CZ310032B6 - A system of energy storage and distribution to increase the energy sustainability of operations - Google Patents
A system of energy storage and distribution to increase the energy sustainability of operations Download PDFInfo
- Publication number
- CZ310032B6 CZ310032B6 CZ2021-176A CZ2021176A CZ310032B6 CZ 310032 B6 CZ310032 B6 CZ 310032B6 CZ 2021176 A CZ2021176 A CZ 2021176A CZ 310032 B6 CZ310032 B6 CZ 310032B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heat
- energy
- temperature
- accumulation
- medium
- Prior art date
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 20
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
- F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
- F24H4/02—Water heaters
- F24H4/04—Storage heaters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Systém skladování a distribuce energie pro zvýšení energetické udržitelnosti provozůEnergy storage and distribution system to increase the energy sustainability of operations
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká systému, který slouží ke skladování energie, zejména ve formě tepelné energie, a k její následné distribuci do provozu.The invention relates to a system that serves to store energy, especially in the form of thermal energy, and to its subsequent distribution into operation.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
V současné době je vyvíjen tlak na energetickou udržitelnost provozů, který se mimo jiné projevuje také masivnějším zapojováním obnovitelných zdrojů energie, mezi které patří sluneční osvit, vítr, či zpracování biomasy. Energetickou udržitelností se v jednom obecně rozšířeném výkladu rozumí to, aby se energie s maximální efektivitou upotřebovala a byla původem nejlépe ze zdroje obnovitelné energie. Příkladem efektivního využití jsou kogenerační jednotky, kdy například elektrocentrály na bioplyn nejenom vyrábějí elektrickou energii, ale odpadní teplo z jejich chodu je použito k ohřevu a vytápění. Současně je trendem v rámci energetické udržitelnosti rekuperace tepelné energie, kdy se z odpadních produktů (odchozí teplý vzduch, odchozí teplá voda) nechá přestoupit tepelná energie do příchozích surovin (čerstvý vzduch, čerstvá voda).At present, pressure is being exerted on the energy sustainability of operations, which is manifested, among other things, by the more massive involvement of renewable energy sources, which include sunlight, wind, or biomass processing. In one generally widespread interpretation, energy sustainability means that energy is used with maximum efficiency and preferably originates from a renewable energy source. An example of efficient use are cogeneration units, where, for example, biogas power plants not only produce electricity, but the waste heat from their operation is used for heating and heating. At the same time, a trend in energy sustainability is thermal energy recovery, where thermal energy is transferred from waste products (outgoing hot air, outgoing hot water) to incoming raw materials (fresh air, fresh water).
Jedním z největších spotřebitelů energie jsou průmyslové provozy, v rámci kterých se využívají velké objemy energie, a to zejména pro ohřev vody, či v rámci chlazení. Takové provozy se dají najít nejčastěji v potravinářství, a lze mezi ně zařadit masokombináty, pivovary, mlékárny, konzervárny, a další podobné. Alternativně lze hledat v provozech, kde se tepelná energie používá k sušení, či k dezinfekci, jako jsou prádelny a sušárny atp.One of the biggest consumers of energy is industrial operations, which use large volumes of energy, especially for heating water or for cooling. Such operations can be found most often in the food industry, and among them can be included meat processing plants, breweries, dairies, canneries, and others. Alternatively, you can search in operations where thermal energy is used for drying or disinfection, such as laundries and dryers, etc.
Nevýhody výše uvedených provozů spočívají v tom, že ačkoliv čerpají část provozní energie z obnovitelných zdrojů energie, čímž si vylepší bilanci energetické udržitelnosti, tak často v rámci produkčního cyklu, nechají načerpanou energii, zejména ve formě tepelné energie, po ukončení produkčního cyklu volně uniknout. Dalším velkým zdrojem odpadního tepla v provozech, kterým utíká energie do okolního prostředí je činnost chladicích kompresorů.The disadvantages of the above operations are that although they draw part of the operating energy from renewable energy sources, thus improving the balance of energy sustainability, they often let the extracted energy, especially in the form of thermal energy, escape freely after the end of the production cycle. Another major source of waste heat in operations that leak energy into the surrounding environment is the operation of refrigeration compressors.
Lze tedy napsat, že velkým nešvarem provozů je fakt, že na jednu produkční/pracovní várku si vyžádají enormní množství energie, načež po zpracování várky, je tato tepelná energie ponechána, aby se rozptýlila do okolního prostředí. Z pohledu energetické udržitelnosti je dobře, pokud například část této tepelné energie byla získána přeměněnou z elektrické energie z obnovitelných zdrojů, ale obnovitelné zdroje pracují jen při příhodných podmínkách, a pokud nejsou, tak se tepelná energie přeměňuje z elektrické energie produkované spalováním fosilních paliv, či ze štěpeného jádra. V těchto případech je proto energetická náročnost na jednu várku enormní.It can therefore be written that the major disadvantage of the operations is the fact that they require an enormous amount of energy for one production/working batch, after which, after processing the batch, this thermal energy is left to dissipate into the surrounding environment. From the point of view of energy sustainability, it is good if, for example, part of this heat energy was obtained converted from electricity from renewable sources, but renewable sources only work under suitable conditions, and if they are not, then the heat energy is converted from electricity produced by burning fossil fuels, or from a split core. In these cases, the energy requirement for one batch is therefore enormous.
Tepelná energie pro zpracování várky ve výrobě je potřeba vždy, bez ohledu na počasí, zejména co se týče osvitu slunečním světlem, či větrných podmínek. Navíc je nevýhodou obnovitelných zdrojů elektrické energie, že pokud vyjde počasí téměř dokonale, může být vygenerována elektrická energie, která v daný okamžik nemá ve výrobním provozu využití.Thermal energy for batch processing in production is always needed, regardless of the weather, especially in terms of sunlight or windy conditions. In addition, the disadvantage of renewable sources of electricity is that if the weather turns out to be almost perfect, electricity can be generated, which at that moment has no use in the production operation.
Situace, kdy je nárazově elektrické energie z obnovitelných zdrojů hodně, řeší v současné době provozovatelé tak, že budují bateriové boxy, které jsou schopné náhlý přebytek elektrické energie pojmout, a posléze postupně vydat podle potřeby. Nevýhodou bateriových boxů je to, že jsou velice nákladné, současně jsou nebezpečné, ať už chemickým složením, tak i přítomnými vysokými proudy a napětími uvnitř boxů. Při současném stavu vývoje je i zátěž přírody při výrobě baterií z hlediska energie a surovin enormní. Navíc bateriové boxy neřeší přímo problém s nadbytkem tepelné energie v rámci výrobního procesu.Operators currently deal with the situation when there is a lot of electrical energy from renewable sources by building battery boxes that are able to store the sudden excess of electrical energy and then gradually release it as needed. The disadvantage of battery boxes is that they are very expensive, at the same time they are dangerous, both due to their chemical composition and the high currents and voltages present inside the boxes. At the current state of development, the burden on nature in the production of batteries in terms of energy and raw materials is enormous. In addition, battery boxes do not directly solve the problem of excess thermal energy in the production process.
- 1 CZ 310032 B6- 1 CZ 310032 B6
Vzhledem k tomu, že se většina obnovitelných zdrojů nedá řídit, vzniká rozdíl mezi nabídkou a spotřebou energie. To se na trhu s elektřinou projevuje tak, že existují produkční špičky, kdy je elektrická energie za velice příznivou cenu, a pak jsou období, kdy je elektrická energie drahá. Bylo by tedy velice žádoucí, aby mohly provozy odčerpat z distribuční sítě nadbytečnou elektrickou energii v rámci produkční špičky za výhodnou cenu, kterou by si uskladnily nejlépe ve formě tepelné energie, a posléze využily v čase, kdy je situace na trhu s energiemi pro spotřebitele méně výhodná.Since most renewables cannot be controlled, a gap arises between energy supply and consumption. This manifests itself in the electricity market in that there are production peaks when electricity is at a very favorable price, and then there are periods when electricity is expensive. It would therefore be highly desirable for operations to be able to draw excess electrical energy from the distribution network during the production peak at a favorable price, which they would best store in the form of thermal energy, and then use at a time when the situation on the energy market for consumers is less advantageous.
Úkolem vynálezu je vytvořit systém skladování a distribuce energie pro zvýšení energetické udržitelnosti provozů, který by umožnil skladovat energii z obnovitelných zdrojů a zároveň zadržet odpadní tepelnou energii po realizaci provozní várky, a posléze tuto tepelnou energii distribuovat k opětovnému upotřebení, který by dokázal uskladnit náhlý přebytek elektrické energie z obnovitelných zdrojů, a který by dokázal tepelnou energii distribuovat v různých teplotních úrovních podle potřeby provozu.The task of the invention is to create an energy storage and distribution system for increasing the energy sustainability of operations, which would allow energy from renewable sources to be stored and at the same time retain waste thermal energy after the implementation of the operational batch, and then distribute this thermal energy for reuse, which would be able to store a sudden surplus electricity from renewable sources, and which could distribute thermal energy at different temperature levels according to the needs of the operation.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Vytčený úkol je vyřešen pomocí systému skladování a distribuce energie pro zvýšení energetické udržitelnosti provozů vytvořeného podle níže uvedeného vynálezu.The set task is solved using the energy storage and distribution system for increasing the energy sustainability of operations created according to the invention below.
Systém je tvořen alespoň jedním tepelným výměníkem pro sběr nebo výdej tepelné energie mimo systém, který je zapojený do potrubního oběhu pro cirkulaci teplonosného média. Tepelné výměníky odebírají v danou situaci nadbytečnou tepelnou energii z odběrných míst nacházejících se v provozu, kterou odvádějí přes potrubní oběh teplonosným médiem k uskladnění. V případě, že je potřeba tepelnou energii dodat, tak ji výměníky předají na místo určení.The system consists of at least one heat exchanger for collecting or releasing thermal energy outside the system, which is connected to the pipe circuit for the circulation of the heat-carrying medium. In a given situation, heat exchangers take the excess heat energy from the take-off points in operation, which they take away via pipe circulation with a heat-carrying medium for storage. If thermal energy needs to be supplied, the heat exchangers will transfer it to the destination.
V rámci vynálezu je výhodné, pokud systém zahrnuje alespoň jeden elektricky řízený modifikační prostředek uspořádaný v potrubním oběhu pro přípravu teplonosného média požadované teploty modifikací jeho průtoku z alespoň jedné z teplotních nádrží. Vhodnou změnou průtoku nebo mícháním průtoků dvou rozdílně ohřátých objemů teplonosného média je možné získat teplonosné médium požadované teploty, přesně dle potřeby výrobního provozu.Within the framework of the invention, it is advantageous if the system includes at least one electrically controlled modifying means arranged in the pipe circuit for preparing the heat-carrying medium of the desired temperature by modifying its flow from at least one of the temperature tanks. By appropriately changing the flow rate or mixing the flow rates of two differently heated volumes of the heat-carrying medium, it is possible to obtain a heat-carrying medium of the required temperature, exactly according to the needs of the production operation.
Poslední, avšak neméně důležitou, součástí vynálezu je řídicí jednotka, která je elektricky připojená k tepelnému čerpadlu, a dále k elektricky řízenému modifikačnímu prostředku. Řídicí jednotka slouží k automatizaci chodu systému podle prováděného programu, současně systém monitoruje a hlásí operátorovi systému stavová nebo bezpečnostní hlášení.The last, but no less important, part of the invention is the control unit, which is electrically connected to the heat pump and further to the electrically controlled modification means. The control unit serves to automate the operation of the system according to the executed program, at the same time it monitors the system and reports status or safety messages to the system operator.
Podstatou vynalezeného systému je alespoň jedna nízkoteplotní nádrž pro akumulaci teplonosného média o teplotě menší než 20 °C, která je paralelně zapojená do potrubního oběhu. Nízkoteplotní nádrž přináší několik zásadních vlastností do vynalezeného systému. Za prvé, pokud je z ní vedeno teplonosné médium do určeného tepelného výměníku, může výměník sloužit, jako chladič, případně kondenzátor vzdušné vlhkosti. Navíc studené chladicí médium dokáže lépe přijímat tepelnou energii z ochlazovaného prostředí, díky markantnějšímu rozdílu teplotního gradientu charakterizujícího tepelný přenos.The essence of the invented system is at least one low-temperature tank for the accumulation of a heat-carrying medium with a temperature of less than 20 °C, which is connected in parallel to the pipeline circuit. The low-temperature tank brings several essential properties to the invented system. First of all, if the heat-carrying medium is led from it to the designated heat exchanger, the exchanger can serve as a cooler or condenser of air humidity. In addition, a cold cooling medium can better receive thermal energy from the cooled environment, thanks to a more marked difference in the temperature gradient characterizing the heat transfer.
Další podstatnou součástí vynálezu je alespoň jedna středoteplotní nádrž pro akumulaci teplonosného média o teplotě v rozmezí od 20 °C do 90 °C paralelně zapojená do potrubního oběhu. Tato středoteplotní nádrž uskladňuje teplonosné médium, které je posléze využito k distribuci tepelné energie do místa potřeby přes určený tepelný výměník. Zbývající podstatou vynalezeného systému je to, že je mezi nízkoteplotní a středoteplotní nádrž zařazeno alespoň jedno tepelné čerpadlo pro přečerpávání tepelné energie mezi nimi. Přečerpáváním tepelné energie je v podstatě v nízkoteplotní nádrži teplonosné médium neustále chlazeno pro dalšíAnother essential part of the invention is at least one medium-temperature tank for the accumulation of a heat-carrying medium with a temperature in the range from 20 °C to 90 °C connected in parallel to the pipeline circuit. This medium-temperature tank stores the heat-carrying medium, which is then used to distribute thermal energy to the place of need via a designated heat exchanger. The remaining essence of the invented system is that at least one heat pump is included between the low-temperature and medium-temperature reservoirs for transferring thermal energy between them. By transferring thermal energy, the heat-carrying medium is essentially constantly cooled in the low-temperature tank for further storage
- 2 CZ 310032 B6 použití, přičemž je tím do středoteplotní nádrže doplňována tepelná energie, která byla odvedena do provozu.- 2 CZ 310032 B6 use, whereby thermal energy that was diverted into operation is added to the medium-temperature tank.
Výhodnou součástí vynalezeného systému je alespoň jedna vysokoteplotní nádrž pro akumulaci teplonosného média o teplotě větší než 90 °C paralelně zapojená do potrubního oběhu. Vysokoteplotní nádrž slouží k akumulaci velice nahřátého teplonosného média, které je potřeba pro přenos tepelné energie v některých úsecích výrobního provozu vyžadujících vysoké teploty. Současně může být mezi středoteplotní a vysokoteplotní nádrž uspořádáno alespoň jedno tepelné čerpadlo pro přečerpávání tepelné energie mezi nimi. Pro případ, že by měl být uložen do středoteplotní nádrže nadbytek tepelné energie, je možné přečerpat tepelnou energii do vysokoteplotní nádrže, kde může být teplonosné médium ohřáto k teplotám přes bod varu vody pro účely výrobního provozu. Navíc je výhodné průběžně koncentrovat tepelnou energii ve vysokoteplotní nádrž, neboť je posléze snazší a rychlejší tepelnou energii dělit kombinováním teplonosných médií o různých teplotách než teplonosné médium nahřívat.An advantageous part of the invented system is at least one high-temperature tank for the accumulation of a heat-carrying medium with a temperature greater than 90 °C connected in parallel to the pipe circuit. The high-temperature tank is used to accumulate a very heated heat-carrying medium, which is needed for the transfer of thermal energy in some sections of the production operation that require high temperatures. At the same time, at least one heat pump can be arranged between the medium-temperature and the high-temperature tank for transferring thermal energy between them. In the event that an excess of thermal energy should be stored in the medium-temperature tank, it is possible to transfer the thermal energy to the high-temperature tank, where the heat-carrying medium can be heated to temperatures above the boiling point of water for production operation purposes. In addition, it is advantageous to continuously concentrate thermal energy in a high-temperature tank, as it is subsequently easier and faster to share thermal energy by combining heat-carrying media of different temperatures than to heat the heat-carrying medium.
Rovněž je výhodné, pokud se v daném okamžiku nadbytek elektrické energie, který je složitě uskladnitelný, přemění v elektrickém topném členu na tepelnou energii určenou k pozdějšímu využití. Středoteplotní a vysokoteplotní nádrže jsou proto opatřeny odporovými topnými členy, které mají chod řízen přes řídicí jednotku.It is also advantageous if, at a given moment, the surplus of electrical energy, which is difficult to store, is transformed in the electric heating element into thermal energy intended for later use. The medium and high temperature tanks are therefore equipped with resistance heating elements whose operation is controlled via the control unit.
V rámci vynálezu je výhodné to, pokud jsou do středoteplotní a vysokoteplotní nádrže zavedeny vodní okruhy pro průtokový ohřev vody. Teplá voda je univerzální médium, které je potřebné téměř ve všech provozech. Systém je díky ohřevu vody schopen vyrábět i páru pro sanaci.Within the scope of the invention, it is advantageous if water circuits for flow-through heating of water are introduced into the medium-temperature and high-temperature tanks. Hot water is a universal medium that is needed in almost all operations. Thanks to the heating of water, the system is also able to produce steam for sanitation.
Pokud v tepelné bilanci převažuje potřeba tepla, je výhodné, pokud tepelné čerpadlo mezi nízkoteplotní nádrží a středoteplotní nádrží je hybridní pro přečerpávání tepelné energie z prostředí mimo systém. Úkolem tepelného čerpadla není jen přenášení energie mezi nádržemi, ale rovněž doplňování tepelné energie do systému jejím zachytáváním z okolí mimo systém. Tím je možné za relativně nízkých energetických nákladů eliminovat ztráty tepelné energie unikající ze systému a z provozu.If the need for heat prevails in the heat balance, it is advantageous if the heat pump between the low-temperature tank and the medium-temperature tank is hybrid for pumping heat energy from the environment outside the system. The task of the heat pump is not only to transfer energy between tanks, but also to add heat energy to the system by capturing it from the surroundings outside the system. This makes it possible to eliminate thermal energy losses escaping from the system and from operation at relatively low energy costs.
Podle výsledku energetické bilance konkrétního provozu může být výhodné doplnění systému o suchý chladič. Suché chladiče se hodí, jak pro odběr tepelné energie, tak pro distribuci tepelné energie. Suché chladiče mohou tepelnou energii úspěšně mařit vyzařováním do prostředí mimo systém, případně mohou sloužit jako kondenzátory vzdušné vlhkosti, nebo získávat chlad pasivně z okolního prostředí, pokud to přírodní podmínky dovolí, případně získávat energii kondenzací vodní páry vznikající ve výrobních procesech s fází varu atp. Dalšími výhodnými provedeními tepelných výměníků mohou být teplonosné plochy, šnekové výměníky, či deskové výměníky. Konkrétní provedení tepelného výměníku záleží na místě, kde v provozu je aplikován. Každé provedení tepelného výměníku má své klady a zápory pro konkrétní aplikace. Důležité je zachování tepelné výměny.Depending on the result of the energy balance of a specific operation, it may be advantageous to supplement the system with a dry cooler. Dry coolers are suitable both for taking thermal energy and for distributing thermal energy. Dry coolers can successfully dissipate thermal energy by radiating it into the environment outside the system, or they can serve as air humidity condensers, or obtain cold passively from the surrounding environment, if natural conditions allow, or obtain energy by condensing water vapor generated in production processes with a boiling phase, etc. Other advantageous designs of heat exchangers can be heat-bearing surfaces, screw exchangers or plate exchangers. The specific design of the heat exchanger depends on the place where it is applied in operation. Each heat exchanger design has its pros and cons for specific applications. It is important to maintain heat exchange.
Ve výhodném provedení systému podle vynálezu zahrnuje systém alespoň jeden bateriový box pro uložení elektrické energie k umožnění nouzového chodu, nebo ostrovního chodu, systému. Bateriový box může v rámci ostrovního chodu výrobního provozu udržovat systém v chodu. Bateriový box nemá za svůj primární úkol zadržovat elektrickou energii pro pozdější přeměnu na tepelnou energii pro chod provozu, ale jeho úkolem je udržet vynalezený systém v chodu, aby uskladňoval a distribuoval v něm vázanou tepelnou energii, a respektive doplňoval energetické ztráty přečerpáváním tepelné energie přítomné mimo systém do nádrží systému. Eventuálně, aby systém ochránil před poškozením způsobeným výpadkem elektrického proudu.In an advantageous embodiment of the system according to the invention, the system includes at least one battery box for storing electrical energy to enable emergency operation, or island operation, of the system. The battery box can keep the system running as part of the island operation of the production operation. The battery box does not have as its primary task the retention of electrical energy for later conversion into thermal energy for operation, but its task is to keep the invented system running in order to store and distribute the thermal energy bound in it, and respectively to supplement the energy losses by pumping the thermal energy present outside system into the system tanks. Possibly to protect the system from damage caused by a power outage.
Je výhodné, pokud řídicí jednotka je opatřena datovým úložištěm pro uložení alespoň jednoho softwarového modulu a/nebo je komunikačně propojena se vzdáleným serverem, pro softwarem řízený chod systému podle typu provozu a/nebo podle aktuálních cen elektrické energie.It is advantageous if the control unit is equipped with a data storage for storing at least one software module and/or is communicatively connected to a remote server, for software-controlled operation of the system according to the type of operation and/or according to current electricity prices.
- 3 CZ 310032 B6- 3 CZ 310032 B6
Mezi výhody vynálezu patří to, že systém je schopen uskladnit velké objemy energie ve formě tepla a chladu, zejména vynález umožní zužitkovat nadbytek levné energie v produkční špičce. Současně je schopen vydávat tepelnou energii ohříváním médií na přesně požadovanou teplotu. To je dosaženo tím, že systém skladuje jak studené, tak i „vařící“ teplonosné médium, přičemž umožňuje distribuovat energii nebo navozovat provozní teplotu přesně podle potřeby. Tím je vynalezený systém extrémně univerzální a je možné ho aplikovat do téměř všech stávajících provozů.The advantages of the invention include the fact that the system is able to store large volumes of energy in the form of heat and cold, in particular the invention will make it possible to use the surplus of cheap energy during the production peak. At the same time, it is able to emit thermal energy by heating the media to the exact required temperature. This is achieved by the system storing both cold and "boiling" heat transfer media, allowing energy to be distributed or operating temperature to be induced exactly as needed. This makes the invented system extremely universal and can be applied to almost all existing operations.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:Said invention will be further explained in the following drawings, where:
obr. 1 znázorňuje blokové schéma systému aplikovaného v pivovarském provozu.Fig. 1 shows a block diagram of the system applied in the brewery operation.
Příklad uskutečnění vynálezuAn example of the implementation of the invention
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána.It is to be understood that the specific embodiments of the invention described and illustrated below are presented for illustration purposes and not as a limitation of the invention to the examples shown. Those skilled in the art will find or be able to ascertain, using routine experimentation, a greater or lesser number of equivalents to the specific embodiments of the invention described herein.
Způsob funkce systému je následující:The way the system works is as follows:
a) systém zachycuje teplo přes tepelné výměníky 1, ať už z provozní technologie, tak z chladičů, pokud se v provozu vyskytují,a) the system captures heat through heat exchangers 1, both from the operating technology and from coolers, if they are present in operation,
b) systém teplonosným médiem přes potrubní oběh 2 přenáší teplo do jedné z akumulačních nádrží (nízkoteplotní nádrž 3, středoteplotní nádrž 4, vysokoteplotní nádrž 5), kde teplo skladuje,b) the system transfers heat to one of the storage tanks (low-temperature tank 3, medium-temperature tank 4, high-temperature tank 5) through pipe circuit 2, where it stores the heat,
c) systém do provozu distribuuje teplo/chlad podle potřeby provozu přes teplonosné médium (potrubní oběh 2, tepelné výměníky 1, vodní okruh 6), přičemž mezi kroky b) a c) provádí alespoň jednu z možností:c) the system into operation distributes heat/cold according to the needs of the operation via a heat-carrying medium (pipe circuit 2, heat exchangers 1, water circuit 6), while between steps b) and c) it performs at least one of the options:
• přečerpává teplo mezi alespoň některými akumulačními nádržemi 3, 4, 5 tepelnými čerpadly 8 • tepelným čerpadlem 8 přičerpává teplo z okolního prostředí • v okamžiku distribuce levné elektrické energie mění elektrickou energii na chlad / teplo a uskladňuje dodanou energii jako tepelnou energii • ohřívá/chladí vodu ve vodovodním okruhu 6.• transfers heat between at least some storage tanks 3, 4, 5 heat pumps 8 • heat pump 8 pumps heat from the surrounding environment • at the time of distribution of cheap electrical energy, changes electrical energy to cold/heat and stores the delivered energy as thermal energy • heats/cools water in the water circuit 6.
Příkladem použití systému může být jeho aplikace do pivovarského provozu. Tepelné výměníky 1 se aplikují jak k horkým technologiím (varna 14, vířivá káď 15), tak i k chladným technologiím (spilka 16, ležácké tanky 17).An example of the use of the system can be its application to a brewery operation. Heat exchangers 1 are applied both to hot technologies (boiler 14, whirlpool 15) and to cold technologies (spilka 16, lager tanks 17).
Pokud již systém tepelnou energii obsahuje, přečerpává ji do varny 14, aby snížil okamžitou energetickou náročnost vaření piva varnou 14 z pohledu odběru energie od dodavatelů, posléze z vířivé kádě 15, kde mladina postupně stydne, odčerpává teplo, které uskladní. Současné odvádíIf the system already contains thermal energy, it pumps it to the brewhouse 14 in order to reduce the immediate energy requirement of brewing beer in the brewhouse 14 from the point of view of energy consumption from suppliers, then from the whirlpool vat 15, where the wort gradually cools, it pumps out the heat that it stores. It takes away the present
- 4 CZ 310032 B6 teplo z mladého piva ve spilce 16, díky čemuž udržuje kvasnou teplotu, to obdobné platí pro ležácké tanky 17. Tím systém snižuje energetickou ztrátu pivovaru.- 4 CZ 310032 B6 heat from the young beer in the spilka 16, thanks to which it maintains the fermentation temperature, the same applies to the lager tanks 17. This system reduces the brewery's energy loss.
Ze schématického zobrazení z obr. 1 je patrné takové použití systému do pivovarského provozu. Varna 14 je tedy přihřívána energií ze systému, čímž se sníží energetická spotřeba provozu varny 14. Uvařená mladina se přečerpá do vířivé kádě 15, kde je postupně ochlazována. Teplo není mařeno, ale je opět odváděno do akumulačních nádrží 3, 4, 5. Posléze jde mladé pivo do spilky 16, která je chlazena teplonosným médiem z akumulační nízkoteplotní nádrže 3. Stejně tak je tomu u ležáckých tanků 17.From the schematic representation in Fig. 1, such use of the system in the brewery operation is evident. The brewhouse 14 is thus heated by energy from the system, which reduces the energy consumption of the operation of the brewhouse 14. The boiled wort is pumped into the whirlpool 15, where it is gradually cooled. The heat is not hindered, but is diverted again to the storage tanks 3, 4, 5. Then the young beer goes to the spilka 16, which is cooled by the heat-carrying medium from the low-temperature storage tank 3. The same is true of the lager tanks 17.
Rozvod teplonosného média je realizován potrubním oběhem 2, který je podle potřeby větven, současně jsou toky teplonosného média v potrubním oběhu 2 modifikovány (z pohledu průtoku, teploty) elektricky řízenými modifikačními prostředky 9, např. elektricky řízenými proporcionálními ventily, čerpadly atp.The distribution of the heat-carrying medium is realized by the pipe circuit 2, which is branched as needed, at the same time the flows of the heat-carrying medium in the pipe circuit 2 are modified (in terms of flow, temperature) by electrically controlled modification means 9, e.g. electrically controlled proportional valves, pumps, etc.
Teplené výměníky 1 mohou být realizovány suchým chladičem, nebo teplosměnnou plochou, nebo šnekovým výměníkem, nebo deskovým výměníkem. V podstatě jde o to, aby teplonosné médium a ohřívaná, či chlazená, komodita smáčely co největší plochu tepelného výměníku 1 a současně nedošlo ke vzájemné kontaminaci.Heat exchangers 1 can be realized by a dry cooler, or a heat exchange surface, or a screw exchanger, or a plate exchanger. In essence, it is a matter of ensuring that the heat-carrying medium and the heated or cooled commodity wet the largest possible surface area of the heat exchanger 1 and at the same time there is no mutual contamination.
Co se týče vodního okruhu 6, tak ten je tvořen potrubím, které je zavedeno podle potřeby do akumulačních nádrží 4, 5, následně je horká voda čerpadly vodního okruhu 6 odnášena ke spotřebě, nebo do nádrže 10 soustavy chemické sanace CIP. Horká voda může být nastavována v rámci vodního okruhu 6 elektronicky řízenými čerpadly se změnou rychlosti průtoku, nebo elektricky řízenými směšovacími ventily 7 atp.As for the water circuit 6, it is formed by a pipe which is introduced as necessary into the storage tanks 4, 5, then the hot water is taken by the pumps of the water circuit 6 for consumption, or to the tank 10 of the CIP chemical remediation system. Hot water can be adjusted within the water circuit 6 by electronically controlled pumps with a change in flow rate, or by electrically controlled mixing valves 7 etc.
Nízkoteplotní akumulační nádrž 3 je provozována na teplotě menší než 20 °C. Teplo je z nízkoteplotní nádrže 3 odčerpáváno tepelným čerpadlem 8 kapalina/kapalina do středoteplotní nádrže 4. Podobně může být (pokud se to z pohledu energetické účinnosti vyplatí) přečerpáváno teplo tepelným čerpadlem 8 do vysokoteplotní nádrže 5. Středoteplotní nádrž 4 operuje v rozsahu teplot 20 °C až 90 °C a vysokoteplotní nádrž 5 operuje s teplotami nad 90 °C. Pokud není energeticky výhodné přečerpávání tepla mezi nádržemi 3, 4, 5 tepelnými čerpadly 8, je možné ohřívat teplonosné médium ve středoteplotní nádrži 4 a ve vysokoteplotní nádrži 5 topnou odporovou spirálou 11. Rovněž je možné připojit ke středoteplotní nádrži 4 tepelné čerpadlo 8, které umí přičerpávat teplo z okolního prostředí, tzn. teplené čerpadlo 8 vzduch/kapalina.Low-temperature storage tank 3 is operated at a temperature of less than 20 °C. Heat is pumped from the low-temperature tank 3 by the liquid/liquid heat pump 8 to the medium-temperature tank 4. Similarly (if it is worthwhile from the point of view of energy efficiency), the heat can be transferred by the heat pump 8 to the high-temperature tank 5. The medium-temperature tank 4 operates in a temperature range of 20 ° C to 90 °C and the high-temperature tank 5 operates with temperatures above 90 °C. If it is not energetically advantageous to transfer heat between tanks 3, 4, 5 with heat pumps 8, it is possible to heat the heat-carrying medium in the medium-temperature tank 4 and in the high-temperature tank 5 with a heating resistance spiral 11. It is also possible to connect a heat pump 8 to the medium-temperature tank 4, which can absorb heat from the surrounding environment, i.e. heat pump 8 air/liquid.
Zdrojem elektrické energie 13 může být přípojné místo distribuční elektrické sítě, či přípojné msto k OZE (obnovitelné zdroje energie), či ke kogeneračním plynovým kotlům, atp. Energie (elektrická) může být pomocně v systému skladována v bateriovém úložišti 12.The source of electrical energy 13 can be a connection point of the distribution network, or a connection point to OZE (renewable energy sources), or to cogeneration gas boilers, etc. Energy (electricity) can be auxiliaryly stored in the system in battery storage 12.
Pokud je například slunečný den, kdy fotovoltaické elektrárny v rámci špičky zaplní kapacitu distribuční soustavy levnou elektrickou energií, kterou nemá distributor, jak mařit, a sníží její cenu, tak systém naakumuluje (přečerpáváním pomocí tepelných čerpadel 8, ohřevem za pomoci topných členů 11) za tuto levnou energii co nejvíce tepelné energie, kterou zužitkuje později při méně příznivých podmínkách. Distributoři elektrické energie úmyslně povzbuzují takový odběr velice příhodnými cenami, aby nedošlo k výpadku nebo poškození distribuční sítě vlivem přetížení kapacity.If, for example, it is a sunny day when the photovoltaic power plants fill the capacity of the distribution system with cheap electricity during the peak, which the distributor has no way of preventing, and lowers its price, the system accumulates (by pumping with heat pumps 8, heating with the help of heating elements 11) for this cheap energy as much thermal energy as possible, which it uses later under less favorable conditions. Electricity distributors deliberately encourage such consumption with very reasonable prices, so that there is no outage or damage to the distribution network due to capacity overload.
Řídicí jednotka elektricky ovládá chod všech elektricky řízených součástí systému. Navíc sbírá provozní informace ze senzorů rozmístěných v rámci systému, nebo v rámci výrobního provozu, do kterého je vynalezený sytém implementován. Řídicí jednotka je tvořena průmyslovým počítačem, klasickým počítačem atp. Může komunikovat se vzdáleným zařízením, zejména se serverem, či s chytrým telefonem, notebookem atp., pokud je splněna podmínka společné drátové/bezdrátové komunikace.The control unit electrically controls the operation of all electrically controlled components of the system. In addition, it collects operational information from sensors deployed within the system, or within the production operation in which the invented system is implemented. The control unit consists of an industrial computer, a classic computer, etc. It can communicate with a remote device, especially with a server, or with a smartphone, laptop, etc., if the condition of common wired/wireless communication is met.
- 5 CZ 310032 B6- 5 CZ 310032 B6
Na datovém úložišti řídicí jednotky, nebo na serveru, může být uložen softwarový modul, podle kterého je chod systému řízen. Chod je řízen podle scénáře odpovídajícího provozu, případně podle scénáře reagujícího na ceny elektrické energie. Tyto scénáře mohou jednotlivý provozovatelé např. pivovarů mezi sebou sdílet pro optimalizaci výrobních procesů.A software module can be stored on the data storage of the control unit or on the server, according to which the operation of the system is controlled. The operation is controlled according to the corresponding operation scenario, or according to the scenario reacting to electricity prices. Individual operators of breweries, for example, can share these scenarios with each other to optimize production processes.
Systém díky integraci výpočetní techniky a moderních komunikačních technologií plně zapadá do průmyslu 4.0 s ohledem na životní prostředí.Thanks to the integration of computer technology and modern communication technologies, the system fully fits into Industry 4.0 with regard to the environment.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Systém skladování a distribuce energie pro zvýšení energetické udržitelnosti provozů vytvořený podle vynálezu nalezne uplatnění především v potravinářských provozech, ale v jiných dalších provozech, jako jsou třeba prádelny, papírny atp.The energy storage and distribution system for increasing the energy sustainability of operations created according to the invention will find application primarily in food operations, but in other other operations, such as laundries, paper mills, etc.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-176A CZ310032B6 (en) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | A system of energy storage and distribution to increase the energy sustainability of operations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-176A CZ310032B6 (en) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | A system of energy storage and distribution to increase the energy sustainability of operations |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021176A3 CZ2021176A3 (en) | 2022-10-19 |
| CZ310032B6 true CZ310032B6 (en) | 2024-05-22 |
Family
ID=83601206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-176A CZ310032B6 (en) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | A system of energy storage and distribution to increase the energy sustainability of operations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ310032B6 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0117975A2 (en) * | 1983-02-05 | 1984-09-12 | MICO-Gesellschaft für industrielle Automation mbH | Device for handling work pieces, assembly parts or the like |
| JPS60164178A (en) * | 1984-02-06 | 1985-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solar heat collecting device |
| JPH10339517A (en) * | 1997-06-04 | 1998-12-22 | Matsukueito:Kk | Temperature controller for heat transfer medium |
| JP2000346490A (en) * | 1999-06-07 | 2000-12-15 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Thermal storage cooling and heating water heater |
| CN207334870U (en) * | 2017-09-26 | 2018-05-08 | 华北电力大学（保定） | District passive form solar heating system |
-
2021
- 2021-04-09 CZ CZ2021-176A patent/CZ310032B6/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0117975A2 (en) * | 1983-02-05 | 1984-09-12 | MICO-Gesellschaft für industrielle Automation mbH | Device for handling work pieces, assembly parts or the like |
| JPS60164178A (en) * | 1984-02-06 | 1985-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solar heat collecting device |
| JPH10339517A (en) * | 1997-06-04 | 1998-12-22 | Matsukueito:Kk | Temperature controller for heat transfer medium |
| JP2000346490A (en) * | 1999-06-07 | 2000-12-15 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Thermal storage cooling and heating water heater |
| CN207334870U (en) * | 2017-09-26 | 2018-05-08 | 华北电力大学（保定） | District passive form solar heating system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2021176A3 (en) | 2022-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204187874U (en) | A kind of energy storage type solar steam boiler adopting heat-conducting oil | |
| CN100507375C (en) | Large temperature-difference central heating system | |
| EP2737181B1 (en) | System for improved hybridization of thermal solar and biomass and fossil fuel based energy systems | |
| CN108930995B (en) | Central heating system for combined heating of solar energy and low-grade industrial waste heat | |
| CN201764713U (en) | Solar hot water system for dry heat supply | |
| CN111706411A (en) | Thermodynamic system for transforming back pressure unit into extraction condensing unit and working method | |
| US20210404669A1 (en) | Organic rankine cycle power generation system using heat storage tank | |
| CN201116801Y (en) | Circulating cooling water heat energy step reclaiming utilizing system | |
| JP3230568U (en) | Water supply coalition cold reheat energy utilization system to improve boiler steam supply capacity | |
| CZ310032B6 (en) | A system of energy storage and distribution to increase the energy sustainability of operations | |
| CN205227917U (en) | Steam condensate water and waste heat recovery utilizes system thereof | |
| CN107906489B (en) | Energy storage system for isolated power grid | |
| RU2530971C1 (en) | Trigeneration plant with use of steam-gas cycle for production of electric energy and steam compressor heat pump cycle for heat and cold production | |
| CN213873358U (en) | Industrial double-effect power station structure | |
| CN214307315U (en) | Waste heat utilization system of lithium salt mill | |
| CN114754400A (en) | Combined heat and power generation system and method with absorption heat pump | |
| CN208967879U (en) | To the intermittent waste heat comprehensive utilization system with vapour user steam supply industrial over long distances | |
| CN203336825U (en) | Bipolar heat exchange type air source heat pump hot water set device | |
| CN113375212A (en) | High-efficient heat pump system that retrieves of central heating pipe network return water | |
| US20150060016A1 (en) | Method for pooling thermal energy, and heat exchange loop system between industrial and tertiary sites | |
| CN110566921A (en) | Gas boiler waste heat recycling device and method | |
| CN213931119U (en) | Distributed multi-point heat extraction and reuse system | |
| CN212406837U (en) | Condensate water combined circulation system for improving cold and steam supply capacity of boiler | |
| CN209484560U (en) | Industrial steam supply system of coal-fired power generating unit based on molten salt heat storage | |
| CN206656635U (en) | Natural gas efficiency optimizes system |