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Sistema híbrido de alimentación
La disminución de las fuentes de energía tradicionales y la tendencia a aumentar la eficiencia energética están obligando a las personas a buscar métodos cada vez más sofisticados para utilizar fuentes de energía tradicionales y no tradicionales. Los sistemas híbridos de suministro de energía se han vuelto muy populares recientemente. Incluyen el uso de diversas fuentes de energía. La energía eléctrica se genera utilizando paneles fotovoltaicos solares, turbinas eólicas u otros sistemas de conversión.
La generación de energía térmica para sistemas de calefacción, suministro de agua caliente y procesos tecnológicos se lleva a cabo utilizando colectores solares (plano y tubular vacío), sistemas geotérmicos, así como otros convertidores de energía térmica. La combinación de diferentes fuentes de energía renovable no es sólo la presencia de elementos tales como colectores solares, paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas, bombas de calor, sino también el uso de un único sistema de control para asegurar el funcionamiento eficiente de estos elementos, que constituye la base de un sistema de suministro de energía híbrida más estable.
Para el uso eficiente de un sistema híbrido de suministro de energía mediante fuentes de energía renovables, es necesario coordinar la intensidad del suministro de diferentes tipos de energía con el consumo de consumidores sobre la base de la vigilancia de la información y la gestión actuales realizadas por un solo sistema basado en microcontroladores o computadoras personales.
Este artículo analiza la experiencia de crear sistemas híbridos de suministro de energía como resultado de la cooperación internacional entre investigadores polacos y ucranianos en el campo de la energía renovable.
Desde el lado polaco se desarrolló un sistema híbrido de suministro de agua caliente del complejo hotelero. Asistieron al desarrollo empleados de la Universidad de Ciencias de la Vida de Varsovia (SGW) y la Universidad de Tecnología de Lublin.
Este sistema entró en funcionamiento en 1998. Este sistema híbrido utiliza energía eléctrica de la red externa, energía solar, energía geotérmica y una caldera de gas. El sistema híbrido es controlado y controlado por el controlador Siemens PLC S7-300 de acuerdo con los algoritmos operativos desarrollados.
El sistema híbrido de suministro de agua caliente consta de varios segmentos independientes: coleccionistas tubulares planos y vacíos, una bomba de calor de compresión de vapor con una fuente primaria de calor bajo potencial y un tanque de almacenamiento térmico con un volumen de 2 m3. El esquema de tal sistema se presenta en Fig. 1. El sistema híbrido incluye también una caldera de gas y calentadores eléctricos de agua, que proporcionan energía térmica al complejo hotelero en caso de falta de energía de fuentes renovables.
Arroz. 1. Sistema híbrido de suministro de calor: coleccionistas tubulares de vacío con una superficie total de 6 m2; tanque de almacenamiento de agua con una capacidad de 0,3 m3 con dos intercambiadores de calor; depósito principal de almacenamiento para agua con una capacidad de 1 m3; intercambiador de calor de placa principal con una capacidad de 12,5 kW; tanque de almacenamiento con una capacidad de 2 m3; tanque adicional de almacenamiento de calor auxiliar; colectores solares planos Otros símbolos denotan: medidores de electricidad, sensores de temperatura y flujo, bomba de circulación, válvula de tres vías, piranometro. El segmento de colectores solares planos (Figura 2) consta de 20 paneles con una superficie total de detección de 40 m2 de terreno con orientación estacionaria al sur. Se utiliza como fuente de calor principal para agua caliente en un tanque de almacenamiento con una capacidad de 1 m3 y auxiliar - 2 m3, que se utiliza como un dispositivo de almacenamiento de energía de una bomba de calor.
Arroz. 2. segmentos solares en un sistema híbrido. Debido al uso de la solución de glicol como refrigerante en el sistema solar, los tanques de agua caliente están separados de los colectores solares por intercambiadores de calor de placas.
El segmento de coleccionistas tubulares de vacío basado en tuberías de calor consta de 60 tuberías con una superficie total de absorción de 6 m2. Estos coleccionistas están montados en el techo de la carcasa auxiliar, con un ángulo de inclinación de 40° y una orientación suroeste (figura 2). Este segmento está conectado a un tanque de batería de 0,3 m3 con dos intercambiadores de calor internos, conectado en serie a un tanque de batería principal de 1 m3. Uno de los intercambiadores de calor se utiliza para mantener la temperatura utilizando una caldera de gas.
La naturaleza estocástica de la radiación solar causa una variación significativa en el volumen de producción de energía térmica en los coleccionistas. Este cambio se aplica a horas específicas en el día o en días específicos de la semana y la temporada. Para estabilizar la producción de energía térmica se utiliza una bomba de calor de compresión de vapor de un sistema geotérmico con una potencia nominal de 12,5 kW con sondas verticales de suelo.
El intercambiador vertical de calor de suelo está hecho con una tubería de polietileno con un diámetro de 40 mm, hecha en forma de un bucle doble en forma de U instalado en 6 pozos con una profundidad de 30 m cada uno. La longitud total del oleoducto es de 360 m en forma de dos ramas paralelas de 180 m. La bomba de calor garantiza la producción de agua caliente con una temperatura de 50 ° C.
Como fuente de reserva de energía térmica, se utiliza una caldera de gas, que cubre la falta de energía térmica en caso de exceso del consumo de energía del sistema de suministro de agua caliente de la energía total de los colectores solares y una bomba de calor. En la práctica, esto se observa sólo en el período de invierno del año.
El sistema híbrido descrito está equipado con un amplio sistema de medición que proporciona monitorización de la información, que incluye el registro constante de lecturas de sensores en todos los nodos del sistema, donde se producen conversión, transporte y intercambio de calor, así como la creación de una base de datos y conocimientos. Esta base de datos se utiliza para realizar pronósticos a corto plazo del sistema. También se pueden utilizar para desarrollar métodos para diagnosticar la eficiencia energética de los sistemas de energía térmica. El control y regulación de los parámetros del sistema híbrido se llevaron a cabo remotamente utilizando Internet.
La intensidad de radiación solar se mide utilizando dos piranometros para la medición en ambos planos de coleccionistas: uno para coleccionistas planos y otro para tubulares. Estos piranometros pertenecen a ISO Class II, y su precisión es suficiente para aplicaciones operativas.
En 2011, el sistema fue modernizado, en particular, el sistema de medición y control fue cambiado, se instalaron bombas de circulación intercambiables y válvulas electromagnéticas controladas (Figura 3).
Arroz. 3. El esquema de control del sistema híbrido modernizado: D - válvulas de mano, E - válvulas eléctricas, EP - válvula de tres vías, P - bombas de circulación. Un único controlador se utiliza para controlar todo el sistema. Recibe información directamente de los reguladores controlados e indirectamente de los sensores de medición, desde el estado actual de los insumos externos (por ejemplo, radiación solar, temperatura ambiente) y la corriente actual de agua caliente (figura 4). También realiza análisis de datos y controla válvulas electromagnéticas. El algoritmo de control también se puede cambiar remotamente (a través de Internet).
Arroz. 4. El principio modernizado del control del sistema híbrido. Además, el sistema actualizado para la visualización y almacenamiento de datos utiliza el software SCADA (WinCC), que se implementa en Windows en un ordenador personal. El ordenador se comunica con el controlador a través de la tarjeta CP5611 Profibus.
Arroz. 5 muestra la interfaz de pantalla principal del sistema actualizado.
Arroz. 5. La interfaz de pantalla principal para el sistema de vigilancia actualizado. La modernización del sistema permitió realizar una identificación dinámica de todos los componentes de los dispositivos, desarrollar los algoritmos correctos del sistema. Los resultados de la simulación nos permiten desarrollar un algoritmo de control conveniente que asegura pérdidas mínimas en el uso de fuentes de energía renovable.
En el marco de la cooperación bilateral entre las universidades de Polonia y Ucrania, así como para obtener una evaluación comparativa de la eficacia de los sistemas híbridos en diferentes condiciones climáticas, se realizó una instalación similar en el laboratorio de fuentes de energía renovables del Departamento de Energía de la Universidad Nacional de Lviv en 2005.
La instalación incluye: un sistema de agua caliente solar térmica, construido sobre la base de dos colectores planos con una superficie total de 3,76 m2; una bomba de calor con una capacidad de 15 kW de tipo suelo con cuatro colectores horizontales y dos sondas verticales con una profundidad de 50 m; una planta de energía eólica con una capacidad de 5,7 kW; una planta fotovoltaica con una capacidad de 100 W, construida sobre la base de dos paneles solares de seguimiento.
La visión general de los elementos del sistema híbrido desarrollado y montado en Lviv NAU se muestra en Fig. 6.
Arroz. 6. Tipo general de componentes del sistema híbrido de suministro de energía eléctrica del laboratorio de energía renovable. Se utilizaron hardware y software de instrumentos nacionales para supervisar el funcionamiento, procesamiento y almacenamiento del sistema, en particular la unidad I/O USB-6008 NI y el entorno de software LabVIEW.
En Fig se muestra un fragmento de la ventana de trabajo del panel frontal y el código del programa (marca del bloque) del sistema de monitoreo de la bomba de calor. 7.
Arroz. 7. Fragmento de la ventana de trabajo del panel delantero y el código del programa (marca del bloque) del sistema de monitoreo para la bomba de calor. publicado por D. Voitsitsitska-Migasyuk, A. Khokhovsky, S. Sirotyuk
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Fuente: alternativenergy.ru
La generación de energía térmica para sistemas de calefacción, suministro de agua caliente y procesos tecnológicos se lleva a cabo utilizando colectores solares (plano y tubular vacío), sistemas geotérmicos, así como otros convertidores de energía térmica. La combinación de diferentes fuentes de energía renovable no es sólo la presencia de elementos tales como colectores solares, paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas, bombas de calor, sino también el uso de un único sistema de control para asegurar el funcionamiento eficiente de estos elementos, que constituye la base de un sistema de suministro de energía híbrida más estable.
Para el uso eficiente de un sistema híbrido de suministro de energía mediante fuentes de energía renovables, es necesario coordinar la intensidad del suministro de diferentes tipos de energía con el consumo de consumidores sobre la base de la vigilancia de la información y la gestión actuales realizadas por un solo sistema basado en microcontroladores o computadoras personales.
Este artículo analiza la experiencia de crear sistemas híbridos de suministro de energía como resultado de la cooperación internacional entre investigadores polacos y ucranianos en el campo de la energía renovable.
Desde el lado polaco se desarrolló un sistema híbrido de suministro de agua caliente del complejo hotelero. Asistieron al desarrollo empleados de la Universidad de Ciencias de la Vida de Varsovia (SGW) y la Universidad de Tecnología de Lublin.
Este sistema entró en funcionamiento en 1998. Este sistema híbrido utiliza energía eléctrica de la red externa, energía solar, energía geotérmica y una caldera de gas. El sistema híbrido es controlado y controlado por el controlador Siemens PLC S7-300 de acuerdo con los algoritmos operativos desarrollados.
El sistema híbrido de suministro de agua caliente consta de varios segmentos independientes: coleccionistas tubulares planos y vacíos, una bomba de calor de compresión de vapor con una fuente primaria de calor bajo potencial y un tanque de almacenamiento térmico con un volumen de 2 m3. El esquema de tal sistema se presenta en Fig. 1. El sistema híbrido incluye también una caldera de gas y calentadores eléctricos de agua, que proporcionan energía térmica al complejo hotelero en caso de falta de energía de fuentes renovables.
Arroz. 1. Sistema híbrido de suministro de calor: coleccionistas tubulares de vacío con una superficie total de 6 m2; tanque de almacenamiento de agua con una capacidad de 0,3 m3 con dos intercambiadores de calor; depósito principal de almacenamiento para agua con una capacidad de 1 m3; intercambiador de calor de placa principal con una capacidad de 12,5 kW; tanque de almacenamiento con una capacidad de 2 m3; tanque adicional de almacenamiento de calor auxiliar; colectores solares planos Otros símbolos denotan: medidores de electricidad, sensores de temperatura y flujo, bomba de circulación, válvula de tres vías, piranometro. El segmento de colectores solares planos (Figura 2) consta de 20 paneles con una superficie total de detección de 40 m2 de terreno con orientación estacionaria al sur. Se utiliza como fuente de calor principal para agua caliente en un tanque de almacenamiento con una capacidad de 1 m3 y auxiliar - 2 m3, que se utiliza como un dispositivo de almacenamiento de energía de una bomba de calor.
Arroz. 2. segmentos solares en un sistema híbrido. Debido al uso de la solución de glicol como refrigerante en el sistema solar, los tanques de agua caliente están separados de los colectores solares por intercambiadores de calor de placas.
El segmento de coleccionistas tubulares de vacío basado en tuberías de calor consta de 60 tuberías con una superficie total de absorción de 6 m2. Estos coleccionistas están montados en el techo de la carcasa auxiliar, con un ángulo de inclinación de 40° y una orientación suroeste (figura 2). Este segmento está conectado a un tanque de batería de 0,3 m3 con dos intercambiadores de calor internos, conectado en serie a un tanque de batería principal de 1 m3. Uno de los intercambiadores de calor se utiliza para mantener la temperatura utilizando una caldera de gas.
La naturaleza estocástica de la radiación solar causa una variación significativa en el volumen de producción de energía térmica en los coleccionistas. Este cambio se aplica a horas específicas en el día o en días específicos de la semana y la temporada. Para estabilizar la producción de energía térmica se utiliza una bomba de calor de compresión de vapor de un sistema geotérmico con una potencia nominal de 12,5 kW con sondas verticales de suelo.
El intercambiador vertical de calor de suelo está hecho con una tubería de polietileno con un diámetro de 40 mm, hecha en forma de un bucle doble en forma de U instalado en 6 pozos con una profundidad de 30 m cada uno. La longitud total del oleoducto es de 360 m en forma de dos ramas paralelas de 180 m. La bomba de calor garantiza la producción de agua caliente con una temperatura de 50 ° C.
Como fuente de reserva de energía térmica, se utiliza una caldera de gas, que cubre la falta de energía térmica en caso de exceso del consumo de energía del sistema de suministro de agua caliente de la energía total de los colectores solares y una bomba de calor. En la práctica, esto se observa sólo en el período de invierno del año.
El sistema híbrido descrito está equipado con un amplio sistema de medición que proporciona monitorización de la información, que incluye el registro constante de lecturas de sensores en todos los nodos del sistema, donde se producen conversión, transporte y intercambio de calor, así como la creación de una base de datos y conocimientos. Esta base de datos se utiliza para realizar pronósticos a corto plazo del sistema. También se pueden utilizar para desarrollar métodos para diagnosticar la eficiencia energética de los sistemas de energía térmica. El control y regulación de los parámetros del sistema híbrido se llevaron a cabo remotamente utilizando Internet.
La intensidad de radiación solar se mide utilizando dos piranometros para la medición en ambos planos de coleccionistas: uno para coleccionistas planos y otro para tubulares. Estos piranometros pertenecen a ISO Class II, y su precisión es suficiente para aplicaciones operativas.
En 2011, el sistema fue modernizado, en particular, el sistema de medición y control fue cambiado, se instalaron bombas de circulación intercambiables y válvulas electromagnéticas controladas (Figura 3).
Arroz. 3. El esquema de control del sistema híbrido modernizado: D - válvulas de mano, E - válvulas eléctricas, EP - válvula de tres vías, P - bombas de circulación. Un único controlador se utiliza para controlar todo el sistema. Recibe información directamente de los reguladores controlados e indirectamente de los sensores de medición, desde el estado actual de los insumos externos (por ejemplo, radiación solar, temperatura ambiente) y la corriente actual de agua caliente (figura 4). También realiza análisis de datos y controla válvulas electromagnéticas. El algoritmo de control también se puede cambiar remotamente (a través de Internet).
Arroz. 4. El principio modernizado del control del sistema híbrido. Además, el sistema actualizado para la visualización y almacenamiento de datos utiliza el software SCADA (WinCC), que se implementa en Windows en un ordenador personal. El ordenador se comunica con el controlador a través de la tarjeta CP5611 Profibus.
Arroz. 5 muestra la interfaz de pantalla principal del sistema actualizado.
Arroz. 5. La interfaz de pantalla principal para el sistema de vigilancia actualizado. La modernización del sistema permitió realizar una identificación dinámica de todos los componentes de los dispositivos, desarrollar los algoritmos correctos del sistema. Los resultados de la simulación nos permiten desarrollar un algoritmo de control conveniente que asegura pérdidas mínimas en el uso de fuentes de energía renovable.
En el marco de la cooperación bilateral entre las universidades de Polonia y Ucrania, así como para obtener una evaluación comparativa de la eficacia de los sistemas híbridos en diferentes condiciones climáticas, se realizó una instalación similar en el laboratorio de fuentes de energía renovables del Departamento de Energía de la Universidad Nacional de Lviv en 2005.
La instalación incluye: un sistema de agua caliente solar térmica, construido sobre la base de dos colectores planos con una superficie total de 3,76 m2; una bomba de calor con una capacidad de 15 kW de tipo suelo con cuatro colectores horizontales y dos sondas verticales con una profundidad de 50 m; una planta de energía eólica con una capacidad de 5,7 kW; una planta fotovoltaica con una capacidad de 100 W, construida sobre la base de dos paneles solares de seguimiento.
La visión general de los elementos del sistema híbrido desarrollado y montado en Lviv NAU se muestra en Fig. 6.
Arroz. 6. Tipo general de componentes del sistema híbrido de suministro de energía eléctrica del laboratorio de energía renovable. Se utilizaron hardware y software de instrumentos nacionales para supervisar el funcionamiento, procesamiento y almacenamiento del sistema, en particular la unidad I/O USB-6008 NI y el entorno de software LabVIEW.
En Fig se muestra un fragmento de la ventana de trabajo del panel frontal y el código del programa (marca del bloque) del sistema de monitoreo de la bomba de calor. 7.
Arroz. 7. Fragmento de la ventana de trabajo del panel delantero y el código del programa (marca del bloque) del sistema de monitoreo para la bomba de calor. publicado por D. Voitsitsitska-Migasyuk, A. Khokhovsky, S. Sirotyuk
P.S. Y recuerden, simplemente cambiando nuestro consumo – juntos cambiamos el mundo!
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Fuente: alternativenergy.ru
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