Managementul surselor regenerabile de energie
  • Obiective
  • Organizarea sarcinilor de lucru

    1. Incalzitor de apa cu schimbator de caldura utilizand energia solara


        Soarele este la originea tuturor formelor de energie pe care le-au descoperit si de care s-au servit oamenii. Energia solara se poate transforma ξn alte forme de energie: mecanica, termica, sau electrica.
        Energia solara poate fi valorificata prin colectarea acestei energii cu ajutorul captatoarelor solare si prin utilizarea celulelor solare. Captatorul solar este un convertor heliotermic, al carui scop este convertirea energiei solare ξn caldura.
        Vom realiza in continuare un nou proiect cu numele  Eco_energy  si in cadrul lui o pagina grafica numita panou_s_01 in care se simuleaza si se afiseaza un incalzitor de apa cu schimbator de caldura utilizand energia solara.



         Incalzitorul de apa cu schimbator de caldura se compune din urmatoarele elemente:     Aplicatia SCADA mentru monitorizarea si controlul incalzitorului de apa cu schimbator de caldura isi propune sa mimeze circulatia lichidelor din diverse circuite atunci cand sunt indeplinite conditiile de circulatie a acestora. Astfel de exemplu prin circuitul panoului solar circla lichidul in momentul can vanele V1-V5 sunt deschise si pompa P este pornita. Pompa nu va putea fi pornita atata timp cat vanele V1-V5 nu sunt deschise. Dupa indeplinirea conditiilor precizate anterior, HMI-ul aplicatiei arata astfel:



        Pentru realizarea aplicatiei, avem nevoie de urmatoarele TAG-uri:

    Tag-uri aferente
    Nume Tip Domeniu Um Array Size Comentariu
    depl_d DIGITAL - - - Deplasare circuit primar
    depl_ap DIGITAL - - - Deplasare in circuit pentru completare cu apa a circuitului primar
    depl_ac DIGITAL - - - Deplasare in circuitul apei calde
    depl_ar DIGITAL - - - Deplasare in circuitul apei reci
    depl_r DIGITAL - - - Deplasare in reteaua de alimentare cu apa rece
    V DIGITAL - - 15 Ventile pentru apa
    pmp DIGITAL - - - Pompa de apa in circuitul primar


        Pentru a actualiza elementele grafice de pe HMI s-a plasat pe ecran functia ecran_01(): 

    
FUNCTION ecran_01()
IF NOT (V[1] AND  V[2] AND V[3] AND V[4] AND V[5])  THEN
 pmp=0
END 

IF V[1] AND  V[2] AND V[3] AND V[4] AND V[5] AND pmp THEN
	depl_d=depl_d+1
	IF depl_d=10 THEN
		depl_d=0
	END
END
IF V[6] AND  V[7] AND V[13]	 THEN
	depl_ap=depl_ap+1
	IF depl_ap=10 THEN
		depl_ap=0
	END
END
IF V[9] AND  V[10] AND V[11] AND V[12] AND V[13] THEN
	depl_ac=depl_ac+1
	IF depl_ac=10 THEN
		depl_ac=0
	END
END
IF V[8] AND  V[13] THEN
	depl_ar=depl_ar+1
	IF depl_ar=10 THEN
		depl_ar=0
	END
END	
IF (V[6] AND  V[7] AND V[13]) OR (V[9] AND  V[10] AND V[11] AND V[12] AND V[13]) OR V[8] AND  V[13] THEN
	depl_r=depl_r+1
	IF depl_r=10 THEN
		depl_r=0
	END
END	
END


        In cadrul functiei ecran_01(), instructiunile de mai jos asigura pornirea pompei numai daca V1-V5 sunt deschise: 

    
IF NOT (V[1] AND  V[2] AND V[3] AND V[4] AND V[5])  THEN
 pmp=0
END


        In cadrul functiei ecran_01(), instructiunile de mai jos incrementeaza variabila depl_d necesara pentru simularea miscarii lichidului in circuitul primar numai daca V1-V5 sunt deschise si pompa este pornita. 

    IF V[1] AND  V[2] AND V[3] AND V[4] AND V[5] AND pmp THEN
	depl_d=depl_d+1
	IF depl_d=10 THEN
		depl_d=0
	END
END


        Urmatoarele instructiuni di cadrul functiei ecran_01() asigura setarea corespunzatoare a variabilelor depl_ac, depl_ar, depl_r pentru a putea simula miscarea lichidelor din celelalte circuite in cazul in care sunt indeplinite conditiile de deplasare a acestora.

    2. Sistem de monitorizare si control al unui grup eolian


        O alta importanta sursa regenerabila de energie este reprezentata de energia eoliana. Generatoarele eoliene sunt generatoare de curent continuu (cc) care sunt antrenate de un sistem de pale care la randul lor sunt actionate de energia vantului. Se utilizeaza generatoare de cc care de obicei incarca un sistem de baterii de acumulatoare. Pentru a alimenta consumatori de curent alternativ(ca) se utilizeaza invertoare care transforma tensiunea continua in tensiune alternativa de frecventa retelei electrice adica 50 hz. Chiar si in cazul in care sistemul eolian, se conecteaza direct la reteaua electrica, se folosesc tot generatoare de curent continuu si invertoare. Utilizarea directa a generatoarelor de (ca) nu este posibila din cauza imposibilitatii sincronizarii generatorului eolian de (ca) la frecventa retelei.
         Vom realiza o noua pagina grafica numita "wind_01" in care vom monitoriza un grup eolian.



        Pentru a realiza aplicatia, avem nevoie de urmatoarele TAG-uri

    Tag-uri aferente
    Nume Tip Domeniu Um Array Size Comentariu
    u_eol REAL - Volts - Tensiunea generata de sistemul eolian
    c1 DIGITAL - - - Comutator sistemul eolian
    c2 DIGITAL - - - Comutator reteaua electrica
    u_ali REAL - Volts - Tensiunea de alimentare consumator
    u_retea REAL - Volts - Tensiunea de alimentare de la retea
    u_i_bat REAL - Volts - Tensiunea de intrare in bateria de acumul
    u_e_inv REAL - Volts - Tensiunea de iesire din invertor
    i_cons REAL - Amps - Curentul consumat
    ora REAL - h - Ora pentru simularea consumului
    i_cons REAL - Amps - Curentul consumat
    v_eol REAL - m/s - Viteza vantului
    i_eol REAL - Amps - Curent furnizat de sistemul eolian


        La realizarea sistemului de monitorizare si control al unui grup eolian s-a tinut cont de faptul ca daca viteza vantului creste de la 0 la 4 m/s tensiunea generata de sistemul eolian creste de la 0 la 50v. Aceasta tensiune nefiind suficienta sa incarce bateriile, comutatorul C1 ramane deschis. Sistemul eoloian incepe sa genereze energie electrica numai daca viteza vantului trece de 4 m/s.
        Daca viteza vantului creste de la 4 la 20 m/s, se inchide comutatorul C2 si incepe sa creasca curentul. Tensiunea de iesire fiind tensiunea bateriei. In schimb curentul creste proportional cu viteza vantului, ajungand sa genereze 200 de A la viteza maxima de 20 m/s. 

    IF c2=1 THEN
  	IF v_eol>4
 	THEN
 		u_eol=u_i_bat
 		i_eol=205*v_eol/20
 	ELSE
 		 i_eol=0
 	END	
 ELSE
  		u_eol=50*v_eol/4
  		IF u_eol>50
  		THEN
  		   u_eol=50
  		END
 		i_eol=0
 END


        La realizarea aplicatiei, s-a tinut de asemenea cont de comportamentul bateriei de acumulatoare si anume: daca tensiunea la bornele bateriei scade sub 46.5 volti, se decupleaza invertorul si nu se mai cupleaza decat atunci cand tensiunea pe baterii creste peste 50 v pentru a permite un ciclu complet de incarcare. La decuplarea invertorului, se cupleaza automat reteaua. 

    IF u_i_bat<46.5
 THEN
 	u_e_inv=0
 	u_ali=u_retea
 	c2=1
 END
 
 IF u_i_bat >= 50
 THEN
 	u_e_inv=230
 	IF c2=1
 	THEN
 		u_e_inv=u_retea
	END
 	u_ali=230
 END   
 IF c2=1
 THEN
 	u_ali=u_retea
 END


        In aplicatia de sus, s-a simulat un consum in functie de ora consumului astfel: 

    FUNCTION simul_s1()

  	IF ora>=0 AND ora < 4 
  	THEN
 		i_cons=68.1818
  	END
  	
  	IF ora>=4 AND ora < 5 

  	THEN
 		i_cons=68.1818
  	END  
  	
   	IF ora>=5 AND ora < 6 

  	THEN
 		i_cons=90.9090
  	END 
    
    IF ora>=6 AND ora < 7 

  	THEN
 		i_cons=136.3636
  	END 
 	
 	IF ora>=7 AND ora < 8 

  	THEN
 		i_cons=159.0909
  	END
  	 
 	IF ora>=8 AND ora < 9 

  	THEN
 		i_cons=204.5454
  	END
  	  
 	IF ora>=9 AND ora < 10 

  	THEN
 		i_cons=204.5454
  	END
  	IF ora>=10 AND ora < 11 

  	THEN
 		i_cons=218.1818
  	END
 	  
 	IF ora>=11 AND ora < 12 

  	THEN
 		i_cons=204.5454
    END
 	IF ora>=12 AND ora < 13 

  	THEN
 		i_cons=195.4545
  	END
  	IF ora>=13 AND ora < 14 

  	THEN
 		i_cons=190.9090
  	END
 	
 	IF ora>=14 AND ora < 17 

  	THEN
 		i_cons=213.6363
  	END
  	
  	IF ora>=17 AND ora < 18 

  	THEN
 		i_cons=227.272
  	END
    
  	IF ora>=18 AND ora < 19 

  	THEN
 		i_cons=181.8181
  	END
 	IF ora>=19 AND ora < 20 

  	THEN
 		i_cons=159.0909
  	END
  	
 	IF ora>=20 AND ora < 21 

  	THEN
 		i_cons=136.3636
  	END

  	IF ora>=21 AND ora < 22 

  	THEN
 		i_cons=127.7272
  	END
 	
 	IF ora>=22 AND ora < 23 

  	THEN
 		i_cons=113.6363
  	END

  	IF ora>=23 AND ora < 24 

  	THEN
 		i_cons=113.6363
  	END
  END


         In cazul in care avem doi consumatori: unul de curent continuu si unul de curent alternativ, sistemul SCADA pentru monitorizare si control unui grup eolian va trebui regandit. Prezenta consumatorului de curent continuu impune utilizarea retelei publice de alimentare cu energie electrica pentru incarcarea bateriilor de acumulatoare in perioadele cand energia consumata depaseste enregia furnizata de generatorul eolian.
        Se propune deci urmatoarea schema din pagina grafica numita "wind_02" , schema pentru monitorizare si control unui grup eolian avand doua tipuri de consumator:



    3. Sistem SCADA pentru managementul mai multor surse regenerabile de energie


        Vom combina acum mai multe surse regenerabile de energie si vom obtine un sistem complex de monitorizare si control pentru mai multe tipuri de energii recuperabile.

        Vom tine cont de urmatoarele conditii de functionare:     Tinand cont de pecificatiile de mai sus, vom realiza o noua pagina grafica numita "eco_01" similara cu imaginea de jos:



        Sistemul SCADA este prevazut cu doua regimuri de functionare: automat si manual.In regim manual se gestioneaza numai K5 in functie de tensiunnea simulata pe baterie iar in regim automat se gestioneaza K1,K2.K3.K4.K5 in functie de parametrii simulati si tinand cont de conditiile de functionare precizate anterior.
        Pentru a realiza aplicatia, avem nevoie de urmatoarele TAG-uri

    Tag-uri aferente
    Nume Tip Domeniu Um Array Size Comentariu
    u_solar REAL - Volts - Tensiunea generata de sistemul solar
    u_eol REAL - Volts - Tensiunea generata de sistemul eolian
    u_hidro REAL - Volts - Tensiunea generata de sistemul hidro
    k1 DIGITAL - - - Comutator sistemul solar
    k2 DIGITAL - - - Comutator sistemul eolian
    k3 DIGITAL - - - Comutator sistemul hidro
    k4 DIGITAL - - - Comutator reteaua electrica
    k5 DIGITAL - - - Comutator invertor
    autom DIGITAL - - - Automat/manual
    u_ali REAL - Volts - Tensiunea de alimentare consumator
    u_retea REAL - Volts - Tensiunea de alimentare de la retea
    u_i_bat REAL - Volts - Tensiunea de intrare in bateria de acumul
    u_i_inv REAL - Volts - Tensiunea de intrare din invertor
    u_e_inv REAL - Volts - Tensiunea de iesire din invertor
    i_cons REAL - Amps - Curentul consumat
    p_cons REAL - Kw - Puterea consumata
    ora REAL - h - Ora pentru simularea consumului
    i_cons REAL - Amps - Curentul consumat
    r_sol REAL - W/mp - Radiatia solara
    i_sol REAL - Amps - Curent furnizat de sistemul solar
    v_eol REAL - m/s - Viteza vantului
    i_eol REAL - Amps - Curent furnizat de sistemul eolian
    h_hidro REAL - m - Inaltimea apei in baraj
    i_hidro REAL - Amps - Curent furnizat de sistemul hidro
    p_gen REAL - W - Puterea generata
    p_cons_kw REAL - Kw - Puterea consumata in kw
    p_gen_kw REAL - KW - Puterea generata in kw


        Functionarea comutatoarelor k1-k5 este coordonata de urmatoarele functii: 

    
FUNCTION comut_k1()
	IF NOT autom
	THEN
		Toggle(k1);
	END
END
FUNCTION comut_k2()
	IF NOT autom
	THEN
		Toggle(k2);
	END
END
FUNCTION comut_k3()
	IF NOT autom
	THEN
		Toggle(k3);
	END
END
FUNCTION comut_k4()
	IF NOT autom
	THEN
		Toggle(k4);
	END
END
FUNCTION comut_k5()
	IF NOT autom
	THEN
		Toggle(k5);
	END
END


        La fiecare scanare a ecranului se lanseaza functia monit_01 cu urmatorul continut: 

    FUNCTION monit_01()
  
	/*conditii initiale */

 autm=1
 r_solar=801
 v_eol=2
 h_hidro=1
 u_retea=220
 u_i_bat=50
 start=1
 sem=0
 simul_s1();
 IF k1=1 THEN
 	u_solar=u_i_bat
 END
 IF k2=1 THEN
 	u_eol=u_i_bat
 END
 IF k3=1 THEN
 	u_hidro=u_i_bat
 END 
 IF r_solar>800 THEN
 	k1=1
 ELSE
 	k1=0
 END	
 IF v_eol>4 THEN
 	k2=1
 ELSE
 	k2=0
 END
 IF h_hidro>2 THEN
 	k3=1
 ELSE
 	k3=0
 END
 	 /*  Daca puterea generata > puterea consumata, se genereaza energie in reteaua publica   */ 

 IF i_cons*u_ali < (i_solar+i_eol+i_hidro)*50 THEN
  	K4=1
 	u_e_inv=u_retea;
 	u_ali=u_retea;
 ELSE
 	k4=0
 	u_e_inv=230;
 	u_ali=230;
 END	

  	/* Pentru a avea tot timpul alimentare cu energie */
  	
 IF k5=0 THEN
  	  k4=1
 END   

 	/*     panou solar      */
 	
 IF k1=1 THEN
  	IF r_solar>800 THEN
 		u_solar=u_i_bat
 		i_solar=245*r_solar/3000
 	ELSE
 		 i_solar=0
 	END	
 ELSE
 	u_solar=50*r_solar/800
 IF u_solar>50 THEN
  	u_solar=50
 END
  	i_solar=0
 END
 
 /*     sistemul eolian      */
 
 
 IF k2=1 THEN
  	IF v_eol>4 THEN
 		u_eol=u_i_bat
 		i_eol=205*v_eol/20
 	ELSE
 		 i_eol=0
 	END	
 ELSE
  		u_eol=50*v_eol/4
  		IF u_eol>50
  		THEN
  		   u_eol=50
  		END
 		i_eol=0
 END
 
  /*     sistemul hidro      */
 
 IF k3=1 THEN
  	IF h_hidro>2
 	THEN
 		u_hidro=u_i_bat
 		i_hidro=270*h_hidro/10
 	ELSE
 		i_hidro=0
 	END	
 ELSE
  		u_hidro=50*h_hidro/2
  		IF u_hidro>50
  		THEN
  		   u_hidro=50
  		END
 		i_hidro=0
 END

   /*     conditii baterie, invertor, retea      */
   
   
 IF u_i_bat<46.5 THEN
 	u_e_inv=0
 	u_ali=u_retea
 	k5=0
 	k4=1
 END
 
 IF u_i_bat >= 50 THEN
 	u_e_inv=230
 	IF k4=1
 	THEN
 		u_e_inv=u_retea
	END
 	u_ali=230
 	k5=1
 END
   
 IF k5=1 THEN
 	u_ali=u_e_inv
 	u_i_inv=u_i_bat
 ELSE
 	u_i_inv=0
 END
 
 IF k4=1 THEN
 	u_ali=u_retea
 END
 p_cons=i_cons*u_ali
 p_cons_kw=p_cons/1000
 p_cc_kw=i_cons*u_i_bat/1000
 p_gen=(i_solar+i_eol+i_hidro)*50
 p_gen_kw=p_gen/1000
 ora=ora+0.25
 IF ora>24
 THEN
	ora=0
 END
END

        Functia simul_s1() fiind functia de simulare a consumului in functie de ora, functie similara cu functia descrisa anterior in cadrul aplicatiei de monitorizare a grupului eolian;
        Din procedurile cuprinse in functia monit_01 se observa ca daca puterea generata > puterea consumata se inchide k4 si k5 pentru a livra surplusul in retea, de asemenea daca se opreste invertorul (k5=0) se cupleaza reteaua (k4=1)
        Se observa de asemenea ca daca tensiunea la bornele bateriei scade sub 46.5 volti, se decupleaza invertorul si nu se mai cupleaza decat atunci cand tensiunea pe baterii creste peste 50 v pentru a permite un ciclu complet de incarcare.

    Test de autoevaluare


    Rezumat


    Schimbator de caldura bazat pe energia solara

        Soarele este la originea tuturor formelor de energie pe care le-au descoperit si de care s-au servit oamenii. Energia solara se poate transforma ξn alte forme de energie: mecanica, termica, sau electrica.
        Energia solara poate fi valorificata prin colectarea acestei energii cu ajutorul captatoarelor solare si prin utilizarea celulelor solare. Captatorul solar este un convertor heliotermic, al carui scop este convertirea energiei solare ξn caldura.
         Incalzitorul de apa cu schimbator de caldura se compune din urmatoarele elemente:     Simularea miscarii lichidelor in diverse circuite se bazeaza pe utilizarea unui simbol caruia i-a fost setata proprietatea "Movement" si a unui TAG a carui valoare este modificata in mod constant de catre o functie definita de utilizator, functie ce se lanseaza la fiecare scanare a ecranului. Functia tine cont si daca vanele din circuitele respective sunt deschise. Astfel de exemplu, lichidul in circuitul primar se deplaseaza numai daca toate vanele din acest circuit sunt deschise si pompa este pornita.

    Sistem de monitorizare si control al unui grup eolian

        O alta importanta sursa regenerabila de energie este reprezentata de energia eoliana. Generatoarele eoliene sunt generatoare de curent continuu (cc) care sunt antrenate de un sistem de pale care la randul lor sunt actionate de energia vantului. Se utilizeaza generatoare de cc care de obicei incarca un sistem de baterii de acumulatoare. Pentru a alimenta consumatori de curent alternativ(ca) se utilizeaza invertoare care transforma tensiunea continua in tensiune alternativa de frecventa retelei electrice adica 50 hz. Chiar si in cazul in care sistemul eolian, se conecteaza direct la reteaua electrica, se folosesc tot generatoare de curent continuu si invertoare. Utilizarea directa a generatoarelor de (ca) nu este posibila din cauza imposibilitatii sincronizarii generatorului eolian de (ca) la frecventa retelei.
        La realizarea sistemului de monitorizare si control al unui grup eolian s-a tinut cont de faptul ca daca viteza vantului creste de la 0 la 4 m/s tensiunea generata de sistemul eolian creste de la 0 la 50v. Aceasta tensiune nefiind suficienta sa incarce bateriile, comutatorul C1 ramane deschis. Sistemul eoloian incepe sa genereze energie electrica numai daca viteza vantului trece de 4 m/s.
        Daca viteza vantului creste de la 4 la 20 m/s, se inchide comutatorul C2 si incepe sa creasca curentul. Tensiunea de iesire fiind tensiunea bateriei. In schimb curentul creste proportional cu viteza vantului, ajungand sa genereze 200 de A la viteza maxima de 20 m/s.
        S-a tinut de asemenea cont de comportamentul bateriei de acumulatoare si anume: daca tensiunea la bornele bateriei scade sub 46.5 volti, se decupleaza invertorul si nu se mai cupleaza decat atunci cand tensiunea pe baterii creste peste 50 v pentru a permite un ciclu complet de incarcare. La decuplarea invertorului, se cupleaza automat reteaua.
         In cazul in care avem doi consumatori: unul de curent continuu si unul de curent alternativ, sistemul SCADA pentru monitorizare si control unui grup eolian va trebui regandit. Prezenta consumatorului de curent continuu impune utilizarea retelei publice de alimentare cu energie electrica pentru incarcarea bateriilor de acumulatoare in perioadele cand energia consumata depaseste enregia furnizata de generatorul eolian.

    Managementul mai multor surse regenerabile de energie

        Daca se combina mai multe surse regenerabile de energie, se obtine un sistem complex de monitorizare si control pentru mai multe tipuri de energii recuperabile. In cadrul acestui sistem se tine cont de urmatoarele conditii de functionare:     La realizarea aplicatiilor ce contin baterii de acumulatoare, se tine de asemenea cont de comportamentul bateriei de acumulatoare si anume: daca tensiunea la bornele bateriei scade sub tensiunea minima, se decupleaza consumul si nu se mai cupleaza decat atunci cand tensiunea pe baterii creste peste tensiunea nominala pentru a permite un ciclu complet de incarcare.

  • Rezultate asteptate
  • Termeni esentiali


  • Recomandari bibliografice

  • Link-uri utile

    Test de evaluare