Интеллектуальный электронный интерфейс для модуля хранения тепловой энергии и способы торговли сохраненной тепловой энергией и хранилищами тепловой энергии Российский патент 2018 года по МПК H02J3/14 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к модулю интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса для модуля хранения тепловой энергии.

Кроме этого изобретение относится к модулю хранения тепловой энергии, содержащему модуль интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса.

Дополнительно, изобретение относится к сети модулей хранения тепловой энергии.

Изобретение также относится к способу ведения коммерческой деятельности, включающему торговлю сохраненной тепловой энергией и хранилищами тепловой энергии.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство хранения энергии становится все более важной частью общей распределенной системы, которую в целом называют "интеллектуальной энергосетью". Первичной целью программ интеллектуальных сетей является снижение пиковой электрической нагрузки на объединенную энергосистему посредством интеллектуального распределенного управления промышленными и бытовыми приборами.

В современной конфигурации сети в системе практически отсутствует значительное устройство хранения энергии, что означает, что производство энергии должно постоянно очень точно соответствовать потреблению для того, чтобы поддерживать уровни напряжения и другие показатели качества электроэнергии в пределах установленных допусков. Тем не менее, повышенная нагрузка на сеть, еще более значительные дневные/ночные колебания между базовой нагрузкой и пиковой нагрузкой и другие факторы, такие как слабо прогнозируемая прерывистость возобновляемых источников энергии (например, ветра и фотоэлектрической энергетики), в сочетании приводят к повышению сложности обеспечения соответствия производства энергии и спроса на нее.

Также точное обеспечение соответствия производства энергии и спроса требует использования высокочувствительной электростанции, которую можно ввести в эксплуатацию в очень короткий срок, и главный недостаток этого заключается в том, что предельная стоимость эксплуатации подобной станции намного выше предельной стоимости эксплуатации менее чувствительных способов производства энергии. Кроме того, в данные пиковые моменты электрораспределительные компании должны задействовать все возможные ресурсы для распределения данного пикового потребления, в то время как сама сеть обладает уменьшающейся емкостью из-за нагрева (перегрева).

Более того, потери передачи увеличиваются как с повышением окружающей температуры, так и при превышении емкости, что из-за высокой потребляемой мощности систем HVAC на охлаждение в жаркие периоды означает, что эффективность передачи является наименьшей примерно в то же время, когда спрос на электроэнергию достигает своего максимума.

В будущие десятилетия ожидают не снижения глобального использования электроэнергии, но его роста в соответствии с увеличением населения и финансового благополучия, а также других социально-экономических и промышленных факторов.

Таким образом, снижения пиковой нагрузки можно достичь лишь путем смещения во времени передачи электроэнергии от времени пиковой нагрузки к периодам меньшей нагрузки. Тем не менее, возможности для смещения потребления во времени ограничены моделями и привычками социального использования, которые при совместном рассмотрении препятствуют высокоэффективному выравниванию потребления в течение 24-часового цикла дня и ночи.

Дополнительная проблема заключается в том, что новые микроисточники электроэнергии, такие как бытовые воздушные турбины и солнечные батареи, подают энергию непосредственно в сеть, которая никогда не была рассчитана на это.

Сочетание данных факторов создает насущную потребность в эффективном, чувствительном, распределенном и удаленно управляемом устройстве хранения энергии, позволяющем разделять время производства энергии и время ее потребления.

Ниже описано несколько примеров попыток решения данной потребности.

Один из примеров представляет собой соединение больших парков фотоэлектрической энергетики и ветровых парков с гидроузлами, где ветровые турбины или солнечные батареи непосредственно приводят водяные насосы для перекачки воды в резервуары большого объема. Распространенной проблемой в данном случае является транспортировка электроэнергии и ограниченная емкость.

Другим примером являются компании, такие как Powertank, предоставляющие решения для хранения энергии, произведенной микроисточниками. Резервуар с материалами с легким переходом из одной фазы в другую (РСМ) позволяет хранить тепло, образованное тепловым насосом или солнечным водонагревателем, и использовать его позже для обогрева здания. Тем не менее, проблема заключается в том, что емкость очень ограничена.

Другим примером являются компании, такие как Ice-energy, предоставляющие односторонне направленные решения (например, US 2009093916). Они предоставляют модули хранения энергии, которые изготавливают лед по ночам. В пиковые моменты энергетическая компания отказывается от использования крупных групп HVAC и использует холод, сохраненный в виде льда для охлаждения здания. Энергетическая компания избегает использования дорогих пиковых электростанций, и оператор энергосети просто отключает пиковые нагрузки. Тем не менее, управление модулем хранения тепловой энергии остается односторонне направленным, из-за чего использование преимуществ хранения тепловой энергии может быть осуществлено лишь на стороне конечного потребителя.

Учитывая вышеизложенное, цель настоящего изобретения заключается в предоставлении модуля интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса для модуля хранения тепловой энергии, при этом модуль хранения тепловой энергии содержит модуль интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса, сети модулей хранения тепловой энергии и способов ведения коммерческой деятельности, включающих торговлю сохраненной тепловой энергией и хранилищами тепловой энергии, преодолевающих вышеописанные проблемы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

В первом варианте осуществления согласно настоящему изобретению предоставлен модуль программируемого интеллектуального управляющего и коммуникационного интерфейса, обеспечивающий адаптивное управление, а также интерфейс, работающий в почти реальном времени, между модулем хранения тепловой энергии и различными компонентами. Коммуникация осуществляется посредством двунаправленных цифровых протоколов, работающих по каналом фиксированной и/или беспроводной связи. Стандартные, проприетарные управляющие протоколы и управляющие протоколы с открытым доступом могут быть использованы для реализации данных функций. Модули интеллектуальных управляющих и коммуникационных интерфейсов могут обеспечить совместное и приоритетное управление устройством хранения энергии двумя или более сторонами, и данные приоритеты адаптированы динамическим образом, а ответ на динамически изменяющиеся потребности различных сторон. Модуль программируемого интеллектуального управляющего и коммуникационного интерфейса позволяет различным лицам определять и приспосабливать свои действия в зависимости от состояния модулей хранения тепловой энергии.

Обеспечение двусторонней коммуникации и интерфейса обычно осуществляется между модулем хранения и системой управления зданием (BMS), интерфейсами интеллектуальной энергосети, интеллектуальными счетчиками, локальными датчиками и блокировочными приспособлениями, связанными с климатическим контролем и безопасностью. Каждый из данных компонентов образует узел в пределах большой сети, при этом другие узлы, расположенные на других иерархических уровнях, как правило, будут иметь доступ к нему и управлять им. Вся данная система по существу образует так называемую "интеллектуальную энергосеть".

Передаваемая и получаемая информация обычно может содержать: данные относительно текущего состояния емкости хранилища (полное или пустое, текущая скорость зарядки/разрядки); данные относительно текущего и ожидаемого/прогнозируемого энергопотребления в месте расположения хранилища; текущие и ожидаемые местные тарифы на электроэнергию; запросы на хранение тепловой энергии или на выпуск тепловой энергии; коды приоритетов для определения относительной важности различных запросов, связанных с эксплуатацией или управлением электропитанием; и другие данные, необходимые для эвристических логических и решающих устройств, как локальных, так и удаленных. В пределах ранее определенных параметров и рабочих диапазонов функции установления приоритета и логического управления могут быть определены и выполнены автоматически. Также могут быть включены данные о физическом расположении модулей хранения, данные об эффективности использования электроэнергии вверх и вниз по потоку (например, модуль хранения, взаимодействующий с тепловым насосом или машиной Ренкина на органическом теплоносителе), данные о выпуске углекислого газа вверх и вниз по потоку, данные об электростанциях и сетях распределения электроэнергии, такие как нагрузка или эффективность или выпуск СО2 или другие данные о производительности.

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение предоставляет модуль хранения тепловой энергии, содержащий подобный модуль интеллектуального управляющего и коммуникационного интерфейса.

Согласно настоящему изобретению модуль хранения тепловой энергии может представлять собой любой вид модуля, обеспечивающий хранение тепловой энергии, резервуары для воды, резервуары для льда, резервуары, содержащие материалы с легким переходом из одной фазы в другую (РСМ), и т.д.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения может быть предоставлена сеть модулей хранения тепловой энергии, содержащая по меньшей мере от двух до сотен или тысяч или предпочтительно миллионов модулей хранения согласно настоящему изобретению.

В определенном варианте осуществления, сеть модулей хранения тепловой энергии может содержать сервер, хранящий соответствующие данные и содержащий средства обработки данных, алгоритм и управляющие средства для управления модулями хранения тепловой энергии, соединенными с ним.

В дальнейшем варианте осуществления, может быть создана виртуальная электростанция, содержащая подобную сеть модулей хранения тепловой энергии.

Модуль хранения тепловой энергии может быть оснащен, помимо модуля интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса, несколькими встроенными датчиками и вводами/выводами состояния. Модуль интерфейса выполняет несколько функций и по существу служит в качестве модуля отслеживания состояния и сводных данных и модуля отчета. Он включает в себя возможности обработки и хранения данных, а также модуль коммуникационного шлюза, обеспечивающий подключения к другим устройствам или виртуальным средам посредством иерархической структуры сети.

Отслеживание состояния сохраненной энергии может быть осуществлено, например, измерительными датчиками объема и давления, совместно с измерением температуры и силы тока/напряжения и записью показаний устройств преобразования энергии (например тепловых насосов или резистивных нагревателей), используемых для "создания нагрузки" хранилища энергии.

Он оснащен блоком коммуникационного, отслеживающего и управляющего интерфейса, предназначенного для обслуживания программируемой автономной работы, а также для создания полного интерфейса с сетью более высокого уровня и управляющими элементами. Интерфейс может использовать сети стандарта GSM, такие как HSPDA, G3 или другие доступные способы.

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение предоставляет способ ведения коммерческой деятельности, содержащий рассмотрение сохраненной тепловой энергии, емкости хранилища тепловой энергии и/или управления его приоритетом в качестве измеримого торгового ресурса.

Интегрированная система (т.е. сеть модулей хранения тепловой энергии), сконфигурированная вышеописанным образом, может быть использована для рекуррентной монетизации и, таким образом, для увеличения финансовой стоимости емкости устройства хранения энергии, либо в качестве запаса энергии, который, следовательно, не нужно незамедлительно передавать посредством энергосети во время высокого спроса, либо в качестве свободного места в хранилище, которое может быть использовано для поглощения энергии, не пользующейся спросом (и, следовательно, обладающей потенциально низкой стоимостью), во время, когда объем активного производства энергии превышает или возможности превышают текущий спрос.Финансовая стоимость также может быть основана, например, на физическом расположении модуля хранения или на эффективности использования электроэнергии и/или выпуске углекислого газа вверх по потоку и/или вниз по потоку от модуля хранения.

Емкость хранилища тепловой энергии обладает стоимостью для нескольких участников сети (например, потребитель, генератор, оператор распределительной сети и "внутренние" или независимые продавцы энергии). Тем не менее, фактическая стоимость для одного из них, в любое заданное время, является динамической величиной, подверженной сильным изменениям, и обычно будет различной для различных участников, в любое отдельно взятое время.

Поскольку стоимость сохраненной энергии или доступной емкости хранилища в общем отличается для различных участников в пределах всей цепочки от производства до потребления, и, учитывая, что данные значения стоимости динамически изменяются как в относительном, так и в абсолютном выражении, с ограниченной возможностью прогнозирования, сохраненная тепловая энергия, и/или емкость устройства хранения энергии, и/или права доступа и управления им могут быть рассмотрены как торговый ресурс.

Согласно настоящему изобретению, этап рассмотрения приоритета управления в качестве измеримого торгового ресурса может содержать предоставление, отмену или передачу прав на приоритетный доступ на основании времени/цены, предложенной покупателем/компенсации, эффективно образуя как первичный рынок, так и потенциальные вторичные рынки для перепродажи сохраненной емкости, емкости хранилища и/или приоритета управления.

Согласно настоящему изобретению, может быть предоставлен виртуальный рынок, основанный на программном обеспечении, для торговли сохраненной тепловой энергией и/или торговли емкостью хранилища тепловой энергии. Рынок может включать в себя все обычные функции рыночных операций, связанный с ценами, предложенными покупателями/продавцами, оплатой, передачей права собственности, валидацией, безопасностью и т.д. В качестве функции ввода (валидация состояния) и функции вывода (для изменения состояния активности) для каждой завершенной сделки, виртуальная среда выступает в качестве шлюза приоритетного доступа, для создания интерфейса непосредственно с буферной системой и для переназначения торгового ресурса соответствующим образом.

Многие аспекты торгового процесса могут быть наполовину автоматизированы или полностью автоматизированы и запрограммированы для реагирования на рыночный спрос и предложение определенным образом, индивидуально заданным различными участвующими сторонами. Данные реакции на спрос/предложение благодаря управлению, осуществляемому почти в режиме реального времени адаптируемыми автоматизированными системами, также может быть спроектировано и запрограммировано для реагирования динамически изменяемым образом и для учитывания информации, существенной для рынка, такой как метеорологические данные (например, скорость ветра).

Очевидно, что сочетание емкости хранилища с модулем интеллектуального управляющего и коммуникационного интерфейса необходимо как для предоставления, так и для отслеживания доступной емкости в режиме реального времени, и таким образом, для определения количества ресурса, для его продажи в виде определенного количества тепловой энергии, либо в виде определенной доступной емкости хранилища тепловой энергии, либо в виде их комбинации.

В определенном варианте осуществления, алгоритм, управляющий модулем хранения тепловой энергии, является адаптируемым на основании типа используемого способа ведения торговой деятельности согласно настоящему изобретению, т.е. на основании договорных соглашений между различными сторонами на рынке

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ:

На фиг.1-5 изображены несколько вариантов осуществления согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ:

Варианты осуществления согласно настоящему изобретению далее описаны более подробно и изображены на фиг.1-5.

Модуль [1] хранения тепловой энергии может содержать, по меньшей мере, датчик [1.1] емкости хранилища, буфер [1.2] переключателя нагрузки, электросчетчик [1.3] модуля хранения тепловой энергии.

Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может содержать, по меньшей мере: процессор [2.1], запоминающее устройство [2.2], алгоритм [2.3], часы [2.4], информационное соединение с датчиком [2.5] емкости хранилища, буфер [2.6] контактной нагрузки, интерфейс [2.7] потребителя, интерфейс [2.8] поставщика, инфраструктуру [2.9] открытых ключей, календарь [2.10] и соединение [2.11] электросчетчика.

Интерфейс [2.7] потребителя может содержать любое аппаратное обеспечение и/или программное обеспечение, которое позволяет потребителю [5, 5'] управлять модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. Оно может представлять собой (неограничивающий пример): сигнал индикации, выключатель, вид встроенного дисплея и устройства ввода, доступ на базе веб-связи с расширенными функциональными возможностями. Коммуникация/работа между модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса и потребителем [5, 5'] может быть однонаправленной и/или двунаправленной.

Интерфейс [2.8] поставщика, подобно интерфейсу [2.7] потребителя, может содержать любое аппаратное обеспечение и/или программное обеспечение, которое позволяет поставщику [6] осуществлять коммуникацию/работать с модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. В общем, интеллектуальная энергосеть должна определять его расположение в соответствии с возможностями соединения и функциональными возможностями. Также возможны другие типы интерфейса.

Интерфейс [2.7] потребителя и интерфейс [2.8] поставщика могут быть раздельными и/или могут обладать частично/полностью общим аппаратным обеспечением и/или программным обеспечением.

Модуль [1] хранения тепловой энергии соединен с модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса посредством канала [А] связи емкости между [1.1] и [2.5] и канала [В] связи подачи между [1.2] и [2.6]. Каналы [А] и [В] связи могут быть выполнены с помощью любой возможной технологии, такой как, например, проводная связь, магистральная связь, одноранговая беспроводная связь, веб-связь.

Тепловой источник [3] может быть соединен посредством трубы [С] подачи тепловой энергии с модулем [1] хранения тепловой энергии для того, чтобы подавать тепловую энергию (тепловая энергия). Модуль [1] хранения тепловой энергии может иметь какой-либо теплообменник, установленный для обмена тепловой энергией, подаваемой по трубе [С] подачи тепловой энергии. Потребитель [4] тепловой энергии может быть соединен посредством трубы [D] отвода тепловой энергии с модулем [1] хранения тепловой энергии для того, чтобы отводить тепловую энергию. Модуль [1] хранения тепловой энергии может содержать какой-либо теплообменник, установленный для обмена тепловой энергией, которую отводит труба [D] отвода тепловой энергии. У потребителя [4] тепловой энергии будет установлена система [4.1] климат-контроля. Последняя может варьироваться от (неограничивающий пример) простого выключателя до программируемого термостата и до системы управления климатом, доступной по сети. Он также будет содержать по меньшей мере один переключатель тепловой энергии [4.2], которым управляет система [4.1] климат-контроля.

В качестве альтернативы, буфер [1.2] переключателя нагрузки может быть расположен на тепловом источнике [3] вместо того, чтобы располагаться на модуле [1] хранения тепловой энергии. Также возможное изменение топологии заключается в том, что переключатель тепловой энергии [4.2] расположен на модуле [1] хранения тепловой энергии вместо того, чтобы располагаться у потребителя [4] тепловой энергии.

Тепловой источник [3] может содержать любое устройство, которое подает тепловую энергию к модулю [1] хранения тепловой энергии. Неограничивающий перечень обогрева включает котел/горелку, работающую на мазуте, котел/горелку, работающую на газе, тепловой насос с электропитанием, паровую сеть городского района, теплопровод, подающий тепло от промышленных отходов и т.д. Неограничивающий перечень охлаждения включает в себя холодильные установки, воздухоохладители, ледогенераторы и т.д.

Потребитель [4] тепловой энергии представляет собой любой вид установки для подачи и/или распределения тепловой энергии внутри зданий. Неограничивающий перечень обогрева включает воздуховоды, водяные трубы, паровые трубы, конвекторы, нагнетательные вентиляторы, вентиляционные окна, системы обогрева полов, системы обогрева стен и т.д. Неограничивающий перечень охлаждения включает в себя воздуховоды, водяные трубы, фреоновые трубы, конвекторы, нагнетательные вентиляторы, вентиляционные окна и т.д.

Потребитель [5] представляет собой человека или систему, которая управляет оборудованием для управления климатом и системами, установленными у потребителя [4] тепловой энергии, посредством системы [4.1] климат-контроля. Потребитель [5'] представляет собой человека или систему, которая управляет модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса посредством интерфейса [2.7] потребителя. Первый потребитель [5] и второй потребитель [5'] могут быть одним и тем же человеком или системой. Также эти потребители могут быть разными.

Поставщик [6] представляет собой объединение компаний по производству и распределению энергии, которые могут предоставлять любой вид энергии и/или услуг по распределению энергии тепловому источнику [3] и/или модулю [1] хранения тепловой энергии. Некоторые их примеры.

Пример 1: тепловой источник [3] представляет собой тепловой насос, который принадлежит потребителю [5]; в данном случае поставщик [6] представляет собой электрическую компанию и компанию по распределению электричества, подающую электричество тепловому насосу. Таким образом, тепловая энергия фактически представляет собой преобразованное электричество.

Пример 2: модуль [1] хранения тепловой энергии представляет собой мобильное хранилище тепловой энергии, которое сохраняет тепловую энергию в каком-либо другом месте (например, сохраняет тепло промышленных отходов) и затем доставляет энергию и подключает ее к потребителю [4] тепловой энергии; в данном случае поставщик [6] может представлять собой компанию, которая владеет/эксплуатирует хранилища тепловой энергии.

Пример 3: тепловой источник [3] представляет собой систему трубопроводов, которая распределяет тепло промышленных отходов к одному или более модулям [1] хранения тепловой энергии. Можно рассмотреть обычный модуль [1] хранения тепловой энергии, который соединен посредством трубопровода с несколькими другими модулями [1] хранения тепловой энергии; в данном случае поставщик [6] может представлять собой компанию или компании, которые владеют/эксплуатируют сеть трубопроводов и вырабатывают тепло промышленных отходов. Конкретным примером вышеописанного является отопление районов. В данном случае тепловая энергия представляет собой пар, выработанный специально для данной цели.

Пример 4: тепловой источник представляет собой тепловой насос, который приводится экологически чистой энергией (воздушной турбиной или солнечными батареями). Таким образом, экологически чистое электричество фактически улучшается тепловым насосом из-за высокого коэффициента полезного действия (КПД) последнего и преобразуется в тепловую энергию. Преобразование экологически чистого электричества в тепловую энергию с помощью тепловых насосов может быть очень выгодным в те периоды времени, когда доступно большое количество экологически чистой энергии (при благоприятных метеорологических условиях в периоды базовой нагрузки), но которую не потребляют.

Пример 5: тепловой источник может быть теплом отходов производства с более низкой температурой от машины Ренкина на органическом теплоносителе, при этом указанное тепло сохраняют для дальнейшего использования. Тепло с более высокой температурой для привода машины Ренкина на органическом теплоносителе в свою очередь может подаваться модулем хранения тепловой энергии с более высокой температурой. Очевидно, эффективность данной конфигурации для производства и сохранения энергии является чрезвычайно высокой по сравнению с обычными способами.

Определенный вариант описанного аппаратного обеспечения заключается в том, что модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса содержит аппаратное обеспечение и программное обеспечение в основном для коммуникации с рынком [7] хранения тепловой энергии. Логические функции и алгоритмы затем сохраняют/выполняют на рынке [7] хранения тепловой энергии.

При рассмотрении удаленной торговли/управления тысячами/миллионами модулей хранения тепловой энергии посредством рынка [7] хранения тепловой энергии, это можно рассматривать как сеть модулей хранения тепловой энергии.

Тепловой источник [3], модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса, модуль [1] хранения тепловой энергии и потребитель [4] тепловой энергии могут принадлежать различным людям/компаниям. Данные различные владельцы будут оказывать влияние на применимые способы (или комбинации использования способов) и на способ выставления счета-фактуры.

В определенном варианте осуществления согласно настоящему изобретению модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может представлять защищенный канал в случае использования информации электросчетчика [1.3] тепловой энергии и/или счетчика [1.4] отбора тепловой энергии для выставления счета-фактуры и данная необходимая платежная информация проходит через модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса.

Определенный способ использования модуля [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса и модуля [1] хранения тепловой энергии заключается в том. что третья сторона приобретает тепловую энергию у поставщиков, сохраняет ее в модуле [1] хранения тепловой энергии и затем поставляет/продает тепловую энергию потребителю [5]. За тепловую энергию, приобретенную третьим лицом, может быть выставлен счет-фактура согласно единицам измерения, отличающимся от единиц измерения, используемых третьим лицом для выставления счета-фактуры потребителю [5]. Например, третье лицо приобретает в кВт⋅ч (для привода теплового насоса) и продает в Джоулях. Данный модуль [1] хранения тепловой энергии может принадлежать данной третьей стороне или может принадлежать кому-то другому и в подобном случае потребитель третьей стороны может оплачивать стоимость хранения тепловой энергии.

Ниже описано несколько вариантов осуществления способа ведения коммерческой деятельности согласно настоящему изобретению.

Способ основной низкой стоимости (внепиковый)

Датчик [1.1] емкости хранилища может представлять собой простой термометр, показывающий температуру модуля [1] хранения тепловой энергии. Пределы высокой и низкой емкости тепловой энергии модуля [1] хранения тепловой энергии в данном случае представляют собой пороговые значения высокой и низкой температуры модуля [1] хранения тепловой энергии, которые должны быть установлены в запоминающем устройстве [2.2] модуля [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. Алгоритм [2.3] модуля [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса установлен/выбран потребителем [5] для максимально возможной нагрузки тепловой энергии в периоды времени, когда стоимость ее подачи является низкой. Это может быть реализовано путем установки общих периодов времени низкой стоимости в запоминающем устройстве [2.2] и/или в часах [2.4]. Это также может быть установлено динамическим образом посредством сигналов о низкой стоимости, передаваемых поставщиком [6] по его коммуникационной сети и принимаемых интерфейсом [2.8] поставщика. Также возможно, чтобы потребитель [5] устанавливал пороговое значение стоимости тепловой энергии в запоминающем устройстве [2.2], в данном случае процессор [2.1] будет анализировать полученный сигнал стоимости тепловой энергии и сравнивать его с установленным пороговым значением стоимости тепловой энергии. Процессор [2.1] будет отслеживать и обрабатывать упомянутые данные. В определенный момент модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса будет передавать через буфер [2.6] контактной нагрузки сигнал в буфер [1.2] переключателя нагрузки для начала подачи тепловой энергии в модуль [1] хранения тепловой энергии. Тепловой источник [3] получит данные о том, что буфер [1.2] переключателя нагрузки включен и будет подавать тепловую энергию в модуль [1] хранения тепловой энергии по трубе [С] подачи тепловой энергии. Буфер [1.2] переключателя нагрузки также может непосредственно активировать подачу тепловой энергии тепловым источником [3]. Процессор [2.1] будет отслеживать температуру модуля [1] хранения тепловой энергии. При достижении порогового значения высокой температуры, модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса отключит буфер [2.6] контактной нагрузки, таким образом отключая буфер [1.2] переключателя нагрузки, и подача тепловой энергии в модуль [1] хранения тепловой энергии прекратится. Модуль [1] хранения тепловой энергии теперь полностью загружен дешевой тепловой энергией.

Потребитель [4] тепловой энергии будет периодически или непрерывно отбирать тепловую энергию из модуля [1] хранения тепловой энергии по трубе [D] отвода тепловой энергии после команды системы [4.1] климат-контроля, активирующей переключатель тепловой энергии [4.2]. Пока температура модуля [1] хранения тепловой энергии остается выше порогового значения низкой температуры модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса не будет реагировать. Если температура модуля [1] хранения тепловой энергии опускается ниже установленного порогового значения низкой температуры, то модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса подаст сигнал через буфер [2.6] контактной нагрузки в буфер [1.2] переключателя нагрузки для начала загрузки тепловой энергии. В зависимости от сложности алгоритма [2.3] это может длиться лишь пока температура модуля [1] хранения тепловой энергии не повысится на несколько градусов в случае, если модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса не расценивает это как надлежащую подачу дешевой энергии. В случае, если алгоритм [2.3] не является настолько сложным, он может просто загружать модуль [1] хранения тепловой энергии до порогового значения высокой температуры, таким образом теряя преимущество низкой стоимости. Возможны многие варианты данного алгоритма. Суть заключается в том, что он пытается загружать тепловую энергию, когда ее стоимость низкая (внепиковая). Основной используемый способ, в пределах рассматриваемого периода времени с моментами подачи дешевой энергии, будет всегда подавать максимальное количество тепловой энергии в модуль [1] хранения тепловой энергии, как определено высоким установленным пороговым значением, таким образом приводя к ненужным потерям энергии из-за утечки тепловой энергии в модуле [1] хранения тепловой энергии.

Датчик [1.1] емкости хранилища может представлять собой датчик, который предоставляет другое значение, указывающее на количество тепловой энергии, расположенной в модуле [1] хранения тепловой энергии. Оно также может рассматриваться как указание на количество тепловой энергии, которое все еще может быть загружено или, другими словами, как указание на доступную емкость хранилища тепловой энергии. В данном случае для расчета модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса должен учитывать коэффициент преобразования или таблицу преобразования, сохраненную в запоминающем устройстве [2.2].

Датчик [1.1] емкости хранилища может представлять собой датчик, который предоставляет непосредственную количественную величину тепловой энергии, сохраненной в модуле[1] хранения тепловой энергии. В данном случае модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса просто содержит заданные абсолютные значения и рассматривает абсолютные значения.

Способ календарной емкости

Из-за сезонных изменений количество тепловой энергии, которое будет отведено из модуля [1] хранения тепловой энергии (или должно быть подано в модуль [1] хранения тепловой энергии), в определенные периоды времени будет отличаться. Количество тепловой энергии, подаваемой в модуль [1] хранения тепловой энергии, должно соответствовать рассчитанному/прогнозируемому количеству отведенной тепловой энергии. Это минимизирует потери тепловой энергии.

Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может вести календарь [2.10], в котором указано рассчитанное/прогнозируемое количество тепловой энергии, которое будет отведено в заданный период времени. Данный календарь [2.10] может быть установлен потребителем [5]. Эти введенные данные могут учитывать все типы ожидаемых изменений, такие как день/ночь, выходные, праздники, особые события, …. Другим способом создания данного календаря [2.10] является анализ использования тепловой энергии в предыдущие дни/недели/месяцы. Он также может быть создан частично или полностью на основании исторических данных, полученных и проанализированных модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. Принимая во внимание внешнюю информацию, такую как прогноз погоды, подаваемую в модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса по интерфейсам [2.8] и/или [2.7], можно уточнить рассчитанное/прогнозируемое количество тепловой энергии, которое будет отведено.

В случае если датчик [1.1] емкости хранилища представляет собой обычный термометр, таблица отношения температуры/сохраненной тепловой энергии может быть установлена в запоминающем устройстве [2.2]. Таким образом, принимая во внимание календарь [2.10] и количество сохраненной тепловой энергии, модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса знает, когда модулю [1] хранения тепловой энергии необходима подача тепловой энергии, и он может отслеживать/управлять подачей до загрузки желаемого количества тепловой энергии.

При особой ситуации, когда подача и отведение тепловой энергии в и из модуля [1] хранения тепловой энергии происходит одновременно, датчик емкости хранилища не может разделить информацию о количестве поданной тепловой энергии и количестве тепловой энергии, отведенной из модуля [1] хранения тепловой энергии, поскольку подача и отведение могут быть переменными. В данном случае возможно потребуется установить электросчетчик [1.3] модуля хранения тепловой энергии где-то вдоль грубы [С] подачи тепловой энергии или где-то вблизи теплового источника [3] и передавать информацию от счетчика к модулю [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. Это может быть выполнено посредством отдельного соединения [2.11] электросчетчика модуля хранения тепловой энергии или посредством другой точки информационного соединения, такой как, например, информационное соединение с модулем [2.5] хранения тепловой энергии. Электросчетчик [1.3] модуля хранения тепловой энергии также может быть встроен в сам модуль [1] хранения тепловой энергии.

Отведение тепловой энергии из модуля [1] хранения тепловой энергии в пределах одного расчетного/прогнозируемого периода будет выполняться несколькими блоками. Могут быть предоставлены периоды низкой стоимости в пределах одного расчетного/прогнозируемого периода. Таким образом, подача тепловой энергии к модулю [1] хранения тепловой энергии в пределах одного периода также может выполняться несколькими блоками. В данном случае модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может поддерживать расписание с частями подаваемой тепловой энергии в пределах фактического расчетного/прогнозируемого периода.

Способ, которым модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса подает команды модулю [1] хранения тепловой энергии и/или тепловому источнику [3] на загрузку тепловой энергии осуществляется так же, как описано в основном используемом способе.

Способ конкурентного предложения

Хотя не указано явным образом, как в способе основной низкой стоимости, так и в способе календарной емкости предполагается, что поставщик [6] известен. Вопрос заключается лишь в потреблении в моменты подачи дешевой энергии. В обоих способах поставщик [6] (или третья сторона от лица поставщика [6]) будет отслеживать время и/или количество энергии и/или услуги, относящиеся к энергии, подаваемой к модулю [1] хранения тепловой энергии и, таким образом, через модуль [1] хранения тепловой энергии к потребителю [4] тепловой энергии. Третья сторона, отслеживающая подачу энергии, обычно является измерительной компанией, использующей электросчетчик [3.1] третьей стороны.

Теперь рассмотрим конкурентный рынок поставщиков [6]. Поскольку данные рынки (в большинстве) являются свободными, то одновременно существует несколько поставщиков, предлагающих энергию и услуги, связанные с энергией. Поэтому потребитель [4] тепловой энергии становится заинтересован не только в поиске периодов дешевой энергии, но также в поиске наиболее выгодного поставщика [6] в любой заданный момент. Вполне возможно, что один поставщик [6] предлагает очень дешевую энергию и/или услуги, связанные с энергией, в определенный период времени, в отличие от других поставщиков.

Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может публиковать блоки спроса на подачу энергии на рынке [7] хранения тепловой энергии для подачи определенного количества тепловой энергии и связанных услуг в определенный период времени. Количество подаваемой тепловой энергии и продолжительность связанных периодов времени могут варьироваться от нескольких минут до месяцев или даже лет. Несколько поставщиков [6/6'/6''], которые также соединены с рынком [7] хранения тепловой энергии, могут видеть это и предлагать цену модулю [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. Алгоритм [2.3] будет оценивать предложения и предоставлять право подачи энергии поставщику [6]. Идентификацию потребителя [5] предоставляют поставщикам [6/6'/6''] путем предоставления им инфраструктуры [2.9] открытых ключей, которая ассоциирована с электросчетчиком [3.1] третьей стороны или путем предоставления им непосредственно в защищенной среде опорного значения электросчетчика [3.1] третьей стороны. Это позволяет конечному поставщику [6] выставлять счет-фактуру потребителю [5] за поставку энергии и/или связанных услуг.

В случае наличия больших блоков спроса на энергию поставщики [6/6'/6''] могут предлагать цену в качестве консорциума. Потребитель [5] может устанавливать все связанные параметры в модуле [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса с тем, чтобы автоматически вести переговоры и заключать сделки.

Потребитель [5] также может иметь непосредственный доступ к рынку [7] хранения тепловой энергии, например, посредством веб-интерфейса, он может публиковать блок спроса на подачу энергии и идентифицироваться посредством публикации инфраструктуры [2.9] открытых ключей, которая ассоциирована с электросчетчиком [3.1] третьей стороны или путем предоставления им непосредственно в защищенной среде опорного значения электросчетчика [3.1] третьей стороны. Теперь поставщики [6/6'/6''] могут предлагать цену и потребитель [5] будет вручную выбирать понравившуюся цену посредством рынка [7] хранения тепловой энергии. Идентификация потребителя также может быть осуществлена после выбора цены. После выбора цены потребитель [5] должен перевести модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса в режим, соответствующий выбранной цене. Рынок хранения тепловой энергии также может отправлять необходимую информацию в модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса после ручного выбора цены, так что установка модуля [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса выполняется автоматически в соответствии с выбранной ценой.

При обратном подходе поставщики [6/6'/6''] могут публиковать блоки с предложениями поставки энергии на рынке [7] хранения тепловой энергии. Соединенный модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса и/или потребители [5], посещающие рынок, будут принимать предложенные цены и, как следствие, будут принимать предложенные цены и таким образом определять соответствующие параметры модуля [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса.

Способ счетчика отбора

Несколько потребителей [4] тепловой энергии (содержащие различных потребителей [5]) могут быть соединены с модулем [1] хранения тепловой энергии. Модуль [1] хранения тепловой энергии принадлежит третьей стороне или поставщику [6]. Таким образом, выставление счета-фактуры не может быть основано на подаче тепловой энергии к модулю [1] хранения тепловой энергии, но вместо этого основано на тепловой энергии, отведенной из модуля [1] хранения тепловой энергии. В данном случае счетчик [1.4] отбора тепловой энергии предоставлен между модулем [1] хранения тепловой энергии и потребителем [4] тепловой энергии, сообщающий количество отведенной тепловой энергии модулю [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса, данная информация затем может быть перенаправлена модулем [5] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса к владельцу тепловой энергии, сохраненной в модуле [1] хранения тепловой энергии, и использована для выставления счета-фактуры.

Способ резервированной емкости

Во многих случаях потребитель [4] тепловой энергии является не только потребителем тепловой энергии, но иногда и небольшим поставщиком, который в дальнейшем будет именоваться местным источником [9] тепловой энергии. Это может быть, например, горячая вода, произведенная солнечным теплом, или электричество, произведенное фотоэлектрической энергетикой, но не потребленное незамедлительно на месте. Данными местными источниками [9] тепловой энергии может управлять какая-либо система управления бытовой энергией. Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может знать/прогнозировать количество тепловой энергии, которое будет подано к модулю [1] хранения тепловой энергии на основании значений, заданных потребителем [5], или на основании исторических данных и внешних данных, таких как прогноз погоды, или на основании любой другой соответствующей информации. В подобной ситуации модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может резервировать емкость хранилища тепловой энергии для местного источника [8] тепловой энергии и загружает лишь оставшуюся тепловую энергию, необходимую для теплового источника [3].

Способ сброса

Определенный случай, когда в электросети имеется излишек тепловой энергии. В подобном случае можно рассмотреть режим, когда поставщик [6] может "сбросить" данную тепловую энергию в модуль [1] хранения тепловой энергии путем управления модулем [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса и буфером [2.6] контактной нагрузки, в определенных условиях, заранее оговоренных с потребителем [5].

Способ агрегации

Модули [1] хранения тепловой энергии представлены по отдельности на рынке [7] хранения тепловой энергии посредством модуля [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса. Также возможно, что несколько различных модулей [1] хранения тепловой энергии будут объединены в одно целое и выступать в качестве одного объединенного модуля [1] хранения тепловой энергии на рынке. При ведении переговоров и заключении сделок с данным объединенным модулем поставщик [6] может управлять/осуществлять подачу всем отдельным модулям [1] хранения тепловой энергии в рамках достигнутых соглашений. Например, это позволит поставщику [6] подавать первые 20% энергии модулю [1] хранения тепловой энергии в течение первых двух часов, следующие 20% в течение следующих двух часов и так далее.

Способ, основанный на расположении

Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может предоставлять информацию рынку [7] хранения тепловой энергии о физическом расположении модуля [1] хранения тепловой энергии. Данная информация может происходить из любого возможного источника (например, быть введена в запоминающее устройство [2.2], GPS). Она может быть использована поставщиками [6] для осуществления географического распространения/управления подачей энергии принимая во внимание их системы управления спросом.

Способ, основанный на эффективности

Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может предоставлять информацию рынку [7] хранения тепловой энергии об эффективности поставщика, подающего энергию модулю хранения тепловой энергии, об эффективности модуля хранения тепловой энергии (например, о том, соединен ли он с тепловым насосом или машиной Ренкина на органическом теплоносителе), об эффективности потребителя тепловой энергии и т.д. В данном случае алгоритм, который хранится в модуле интерфейса или сервере, соединенном с модулем хранения, может, например, попытаться загрузить тепловую энергию у поставщиков с высокой эффективностью использования электроэнергии. В другом примере, ценообразование емкости хранилища тепловой энергии может быть основано на коэффициенте эффективности использования электроэнергии.

Способ, основанный на выпуске углекислого газа

Модуль [2] интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса может предоставлять информацию рынку [7] хранения тепловой энергии о выпуске CO2 поставщиком, подающим энергию модулю хранения тепловой энергии, о выпуске CO2 при преобразовании подаваемой энергии в тепловую энергию, о выпуске CO2 потребителем тепловой энергии и т.д. В данном случае алгоритм, который хранится в модуле интерфейса или сервере, соединенном с модулем хранения, может, например, попытаться загрузить тепловую энергию у поставщиков с низким выпуском CO2. В другом примере, ценообразование потребленной энергии может быть основано на оптимизации выпуска CO2.

Поскольку спрос и предложения цен на тепловую энергию на рынке [7] хранения тепловой энергии в значительной степени совпадают, подобно совпадению спроса и предложений цен на товары на рынках, то все виды производных изделий/деятельности, например опционы на продажу, опционы на покупку, короткие продажи, демпинг и т.д., могут быть осуществлены поставщиками [6] и потребителями [5].

Использование: в области энергетики. Технический результат – обеспечение совместного и приоритизированного управления хранением энергии двумя или более сторонами. Согласно изобретению модуль интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса для модуля хранения тепловой энергии содержит средство связи для двунаправленного обмена данными между модулем хранения тепловой энергии, двумя или более сторонами, которые подают или принимают тепловую энергию из модуля хранения тепловой энергии, и интеллектуальной энергосетью, содержащей других поставщиков или потребителей тепловой энергии, а также поставщиков других форм энергии, которая может быть преобразована в тепловую энергию, где указанные данные содержат данные, относящиеся к текущему состоянию емкости хранилища модуля хранения тепловой энергии, и запросы на хранение тепловой энергии или на выпуск тепловой энергии, при этом указанный модуль интерфейса сконфигурирован для совместного и приоритизированного управления хранением энергии двумя или более сторонами, и данные приоритеты адаптированы динамическим образом в ответ на динамически изменяющиеся потребности различных сторон и стоимость энергии. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Модуль интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса для модуля хранения тепловой энергии, содержащий

средство связи для двунаправленного обмена данными между модулем хранения тепловой энергии, двумя или более сторонами, которые подают или принимают тепловую энергию из модуля хранения тепловой энергии, и интеллектуальной энергосетью, содержащей других поставщиков или потребителей тепловой энергии, а также поставщиков других форм энергии, которая может быть преобразована в тепловую энергию,

где указанные данные содержат данные, относящиеся к текущему состоянию емкости хранилища модуля хранения тепловой энергии, и запросы на хранение тепловой энергии или на выпуск тепловой энергии,

при этом указанный модуль интерфейса сконфигурирован для совместного и приоритизированного управления хранением энергии двумя или более сторонами, и

данные приоритеты адаптированы динамическим образом в ответ на динамически изменяющиеся потребности различных сторон и стоимость энергии.

2. Модуль интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса по п. 1, где указанные данные также содержат данные, относящиеся как к текущему, так и к ожидаемому/прогнозируемому энергопотреблению в месте расположения модуля хранения тепловой энергии, и/или данные, относящиеся к текущим и ожидаемым местным тарифам на электроэнергию, и/или коды приоритетов для определения относительной важности различных запросов, связанных с эксплуатацией или управлением электропитанием, и/или данные, необходимые для эвристических логических и решающих устройств.

3. Модуль хранения тепловой энергии, содержащий модуль интеллектуального электронного управляющего и коммуникационного интерфейса по пп. 1-2;

хранилище тепловой энергии;

датчик емкости хранилища, взаимодействующий с модулем хранения тепловой энергии; и

буфер переключателя нагрузки, взаимодействующий с упомянутым средством связи.

4. Модуль хранения тепловой энергии по п. 3, управляемый алгоритмом, который является адаптируемым на основании оптимизации выпуска углекислого газа или эффективности использования электроэнергии.

5. Сеть модулей хранения тепловой энергии, содержащая модули хранения тепловой энергии по п. 4.

6. Сеть модулей хранения тепловой энергии по п. 5, содержащая сервер, который содержит средство обработки данных, алгоритм и управляющее средство для управления модулями хранения тепловой энергии, соединенными с ним.

7. Виртуальная электростанция, содержащая сеть модулей хранения тепловой энергии по п. 5 или 6.