供能系统的控制器技术方案

本发明专利技术涉及包含储能单元和产能单元的供能系统。根据本发明专利技术的控制方法较为有利地允许基于系统所能提供的能量通量以及系统外部要求的能量通量计算供能系统的运作成本。可事先对前述参数的全部可能值计算运作成本。计算出的参数可储存在执行本发明专利技术方法的设备内的阵列中。本发明专利技术的方法允许运作供能系统以确保在任何时刻储存单元都能提供预定（非零）量的能量通量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于运作和控制供能系统的方法和设备，尤其是包括储能单元和产能单元的系统。储能单元能储存某些形式的能量以供将来释放。它们能储存例如热能、机械能、化学能、重力能或电能。它们可以是例如电池；或者它们能储存例如热能并可以是例如基于相变材料的热能储存系统或地下热能储存系统。产能单元可使用例如矿物燃料、电能或可再生能源(例如太阳能、风能、水能、在大楼室内捕获的环境热或冷)以产生能量。产能单元的示例为大楼的气体加热器或车辆的柴油机。可使用将通过储能单元释放的能量和直接由产能单元直接产生的能量结合的这类供能系统以运行车辆和大楼的制热和/或制冷。
技术介绍
作为一种形式的储能单元，热能储存系统可包括用于储存热能的介质，该介质可储存热能长达一限定时间段。热能可以是热量和/或冷量。某一具体应用是通过地下热能储存系统(UTESQ形成的，UTESS包括能储存巨量热能的大型地下容积。如果该系统在夏季储备了过量的热和在冬季储备了过量的冷，它就能胜任对大楼全年的空气调节。本质上，它可在季节之间交换冷与热。一种地下储存场可例如包括以正方形或圆形网眼钻凿出的大约100个孔眼。每个孔眼可以大约120米深。每个孔眼可包括液体环路，该液体充当热能的载体(例如水)。孔眼可进一步填充以具有良好热导率的灌浆材料(例如膨润土)。每个孔眼因此可形成载体液体和地下物质之间的地下热交换器。地下热能储存系统可用于大楼的制热和制冷，尤其是大型办公大楼。在冬季，热泵可从场汲取热量并以低能耗和高能效升温至大约40°C。在夏季，可使用地下场的低温来起到制冷的作用。地下热能储存系统可降低这些大楼的制热和制冷的成本并进一步帮助减少二氧化碳排放。地下热能储存系统大多数可与在本实施例中作为产能单元的传统加热和空气调节系统(例如气体加热和电气冷却)互补，从而降低空气调节的运作成本。然而，储存在地下场内的热能是有限的。因此，必须采取措施以避免耗尽地下场， 从而允许全年顺畅运作。如果地下场温度变得高于例如12°c的预定温度，则对大楼制冷来说它可能过热。同样，如果地下场的温度落到例如0°C的预定温度之下，则供热可变得更为曰虫印贝。专利申请JP2006-292310披露一种地下热能储存系统，其中设定地下场的温度限值以防止地下温度变得过高或过低以使运作不能。当达到场温度的限值时，运作中止以允许恢复。然而，当UTESS的运作中止时，传统加热/空气调节(HAC)设备必须提供全部热能以对大楼进行空气调节。这导致运作的经济成本增高。此外，必须设计传统HAC设备以能提供全部的热能量要求，这产生大型和昂贵的系统。作为另一种形式的储能单元，电池可储存能转换成电能的能量。它们可与例如汽车内的例如汽油或柴油或生物柴油引擎的矿物燃料马达——即本文定义的产能单元—— 结合使用，。在该具体实施例中，如果在旅途过程中电池全部用完，则需要设计引擎以确保结束旅途前汽车所需的全部能量，这导致大功率和昂贵的引擎。专利技术目的本专利技术旨在提供克服现有技术方法和设备的缺陷的用于控制供能系统的方法和设备。具体地说，本专利技术的一个目的是提供保证储能单元连续运作的方法和设备。本专利技术的附加或替代目的是提供用于运作供能系统且降低总运作成本的方法和设备。本专利技术的另一附加或替代目的是提供用于控制供能系统的方法和设备，它允许设计更为紧凑的供能系统。
技术实现思路
本专利技术的至少一个目的是通过提供如所附权利要求书中阐述的运作供能系统的方法来满足的。根据本专利技术的控制方法较为有利地允许在给定的控制条件下估计或计算储能单元的运作成本，所述控制条件例如为可由单元提供的能量和系统外部要求的能量。可事先对前述或其它参数的全部可能值计算运作成本。计算出的参数可存储在执行本专利技术方法的设备内的阵列中。在地下热能储存系统的情形下，另一条件在于系统能够工作的最佳温度范围。在一些实施例中，本专利技术的方法允许运作供能系统以确保在任何时刻储存单元都都能提供预定(非零)量的能量。本专利技术的其它目的可通过提供所附权利要求书中阐述的用于控制供能系统的设备来满足。附图说明所有附图关联于储能单元是地下热能储存系统的特定实施例。图1在最上方的图例中表示一个示例的合成数据和模型值。在下侧的图例中示出预测误差。图2示出动态编程算法的一个例子。图3示出成本函数的模拟演化。图4示出二月内的一周的模拟控制法则。白色表示违背约束。图5示出当采用本专利技术的控制方法时由地下热能储存系统提供的热能通量的模拟演化。具体实施方式本专利技术总体涉及所有类型的供能系统，包括储能单元和产能单元。储能单元的示例包括例如用于使汽车引擎冷却液保持在要求温度范围(例如对于频繁作出启动/制动的汽车引擎)的汽车内热能储存系统、用于冷却微处理器的计算机内热能储存系统、加工机内的热能储存系统；储能单元的其它示例包括电池，例如可通过例如发电机在制动时充电的汽车内的电池或用于与例如核电站的电站结合的泵储存机制。各种类型的储能系统和方法——例如热能、机械能、化学能或电能储存方法和系统——包含在本专利技术的范围内。本专利技术以地下热能储存系统为例阐述并且本专利技术的一个特定实施例是地下热能储存系统。本专利技术不限于此。本专利技术的这个方面的优选实施例在下文中在地下热能储存系统的领域内予以说明。大楼的全局HAC系统可包括两段首先，作为产能单元的传统制热/制冷装置，它包括燃气锅炉和耗电冷却器；其次，作为储能单元的地下热能储存系统，它包括耦合于热交换器和热泵的地下场。在冬季，多数热量从场中被抽走。这使场冷却并因此为夏季作准备，那时需要大部分地冷却。在夏季，则发生相反的情况。典型地下储存场可设计成能在每个季节输送预定量的热能(热/冷)。然而，这只有在尚未越过温度界限的情形下才得到保证。因此，本专利技术的控制方法/设备的第一特性可将场保持在一给定温度范围内。该温度范围可随时间(周、月、季节等)改变。较佳地将另外两种复杂因素考虑在内。(i)天气变化可使以每日或每周为基础的大楼热能需求预测成为难以执行的任务。只有在季节的尺度上，才可能提供需要的合理估计。因此，本专利技术的控制方法/设备的第二特性在于，它们优选地能应付需求面的随机变化。(ii)优选的第三性质在于，本专利技术的控制方法/设备能以可能的最低成本调整大楼的温度。这可通过优化传统HAC装置和耦合于储存场的热泵之间的选择来实现。根据专利技术人的经验，数种可能的算法看上去适用于这个目的，这些算法是凸规划 (convexoptimization)算法或间接方法、非线性模型预测控制和动态编程。当前实施例示出后一种算法的实现，因为其优势在于全部计算可离线地进行，即在控制方法/设备可运作之前事先进行。这很大程度地利于控制方法/设备的实际安装现场不需要强大的计算机能力并且在停电时造成较少的启动问题。根据本专利技术的控制方法和设备因此优选地允许安装HAC装置，该HAC装置包括相比现有技术而言较小的地下场以及较小的传统装置。此外，它们可确保提供要求的热和冷。令人吃惊地，在某些情况下，本专利技术的控制方法/设备可从场汲取热或冷，即使大楼并不需要这个。如将会变得清楚的那样，该运作策略可能是制热/制冷的最有经济效率的方法。下文中阐述根据本专利技术的控制方法的实现例。首先，为地下选择一模型。该模型允许预测由于给定运作策略引起的地下温度变化。可使用相对简单的模本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种运作包括储能单元和产能单元的供能系统的方法，所述方法包括以下步骤：－预定所述供能系统将发挥作用的时间帧；以及－控制由储能单元提供的能量以保证在所述预定时间帧的任何时刻所述储能单元适合供能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·梵贝尔，
申请(专利权)人：威拓股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BE