riduce l?inquinamento da riscaldamento. ? The solution described, thanks to the use of renewable sources such as wind power and biomass, makes it possible to produce clean energy and improve the environment by reducing the emission of polluting substances into the atmosphere. What's more, cogeneration? a clean technology compared to traditional technologies, which has a reduced environmental impact and which reduces pollution from heating.
? La soluzione descritta permette la gestione integrata di varie funzioni (distribuzione dell?energia, riscaldamento, illuminazione, azionamento da remoto di sistemi di accesso, ecc.). La visualizzazione centralizzata dei parametri pi? importanti e la segnalazione dei guasti e dei problemi riduce in maniera significativa i costi di manutenzione. ? The described solution allows the integrated management of various functions (energy distribution, heating, lighting, remote activation of access systems, etc.). The centralized display of the parameters more? and reporting faults and problems significantly reduces maintenance costs.
? La soluzione proposta fornisce configurazioni che prevedono interventi non invasivi all?interno dell?edificio. Il sistema di automazione, opzionalmente, grazie ad un sistema wireless, potrebbe non necessitare di un intervento sull?impianto elettrico esistente (evitando lavori di cablaggio ed opere murarie). ? The proposed solution provides configurations that require non-invasive interventions inside the building. The automation system, optionally, thanks to a wireless system, may not require intervention on the existing electrical system (avoiding wiring and masonry work).
? La soluzione proposta ? modulare e versatile, estendibile e personalizzabile in base alla tipologia di utilizzo. Il sistema pu? infatti venire configurato eliminando e/o integrando determinate funzionalit? (al momento dell?installazione o per upgrade successivi) ed ? dotato di logiche programmabili a seconda delle esigenze degli utenti e del tipo di edificio in cui il sistema viene installato. ? The proposed solution? modular and versatile, extendable and customizable according to the type of use. The system can in fact, be configured by eliminating and/or integrating certain features? (at the time of? installation or for subsequent upgrades) and ? equipped with programmable logics according to user needs and the type of building in which the system is installed.
In Fig.1 ? rappresentato uno schema del sistema di produzione di energia eolica combinata a quella a cogenerazione a biomassa con un sistema di gestione dell?energia 24 ore al giorno, come previsto dalla presente invenzione. In Fig.1 ? represented a scheme of the wind energy production system combined with biomass cogeneration with an energy management system 24 hours a day, as foreseen by the present invention.
In Fig.1 ? rappresentato uno schema del sistema di produzione di energia eolica combinata a quella a cogenerazione a biomassa con un sistema di gestione dell?energia 24 ore al giorno; in particolare la Fig.1 illustra i seguenti componenti: un generatore eolico 1 che produce energia elettrica; un raddrizzatore di corrente 2; un sistema di accumulo composto da un pacco batterie 3 e da un sistema elettronico di gestione e controllo della batteria, il Battery Management System 4; un inverter eolico 5; un trasformatore 6; un impianto di cogenerazione a biomassa 7 che produce energia elettrica e termica; un sistema di accumulo composto da un pacco batteria 8 e da un Battery Management System 9; un quadro generale di misura 10; una rete di strumenti e sensori 11, quali analizzatori di rete, multimetri per la misura degli assorbimenti elettrici e sensori ambientali (temperatura, umidit?, illuminazione, ecc.) distribuiti fisicamente sull?impianto o raggruppati (nell?eventuale quadro generale di misura 10) a seconda delle esigenze del cablaggio dell?impianto; attuatori 12, distribuiti fisicamente sull?impianto o raggruppati a seconda delle esigenze del cablaggio dell?impianto; bus di campo 13 che consentono la comunicazione fra i diversi componenti del sistema (sensori, attuatori, vari terminali di utenza, ecc) connessi alla stessa rete tra di loro e con il sistema di controllo 14; un quadro generale di telegestione 14; una centralina 15, ovvero una unit? di gestione centrale che coordina tutto il sistema e che comunica, attraverso un opportuno protocollo di comunicazione, con i vari sensori, attuatori e/o i vari terminali di utenza; un opportuno software 16 di raccolta, monitoraggio e gestione dati della centralina; un opportuno dispositivo mobile 17 (es. tablet, smartphone, ecc.), dotato di opportune applicazioni dedicate al dialogo e alla gestione della centralina, che permette ad un utente il controllo remoto di tutte le funzioni. In Fig.1 ? represented a scheme of the wind energy production system combined with biomass cogeneration with a 24-hour energy management system; in particular Fig.1 illustrates the following components: a wind generator 1 which produces electric energy; a current rectifier 2; an accumulation system consisting of a battery pack 3 and an electronic battery management and control system, the Battery Management System 4; a wind inverter 5; a transformer 6; a biomass cogeneration plant 7 which produces electrical and thermal energy; an accumulation system composed of a battery pack 8 and a Battery Management System 9; a general framework of measure 10; a network of instruments and sensors 11, such as network analyzers, multimeters for measuring electrical absorption and environmental sensors (temperature, humidity, lighting, etc.) physically distributed on the system or grouped together (in the eventual general measurement panel 10 ) according to the system wiring requirements; actuators 12, physically distributed on the system or grouped according to the system wiring requirements; field bus 13 which allow communication between the various components of the system (sensors, actuators, various user terminals, etc.) connected to the same network among themselves and with the control system 14; a general framework of remote management 14; a control unit 15, or a unit? central management which coordinates the whole system and which communicates, through an appropriate communication protocol, with the various sensors, actuators and/or the various user terminals; a suitable software 16 for collecting, monitoring and managing data of the control unit; a suitable mobile device 17 (e.g. tablet, smartphone, etc.), equipped with suitable applications dedicated to communication and management of the control unit, which allows a user to remotely control all the functions.
Claims (8)
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- 2020-10-22 IT IT102020000024400A patent/IT202000024400A1/en unknown
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