RO135551A2

RO135551A2 - Method and installations for optimizing the operation of an energy system

Info

Publication number: RO135551A2
Application number: ROA202000537A
Authority: RO
Inventors: Gheorghe Vertan; Nicolaescu Paul Gheorghiescu
Original assignee: Gheorghe Vertan; Nicolaescu Paul Gheorghiescu
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-02-28

Abstract

The invention relates to a method and to installations for optimizing the operation of an energy system. According to the invention, the optimization installations comprise electric motors, which drive machines, such as compressors, fans or gas blowers, or fluid circulating pumps, or charge electric batteries/rechargeable storage cells, the energy taken over by the optimization installations from the enegy system being metered by a smart energy meter, which has a minimum frequency threshold below which the installations are disconnected from the energy system and, when the frequency becomes equal to or higher than said threshold, the installations are reconnected to the energy system, so that they will only work in the active stages, when the frequency is high and the energy is cheap, while contributing at the same time to the frequency regulation in a decentralized manner.

Description

METODĂ ȘI INSTALAȚII DE OPTIMIZARE A FUNCȚIONĂRII UNUI SISTEMMETHOD AND FACILITIES FOR OPTIMIZING THE OPERATION OF A SYSTEM

ENERGETICpower

Prezenta invenție se referă la o metodă de optimizare a funcționării unui sistem energetic SE și la 2 soluții de instalații care contribuie la această optimizare.The present invention relates to a method for optimizing the operation of an SE energy system and to 2 installation solutions that contribute to this optimization.

Pentru o funcționare de calitate și în siguranță, un sistem energetic SE menține frecvența la o valoare etalon - 50 Hz în Europa, Asia, Australia și Africa, 60 Hz în America. Când suma puterilor EP^f furnizate de toți producătorii din SE egalează suma puterilor ΣΡ¹¹solicitate de toții utilizatorii, deci când EP^f = ΣΡ¹¹, frecvența are valoarea etalon. Când EP^f > ΣΡ¹¹ frecvența depășește etalonul. Când ΣΡ^Γ < ΣΡ¹¹ frecvența scade sub valoarea etalon. Față de etalon se admit abateri foarte mici. Puterea electrică însumată a utilizatorilor ΣΡ¹¹ variază în timpul zilei și se reprezintă prin graficul sau curba zilnică de sarcină ΣΡ¹¹ = f(t), care prezintă atât variații lente (de la vârfurile de dimineață și de seară, la puterea de bază de noapte - golul de sarcină, aceste variații lente impunând compensarea curbei zilnice de sarcină) cât și variații rapide care impun reglajul frecvenței. Variația în timp a puterii însumate a utilizatorilor de energie ΣΡ“ în funcție de propriile lor nevoi impune echilibrarea puterilor, adică SE trebuie să adapteze în timp real valoarea însumată a puterii furnizate ΣΡ*\ diminuând-o când frecvența crește și crescând-o când frecvența scade. Acoperirea variațiilor orare necesare ale puterii produse în SE, precum și a variațiilor mari de frecvență, se realizează prin intrarea în/scoaterea din funcțiune a unor capacități de produs energie electrică. Aceasta face ca prețul energiei plătit de către SE producătorilor să fie mai mare pe măsură ce încadrarea energiei se face la vârful graficului de sarcină. Variațiile instantanee de frecvență (de valoare mică) se compensează prin procedee de „reglare a frecvenței” pe care SE le asigură prin intervenția producătorilor de energie, ale căror servicii sunt recompensate prin plata unor bonificații. Costurile suplimentare pe care le plătește SE pentru cantitățile de energie produse în zona vârfurilor de sarcină precum și pentru reglajul de frecvență sunt recuperate de la consumatori, prin sistemele de tarifare în vigoare.For quality and safe operation, an SE power system maintains the frequency at a reference value - 50 Hz in Europe, Asia, Australia and Africa, 60 Hz in America. When the sum of the powers EP ^f supplied by all producers in the SE equals the sum of the powers ΣΡ ¹¹ requested by all users, so when EP ^f = ΣΡ ¹¹ , the frequency has the reference value. When EP ^f > ΣΡ ¹¹ the frequency exceeds the benchmark. When ΣΡ ^Γ < ΣΡ ¹¹ the frequency drops below the reference value. Compared to the standard, very small deviations are allowed. The summed electrical power of users ΣΡ ¹¹ varies during the day and is represented by the graph or daily load curve ΣΡ ¹¹ = f(t), which shows both slow variations (from the morning and evening peaks, to the night base power - the load gap, these slow variations requiring compensation of the daily load curve) as well as fast variations requiring frequency adjustment. The time variation of the summed power of energy users ΣΡ“ according to their own needs requires power balancing, i.e. the SE must adapt in real time the summed value of the supplied power ΣΡ*\ decreasing it when the frequency increases and increasing it when the frequency decreases. Covering the necessary hourly variations of the power produced in the SE, as well as the large frequency variations, is achieved by entering/decommissioning some electricity production capacities. This makes the price of energy paid by the SE to the producers higher as the energy scheduling is done at the peak of the load graph. Instantaneous frequency variations (of small value) are compensated by "frequency adjustment" procedures that SE ensures through the intervention of energy producers, whose services are rewarded by paying bonuses. The additional costs that SE pays for the amounts of energy produced in the area of load peaks as well as for frequency regulation are recovered from consumers, through the tariff systems in force.

Utilizarea în măsură tot mai mare a surselor de energie regenerabile cu puteri intermitente și impredictibile (în funcție de intensitatea vântului, respectiv gradul de solarizare) face mai dificilă echilibrarea puterilor SE. Pentru a reduce sau chiar înlătura această dificultate, metoda conform invenției modifică funcționarea anumitor utilizatori de energie electrică, care în continuare sunt denumiți utilizatori corespunzători acestei metode, sunt simbolizați Uc și pot fi de tipul soluțiilor de instalații conform invenției.The increasing use of renewable energy sources with intermittent and unpredictable powers (depending on the intensity of the wind, respectively the degree of solarization) makes it more difficult to balance SE powers. In order to reduce or even eliminate this difficulty, the method according to the invention modifies the operation of certain electricity users, which are further called users corresponding to this method, are symbolized Uc and can be of the type of installation solutions according to the invention.

Este cunoscută o metodă de reglaj a frecvenței curentului electric dintr-un sistem energetic SE, sub conducerea calculatorului Dispeceratului Sistemului Energetic DSE, prin reglarea puterii unor producători de energie electrică, precum hidroagregate de puteri mari dinA method is known for adjusting the frequency of the electric current from an SE energy system, under the control of the DSE Energy System Dispatcher's computer, by adjusting the power of some electricity producers, such as high-power hydro aggregates from

hidrocentralele HC cu lacuri de acumulare, sau grupuri bazate pe arderea de combustibil gazos. Această metodă cunoscută bazată pe HC prezintă dezavantajul că hidroagregatele care participă la reglaj sunt obligate să traverseze ades regimuri cu randamente scăzute sau chiar să funcționeze anumite durate de timp la asemenea regimuri și/sau să traverseze ades regimuri cu pierderi de debite [1, pag. 67] și/sau regimuri care generează ambalarea hidroagregatelor (ambalare care poate deteriora grav hidroagregatele și poate impune limitarea drastică a puterii maxime pe care acestea o pot livra [1, pag. 241]). Iar reglarea frecvenței cu grupuri electrogene care ard combustibil gazos, prezintă dezavantajul unui preț de cost mare.HC hydropower plants with storage lakes, or groups based on the combustion of gaseous fuel. This known method based on HC presents the disadvantage that the hydro aggregates that participate in the regulation are obliged to often cross regimes with low yields or even to operate for certain periods of time at such regimes and/or to often cross regimes with flow losses [1, page. 67] and/or regimes that generate packing of hydro units (packing that can seriously damage hydro units and impose a drastic limitation of the maximum power they can deliver [1, page 241]). And frequency regulation with generator sets that burn gaseous fuel has the disadvantage of a high cost price.

Este cunoscută o metodă de utilizare a energiei electrice numai în timpul orelor de bază, de către utilizatori cointeresați prin tarifarea corespunzătoare a energiei, precum instalații de vehiculat fluide, sau de încărcat baterii electrice. Această metodă cunoscută poate contribui la compensarea curbei zilnice de sarcină, dar prezintă dezavantajul că nu poate contribui la reglajul frecvenței și astfel se poate impune realizarea costisitoare de hidrocentrale de acumulare prin pompaj HCAP [2], [3],There is a known method of using electricity only during basic hours, by interested users through the appropriate pricing of energy, such as installations for conveying fluids, or for charging electric batteries. This known method can contribute to the compensation of the daily load curve, but it has the disadvantage that it cannot contribute to the regulation of the frequency and thus the expensive construction of HCAP pumping storage hydropower plants can be imposed [2], [3],

Scopul invenției este contribuția la reglarea descentralizată a frecvenței sistemului energetic SE a unor instalații realizate după soluții conform invenției.The purpose of the invention is to contribute to the decentralized regulation of the SE energy system frequency of some installations made according to the solutions according to the invention.

Problema pe care o rezolvă invenția este obținerea a 2 soluții de instalații care, utilizând energie de la un sistem energetic SE, vehiculează fluide sau încarcă baterii electrice reîncărcabile și totodată contribuie descentralizat la reglarea frecvenței din SE permițând, la reglarea frecvenței, atât evitarea funcționării unor mari hidroagregate la regimuri dezavantajoase, cât și reducerea utilizării costisitoare a unor grupuri electrogene bazate pe combustibil gazos.The problem that the invention solves is to obtain 2 installation solutions that, using energy from an SE energy system, transport fluids or charge rechargeable electric batteries and at the same time contribute decentralized to the frequency regulation of the SE allowing, when regulating the frequency, both to avoid the operation of some large hydro aggregates at disadvantageous regimes, as well as the reduction of the expensive use of generator sets based on gaseous fuel.

Metoda de optimizare a funcționării unui sistem energetic SE, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că utilizatorii Uc corespunzători metodei preiau intermitent de la SE energia necesară printr-o succesiune repetată continuu etapă pasivă-etapă activă, prin intermediul unor contoare inteligente de energie, astfel încât fiecare Uc să primească energie numai în intervalele de timp în care frecvența în SE este ridicată și astfel să contribuie descentralizat la reglarea frecvenței din SE, prin modularea propriei curbe de sarcină.The method for optimizing the operation of an SE energy system, according to the invention, removes the above disadvantages in that the Uc users corresponding to the method intermittently take the necessary energy from the SE through a continuously repeated sequence passive stage-active stage, by means of smart meters energy, so that each Uc receives energy only during the time intervals in which the frequency in the SE is high and thus contributes decentralized to the regulation of the frequency in the SE, by modulating its own load curve.

Prima soluție de instalație, conform invenției, vehiculează fluide pe baza utilizării de energie electrică de la sistemul energetic SE și înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că are în componență o instalație de vehiculat fluide utilizând motoare electrice, instalație eventual de tip cunoscut dar, în plus, instalația poate contribui descentralizat la reglajul frecvenței din SE căci poate fi alimentată cu energie electrică de la SE cu pauze, anume numai în intervalele de timp în care frecvența în SE depășește valoarea etalon și, deci, energia este ieftină.The first installation solution, according to the invention, circulates fluids based on the use of electricity from the SE energy system and removes the above disadvantages in that it includes a fluid circulation facility using electric motors, possibly a known type facility but, in in addition, the plant can contribute decentralized to the regulation of the SE frequency as it can be supplied with electricity from the SE intermittently, i.e. only during the time intervals when the frequency in the SE exceeds the reference value and therefore the energy is cheap.

A doua soluție de instalație, conform invenției, conține o instalație, eventual de tip cunoscut, destinată alimentării cu energie electrică de la sistemul energetic a unor bateriiThe second installation solution, according to the invention, contains an installation, possibly of a known type, intended to supply electricity from the energy system to some batteries

electrice reîncărcabile mobile (instalația având o subcomponentă care transformă curentul alternativ preluat de la sistemul energetic în curent continuu pentru alimentarea bateriilor) și înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că este alimentată cu energie electrică, după metoda conform invenției, exclusiv în intervalele de timp în care frecvența în sistemul energetic depășește sau este egală cu valoarea etalon, prin intermediul unui contor inteligent de energie care are un prag de frecvență minimă la care se deconectează instalația de la sistemul energetic și se reconectează când frecvența depășește în sus acest prag. Deci, instalația consumă numai energie electrică ieftină și, în plus, contribuie la reglajul frecvenței.electric mobile rechargeables (the installation having a sub-component that transforms the alternating current taken from the energy system into direct current for supplying the batteries) and removes the above disadvantages in that it is supplied with electrical energy, according to the method according to the invention, exclusively in the time intervals in that the frequency in the energy system exceeds or equals the reference value, by means of a smart energy meter that has a minimum frequency threshold at which the installation is disconnected from the energy system and reconnected when the frequency exceeds this threshold. So, the installation consumes only cheap electricity and, in addition, contributes to frequency regulation.

Prin aplicarea invenției se obține ca avantaj contribuția descentralizată la reglarea frecvenței din sistemul energetic SE a unor utilizatori de energie, cu ajutorul unor contoare inteligente, evitând funcționarea la regimuri dezavantajoase a unor hidroagregate de puteri mari care participă la reglajul frecvenței conform metodei de tip cunoscut cât și necesitatea participării costisitoare la echilibrarea SE a unor termoagregate.By applying the invention, the advantage is obtained of the decentralized contribution to the frequency regulation of the SE energy system of some energy users, with the help of smart meters, avoiding the operation at disadvantageous regimes of high-power hydro aggregates that participate in the frequency regulation according to the known type method and the need for expensive participation in the SE balancing of some thermal aggregates.

Chiar dacă în SE toți utilizatorii Uc conectați conform invenției la contoare inteligente au o putere electrică instalată însumată ΣΡ% relativ mică față de puterea electrică instalată însumată ΣΡ^ϋ a tuturor utilizatorilor, metoda este rentabilă, căci reglează parțial și descentralizat frecvența, facilitând reglajul centralizat, realizat prin modificarea, la comanda calculatorului Dispeceratului Sistemului Energetic DSE, a puterii electrice însumate ΣΡ^Γfurnizate de totalitatea producătorilor de energie din SE, facilitarea crescând odată cu raportul (ΣΡ%/ΣΡ“)Even if in SE all users Uc connected according to the invention to smart meters have a relatively small total installed electric power ΣΡ% compared to the total installed electric power ΣΡ ^ϋ of all users, the method is cost-effective, as it partially and decentralized regulates the frequency, facilitating centralized regulation, achieved by modifying, at the command of the DSE Energy System Dispatch computer, the total electric power ΣΡ ^Γ provided by all the energy producers in the SE, the facilitation increasing with the ratio (ΣΡ%/ΣΡ“)

Și instalațiile conform invenției au avantaje, căci toate primesc energie electrică ieftină.And the installations according to the invention have advantages, because they all receive cheap electricity.

Se dau în continuare 2 exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 și fig. 2, care reprezintă:Next, 2 examples of the invention are given, in connection with fig. 1 and fig. 2, which represents:

- fig. 1 - schema instalației pentru vehicularea de fluide;- fig. 1 - diagram of the installation for the circulation of fluids;

- fig. 2 - schema instalației pentru încărcarea unor baterii electrice reîncărcabile mobile.- fig. 2 - scheme of the installation for charging mobile rechargeable electric batteries.

Instalația pentru vehiculat fluide pe baza utilizării energiei electrice, conform invenției, funcționează optim în cadrul metodei conform invenției și conține un motor electric 1, utilizând energie electrică contorizată cu un contor inteligent de energie nefigurat. Motorul electric 1, printr-o cuplă mecanică 2, antrenează o mașină de vehiculat fluide 3 care poate fi compresor, ventilator sau suflantă dacă fluidul vehiculat este gaz, respectiv pompă, dacă fluidul este lichid. Motorul electric 1, printr-un conector electric 4, se poate conecta la sistemul energetic 5 și poate contribui descentralizat la reglajul frecvenței din sistemul energetic 5, căci poate fi alimentat cu energie electrică cu pauze, anume în intervalele de timp în care frecvența în sistemul energetic 5 depășește sau este egală cu valoarea etalon și, deci, energia este ieftină..The installation for conveying fluids based on the use of electrical energy, according to the invention, works optimally within the method according to the invention and contains an electric motor 1, using electrical energy metered with an unillustrated smart energy meter. The electric motor 1, through a mechanical coupling 2, drives a machine for conveying fluids 3 which can be a compressor, fan or blower if the transported fluid is gas, respectively a pump, if the fluid is liquid. The electric motor 1, through an electric connector 4, can be connected to the energy system 5 and can contribute decentralized to the regulation of the frequency in the energy system 5, because it can be supplied with electricity with breaks, namely during the time intervals in which the frequency in the system energy 5 exceeds or equals the reference value and therefore energy is cheap.

Instalația pentru încărcarea unor baterii electrice reîncărcabile mobile, conform invenției, funcționează optim în cadrul metodei conform invenției, conține un contor inteligent de energie nefigurat, se poate conecta la sistemul energetic 5 printr-un conector electric 6 șiThe installation for charging mobile rechargeable electric batteries, according to the invention, works optimally within the method according to the invention, contains a smart energy meter not shown, can be connected to the energy system 5 through an electrical connector 6 and

£/ care mai conține o componentă 7, care transformă curentul alternativ în curent continuu cu care alimentează bateriile electrice reîncărcabile mobile/acumulatorii electrici mobili 8, anume numai în intervalele de timp în care frecvența în sistemul energetic 5 este egală sau depășește pragul de frecvență minimă al contorului inteligent de energie nefigurat și astfel se asigură alimentarea instalației numai cu energie ieftină, precum și participarea la reglajul descentralizat al frecvenței din sistemul energetic 5.£/ which also contains a component 7, which transforms the alternating current into direct current with which it feeds the mobile rechargeable electric batteries/mobile electric accumulators 8, namely only in the time intervals in which the frequency in the energy system 5 is equal to or exceeds the minimum frequency threshold of the non-figured smart energy meter and thus ensures the supply of the installation only with cheap energy, as well as participation in the decentralized regulation of the frequency in the energy system 5.

BibliografiaREFERENCES

1. Voia, I. (coordonator) ș.a. - „O cometă în industria reșițeană - Institutul de Cercetare și Proiectare pentru Echipamente Hidroenergetice 1966-1991”, edit. Politehnica Timișoara, 2011, ISBN 978-606-554-260-0;1. Voia, I. (coordinator) et al. - "A comet in the Resisi industry - Research and Design Institute for Hydropower Equipment 1966-1991", edit. Timisoara Polytechnic, 2011, ISBN 978-606-554-260-0;

2. www.energie.gov.ro Ministerul Energiei - „Strategia energetică a României 2019-2030, cu perspectiva anului 2050”;2. www.energie.gov.ro Ministry of Energy - "Energy Strategy of Romania 2019-2030, with the perspective of 2050";

3. www.cnp.ro Comisia Națională de Strategie și Prognoză - „Studiul de Fundamentare Centrala de Acumulare prin Pompaj Tarnița- Lăpuștești”, București, 2019.3. www.cnp.ro National Strategy and Forecast Commission - "Study of the Central Foundation of Accumulation through the Tarnița-Lăpuștești Pumping Station", Bucharest, 2019.

Claims

1. Method for optimizing the operation of an energy system, characterized by the fact that it applies only to certain energy users, hereinafter referred to as users corresponding to this method and symbolized by Uc. The installations according to claims 2 and 3 can be users Uc, but also other users of electricity that do not present disadvantages if they are supplied with energy intermittently, namely only when the frequency exceeds a certain value. Each user Uc is metered by a smart energy meter (not shown) which has a minimum frequency threshold at which Uc is disconnected from the energy system, and after disconnection, during the entire next time interval in which the frequency value remains below this threshold , the respective Uc does not actually work, not being supplied with energy, this time interval therefore constituting a passive stage; when this threshold is exceeded by the frequency value in the energy system, Uc is reconnected to the energy system and after reconnection, in the entire next time interval in which the frequency value is maintained above this threshold, the respective Uc actually works, this time interval constituting so an active stage. Thus, through the continuously repeated sequence passive stage-active stage, each Uc takes energy only in the time intervals in which the frequency exceeds or is equal to the threshold mentioned above, so it takes all the necessary energy when in the energy system energy is cheap and, at the same time, participates in the decentralized regulation of the frequency, by modulating its own load curve, and as a cumulative effect of the operation of all Uc in the respective energy system, decreasing the power taken by all users - including, but not exclusively, Uc users - when the frequency is low and increasing this power when the frequency is increased.

2. Installation for conveying fluids based on the use of electrical energy, characterized in that it works optimally within the method of claim 1 and contains an electric motor (1) using electrical energy metered with a smart energy meter (not shown). The electric motor (1), through a mechanical coupling (2), drives a machine for conveying fluids (3) which can be a compressor, fan or blower if the transported fluid is gas, respectively a pump, if the fluid is liquid. depending on the value of the installed flow, the vehicle to be transported

fluid (3) may have a tap (not shown) or a valve (not shown) on discharge and possibly also on suction. The electric motor (1), through an electric connector (4), can be connected to the energy system (5) and can contribute decentralized to the regulation of the frequency in the energy system (5), since it can be supplied with electricity intermittently, namely only in the time intervals when the frequency in the energy system (5) exceeds or equals the reference value and, therefore, the energy is cheap. And to be able to contribute decentralized to the frequency regulation, while also operating safely, each electric motor (1), if it is asynchronous, has a protection system, based on temperature sensors (not shown), a known system in itself which, regardless of the frequency value , does not allow the engine to be restarted until it has cooled down, a condition fulfilled only after a certain time since the last shutdown. This protection is required because the asynchronous motor, presenting a starting current several times higher than the rated current, at start-up produces a sudden heating of the motor, heating which, if superimposed on a residual heating, risks burning the motor.

3. Installation for charging mobile rechargeable electric batteries/mobile rechargeable electric accumulators, characterized in that it works optimally within the method of claim 1, contains a smart energy meter (not shown), can be connected to the energy system (5) via - an electrical connector (6) also contains a component (7), which transforms the alternating current into direct current with which it supplies the mobile rechargeable electric batteries/mobile electric accumulators (8), namely only during the time intervals in which the frequency in the energy system (5) is equal to or exceeds the minimum frequency threshold of the smart energy meter (not shown) and thus ensures the supply of the installation with cheap energy, as well as participation in the decentralized frequency regulation in the energy system (5).