ITTO20111059A1 - Impianto per la produzione di calore, e metodo di controllo per regolare la produzione di calore in tale impianto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI CALORE, E METODO DI CONTROLLO PER REGOLARE LA PRODUZIONE DI CALORE IN TALE IMPIANTOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un impianto per la produzione di calore.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un impianto provvisto di un cogeneratore, convenientemente un micro-cogeneratore, ossia una macchina che produce energia elettrica e termica per una potenza complessiva inferiore a 50 kW.

Com’à ̈ noto, con il termine “cogenerazione†si intende la produzione combinata di calore e di energia elettrica tramite una macchina comprendente un generatore di energia elettrica ed un motore, definito da un motore endotermico oppure da una micro-turbina. Il motore viene alimentato con un combustibile, generalmente gas metano, e genera energia meccanica per trascinare in rotazione il generatore, che a sua volta produce energia elettrica. Il motore produce anche calore, che viene inviato ad un’utenza termica sotto forma di fluido a temperatura relativamente elevata.

Rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e di calore, la produzione combinata, se efficace, comporta minor consumo di combustibile e quindi riduzione di emissioni inquinanti, minor rilascio di calore residuo nell’ambiente, minor utilizzo della rete elettrica nazionale, e incremento di efficienza rispetto alle caldaie tradizionali.

I cogeneratori noti sono utilizzati in modo dedicato per generare energia elettrica da fornire alla rete elettrica nazionale o ad una eventuale utenza, mentre il calore prodotto dal motore ha una importanza secondaria. In particolare, i cogeneratori di tipo noto sono comandati tramite cicli di funzionamento di tipo on-off, facendo funzionare il motore a pieno regime per ottimizzare il funzionamento del generatore elettrico.

Tuttavia, à ̈ sentita l’esigenza di utilizzare i cogeneratori in complessi abitativi, dove la produzione di energia elettrica ha carattere secondario, anche perché la vendita di energia elettrica alla rete nazionale à ̈ relativamente poco redditizia economicamente.

Le soluzioni note sopra descritte sono svantaggiose se utilizzate in complessi abitativi, in quanto non hanno sistemi elettronici per controllare in anello chiuso il funzionamento della parte termica e seguire istante per istante una richiesta variabile di calore, essendo nate principalmente per la produzione di energia elettrica.

Infatti, il calore viene fornito in base a tabelle orarie predefinite di utilizzo (ad esempio: il motore può venire accesso alle 6 e spento alle 10 del mattino, funzionando a pieno regime e dando così un picco di calore). Tuttavia, questi cicli di funzionamento non considerano il reale fabbisogno di calore dell’utenza termica, il quale può variare in modo continuo indipendentemente dalle tabelle orarie. Ad esempio, il reale fabbisogno dell’utenza termica varia in funzione della effettiva temperatura ambientale, per cui non sempre c’à ̈ una esatta corrispondenza tra produzione di calore ed effettiva domanda.

Inoltre, i sistemi di cogenerazione noti sono composti da un certo numero di moduli, che vengono comandati separatamente, senza essere integrati ed essere controllati in modo efficiente. Ad esempio, se l’utenza termica necessita di una quantità di calore superiore a quella che il motore può fornire, le soluzioni note propongono di prevedere una o più caldaie addizionali disposte in parallelo al cogeneratore. Questa soluzione à ̈ relativamente complessa e poco efficiente: infatti, non solo le caldaie richiedono un consumo aggiuntivo di combustibile, ma, come accennato sopra, sono comandate indipendentemente dal cogeneratore, per cui non vi à ̈ una ottimale ed efficiente integrazione nel controllo e nella fornitura di calore.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto per la produzione di calore, il quale consenta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti.

Secondo la presente invenzione viene fornito un impianto per la produzione di calore, come definito nella rivendicazione 1.

La presente invenzione à ̈ inoltre relativa ad un metodo di controllo per regolare la produzione di calore, come definito nella rivendicazione 9.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 à ̈ uno schema di una preferita forma di attuazione dell’impianto di produzione di calore secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra lo schema di un cogeneratore facente parte dell’impianto di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ un grafico che mostra una funzione di costo totale utilizzata per regolare la produzione di calore secondo un aspetto della presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1, con 1 Ã ̈ indicato un impianto per la produzione di calore (schematicamente illustrato), il quale viene utilizzato in un complesso abitativo, ad esempio in un condominio.

Con riferimento alla figura 2, l’impianto 1 comprende un singolo cogeneratore 5, in particolare un microcogeneratore, ossia una macchina in grado di produrre una quantità di potenza complessiva (termica più elettrica) pari al massimo a 50 kW.

Il cogeneratore 5 comprende un generatore 6 elettrico ed un motore 7, in particolare un motore a combustione interna, il quale comprende almeno una camera 8 di combustione, un impianto 9 di alimentazione per immettere aria comburente e combustibile (in particolare gas metano) nella camera 8, ed una centralina 10 elettronica di comando e controllo. In particolare, la centralina 10 aziona l’impianto 9 per impostare una data portata di combustibile ed aria comburente in risposta ad un segnale di comando S1. Più in generale, la centralina 10 costituisce parte di un insieme di dispositivi elettrici/elettronici, che controllano i parametri di funzionamento e la sicurezza del motore 7 e del generatore 6 e comandano l’accensione e lo spegnimento del motore 7.

I gas esausti prodotti nella camera 8 escono dal motore 7 attraverso un impianto 14 di scarico ad una temperatura relativamente elevata, ad esempio 600 °C.

Sfruttando l’energia di combustione, il motore 7 produce energia meccanica e calore. Una parte di tale calore viene raccolta da scambiatori 11, i quali sono associati ad un impianto di raffreddamento del motore (non illustrato) e/o all’impianto 14 di scarico.

Il calore raccolto dagli scambiatori 11 viene fornita ad una utenza 12 termica (definita ad esempio dai radiatori di riscaldamento del suddetto complesso abitativo) tramite un impianto 13 sotto forma di un fluido termo-vettore (ad esempio aria o acqua) ad una temperatura più alta di quella ambientale.

L’energia meccanica, invece, viene fornita, tramite un albero 15 rotante del motore 7, ad un rotore 16 del generatore 6 per produrre energia elettrica, che viene fornita dal cogeneratore 5 attraverso una linea 17 elettrica di uscita.

Preferibilmente, il generatore 6 à ̈ del tipo indicato nelle domande di brevetto internazionali pubblicate con n° WO2009093181 e n° WO2009093183, la cui descrizione à ̈ qui incorporata almeno per le parti necessarie alla comprensione e realizzazione della presente invenzione.

Il cogeneratore 5 comprende, inoltre, un converter 18, il quale à ̈ disposto tra il generatore 6 e la linea 17, e trasforma l’energia elettrica prodotta dal generatore 6 in energia a corrente alternata ad una predeterminata tensione, e ad un valore di frequenza elettrica costante, pari a quello della rete 20 elettrica nazionale (figura 1), indipendentemente dalla velocità di rotazione del rotore 16 e della coppia resistente esercitata dal rotore 16 sull’albero 15. Il converter 18 riversa sulla linea 17 un valore di corrente elettrica che à ̈ variabile in risposta ad un segnale di comando S2, in modo da variare, a sua volta, la coppia resistente esercitata dal rotore 16 sull’albero 15.

Con riferimento alla figura 1, i segnali di comando S1 ed S2 vengono forniti da una unità 21 elettronica dell’impianto 1, in modo da fare operare il cogeneratore 5 ad un predeterminato punto di funzionamento, come meglio verrà descritto nel seguito.

La linea 17 alimenta una pompa di calore 22, la quale fornisce calore all’utenza 12 tramite un impianto 23 sotto forma di un fluido termo-vettore (ad esempio aria o acqua) ad una temperatura più alta di quella ambientale.

I flussi di calore trasmessi dall’impianto 23 e dall’impianto 13, preferibilmente, vengono sommati tra loro ed inviati poi come un unico flusso all’utenza 12.

La pompa di calore 22 opera a potenza variabile, in risposta ad un segnale di comando S3 fornito dall’unità 21, per cui la corrente e, quindi, la potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore 22 dalla linea 17 variano in funzione del calore fornito al fluido dell’impianto 23.

Per migliorare l’efficienza e/o quando la temperatura esterna à ̈ relativamente bassa, preferibilmente la pompa di calore 22 preleva calore dai gas esausti prodotti dal motore 7: ad esempio, la pompa di calore 22 ha un ingresso (non illustrato) comunicante con l’impianto 14. Secondo una possibile alternativa, la pompa di calore 22 preleva calore dal sottosuolo.

Il collegamento elettrico tra la pompa di calore 22 e la linea 17 definisce un nodo 24, il quale ha un’altra uscita, indicata dal numero di riferimento 25, e collegata alle utenze 26 elettriche del complesso abitativo.

Pertanto, sottraendo l’assorbimento di corrente esercitato dalla pompa di calore 22, se all’uscita 25 rimane eventualmente disponibile una frazione della potenza elettrica che era stata erogata dal cogeneratore 5, tale frazione può essere utilizzata dalle utenze 26.

Sulla linea 17 sono poi previsti un filtro di rete e limitatori fusibili di protezione da sovracorrente (non illustrati).

Le utenze 26 sono comunque collegate alla rete 20 per assorbire energia elettrica dalla rete 20 stessa, perché in genere l’energia elettrica all’uscita 25 à ̈ relativamente bassa e non à ̈ sufficiente a soddisfare il fabbisogno delle utenze 26.

In casi particolari, in cui l’energia elettrica all’uscita 25 sia superiore al fabbisogno delle utenze 26, l’energia in eccesso può essere eventualmente venduta alla rete 20 oppure essere raccolta in accumulatori o batterie di energia elettrica.

In alternativa al collegamento alle utenze 26, l’uscita 25 à ̈ collegata ad accumulatori o batterie di energia elettrica. In questo modo, la parte elettrica dell’impianto 1 à ̈ isolata da qualsiasi componente elettrico esterno. L’accumulatore raccoglie l’energia elettrica in eccesso rispetto a quanto assorbito dalla pompa di calore 22, e fornisce l’energia elettrica accumulata alla pompa di calore 22 stessa in caso di necessità e/o per ottimizzare il funzionamento del motore.

Ancora con riferimento alla figura 1, l’unità 21 monitora le utenze 12 e 26 e comanda in modo centralizzato ed automatizzato il cogeneratore 5 e la pompa di calore 22, sulla base dei risultati di un calcolo o algoritmo, che consente di ottenere valori obiettivo o set-point corrispondenti alla potenza termica da fornire all’utenza 12. Tale calcolo à ̈ effettuato sostanzialmente in “tempo reale†in risposta a segnali di riferimento S4, S5 che indicano istante per istante, rispettivamente, il fabbisogno Qu di calore dell’utenza 12 e il fabbisogno Eu di energia elettrica delle utenze 26. In particolare, i segnali di riferimento S4, S5 sono emessi direttamente dalle utenze 12 e 26. In alternativa ai segnali di riferimento S4,S5, il fabbisogno Qu ed il fabbisogno Eu sono rappresentati da valori o profili prefissati, immagazzinati in una memoria sotto forma di tabelle o grafici in funzione del tempo.

L’algoritmo secondo cui opera l’unità 21 consente di stabilire valori obiettivo o set-point relativi a calore ed energia elettrica che il cogeneratore 5 deve fornire. L’unità 21 poi comanda il motore 7 e la pompa di calore 22 in modo da raggiungere tali set-point.

L’algoritmo ha l’obiettivo principale di coprire il fabbisogno Qu dell’utenza 12 e determina le potenze termiche che il cogeneratore 5 e la pompa di calore 22 devono erogare per raggiungere tale obiettivo.

Anche il dimensionamento delle potenze del motore 7 e della pompa di calore 22 à ̈ tale da soddisfare il fabbisogno termico dell’utenza 12 come primario obiettivo. A questo proposito, à ̈ opportuno che la potenza massima del motore 7 e la potenza massima della pompa di calore 22 siano sostanzialmente uguali. Infatti, se la potenza massima della pompa di calore 22 fosse maggiore della potenza massima del motore 7, ci sarebbe il rischio di dover acquistare energia elettrica dalla rete 20. Se invece la potenza massima della pompa di calore 22 fosse minore della potenza massima del motore 7, ci sarebbe il rischio di essere costretti a vendere energia elettrica alla rete 20, con guadagni davvero trascurabili.

In particolare, l’algoritmo opera in base alla convenienza economica. Oltre ai fabbisogni Qu ed Eu, l’algoritmo tiene quindi conto dei seguenti parametri:

- tariffe del combustibile per il motore 7, dell’energia elettrica e del calore, ad esempio memorizzate in una memoria 34 o fornite all’unità 21 dall’esterno;

- eventuali ricavi derivanti da incentivazioni economiche/energetiche;

- valori di temperatura ambientale, definiti da valori memorizzati nella memoria 34, ad esempio valori frutto di una previsione, oppure definiti da valori misurati in tempo reale;

- COP (coefficiente di prestazione) della pompa di calore 22, definito come rapporto tra energia termica fornita all’impianto 23 ed il lavoro utilizzato (ossia l’energia elettrica assorbita al nodo 24); in particolare, il COP viene considerato come parametro variabile, determinato in funzione dei valori di temperatura ambientale sopra menzionati;

- rapporto β tra la potenza termica e la potenza meccanica erogate dal motore 7; coincide con il rapporto tra i rendimenti termico e meccanico, intesi come rapporto tra le potenze (termica o meccanica) e la potenza del combustibile.

Secondo una preferita forma di attuazione, per semplicità il rapporto β viene assunto come parametro costante (ad esempio pari a 2,17).

L’algoritmo implementato nell’unità 21 determina la migliore suddivisione del fabbisogno Qu tra:

- il calore Q1 che il cogeneratore 5 deve fornire in uscita, ossia all’impianto 13;

- il calore Q2 che la pompa di calore 22 deve fornire in uscita, ossia all’impianto 23.

In altre parole, Q1 e Q2 rappresentano valori obiettivo o set-point che devono essere raggiunti per ottimizzare il funzionamento dell’impianto 1. Vengono definiti utilizzando un unico parametro variabile, ossia il rapporto α tra il set-point Q1 ed il fabbisogno Qu. Di conseguenza, nelle condizioni descritte in cui non sono previsti accumulatori di calore, la quantità (1-α) à ̈ pari al set-point Q2. Ovviamente, il rapporto α deve essere compreso tra zero e uno.

L’algoritmo determina il valore ottimale del rapporto α, ossia un valore αott, minimizzando una funzione di costo totale che à ̈ definita dalla somma di costi e ricavi energetici dell’impianto 1, su base oraria, mensile o annuale. L’algoritmo cerca di soddisfare almeno in parte anche il fabbisogno Eu, a condizione che sia comunque coperto il fabbisogno Qu.

La funzione di costo totale tiene conto del bilancio energetico, sia elettrico che termico, in particolare:

Ecoge – Epdc Es = Eu

dove:

Ecoge = energia elettrica che il cogeneratore 5 fornisce in uscita, ossia sulla linea 17, quando il cogeneratore fornisce in uscita calore pari al set-point Q1; ossia, in simboli: Ecoge = Q1 / β = (α * Qu) / β;

Epdc = energia elettrica assorbita dalla pompa di calore 22 quando la pompa di calore 22 fornisce in uscita calore pari al setpoint Q2; ossia, in simboli: Epdc = Q2 / COP = (1 - α) * Qu / COP

Es = energia elettrica scambiata tra le utenze 26 e la rete 20 (Es ha un valore positivo se le utenze 26 assorbono e, quindi, si acquista energia elettrica dalla rete 20, negativo se energia elettrica à ̈ ceduta alla rete 20).

Dalla relazione sopra indicata deriva che:

Es = Eu – ((α * Qu) / β) (Qu * (1 - α)/COP)

La funzione di costo totale à ̈ definita come somma tra il costo del metano (con una eventuale defiscalizzazione in base al suo tipo di utilizzo, ossia per riscaldamento o produzione di energia elettrica), il costo di eventuale energia elettrica acquistata dalla rete 20, ed il ricavo di eventuale energia elettrica venduta alla rete 20. Per ottenere il migliore compromesso di funzionamento (garantendo sempre il fabbisogno Qu e tentando di garantire il fabbisogno Eu), si determina il valore αott che corrisponde al minimo della funzione di costo totale.

La soluzione di questo calcolo di minimizzazione ha dei vincoli, in quanto si devono soddisfare nel contempo le seguenti disequazioni:

0 < αott ≤ 1

α ≤ Ecogemax * β / Qu

α ≥ 1 – ( Epdcmax * COP / Qu)

La prima disequazione à ̈ dovuta alla definizione del rapporto α; la seconda à ̈ dovuta ad un valore massimo Ecogemax di energia elettrica il cogeneratore 5 à ̈ in grado di produrre (a causa della sua potenza massima); e la terza disequazione à ̈ dovuta ad un valore massimo Epdc di energia elettrica che la pompa di calore 22 assorbe (a causa della sua potenza massima).

Inoltre, à ̈ preferibile che l’energia elettrica Ecoge sia sufficiente a coprire l’assorbimento di energia elettrica Epdc da parte della pompa di calore 22, ossia Ecoge > Epdc. Nel caso in cui possa capitare la condizione Ecoge < Epdc, à ̈ necessario prevedere batterie di accumulatori elettrici, come sopra esposto, oppure acquistare energia elettrica dalla rete, per poter alimentare la pompa di calore 22.

La figura 3 mostra un grafico di esempio che rappresenta la funzione di costo totale in funzione del rapporto α, ipotizzando che Qu = 60 kWh e Eu = 20 kWh. Si può notare che l’andamento della funzione di costo totale à ̈ definito da una linea spezzata.

Per il rapporto α esiste un valore di soglia S, o punto di cambiamento, tale per cui Es = 0. Al di sotto del valore di soglia S, il complesso abitativo deve acquistare energia elettrica dalla rete 20, e per valori superiori può vendere energia elettrica alla rete 20. In particolare:

S = (Eu (Qu / COP)) / ((Qu / β) (Qu / COP))

Per la funzione mostrata in figura 3, si ha:

S = 0,494

αott = 0,494

Ecoge = 13,6 kWh

Epdc = 11,6 kWh

Q1 = 29,6 kWh

Q2 = 30,4 kWh

Casualmente, nel caso mostrato in figura 3, il minimo della funzione di costo totale si ha esattamente in corrispondenza del valore S. In altre parole, l’energia elettrica che il cogeneratore 5 produrrà dopo la regolazione verrà consumata completamente dalla pompa di calore 22 e dalle utenze 26.

L’unità 21, tramite i valori calcolati dei set-point Q1 e Q2, tramite le capacità termiche in gioco e tramite misure di temperatura, calcola temperature desiderate per il fluido termo-vettore negli impianti 13,23. L’unità 21 ha un controllo, preferibilmente di tipo PID, che, sulla base di temperature misurate sul fluido termo-vettore, determina set-point Pt1 e Pt2 corrispondenti alle potenze termiche che il motore 7 e la pompa di calore 22 devono rispettivamente erogare per raggiungere le temperature desiderate del fluido termo-vettore stesso.

Se il set-point Pt2 à ̈ maggiore di una soglia, definita dalla potenza termica minima erogabile dalla pompa di calore 22, l’unità 21 modula in continuo il funzionamento della pompa di calore 22 tramite il segnale di comando S3 in modo da parzializzare la potenza termica erogata dalla pompa di calore 22 e quindi erogare potenza termica pari al set-point Pt2. Se il set-point Pt2 à ̈ minore della suddetta soglia, l’unità 21 comanda la pompa di calore 22 con cicli di accensione/spegnimento, ossia con tecnica di tipo PWM (pulse-width modulation), in particolare con un funzionamento alla potenza minima.

Per quanto riguarda il motore 7, dividendo il setpoint Pt1 per il rapporto β, l’algoritmo calcola un setpoint Pm corrispondente alla potenza meccanica che il motore 7 deve erogare.

Se il set-point Pm à ̈ maggiore di una soglia, definita dalla potenza meccanica minima erogabile dal motore 7, l’unità 21 comanda il motore tramite il segnale di comando S1 in modo da modulare in continuo il regime di rotazione del motore 7, mantenendolo accesso, e quindi in modo da parzializzare la potenza meccanica erogata dal motore 7 e raggiungere il set-point Pm.

In particolare, il set-point Pm ed il rapporto β vengono inseriti come dati di ingresso in una mappa o in una tabella che à ̈ memorizzata nell’unità 21 e che fornisce, come dati di uscita, il punto di funzionamento ottimale del motore 7. Il punto di funzionamento ottimale à ̈ definito da un set-point V’, corrispondente alla velocità di rotazione a cui deve operare il motore 7, e da un set-point C corrispondente alla coppia resistente che deve essere esercitata dal generatore 6.

A questo punto, oltre a comandare la centralina 10 per modulare il regime di velocità del motore 7 e raggiungere il set-point V’, l’unità 21 comanda il converter 18 in modo da variare la corrente elettrica in uscita affinché la coppia resistente esercitata sull’albero 15 sia pari al set-point C.

In alternativa all’utilizzo della suddetta mappa o tabella, la coppia resistente esercitata dal generatore 6 può essere considerata come costante in prima approssimazione ed à ̈ quindi nota. Dal set-point Pm si calcola allora un set-point V corrispondente alla velocità di rotazione a cui deve operare il motore 7. Il segnale di comando S1 indica il set-point V alla centralina 10, la quale comanda l’impianto 9 per ottenere una velocità di rotazione pari al set-point V.

Come accennato sopra, il controllo viene eseguito in tempo reale, per cui i valori di set-point cambiano in base alle variazioni istantanee dei dati di ingresso dell’unità 21. Nei transitori, le variazioni di comando sul motore 7 vengono eseguite e controllate di modo che siano “dolci†, e non brusche.

Se il set-point Pm à ̈ minore della suddetta soglia (potenza meccanica minima erogabile dal motore 7), il motore 7 viene invece comandato in modo da eseguire cicli di accensione e spegnimento, ossia con una modulazione di tipo PWM (pulse-width modulation), in particolare con un funzionamento alla potenza minima.

Con la modulazione ad impulsi (del solo cogeneratore 5 oppure dell’insieme cogeneratore 5 e pompa di calore 22) la capacità termica del motore 7, degli scambiatori 11, degli impianti 13,23 e dell’utenza 12 à ̈ progettata in modo da essere sufficiente a smorzare le oscillazioni del calore fornito dall’impianto 1.

Secondo una variante dell’algoritmo sopra descritto, il rapporto β può essere considerato una variabile, in quanto per diversi punti di funzionamento del motore 7 il rapporto β à ̈ effettivamente diverso e diminuisce aumentando la coppia erogata del motore 7 (ad esempio, in alcuni motori il rapporto β varia tra 1,5 e 4).

Dal momento che la funzione di costo totale include anche il rapporto β, oltre al rapporto α, si hanno due variabili. In altre parole, la funzione di costo totale ha un grafico di tipo tridimensionale, ed il calcolo cerca la combinazione di valori ottimali per entrambi i rapporti α,β sempre per minimizzare la funzione di costo totale. Il resto dell’algoritmo rimane identico, utilizzando il valore ottimale trovato per il rapporto β, invece che un valore costante.

Da quanto precede appaiono evidenti i vantaggi dell’impianto 1 e del metodo con cui viene controllato e comandato l’impianto 1.

Il principale vantaggio dell’impianto 1 à ̈ la presenza di un sistema ibrido (cogeneratore pompa di calore), che ha la capacità di soddisfare, come primario obiettivo, le richieste di calore dell’utenza 12 e di poter scegliere istante per istante i punti operativi delle due “macchine†a seconda del fabbisogno istantaneo dell’utenza 12, cercando di ottimizzare il funzionamento.

In particolare, la presenza della pompa di calore 22 alimentata elettricamente direttamente dal cogeneratore 5 permette di raggiungere prestazioni elevate e consumi ridotti di combustibile, e quindi un risparmio economico, rispetto alle più moderne caldaie a condensazione.

L’uso della pompa di calore 22 alimentata dal cogeneratore 5 consente di semplificare le logiche di controllo per soddisfare il fabbisogno Qu di calore e di integrare le logiche di controllo per soddisfare anche il fabbisogno Eu di energia elettrica, sempre che la pompa di calore 22 non assorba tutta l’energia elettrica prodotta dal cogeneratore 5.

Inoltre, per potenze medio-alte, il motore 7 viene regolato in modo da modulare, ossia parzializzare, il regime di rotazione per ottenere il set-point Q1 che à ̈ stato calcolato minimizzando la funzione di costo totale. Questa modulazione permette di aumentare l’efficienza globale (termica e meccanica) del motore 7, riducendo al minimo il combustibile, e di inseguire correttamente ed in tempo reale le richieste dell’utenza 12.

Inoltre, il funzionamento dell’impianto 1 à ̈, in pratica, automatizzato per ottenere le migliori prestazioni ad un minimo costo.

L’impianto 1 ha poi un funzionamento estremamente flessibile, per garantire la richiesta di calore del complesso abitativo in ogni condizione ed in tempo reale, e comporta elevata semplicità non solo nella gestione, ma anche nella manutenzione.

Da quanto precede appare, infine, evidente che al metodo di controllo e all’impianto 1 descritti con riferimento alle figure allegate possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, potrebbero essere previsti uno o più accumulatori di calore, con materiali a cambiamento di fase o PCM (“phase change material†), negli impianti 13,23 per soddisfare fabbisogni di calore superiori alla massima potenza termica dell’impianto 1, mantenendo inalterata la configurazione dell’impianto 1.

Come accennato sopra, l’impianto 1 potrebbe comprendere batterie o accumulatori elettrici, oppure celle a combustibile, per alimentare la pompa di calore 22, in parallelo al cogeneratore 5, così da migliorare l’efficienza dell’impianto 1 nel caso in cui non convenga accendere il motore 7 oppure per ridurre il rumore nelle ore notturne.

Inoltre, il fabbisogno Qu potrebbe essere determinato in base ad una previsione effettuata sulla base di misure di temperatura ambientale, previsioni meteorologiche e/o sulla base di dati storici relativi ad esempio a temperatura e richiesta energetica.

Inoltre, invece di ottimizzare il funzionamento in termini economici, l’algoritmo potrebbe trovare i set-point di calore/potenza termica in modo da minimizzare l’inquinamento prodotto o in base ad altri fattori; e/o l’unità 21 potrebbe operare senza il segnale S5.

Infine, la configurazione e l’algoritmo descritti sopra si possono applicare anche ad impianti con potenze più grandi di 50 kW; e/o à ̈ possibile utilizzare la pompa di calore 22 anche per raffreddare il fluido termo-vettore, in aggiunta alla modalità di riscaldamento sopra descritta.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Impianto per la produzione di calore, comprendente: - un cogeneratore (5) comprendente un motore (7) ed un generatore (6) azionato dal detto motore; - mezzi di controllo e comando (21) che comandano detto motore (7); caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, una pompa di calore, alimentata elettricamente da detto generatore (6) e comandata da detti mezzi di controllo e comando (21). 2.- Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e comando (21) sono configurati in modo da parzializzare la potenza meccanica del detto motore (7) in funzione di un primo set-point corrispondente al calore/potenza termica che il motore (7) dovrebbe erogare. 3.- Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e comando (21) sono configurati in modo da parzializzare la potenza della detta pompa di calore (22) in funzione di un secondo set-point corrispondente al calore/potenza termica che la pompa di calore (22) dovrebbe erogare. 4.- Impianto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e comando (21) sono configurati in modo da fare funzionare il detto motore (7) con cicli di accensione/spegnimento nel caso in cui il detto primo set-point corrisponda ad una potenza minore di una prima soglia. 5.- Impianto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e comando (21) sono configurati in modo da fare funzionare la detta pompa di calore (22) con cicli di accensione/spegnimento nel caso in cui il detto secondo set-point corrisponda ad una potenza minore di una seconda soglia. 6.- Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le potenze massime di detto motore e di detta pompa di calore sono sostanzialmente uguali. 7.- Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta pompa di calore (22) preleva calore da gas esausti scaricati dal detto motore (7). 8.- Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere accumulatori di energia elettrica collegati a detto generatore per ricevere energia elettrica e collegati a detta pompa di calore (22) per fornire energia elettrica. 9.- Metodo di controllo per regolare la produzione di calore in un impianto realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di determinare i detti primo e secondo set-point in risposta ad una richiesta istantanea (S4) di calore di una utenza (12). 10.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i detti primo e secondo setpoint sono determinati in base a tariffe del calore, dell’energia elettrica e del combustibile. 11.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto di modulare in continuo il regime di rotazione del detto motore (7), almeno in determinate condizioni operative, in funzione di detto primo set-point. 12.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il primo set-point viene determinato in modo da produrre energia elettrica (Ecoge) almeno pari a quella necessaria ad alimentare detta pompa di calore (22). 13.- Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto di fornire, ad un’utenza elettrica (26) oppure ad accumulatori di energia elettrica, energia elettrica prodotta da detto generatore in eccedenza all’energia elettrica assorbita da detta pompa di calore (22). 14.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto di: - determinare, in funzione di detto primo set-point, un obiettivo di potenza meccanica (Pm) che il detto motore deve erogare; - determinare un valore di velocità (V,V’) che corrisponde a detto obiettivo di potenza meccanica (Pm); - comandare detto motore (5) in modo da ottenere una velocità di rotazione pari a detto valore di velocità (V,V’). 15.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto di: - determinare detto valore di velocità (V’) ed un valore di coppia (C) corrispondenti a detto obiettivo di potenza meccanica (Pm), in funzione di un rapporto (β) tra le potenze termica e meccanica erogate dal detto motore (7); - variare la corrente elettrica in uscita dal detto generatore (6) affinché la coppia resistente esercitata sul detto motore (7) sia pari al detto valore di coppia (C). 16.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto rapporto (β) tra le potenze termica e meccanica erogate dal detto motore (7) à ̈ un parametro variabile, che viene ottimizzato cercando il minimo di una funzione di costo totale. 17.- Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 16, caratterizzato dal fatto di determinare il coefficiente di prestazione (COP) della detta pompa di calore (22) in funzione di valori di temperatura ambientale.