(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料（Ｍ）を溶融および／または加熱するためのプラントであって、
炉（１１）と、電気エネルギー供給手段（１３）と、前記供給手段（１３）と前記炉（１１）との間に接続された電力装置（１２）と、を備えており、
前記電力装置（１２）は、
−配電網（１５）に接続され、交流一次電圧（Ｕｐ）と一次電流（Ｉｐ）を受け取り、それらを交流二次電圧（Ｕｓ）と交流二次電流（Ｉｓ）とに変換するように構成された少なくとも１つのトランス（２０）と、
−前記トランス（２０）に接続され、前記交流二次電圧（Ｕｓ）と前記交流二次電流（Ｉｓ）とを直流中間電圧（Ｕｉ）と直流中間電流（Ｉｉ）とに変換するように構成された複数の整流器（２３）と、
−一方側で前記整流器（２３）に接続され、他方側で前記炉（１１）に接続された複数のコンバータ（２４）であって、前記直流中間電圧（Ｕｉ）と前記直流中間電流（Ｉｉ）とを、前記炉（１１）に供給される交流給電電圧（Ｕａ）と交流給電電流（Ｉａ）とに変換するように構成されたコンバータ（２４）と
を備えており、
前記交流給電電圧（Ｕａ）及び前記交流給電電流（Ｉａ）は、前記コンバータ（２４）に接続された制御コマンドユニット（２５）によって選択的に設定でき、
前記電気エネルギー供給手段（１３）は、
前記電力装置（１２）に接続されている、前記配電網（１５）とは異なる独立した少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）であって、前記電力装置（１２）に接続されており、前記配電網（１５）によって供給される電気エネルギーに対して追加的又は代替的に、前記炉（１１）に給電するためのエネルギーを供給するように構成された代替エネルギー源（１６）を備えている
ことを特徴とするプラント。
【請求項２】
前記少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）が、交流電圧（ＵＡＣ）および交流電流（ＩＡＣ）を供給するように構成された交流電気エネルギー源（３１）を備えており、
前記交流電気エネルギー源（３１）は、前記トランス（２０）に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
前記トランス（２０）は、トランス一次側（２１）と、前記トランス一次側（２１）に磁気的に結合されたトランス二次側（２２）とを備えており、
前記交流電気エネルギー源（３１）は前記トランス一次側（２１）に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のプラント。
【請求項４】
前記交流電気エネルギー源（３１）が、水力発電所から選択された再生可能エネルギー源、または水力発電エネルギーを電気エネルギーに変換するのに適したダム（３２）、または風力エネルギーを電気エネルギーに変換するのに適した少なくとも１つの風力タービン（３３）と、交流の電気エネルギーを生成するように構成された少なくとも１つの交流発電機（３６）とを含む風力発電所を備えている、請求項２または３に記載のプラント。
【請求項５】
前記少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）が、
直流電圧（ＵＤＣ）および直流電流（ＩＤＣ）を供給するように構成された直流電気エネルギー源（３４）を備えており、
前記直流電気エネルギー源（３４）は、前記整流器（２３）の下流の前記電力装置（１２）の中間回路（２７）に接続されている
ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のプラント。
【請求項６】
前記直流電気エネルギー源（３４）は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するのに適した複数の光起電性パネル（３５）を含む再生可能エネルギー源である
ことを特徴とする請求項５に記載のプラント。
【請求項７】
前記少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）と前記電力装置（１２）との間に接続されている少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵装置（３７）であって、前記炉（１１）に給電するために使用されないときは、前記再生可能エネルギー源によって生成されたエネルギーの貯蔵を可能にするように構成された少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵装置（３７）を備える
ことを特徴とする、請求項４または６に記載のプラント。
【請求項８】
前記少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）が、化石燃料を燃焼させることにより電気エネルギーを得るように構成された非再生可能エネルギー源を含んでおり、
前記非再生可能エネルギー源は、ガスタービン又は補助電流発生器を含む群から選択されたものである
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項９】
管理ユニット（１６）を備えており、
前記管理ユニット（１６）は、前記配電網（１５）及び前記少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）から入手可能な電気エネルギーの動作状態、品質、量、および／または費用、並びに前記炉（１１）により必要とされるエネルギーの量のうち１つまたは複数のパラメータを監視し、
少なくとも各動作状態及び全エネルギー費用に応じて前記電力装置（１２）へ電気エネルギーを供給し、ひいては前記炉（１１）へ電気エネルギーを供給するため、一方、他方又は双方を選択するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１０】
前記トランス（２０）、前記整流器（２３）および前記コンバータ（２４）が電源モジュール（２９）を構成し、
前記電力装置（１２）が前記配電網（１５）と前記炉（１１）との間及び前記代替エネルギー源（１６）と前記炉（１１）との間に、互いに並列接続された複数の前記電源モジュール（２９）を備えている
ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１１】
金属材料を溶融および／または加熱するためのプラント（１０）の炉（１１）に電気エネルギーを供給する方法であって、
供給手段（１３）を用いて電気エネルギーを電力装置（１２）に供給し、  前記炉（１１）に供給される交流給電電圧（Ｕａ）及び交流給電電流（Ｉａ）を得るために前記電力装置（１２）を用いて前記電気エネルギーを変換し、
前記方法は、
−配電網（１５）を用いた、トランス（２０）への一次電圧（Ｕｐ）および一次電流（Ｉｐ）の供給と、
−前記トランス（２０）を用いた、前記一次電圧（Ｕｐ）および一次電流（Ｉｐ）を二次電圧（Ｕｓ）および二次電流（Ｉｓ）への変換と、
−直流電圧（Ｕｉ）及び直流電流（Ｉｉ）を得るための、複数の整流器（Ｉｓ）を用いた前記二次電圧（Ｕｓ）および二次電流（Ｉｓ）の整流と、
−複数のコンバータ（２４）に接続された制御コマンドユニット（２５）を用いて選択的に設定可能な前記交流給電電圧（Ｕａ）及び前記交流給電電流（Ｉａ）への、前記コンバータ（２４）を用いた前記直流電圧（Ｕｉ）及び前記直流電流（Ｉｉ）の変換と、
−前記炉（１１）への前記給電電圧（Ｕａ）および給電電流（Ｉａ）の供給と、
を有する方法において、
前記配電網（１５）によって供給される電気エネルギーに対して追加的又は代替的に、前記配電網（１５）とは異なる独立した少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）であって前記電力装置（１２）に接続された少なくとも１つの代替エネルギー源（１６）を用いて、前記炉（１１）に電気エネルギーを供給する
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記配電網（１５）および前記代替エネルギー源（１６）によって供給されるエネルギーの動作状態、エネルギー利用可能性、および費用と、前記炉（１１）によって必要とされる電気エネルギーの量のうち１つ以上のパラメータを検出および／または監視し、
少なくとも検出された前記状態および／または前記炉（１１）によって必要とされるエネルギーの前記量に応じて前記電力装置（１２）に給電し、ひいては前記炉（１１）に給電するため、前記配電網（１５）と前記代替エネルギー源（１６）のうち一方を使用するか、他方を使用するか、または両方を使用するかを決定する
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記代替エネルギー源（１６）は、再生可能エネルギー源（３２，３３，３５）を備え、前記方法は、前記再生可能エネルギー源（３２，３３，３５）によって生成されたエネルギーを少なくとも１つの貯蔵装置（３７）に貯蔵することにより、後続の時点で使用できるようにすることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉と、１００ＭＷ以上のオーム誘導性高負荷を供給するのに適した電力装置とを備える、金属材料の溶融および／または加熱するためのプラントに関する。
【０００２】
本明細書で説明する実施形態は、溶解および／または加熱プラント用の電力供給方法にも言及している。
【０００３】
特に、本発明は、例えば電気アーク炉、取鍋炉、サブマージアーク炉、溶解炉または精製炉、誘導溶解炉または誘導加熱炉等の電気炉が金属材料の溶融に使用される鉄鋼産業および鉄鋼生産分野、または他の金属もしくはガラス質材料の加工分野にも適用することができる。
【背景技術】
【０００４】
金属材料を加熱および／または溶融するための既知のプラントがあり、これには、溶融される材料が導入される電気炉、および配電網からエネルギーを取得して電気炉に供給する１つ以上の電力装置が含まれる。
【０００５】
本発明の電気炉の種類は、電気アーク炉、サブマージドアーク炉、取鍋炉、および一般的に溶解炉、精錬炉、加熱炉、誘導炉からなるグループから選択できる。
【０００６】
これらの電気炉は、通常、不均一なオーム誘導負荷として動作する。これは、必要な電力と吸収される電力が、処理段階または使用する金属材料の種類によって異なるためである。
【０００７】
出願人の名義の特許ＥＰ−Ｂ−３１２４９０３から、電極を位置決めするための装置と、複数のコンバータを含む調整グループとを含むアーク炉用の電力供給装置が知られている。電極の電圧と供給電流を調整するために選択的に制御可能。
【０００８】
したがって、ＥＰ−Ｂ−３１２４９０３に記載されている電力装置は、調整可能な電流発生器のように動作し、電気アーク炉に電力を供給するのに必要な電力を、それが行われているプロセスの段階（挿入、鋳造、精製）に従って生成することができる。これにより、ＥＰ−Ｂ−３１２４９０３の解決手段は、トランスが電圧発生器として機能し、電流を制御できない従来の解決策とは異なり、プロセスの段階に応じて変化する等価回路のパラメーターによってのみ制限される。
【０００９】
ＥＰ−Ｂ−３１２４９０３に記載されている電力装置では、アークの電流と電圧を個別に調整して、プロセスの最初の段階、つまり挿入段階での電流の変動を大幅に制限し、その後の融合と精製の段階で実際に安定させることもできる。
【００１０】
ＥＰ−Ｂ−３１２４９０３に記載されている電力装置および従来の電力装置の両方は、通常、公共配電網によって供給される三相電源電流によって電力を供給されている。
【００１１】
例えば、鉄鋼分野での鉄鋼の生産に使用される溶解および／または加熱プラントは、プラントおよび／または炉のサイズに応じて、炉に数十メガワット（ＭＷ）、特に３０ＭＷから２００ＭＷまでの高い電力供給を要する。
【００１２】
したがって、十分なエネルギー供給を得るためには、溶解および／または加熱プラントを配電網に継続的に接続する必要がある。さらに、三相交流電流の吸収は生産量に依存するため、炉で生産される溶融物が多くなるほど、購入しなければならない電気エネルギーの量が多くなる。
【００１３】
従来の解決策の欠点は、公共の配電網に常時接続する必要があることである。
【００１４】
別の欠点は、特に一部の地域では、電気エネルギーの消費が高価になる可能性があること、または重大な社会経済的出来事の発生後に電気エネルギーの消費が高価になり、給電コストの見積もり額がかなり高騰する可能性すらあることである。
【００１５】
したがって、さまざまな製鉄所は、たとえば、配電網によって供給される電力の費用が低い夜間に生産を制限することを余儀なくされている。
【００１６】
さらに、配電網の停電が発生する可能性がある場合、生産性の損失、ひいては生産バッチの配送の遅延という問題を伴うプラントと生産を停止する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、先行技術の欠点の少なくとも１つを克服することができる金属材料の加熱および／または溶融装置を改善する必要がある。
【００１８】
特に、本発明の目的は、エネルギー供給費用、ひいては生産費用を削減するために、少なくとも部分的に配電網とは独立して動作できる金属材料用の溶融および／または加熱プラントを提供することである。
【００１９】
また、１つの目的は、配電網の停電現象による処理プラントのシャットダウンのリスクを減らすことであり、深刻な場合には数日もかかることがある。
【００２０】
もう１つの目的は、公共の配電網からのエネルギー消費を削減し、その配電網での消費を削減することである。
【００２１】
さらなる目的は、配電網による電気の供給を制限することを可能にする、金属材料の加熱および／または溶融プラントに供給する方法を提供することである。
【００２２】
また、昼間および／または夜間に金属材料の加熱および／または溶融プラントの動作を許可することも目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明によってもたらされるさらなる利点および利点は、公共の配電網によるエネルギーの生産が再生可能エネルギー源によって完全に生成されない場合、ＣＯ２排出または他の相関排出の削減を可能にすることでもある。
【００２４】
先行技術の欠点を克服し、これらおよびさらなる目的および利点を得るために、出願人は本発明を研究、実験および実施した。
【００２５】
本発明は、独立請求項で表現され特徴付けられている。従属請求項は、本発明の他の特徴または主要な解決案の変形を示している。
【００２６】
前述の目的に鑑みて、本明細書に記載の実施形態は、金属材料を導入できる炉、電気エネルギー供給手段、および少なくとも１つの電力装置を含む金属材料を溶融および／または加熱するためのプラントに関し、電力装置は電気供給手段と炉との間に接続されており、所望の電圧及び電流で炉に給電するために適したものである。
【００２７】
実施形態によれば、電力装置は以下を含む。
−配電網に接続され、交流の一次電圧と一次電流を受け取り、それらを交流二次電圧と交流二次電流に変換するように構成されたトランス、
−トランスに接続され、交流二次電圧と二次電流を直流中間電流と直流中間電流に変換するように構成された複数の整流器、
−一方が整流器に接続され、他方が負荷、つまり電気炉に接続され、直流中間電圧と中間直流電流を交流給電電圧と交流給電電流に変換するように構成された複数のコンバータ。
【００２８】
実施形態によれば、電力装置は、コンバータの動作を制御および命令し、負荷への給電電圧および給電電流を経時的に調整するように構成された制御および命令ユニットも含む。
【００２９】
実施形態によれば、溶融および／または加熱プラントは、電力装置に接続され、配電網により供給される電力エネルギーに対して追加的又は代替的にを負荷に給電するための電気エネルギーを供給するように構成された、配電網とは異なる独立した少なくとも１つの代替エネルギー源を含む。
【００３０】
代替エネルギー源のおかげで、溶融および／または加熱プラントの給電を少なくとも部分的に配電網から独立して行い、場合によっては、溶融および／または加熱プラントを少なくとも一時的に配電網から切断することができ、いかなる場合においても、毎日の時間枠に応じて配電網からのエネルギーの供給を縮小することができ、場合によっては比較的安価な時間帯に制限することができる。
【００３１】
さらに、代替エネルギー源の存在により、配電網の誤動作または停電の場合でも、融解および／または加熱プラントを使用することができる。
【００３２】
実施形態によれば、代替エネルギー源は、例えば太陽エネルギー、風力エネルギー、または水力エネルギーから選択されるエネルギーを供給するのに適した再生可能エネルギー源を含むことができる。
【００３３】
可能な変形例によれば、代替エネルギー源は、例えば石油、石炭、ガスなどの化石燃料の燃焼に由来する再生不可能なエネルギー源であり得る。
【００３４】
実施形態によれば、代替エネルギー源は、交流電圧および電流を提供するように構成された交流エネルギー源を備えてもよい。
【００３５】
可能な実施形態によれば、交流エネルギー源は、水力発電所、または水力発電を行うのに適したダム、または風力エネルギーを供給するのに適した少なくとも１つのタービンを含む風力発電所を含むことができる。ダム、水力発電所および風力発電所には、生成された各再生可能エネルギーを交流電圧および電流に変換して電力装置に供給するのに適したオルタネーター装置を装備することができる。
【００３６】
実施形態によれば、代替エネルギー源は、直流電圧および直流電流を供給するように構成された直流エネルギー源を含むことができる。
【００３７】
実施形態によれば、直流エネルギー源は、例えば、複数の光起電性パネルを含む光発電プラントを含むことができる。
【００３８】
電力装置の構造のおかげで、追加の専用コンポーネントやシステムを設ける必要なく、電力装置への代替エネルギーの入力点を都度変更することにより、交流エネルギー源及び直流エネルギー源の両方を電力装置に接続することが可能である。
【００３９】
実施形態によれば、交流エネルギー源は、電力装置のトランスに直接接続することができる。このようにして、下流の整流器は交流の電圧と電流を整流し、直流電流と直流電圧を供給し、それをコンバータに供給して給電電圧と給電電流を取得する。
【００４０】
実施形態によれば、直流エネルギー源は、整流器の下流に位置する直流中間回路に接続できる。これは、直流エネルギーを整流するいかなる工程も設ける必要がなく、給電電圧と給電電流とに変換するためにコンバータに直接供給できるからである。
【００４１】
実施形態によれば、生成される電流の一方向性を保証するように構成された電気部品を、直流エネルギー源と直流中間回路との間に提供することができる。これにより、入力電流の誤った極性が電力装置のコンポーネントを損傷するのを防ぐ。
【００４２】
実施形態によれば、同じ形態または場合によっては異なる形態の２つ以上の代替エネルギー源を提供することができる。
【００４３】
例えば、電力装置のトランスに接続された交流エネルギー源を含む第１の代替エネルギー源、および中間回路に接続された直流エネルギー源を含む第２の代替エネルギー源を提供することができる。
【００４４】
さらなる実施形態によれば、電力装置は、配電網と接続するための少なくとも１つの接続インターフェースと、１つまたは複数の交流エネルギー源および／または直流エネルギー源と接続するための少なくとも１つの接続インタフェースと、を備えることができる。
【００４５】
実施形態によれば、溶融および／または加熱プラントは、配電網および少なくとも１つの代替エネルギー源の状態を検出および監視し、検出された状態及び／又は負荷によって都度必要とされるエネルギーの量に応じて電力装置及び負荷に給電するために一方を使用するか、他方を使用するか、又は両方を使用するかを決定するように構成された管理ユニットも備えることができる。
【００４６】
したがって、少なくとも１つの代替エネルギー源から利用可能なエネルギーが少ない場合、または公共の配電網が停電した場合、高電力負荷の動作を維持できることは利点である。
【００４７】
有利には、管理ユニットは、配電網によって供給されるエネルギーの可用性、エネルギーコスト、および負荷のエネルギー需要をカバーするための少なくとも１つの代替エネルギー源による利用可能なエネルギーの統合の程度のうち１つ以上のパラメーターを検出できる。
【００４８】
このようにして、エネルギー費用に基づいて、最適なエネルギー供給源、つまり配電網から供給されるエネルギー、または少なくとも１つの代替エネルギー源から供給されるエネルギーを随時選択することができる。したがって、エネルギー不足や過剰な費用が発生した場合に、生産を削減したり、処理プラントを停止したりする必要がなくなる。
【００４９】
さらなる実施形態によれば、少なくとも再生可能エネルギー源の使用の場合、少なくとも１つの代替エネルギー源と電力装置との間に接続され、炉または負荷からの要求がない場合、自己生成エネルギーの保存を可能にするように構成された電気エネルギー貯蔵装置を提供できる。
【００５０】
保存されたエネルギーは、たとえば代替エネルギー源が利用できない場合、または十分なエネルギーを提供できない場合など、後で使用できる。
【００５１】
本発明は、配電網とは異なる独立した少なくとも１つの代替エネルギー源によって炉に供給する金属材料の加熱および／または溶融プラントに供給する方法にも関する。
【００５２】
図面の説明
本発明のこれらおよび他の態様、特徴および利点は、添付図面を参照して、非限定的な例として提供される実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本明細書に記載の実施形態による金属材料の加熱および／または溶融プラントの概略図である。
【図２】本明細書に記載の実施形態による代替の交流エネルギー源を備えた加熱および／または溶融プラントの概略図である。
【図３】変形実施形態による代替の交流エネルギー源を備えた加熱および／または溶解プラントの概略図である。
【図４】本明細書に記載の実施形態による代替の交流エネルギー源を備えた加熱および／または溶融プラントの概略図である。
【図５】変形実施形態による代替の直流エネルギー源を備えた加熱および／または溶融プラントの概略図である。
【図６】変形実施形態による加熱および／または溶解プラントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
理解を容易にするために、可能な場合、図中の同一の共通要素を識別するために同一の参照番号が使用されている。実施形態の要素および特性は、さらなる説明なしに他の実施形態に都合よく組み込むことができる。
【００５５】
実施形態の説明
ここで、本発明の可能な実施形態を詳細に参照し、その１つまたは複数の例が添付の図に示されている。各例は、本発明の例示として提供されており、本発明の限定として意図されていない。例えば、１つ以上の図示または説明された特徴は、実施形態の一部であるため、他の実施形態で、または他の実施形態に関連して変更または採用して、さらなる実施形態を生成することができる。本発明は、そのような可能な修正および変形を含むことが理解される。
【００５６】
本発明の実施形態は、電気炉１１と、電気炉１１に給電するのに適した電力装置１２とを備える、金属材料の溶解および／または加熱プラント１０に関する。
【００５７】
実施形態によれば、電力装置１２は、三相負荷を供給するように構成することができる。
【００５８】
実施形態によれば、溶解および／または加熱プラント１０は、電力を電力装置１２に供給するように構成された電気エネルギー供給手段１３を備える。
【００５９】
電気エネルギー供給手段１３は、配電網交流電圧Ｕｒおよび交流電流Ｉｒを供給するための配電網１５への少なくとも１つの接続部１４を含む。
【００６０】
実施形態によれば、配電網１５は三相であり得る。
【００６１】
実施形態によれば、グリッド電圧Ｕｒおよびグリッド電流Ｉｒは、所定のグリッド周波数ｆｒを有することができる。
【００６２】
可能な解決策に従って、配電網の周波数ｆｒは、５０Ｈｚから６０Ｈｚの間で選択された値である。つまり、炉１１が設置されている国の配電網の周波数に基づいている。
【００６３】
実施形態によれば、電気エネルギー供給手段１３は、配電網１５とは異なる独立した少なくとも１つの代替エネルギー源１６を備える。
【００６４】
実施形態によれば、代替エネルギー源１６は、配電網１５から分離され、電力装置１２に直接接続される。「直接」接続とは、代替エネルギー源１６が配電網１５と相互作用することなく、よって配電網１５との接続部１４を経由することなく、電力装置１２にエネルギーを供給することを意味する。
【００６５】
実施形態によれば、問題の形態の炉１１は、電気アーク炉、電気サブマージアーク炉、誘導炉、取鍋炉、または一般に、鉄鋼生産用の鉄鋼プラントもしくはガラス生産用のプラントでの使用に適した形態の溶融炉又は精製炉又は誘導加熱炉であり得る。
【００６６】
以下の説明では、例として、溶融される金属材料Ｍが導入される容器１７または槽を含む電気アーク炉１１を参照する。
【００６７】
また、炉１１には、複数の電極１８が設けられており、図示の例では、金属材料Ｍを介して電気アークを引き起こしてそれを溶かすように構成された３つの電極１８が設けられている。
【００６８】
本発明の実施形態によれば、電極１８は、電極１８を金属材料Ｍに向かって／金属材料Ｍから離れるように選択的に移動させるように構成された移動装置１９に設置される。
【００６９】
移動装置１９は、機械的アクチュエータ、電気的アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ、関節機構、機械的運動学的機構、これらに類する要素及び同等の要素、または前述のものの可能な組み合わせのうちの少なくとも１つを含むグループで選択することができる。
【００７０】
本発明の可能な実施形態によれば、電極１８の数が３である場合、電極１８のそれぞれは、電力装置１２のそれぞれの電力供給相に接続される。
【００７１】
実施形態によれば、電力装置１２は、電力供給手段１３すなわち配電網１５および／または代替エネルギー源１６から供給されたエネルギーを受け取り、それを、炉１１に給電するために適した特定の電気パラメータ“Ｕａ”，“Ｉａ”，“ｆａ”を有する給電電圧および給電電流に変換することができる。
【００７２】
実施形態によれば、電力装置１２は、配電網１５に接続され、一次交流電圧および電流を二次交流電圧および電流に変換するように構成された少なくとも１つのトランス２０を備える。
【００７３】
可能な実施形態によれば、トランス２０は、少なくとも１つのトランス二次側２２に磁気的に結合されたトランス一次側２１を含むことができる。
【００７４】
本発明の可能な実施形態によれば、トランス２０は、トランス一次側２１に磁気的に結合された複数のトランス二次側２２を含むことができる。これにより、配電網側に及ぼされる外乱の影響を低減すること、すなわち、配電網１５と交換される高調波成分及び無効電力を低減することができる。
【００７５】
トランス２０によって供給される二次電気は、トランス２０自体の設計特性によって事前定義および設定される二次電圧Ｕｓ、二次電流Ｉｓ、および二次周波数ｆｓを有する。
【００７６】
特に、二次周波数ｆｓは、上記で特定された前述の配電網の周波数ｆｒに実質的に等しくすることができ、一般に、トランス一次側２１を循環する電流の一次周波数ｆｐに等しくすることができる。
【００７７】
二次電圧Ｕｓ、二次電流Ｉｓは、代わりに、それぞれ配電網の電圧Ｕｒ、配電網の電流Ｉｒ、または一般に一次電圧Ｕｐ、およびトランス２０自体の変換比からトランス一次側２１の一次電流Ｉｐに関係することができる。
【００７８】
例えばマルチタップ形態のトランス２０には、特定のニーズに関連してトランス２０の電気変換比を選択的に調整するために設けられた調整装置（図示せず）を設けることができる。
【００７９】
本発明による電力装置１２は、トランス２０に接続され、交流二次電圧および電流を連続中間電圧および電流に変換するように構成された複数の整流器２３も含む。
【００８０】
具体的には、整流器２３は、交流二次電圧Ｕｓおよび交流二次電流Ｉｓを、それぞれの直流中間電圧Ｕｉおよび直流中間電流Ｉｉに整流することを可能にする。
【００８１】
整流器２３は、ダイオードブリッジとサイリスタブリッジを含むグループで選択することができる。
【００８２】
可能な実施形態によれば、整流器２３は、例えば、ダイオード、ＳＣＲ（シリコン制御整流器）、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）、ＩＧＣＴ（統合ゲート転流サイリスタ）、ＭＣＴ（金属酸化物半導体制御サイリスタ）、ＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）。
【００８３】
実施形態によれば、電力装置１２は、整流器２３に接続され、直流電圧および直流電流を電極１８に給電する交流電圧および交流電流に変換するように構成された複数のコンバータ２４を備える。
【００８４】
可能な実施形態によれば、コンバータ２４は、例えば、ＳＣＲ（シリコン制御整流器）、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）、ＩＧＣＴ（統合ゲート転流サイリスタ）、ＭＣＴ（金属−酸化物半導体制御サイリスタ）、ＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）。
【００８５】
本発明の可能な実施形態によれば、調整装置２６は、例として、ヒステリシス変調器、またはＰＷＭ（パルス幅変調）変調器のみを含むことができる。
【００８６】
これらの形態の変調器は、整流器２３および変換器２４の半導体デバイスを制御するために使用できる。これらの適切に制御された変調器は、炉１１、この場合電極１８に供給される電圧または電流値を生成する。
【００８７】
可能な実施形態によれば、整流器２３は、少なくとも直流で動作する少なくとも１つの中間回路２７によってコンバータ２４に接続することができる。
【００８８】
中間回路２７は、直流電気エネルギーを貯蔵し、整流器２３とコンバータ２４との間に分離を生成し、ひいては少なくとも配電網１５と分離し、又は、炉１１を基準として中間回路２６の上流に接続された可能な代替エネルギー源１６と分離するように構成することができる。
【００８９】
特に、プロセスに由来する急速な電力変動は、中間回路２７を介して部分的にフィルタリングされ、配電網側１５への影響を低減する。
【００９０】
整流器２３、コンバータ２４、および中間回路２７は、直流ユニット２８を構成することができる。特に、直流ユニット２８は、整流器２３およびコンバータ２４の直流構成要素を備えることができる。
【００９１】
例えば図２および図３を参照して説明される実施形態によれば、少なくとも１つの代替エネルギー源１６は、交流電圧ＵＡＣ及び交流電流ＩＡＣを提供するように構成された交流電気エネルギー源３１を備える。
【００９２】
実施形態によれば、交流エネルギー源３１はトランス２０に接続される。
【００９３】
好ましい実施形態によれば、交流電気エネルギー源３１は、トランス一次側２１に接続される。この場合、交流電圧ＵＡＣ交流電流ＩＡＣは、トランス２０によって変換され、整流器２３によって整流され、コンバータ２４によって変換される。
【００９４】
さらなる実施形態によれば、交流電気エネルギー源３１を各トランス二次側２２に、または各トランス二次側２２に接続することも可能であり、この場合、二次電圧Ｕｓおよび二次電流Ｉｓは、望ましい特性を備えている。
【００９５】
実施形態によれば、交流電力源３１は、再生可能エネルギー源を含むことができる。
【００９６】
可能な実施形態によれば、再生可能エネルギー源は、水力発電所、または水力発電エネルギーを電気エネルギーに変換するのに適したダム３２を備えてもよい。
【００９７】
前のものと組み合わせることができる他の実施形態によれば、再生可能エネルギー源は、風力エネルギーを電気に変換するのに適した少なくとも１つの風力タービン３３を有する風力発電所を含むことができる。
【００９８】
例示的な実施形態によれば、少なくとも稼働中であるときに実質的に代替エネルギー源１６によって供給されるエネルギーによってのみ炉１１に給電できるように、それぞれ約５ＭＷの電力を供給するのに適した２０以上の風力タービン３３を設けることができる。
【００９９】
実施形態によれば、交流電気エネルギーを生成するように構成された少なくとも１つの交流発電機３６を提供することができる。
【０１００】
例えば図４を参照して説明される実施形態によれば、少なくとも１つの代替エネルギー源１６と電力装置１２との間に少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵装置３７が接続される。
【０１０１】
貯蔵装置３７は、再生可能エネルギー源３２，３３が炉１１に電力を供給するために使用されないときに再生可能エネルギー源３２，３３によって生成される電気エネルギーを貯蔵し、貯蔵して後の時期に使用できるようにするように構成される。例として、貯蔵装置３７は、コンデンサの電池またはスーパーコンデンサを含むことができる。
【０１０２】
交流電気エネルギー源の場合、貯蔵装置３７は、コンデンサバンクの上流及び下流に配置され、交流電流および交流電圧を整流しそれぞれ変換するように構成された、それぞれの整流器および交流発電装置を含むことができる。
【０１０３】
図４及び図５を参照して説明され前の実施形態と組み合わせ可能である他の実施形態によれば、少なくとも１つの代替エネルギー源１６は、直流電圧ＵＤＣ及び直流電流ＩＤＣを提供するように構成された直流電気エネルギー源３４を備えることができる。
【０１０４】
実施形態によれば、直流電気エネルギー源３１は、整流器２３の下流の中間回路２７に直接接続することができる。
【０１０５】
実施形態によれば、生成される電流の一方向性を保証するように構成された一方向電気部品３８を提供することができる。これにより、誤った極性の入力の電流ＩＤＣが電力装置１２のコンポーネントを損傷するのを防ぐ。
【０１０６】
一方向電気部品３８は、例えば、ダイオードまたはダイオード回路とすることができる。
【０１０７】
可能な実施形態によれば、直流電気エネルギー源３４は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するのに適した複数の光起電性パネル３５を含む再生可能エネルギー源である。
【０１０８】
実施形態によれば、溶解および／または加熱プラント１０に適切に電力を供給することができるように、およそ１００ＭＷ以上の電力を得るのに適したいくつかの光起電性パネルを提供することができる。
【０１０９】
この場合、直流電圧ＵＤＣ及び直流電流ＩＤＣは、コンバータ２４によって交流給電電圧Ｕａおよび交流給電電流Ｉａに変換されるだけでよい。
【０１１０】
例えば図５を参照して説明される実施形態によれば、少なくとも１つの代替エネルギー源１６と電力装置１２との間に接続された電気エネルギー貯蔵装置３７を設けることができる。
【０１１１】
さらなる実施形態によれば、少なくとも１つの代替エネルギー源１６は、化石燃料を燃焼させることにより電気エネルギーを得るように構成された非再生可能エネルギー源を含み、非再生可能エネルギー源は、ガスタービン、又は石炭若しくは石油により動力を得る補助発電機を含む群の中から選択される。
【０１１２】
実施形態によれば、同じ形態または場合によっては異なる形態の２つ以上の代替エネルギー源１６を提供することができる。
【０１１３】
例えば、図６に示す実施形態によれば、電力装置１２のトランス２０に接続された第１の交流電気エネルギー源３１を備えた第１の代替エネルギー源１６ＡＣと、中間回路２７に接続された直流電気エネルギー源３４を備えた第２の代替エネルギー源１６ＤＣと、を設けることができる。
【０１１４】
電力装置の構造のおかげで、追加のコンポーネントを必要とせずに、それぞれの交流エネルギー源３１または直流エネルギー源３４を備えた複数の代替エネルギー源１６に接続することが可能である。
【０１１５】
しかしながら、直流電圧ＵＤＣおよび直流電流ＩＤＣを交流電圧ＵＡＣおよび交流電流ＩＡＣに変換するために適切なコンバータをそれらの間に提供して直流電気エネルギー源３４をトランス２０に接続できることは明らかである。
【０１１６】
逆に、交流電圧ＵＡＣおよび交流電流ＩＡＣを直流電圧ＵＤＣおよび直流電流ＩＤＣに変換するのに適した整流装置を提供することにより、交流電気エネルギー源３１を中間回路２７またはユニット２８に接続することも可能である。
【０１１７】
例えば図１及び図６を参照して説明されている実施形態によれば、溶融および／または加熱プラント１０は、配電網１５及び１つ若しくは複数の代替エネルギー源１６，１６ＡＣ，１６ＤＣによってそれぞれ供給される電気エネルギーの動作状態、品質、エネルギーの利用可能性および／または費用、並びに炉１１によって必要とされるエネルギーの量を含む１つ又は複数のパラメータを監視し、電力装置１２へ電気エネルギーを供給するために一方、他方又は両方を選択するように構成された管理ユニット３９を備えている。
【０１１８】
利用可能性とは、代替エネルギー源１６によって生成および／または貯蔵されるエネルギーの量を意味とする。
【０１１９】
エネルギー費用は、配電網１５の料金に基づいて、使用のタイムスロットが異なる費用に関連付けられている場合は使用のタイムスロットに基づいて、代替エネルギー源１６の管理費用に基づいて原料の費用等に基づいて計算できる。たとえば、非再生可能なエネルギー源の場合、石油または石炭の費用に基づいて計算できる。
【０１２０】
実施形態によれば、融解および／または加熱システム１０は、少なくとも１つの代替エネルギー源１６に関連付けられ、１つまたは複数の再生可能エネルギー源３２，３３，３５によって生成されるエネルギー量をおよび／または監視するように構成されるカウンターデバイスを含むことができる。
【０１２１】
実施形態によれば、溶解および／または加熱プラント１０は、炉１１によって経時的に吸収されるエネルギー電力を検出および／または推定し、この情報を管理ユニット３９に提供するのに適したデバイスを含むことができる。
【０１２２】
検出された状態、すなわち、代替エネルギー源１６によって都度生成されるエネルギーの量、および場合によっては１つまたは複数の貯蔵装置３７に貯蔵されたエネルギーの量に応じて、管理ユニット３９は供給手段１３として配電網１５のみを使用するか、少なくとも１つの代替エネルギー源１６のみを使用するか、又は両方を使用するかを決定することができる。
【０１２３】
特に、管理ユニット３９は、溶解および／または加熱プラント１０の正しい動作を保証するために一方で必要な供給手段１３のみを都度選択するように構成することができる。他方では、特に配電網１５によるエネルギー供給を削減することにより、全体的なエネルギー消費を最適化する。
【０１２４】
さらなる実施形態によれば、電力装置１２は、コンバータ２４の動作を制御および命令し、電極１８に供給される交流の給電電圧および給電電流を経時的に調整するように構成された制御コマンドユニット２５を備える。
【０１２５】
実施形態によれば、制御コマンドユニット２５は、交流の給電電圧Ｕａおよび給電電流Ｉａのパラメータを選択的に設定するようにコンバータ２４を制御することができる。
【０１２６】
実施形態によれば、制御コマンドユニット２５は、交流給電電圧Ｕａおよび交流給電電流Ｉａのパラメータを選択的に設定するようにコンバータ２４を制御することができる。
【０１２７】
具体的には、給電電圧「Ｕａ」と給電電流「Ｉａ」は、関与する溶解電力に関連して選択的に調整される。
【０１２８】
可能な実施形態によれば、トランス２０、トランス２０に接続された整流器２３、および変換器２４は一緒に電源モジュール２９を規定する。
【０１２９】
実施形態によれば、電力装置１２は、配電網１５および電気炉１１に互いに並列に接続された複数の給電モジュール２９を備えることができる。
【０１３０】
実施形態によれば、電源モジュール２９は、少なくとも１つの代替エネルギー源１６および電気炉１１に互いに並列に接続することができる。
【０１３１】
いくつかの供給モジュール２９の組み合わせにより、供給しなければならない炉１１の特定のサイズに関する寸法で拡張可能な電力装置装置１２を得ることが可能になる。
【０１３２】
可能な実施形態によれば、制御コマンドユニット２５は、各モジュールが同じ値の電圧、電流、および周波数を電極１８へ供給するように、少なくともそれぞれのコンバータ２４を制御するためにすべての電源モジュール２９に接続されている。このようにして、システム全体の誤動作を回避することが可能である。
【０１３３】
可能な実施形態によれば、電力装置１２は、装置の所望の全体的なリアクタンスを得るように構成されたインダクタ３０を含むことができる。
【０１３４】
インダクタ３０は、コンバータ２４の下流に接続することができ、所望の総等価リアクタンスを達成するようなサイズにされる。このようにして、インダクタ３０の寄与により、および電力装置１２を電気炉１１に、またはこの場合には電極１８に接続する導体により導入されるリアクタンスにより与えられる全体的なリアクタンスを得ることが可能である。
【０１３５】
一般的に、インダクタンスは（設計）パラメータであり、コンポーネントが構築されると変更できない。
【０１３６】
周波数を変更することにより（たとえば５０Ｈｚの主電源に対して）、同じインダクタンスで、コンポーネントが回路内で想定するリアクタンス値を変更することができ、したがって、所望の合計等価リアクタンス値に到達することができる。
【０１３７】
可能な実施形態によれば、電気アーク炉１１の場合、制御およびコマンドユニット２５は、移動デバイス１９にも接続され、電極１８の位置の調整を可能にすることができる。合併プロセスのさまざまな段階との関係。
【０１３８】
特に、電極１８は、材料の位置を追跡し、したがってアークの長さを変えるために、ハンドリング装置１９によって動かされる。
【０１３９】
このようにして、制御コマンドユニット２５は、プロセスの特定の段階に関して、少なくとも以下のパラメータを管理およびコマンドすることができる：給電電圧Ｕａ、給電電流Ｉａ、給電周波数ｆａ、存在する場合には電極１８の位置。
【０１４０】
さまざまなパラメータを制御する可能性が高いため、プロセスへのエネルギーの移動を最適化すると同時に、配電網１５および／または炉側の電力の急激な変化に起因する代替エネルギー源１６への影響を低減できる。
【０１４１】
本明細書に記載される実施形態は、金属材料Ｍの溶融および／または加熱プラント１０の炉１１に供給する方法にも言及する。
【０１４２】
実施形態によれば、この方法は、供給手段１３によって電力装置１２に電気エネルギーを供給し、電力装置１２によって電気エネルギーを変換して、炉１１に提供される交流給電電圧Ｕａおよび交流給電電流Ｉａを得る。実施形態によれば、この方法は以下を含む：
−配電網１５を介した、トランス２０への一次電圧Ｕｐおよび一次電流Ｉｐの供給。
−一次電圧Ｕｐと一次電流Ｉｐをトランス２０で二次電圧Ｕｓと二次電流Ｉｓに変換する。
−二次電圧Ｕｓおよび二次電流Ｉｓを複数の整流器２３で整流して、直流電圧Ｕｉおよび直流電流Ｉｉを得る。
−複数の変換器２４を用いて、直流電圧Ｕｉおよび直流電流Ｉｉを、コンバータ２４に接続された制御コマンドユニット２５によって選択的に設定可能な交流給電電圧Ｕａおよび交流給電電流Ｉａに変換する。
−炉１１への給電電圧Ｕａおよび給電電流Ｉａの供給。
【０１４３】
実施形態によれば、この方法は、配電網１５とは異なる、電力装置１２に繋がっている独立した少なくとも１つの代替エネルギー源１６によって、配電網１５によって供給される電気エネルギーに加えて、または代替として、電気エネルギーを炉１１に供給することを提供する。
【０１４４】
実施形態によれば、方法は、配電網によって供給されるエネルギーの利用可能性、エネルギー費用、及び炉１１の所要エネルギーをカバーするために必要な代替源から入手可能なエネルギーの統合の程度を含む１つ又は複数のパラメータを検出し、電力装置１２に給電するために配電網１５及び少なくとも１つの代替エネルギー源１６のうち一方を使用するか、又は他方を使用するか、又は両方を使用するかを規定するために、上記のパラメータのうちいずれか１つ又は複数を使用する。
【０１４５】
実施形態によれば、電力供給方法は、交流電気エネルギー源３１を使用し、交流電圧ＵＡＣおよび交流電流ＩＡＣをトランス一次側２１に直接供給することを提供することができる。
【０１４６】
実施形態によれば、電力供給方法は、直流電気エネルギー源３４を使用し、直流電圧ＵＤＣおよび直流電流ＩＤＣを整流器２３の下流の直流中間回路２７に直接供給することができる。
【０１４７】
特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、これまで説明した溶融および／または加熱プラント１０および給電方法に対して、部品または工程の修正および／または追加を行うことができることは明らかである。
【０１４８】
また、いくつかの特定の例を参照して本発明を説明したが、
当業者は、溶融および／または加熱プラント１０および給電方法の多くの他の形態であって特許請求の範囲に記載の特性を有する同等の形態を確実に実現でき、それゆえ、これらは全て特許請求の範囲によって定まる保護範囲に属することが明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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