CAMPO DA INVENÇÃO

[01 ] O presente pedido se refere a um estabilizador de potência de alto rendimento para sistemas de energia isolados e usinas de cogeração que utilizam motores a gás natural ou biogás.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] Um dos maiores desafios da geração de energia em sistemas isolados ou cogeração com motores a gás é a rejeição de carga escalonada quando grandes cargas representando 20-30% da capacidade instalada de geração de energia entram ou são retiradas da rede elétrica.

[03] Motores a gás natural ou biogás não têm a mesma capacidade de reagir a mudanças de carga do mesmo modo que motores a diesel em pequenos sistemas de energia e, como tal, mudanças grandes e abruptas na carga podem prejudicar a qualidade da energia ou até mesmo desarmá-los do modo de sistemas off-line, provocando apagões e seus custos associados à sociedade e aos processos industriais.

[04] Normalmente, em sistemas de energia onde é permitido, as usinas de cogeração funcionam em paralelo com a rede elétrica local e usam esta rede local para compensar estas perturbações momentâneas. Entretanto, esta prática não é permitida em muitos sistemas de distribuição de energia, considerando que a instabilidade pode provocar perturbações na rede maior.

[05] Em sistemas de energia autônomos e isolados, sem a opção de funcionar em paralelo a uma rede maior, esse problema é ainda mais pronunciado.

[06] Existem opções no estado da técnica para resolver a instabilidade devido à rejeição de carga. O uso de um grupo gerador a diesel funcionando em paralelo aos motores a gás em modo droop para absorver o impacto dessas cargas é conhecido, mas o uso constante de óleo diesel é muito alto. Outra opção conhecida é o uso de um volante pesado de alta velocidade, girando constantemente, acoplado a um alternador para fornecer eletricidade durante a instabilidade do sistema de energia. No entanto, sistemas desse tipo, que são grandes o suficiente para absorver mudanças de carga em um sistema de energia, são muito caros e consomem energia elétrica constantemente, reduzindo a eficiência da planta.

[07] O documento JP2004355860 revela um sistema de geração de energia combinada de alta eficiência com capacidade de manutenção do sistema. Um módulo de SOFC e um módulo de bateria secundária de sódio são alocados independentemente; e a troca mútua de calor entre os módulos é realizada circulando um meio térmico. Assim, a geração de energia de alta eficiência pode ser executada sem prejudicar a manutenibilidade do sistema.

[08] O documento EP2826094 revela uma central a vapor que compreende uma caldeira a vapor que pode ser acionada por um dispositivo de combustão em uma câmara de combustão e que compreende um pré-aquecedor de ar que é adequado para remover a energia térmica dos gases de combustão da câmara de combustão para transferir a referida energia para um primeiro fluxo de ar, sendo o referido primeiro fluxo de ar realimentado para a câmara de combustão pelo menos parcialmente como ar de combustão. A central a vapor compreende ainda uma bateria de alta temperatura que também pode ser alimentada com ar a partir do primeiro fluxo de ar.

[09] O documento CN1 12448470, por sua vez, revela um sistema de segurança de usina de energia de resposta rápida que integra a utilização de energia abrangente. O sistema de segurança de usina de energia de resposta rápida compreende uma parte de controle de hardware e uma parte de controle de software. A parte de hardware compreende uma bateria de armazenamento de energia e equipamentos e componentes elétricos combinados com o carregamento e descarregamento da bateria de armazenamento de energia; a parte de controle de software é completada por dois controladores industriais e compreende um controlador de fonte de alimentação de bateria de armazenamento de energia e um controlador de carregamento de bateria de armazenamento de energia. Em um estado de emergência, a bateria de armazenamento de energia é usada para fornecer energia elétrica, e a função de resposta rápida do sistema de segurança da usina é alcançada através do controle de inversão e saída. Em circunstâncias normais, a bateria de armazenamento de energia é carregada através de dois modos de comutação de controle de energia solar e uma rede elétrica para emergência.

[010] O estado da técnica compreende ainda sistemas de armazenamento de energia de grande capacidade compostos por baterias e sistemas eletrônicos de conversão de energia e que são fabricados para servir como grandes fontes de alimentação ininterruptas para a indústria, e até mesmo como plantas de corte de pico costumavam entrar em operação quando os preços da energia são mais altos durante os horários de pico e recarregar à noite quando os preços da energia são mais baixos. Estes sistemas são projetados para fornecer grande potência de saída, em quilowatts ou megawatts, em grandes períodos medidos em vários quilowatts ou megawatts- hora.

[01 1 ] A tecnologia empregada nessas unidades pode ser empregada diretamente para estabilizar operações isoladas ou cogeração (cogen), utilizando motores a gás natural/biogás. Vale destacar que esta abordagem compreende uma falha importante: essas unidades são construídas para fornecer energia por horas, enquanto a demanda de um sistema autônomo de energia a gás é meramente de segundos. Como tal, o custo destas unidades de armazenamento de bateria que representam o estado atual da técnica é proibitivamente caro para este tipo de aplicação.

[012] Resta claro que o estado da técnica carece de uma solução para resolver o problema de instabilidade em redes elétricas isoladas ou cogeração com motores a gás natural/biogás.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[013] Visando resolver o problema de instabilidade em redes elétricas isoladas ou cogeração com motores a gás natural/biogás foi desenvolvido um sistema estabilizador de sistema de potência dimensionado para produzir 20-30% da potência nominal de uma planta de geração de energia deste tipo compreendendo descargas de energia com duração de apenas alguns segundos, para permitir que os motores das plantas mantenham o fornecimento de energia estável e confiável.

[014] O sistema de acordo com a presente invenção é composto pelos seguintes componentes: i. Um sistema de conversão de energia bidirecional; ii. Uma pequena bateria capaz de armazenar várias descargas de energia de segundos de duração; e iii. Um sistema de controle e monitoramento para supervisionar a condição da bateria e para o controle do sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] Os desenhos que acompanham este relatório descritivo são modalidades exemplares e não limitantes. Numerais de referência semelhantes indicam elementos idênticos ou funcionalmente equivalentes em toda a extensão, em que: a FIG. 1 ilustra uma vista superior de um conjunto de ligação utilizando o módulo de acordo com o presente pedido, com detalhamento do estabilizador de potência; a FIG. 2 ilustra uma vista superior de um módulo de acordo com o presente pedido; a FIG. 3 ilustra uma vista explodida do módulo de acordo com o presente pedido; e a FIG. 4 ilustra um conjunto operando com vários grupos geradores e um estabilizador.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[016] O sistema de acordo com a presente invenção é composto pelos seguintes componentes: i. Um sistema de conversão de energia bidirecional, que é um dispositivo existente e que funciona tanto como um inversor para converter corrente alternada em energia de corrente contínua para carregar as baterias quanto como dispositivo de descarga de bateria, que descarrega instantaneamente a energia da bateria no sistema de energia por alguns segundos, de modo a promover estabilização rápida e suficiente; ii. Uma pequena bateria capaz de armazenar várias descargas de energia, de segundos de duração, para uso na manutenção da estabilidade de energia com uma capacidade de armazenamento medida em quilowatts ou megawatts-minutos, em contraste com os quilowatts ou megawatts-hora de capacidade de armazenamento encontrados no estado da técnica; e iii. Um sistema de controle e monitoramento para supervisionar a condição da bateria e para o controle do sistema. [017] Como mostrado na FIG. 1 , vários módulos de acordo com a presente invenção podem ser ligados em rede.

[018] Como mostrado nas FIGs. 2 e 3, cada módulo de acordo com a presente invenção compreende um sistema supervisório de controle e proteção (1 ), um conversor bidirecional CA J ~ CC (2) e um banco de baterias (3).

[019] Por fim, a FIG. 4 traz um diagrama no qual vários grupos geradores são estabilizados por um estabilizador. Este outro diagrama ilustra claramente que um único estabilizador é capaz de ter potência suficiente para estabilizar uma planta como um todo, em alternativa à configuração em que se oferece um estabilizador para cada grupo gerador, dependendo da necessidade do usuário.

[020] Embora o presente pedido tenha sido descrito com respeito a uma modalidade preferida, deve ser entendido que muitas variações, modificações, elementos estruturais equivalentes, combinações, sub-combinações e outras aplicações da presente invenção podem ser feitas e não se afastam do escopo de proteção do presente pedido.