特許 7518205 工業プラントにおける電力供給装置および電力供給方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】工業プラントにおける電力供給装置および電力供給方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20240709BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240709BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20240709BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20240709BHJP

   F27D 11/00 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J3/38 120

H02J7/34 J

H02J9/06 120

F27D11/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022570501

(86)(22)【出願日】2021-05-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-04

(86)【国際出願番号】 IT2021050151

(87)【国際公開番号】W WO2021234751

(87)【国際公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-01-17

(31)【優先権主張番号】102020000011923

(32)【優先日】2020-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】514165990

【氏名又は名称】ダニエリ オートメーション ソシエタ ペル アチオニ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】モルテーニ、ロベルト

(72)【発明者】

【氏名】モルデグリア、アントネロ

【審査官】早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３３９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２１２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２０７６０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０９６８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５３８２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０４４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２６７９５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２７３２４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ３／００－５／００

Ｈ０２Ｊ１／００－１／１６

Ｈ０２Ｊ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６

Ｈ０２Ｊ９／００

Ｆ２７Ｂ１／００－３／２８

Ｆ２７Ｄ７／００－１５／０２

Ｂ２１Ｂ２７／００－３５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

材料を処理するための工業用鉄鋼プラント（２０）用の電力供給装置であって、
前記プラント（２０）は、材料を処理するための１以上のライン（１１，２１）と、電力網（１５）、特に公共電力網（１５）に接続されている少なくとも１つの変圧器（１４）および前記変圧器（１４）の下流に位置する電力供給システム（１６）を備える前記装置の電力供給手段（１３）によって交流電流で給電される１以上のユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）と、を備える電力供給装置であって、
前記電力供給手段（１３）は、前記電力網（１５）によって供給される電力エネルギーに追加して、またはその代替として、材料を処理するための前記１以上のライン（１１，２１）および前記１以上のユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）の両方もしくは一方に電力エネルギーを供給することのできる、少なくとも前記電力供給システム（１６）に接続される少なくとも１つの代替エネルギー源（４０）も備えることと、
前記装置は、前記電力網（１５）および前記少なくとも１つの代替エネルギー源（４０）から利用可能な電気エネルギーの作動状態、質、量および／またはコスト、のうちの１以上のパラメータと、前記１以上のライン（１１，２１）および前記１以上のユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）の両方または一方に必要なエネルギーの量とを監視し、少なくともそれぞれの作動状態および全体的なエネルギーコストに応じて、前記電力網（１５）および前記少なくとも１つの代替エネルギー源（４０）の一方、他方、または両方を選択して、前記電気エネルギーを前記１以上のライン（１１、２１）および前記ユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）の両方または一方に供給するように構成される管理ユニット（４１）を備えることと、
前記プラント（２０）は製鉄所であり、金属材料を溶解するための少なくとも１つのライン（１１）と、少なくとも１つの圧延ライン（２１）とを備え、前記溶解ライン（１１）には少なくとも１つの炉（１２）が設けられ、前記圧延ラインは１以上のユーザデバイス（１７，１８，１９）を備えることと、
前記代替エネルギー源（４０）が、少なくとも１つの直流電流接続システム（２２）によって、前記電力供給システム（１６）の中間接続回路（４２）に接続された前記炉（１２）に接続されていることと、
前記炉（１２）の前記電力供給システム（１６）が、少なくとも１つの中電圧／中電圧変圧器または中電圧／低電圧変圧器（３３）と、前記変圧器（３３）に接続されている整流器（３４）と、直流電流中間接続回路（４２）、すなわちＤＣリンクによって前記整流器（３４）に接続されているコンバータ（３５）とを備える複数の電力供給モジュール（３２）を備えることと、
前記直流電流接続システム（２２）が、前記整流器（３４）と前記コンバータ（３５）との間の前記中間接続回路（４２）において前記電力供給モジュール（３２）の各々に接続されていることと、を特徴とする電力供給装置。

【請求項2】

前記代替エネルギー源（４０）が、少なくとも１つの直流電流接続システム（２３）によって、前記圧延ライン（２１）の前記１以上のユーザデバイス（１７，１８，１９）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記代替エネルギー源（４０）と前記炉（１２）との間および前記代替エネルギー源（４０）と前記圧延ライン（２１）の前記ユーザデバイス（１７，１８，１９）との間にそれぞれ配置される前記直流電流接続システム（２２，２３）が、少なくとも１つの直流電流共通接続バス（２４）に関連付けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記共通バス（２４）と前記代替エネルギー源（４０）との間に位置付けられる１以上の高周波コンバータ（２７）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記共通バス（２４）と前記直流電流接続システム（２２，２３）との間に位置付けられる１以上の高周波コンバータ（２８）を備えることを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。

【請求項6】

前記共通バス（２４）に電気的に接続されているエネルギー蓄積システム（２９）を備えることを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記蓄積システム（２９）が、対応する高周波コンバータ（３１）によって前記共通バス（２４）に接続される１以上の蓄積デバイス（３０）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記代替エネルギー源（４０）が、直流電流または交流電流によって電気エネルギーを供給することのできる、１以上の再生可能エネルギー源（２５）および１以上の非再生可能エネルギー源（２６）の両方または一方を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

材料を処理するための１以上のライン（１１，２１）と、交流電流で給電される１以上のユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）と、少なくとも１つの請求項１から８のいずれか一項に記載の電力供給装置と、を備える、材料を処理するための工業用鉄鋼プラント（２０）。

【請求項10】

材料を処理するための１以上のライン（１１，２１）と、電力網（１５）に接続されている少なくとも１つの変圧器（１４）および前記変圧器（１４）の下流に位置する電力供給システム（１６）を備える電力供給手段（１３）によって交流電流で給電される１以上のユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）と、を備える材料を処理するための工業用鉄鋼プラント（２０）に電気エネルギーを供給する方法であって、
前記方法は、前記電力網とは異なりかつ独立した少なくとも１つの代替エネルギー源（４０）によって、前記１以上のライン（１１，２１）および前記１以上のユーザデバイス（１７，１８，１９）の両方または一方に電気エネルギーを供給することを含む方法であって、
前記電力網（１５）および前記少なくとも１つの代替エネルギー源（４０）から利用可能な電気エネルギーの作動状態、質、量および／またはコスト、のうちの１以上のパラメータと、前記１以上のライン（１１，２１）および前記ユーザデバイス（１７，１８，１９）の両方または一方に必要なエネルギーの量とを検出および／または監視し、少なくとも各作動状態および全体的なエネルギーコストに応じて、電気エネルギーを前記１以上のライン（１１，２１）および前記ユーザデバイス（１２，１７，１８，１９）の両方または一方に供給するために、前記電力網（１５）および前記少なくとも１つの代替エネルギー源（４０）の一方、他方または両方を選択することと、
前記プラント（２０）は製鉄所であり、金属材料を溶解するための少なくとも１つのライン（１１）と、少なくとも１つの圧延ライン（２１）とを備え、前記溶解ライン（１１）には少なくとも１つの炉（１２）が設けられ、前記圧延ラインは１以上のユーザデバイス（１７，１８，１９）を備えることと、
前記代替エネルギー源（４０）が、少なくとも１つの直流電流接続システム（２２）によって、前記電力供給システム（１６）の中間接続回路（４２）に接続された前記炉（１２）に接続されていることと、
前記炉（１２）の前記電力供給システム（１６）が、少なくとも１つの中電圧／中電圧変圧器または中電圧／低電圧変圧器（３３）と、前記変圧器（３３）に接続されている整流器（３４）と、直流電流中間接続回路（４２）、すなわちＤＣリンクによって前記整流器（３４）に接続されているコンバータ（３５）とを備える複数の電力供給モジュール（３２）を備えることと、
前記直流電流接続システム（２２）が、前記整流器（３４）と前記コンバータ（３５）との間の前記中間接続回路（４２）において前記電力供給モジュール（３２）の各々に接続されていることと、を特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工業プラントにおける電力供給装置に関する。特に、プラントは、金属材料を処理するための工業プラントとすることができる。この種の工業プラントの例は、金属材料を溶解するための少なくとも１つのラインと、金属材料を圧延するための少なくとも１つのラインとを備える製鉄所である。

【0002】

本発明は、材料を処理するために、工業プラントに電力を供給する方法にも関する。

【背景技術】

【0003】

知られているように、材料を処理するためのさまざまなプラント、例えば、さまざまなユーザデバイスと材料を処理するためのさまざまなラインとの作動のためにメガワット（ＭＷ）程度または数十メガワット程度のエネルギー消費量を要する、金属、プラスチック、廃棄物、ガラス材料、一般に不活性物質またはその他のものを処理するための工業プラントがある。大量のエネルギーを消費するユーザデバイスのいくつかの例は、ポンプ、ファン、吸引装置、混合器、加熱器、コンプレッサ、昇降機、空調装置、加熱炉、水加熱装置、乾燥ステーションまたはその他のものとすることができる。

【0004】

以下の説明は、特に、材料、この場合は金属材料を処理するための工業プラントの例として、製鉄所に言及するが、本明細書は同様に、材料を処理するための任意の工業プラントに言及することができるであろう。

【0005】

知られているように、製鉄所は、通常、少なくとも１つの溶解炉、例えば電気アーク炉または誘導溶解炉から構成されている、金属材料を溶解するための少なくとも１つのラインと、鋳造ラインと、溶解によって得られた金属材料が圧延されるために送られる少なくとも１つの圧延ラインとからなる。通常、溶解ラインには、精錬炉も設けられ、場合によっては、液体金属を真空内で処理するためのステーションが設けられる。

【0006】

圧延ラインは、金属材料の連続鋳造のプロセスから溶解物を受け取り、これをレードルからモールドに移し、さらに、金属材料を、電動圧延ロールが設けられている圧延スタンドに搬送するか堆積床に向けて搬送する、ローラウェイに移す。

【0007】

圧延ラインは、一般に、ローラウェイの下流かつ圧延スタンドの上流に、連続鋳造ラインからまたは外部床から入ってくる金属材料を、圧延する前に均等に加熱するのに適した、１以上の加熱炉、例えば誘導炉を備える。

【0008】

溶解ラインと圧延ラインのどちらにおいても、大量の電気エネルギー（数十メガワット／時程度）を吸収するさまざまなユーザデバイスがあり、例えば、溶解炉および精錬炉、圧延スタンドのロールを駆動する手段、加熱炉、金属材料を搬送するためのローラウェイ、およびその他のものがある。

【0009】

そのため、これらの処理プラントは、電力網に継続的に接続され、三相交流電流の吸収は生産量に応じるので、炉によって生産される溶解材料が多くなるほど、購入しなければならない電気エネルギー量も多くなり、一定しない電気エネルギー供給が電力網に障害を生じさせうるリスクがあり、不利益の発生を避けるためには、経済的な観点から負担の大きい、適切なインダクタによってこれを補償しなければならない。別の欠点は、電気エネルギーの使用は、特に、ある地理的地域においては高価になる可能性があり、または、重大な社会経済的事象の後に高価になる可能性があり、供給コストも相当増大する可能性があることである。

【0010】

そのため、いくつかの製鉄所は、例えば、電力網によって供給される電気エネルギーのコストが比較的低い期間中、例えば夜間に、生産を集中させることを余儀なくされている。

【0011】

さらに、電力網の停電の可能性がある場合に、プラントと生産とを停止する必要があり、その結果、生産性の損失、ひいては生産バッチの引渡しの遅延が生じる。
特許文献１は、特にデータセンターで使用するために、異なる電力供給源の使用に供する電力供給システムおよび方法を説明している。システムは、第１および第２の整流器を備えており、それぞれが電気網および補助電源に接続され、エネルギー蓄積装置が２台の整流器の出力に接続され、インバータが整流器の出力と負荷、またはデータ管理センターとの間に接続されている。このシステムは、異なる電源間のあらゆる移行デバイスをなくすことに供する。

【0012】

特許文献２の文書は、電力網、代替電源および燃料電池システムを備える電力供給システムを説明しており、これらは各コンバータおよびインバータによって負荷に接続されている。

【0013】

特許文献３の文書は、負荷に接続されているいくつかの電力供給源が設けられているハイブリッドパワーシステムを制御する方法および装置を説明している。
特許文献４の文書は、異なる電力源で給電されるモータ用駆動システムを説明している。

【0014】

そのため、現在の技術水準の欠点の少なくとも１つを克服することのできる、材料を処理するためのプラントにおける電力供給装置を完全なものにするニーズがある。
具体的に、本発明の１つの目的は、エネルギー供給コスト、ひいては生産コスト全体を削減するために、電力網とは少なくとも部分的に独立して作動することのできる、材料を処理するためのプラントにおける電力供給装置を提供することである。

【0015】

１つの目的は、また、最も深刻な場合には数日も続く可能性のある、電力網での停電現象による加工プラントまたは処理プラントの運転停止のリスクを低減させることである。
別の目的は、公共電力網からのエネルギーの使用を削減して、この電力網でもたらされる消費量と、起こりうる障害とを低減させることである。

【0016】

別の目的は、電力網からの電気エネルギーの使用を制限することを可能にする、材料を処理するためのプラントに電力を供給する方法を完全なものにすることである。
材料を処理するためのプラントを全日および夜間の両方または一方にわたって作動させることも目的である。

【0017】

本発明によってもたらされる別の便益および利点は、また、公共電力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は生成されていない場合、ＣＯ２排出量を削減することが可能なことである。

【0018】

出願人は、現在の技術水準の欠点を克服し、これらおよびその他の目的および利点を得るために、本発明を考案し、試験し、具現化した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【文献】国際公開第２０１６／０９４９３９号

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２７３２４０号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１１／２７３０２２号明細書

【文献】欧州特許出願公開第３０４６２０１号明細書

【発明の概要】

【0020】

本発明は、独立請求項に記載され、特徴を述べられている。従属請求項は、本発明の他の特徴または主な独創的なアイデアの変形を説明している。
上記目的に従い、本発明は、材料を処理するための工業プラント用の電力供給装置に関し、プラントは、材料を処理するための１以上のラインと、電力網に接続されている少なくとも１つの変圧器および変圧器の下流に位置する電力供給システムを備える電力供給手段によって交流電流で給電される１以上のユーザデバイスとを備える。

【0021】

本発明の一態様によると、電力供給手段は、電力供給システムの上流に設けられて、電力網、特に公共電力網によって供給される電力エネルギーに追加して、またはその代替として、材料を処理するための１以上のラインおよび１以上のユーザデバイスの両方もしくは一方に電力エネルギーを供給することのできる少なくとも１つの代替電源も備える。

【0022】

この装置および代替エネルギー源のおかげで、電力網とは独立して、プラントの１以上のラインおよび１以上のユーザデバイスの両方または一方に少なくとも給電し、場合により電力網からラインおよびユーザデバイスの両方または一方を少なくとも一時的に切断することを可能にし、またはいずれの場合も、時間に応じて電力網からのエネルギーの供給を削減し、場合により、エネルギーの供給を比較的高価ではない時間帯に制限することが可能である。

【0023】

さらに、代替エネルギー源の存在は、電力網の不具合または停電がある場合であっても処理プラントが利用できることを可能にする。
このプラントは、非制限的な例として、製鉄所とすることができ、金属材料を溶解するための少なくとも１つのラインと、少なくとも１つの圧延ラインとを備え、溶解ラインには少なくとも１つの炉が設けられ、圧延ラインは１以上のユーザデバイスを備える。

【0024】

本発明の一態様によると、装置は、電力網および少なくとも１つの代替エネルギー源から利用可能な電気エネルギーの作動状態、質、量および／またはコスト、のうちの１以上のパラメータと、１以上のラインおよび１以上のユーザデバイスの両方または一方に必要なエネルギーの量とを監視するように構成される管理ユニットを備える。

【0025】

１つの利点は、例えば、少なくとも１つの代替エネルギー源からのエネルギーの利用可能性が低くなる場合、または公共電力網に停電が生じる場合でも、高電力負荷の運転を維持することができることである。

【0026】

有利なことに、管理ユニットは、プラントのエネルギー需要を補うために、電力網によって供給されるエネルギーの利用可能性、エネルギーコスト、および少なくとも１つの代替エネルギー源から利用可能なエネルギーとの統合の程度、のうちの１以上のパラメータを検出することができる。

【0027】

このように、それぞれの場合において、最も適切な供給エネルギー源、すなわち、電力網によって供給されるエネルギーか、または少なくとも１つの代替エネルギー源によって供給されるエネルギーかを、エネルギーコストにも基づいて選ぶことが可能である。そのため、これにより、エネルギー不足またはその過剰なコストの場合に、生産の低下または処理プラントの運転停止をしなければならないことが防止される。

【0028】

本発明の別の態様によると、代替エネルギー源は、少なくとも１つの直流電流接続システムによって炉に接続することができる。
具体的には、直流電流接続システムは、炉に向かう電流の方向に対して電力供給システムの上流に接続される。

【0029】

いくつかの実施形態によると、電力供給システムは、変圧器と炉との間に接続されており、少なくとも１つの中電圧／中電圧変圧器または中電圧／低電圧変圧器と、変圧器に接続されている整流器と、電気エネルギーを蓄積およびフィルタリングすることができるとともにコンバータへの電力供給の向上した信頼性および質を保証することのできる、直流電流中間接続回路、例えば、いわゆる「ＤＣリンク」によって整流器に接続されているコンバータとを備える。

【0030】

いくつかの実施形態によると、代替エネルギー源は、少なくとも１つの直流電流接続システムによって、圧延ラインの１以上のユーザデバイスに接続することができる。
代替エネルギー源と溶解炉との間および代替エネルギー源と圧延ラインのユーザデバイスとの間にそれぞれ配置することのできる直流電流接続システムは、少なくとも１つの直流電流共通接続バスに関連付けることができる。

【0031】

本装置は、共通バスと代替エネルギー源との間に位置付けられる１以上の高周波コンバータを備えることができる。
本装置は、共通バスと直流電流接続システムとの間に位置付けられる１以上の高周波コンバータを備えることができる。

【0032】

さらに、いくつかの実施形態において、本装置は、共通バスに電気的に接続されているエネルギー蓄積システムを備えることができる。
蓄積システムは、対応する高周波コンバータによって共通バスに接続される１以上の蓄積デバイスを備えることができる。

【0033】

本発明の他の態様によると、炉の電力供給システムは、少なくとも１つの中電圧／中電圧変圧器または中電圧／低電圧変圧器と、変圧器に接続されている整流器と、整流器に接続されているコンバータとを備える複数の電力供給モジュールを備えることができ、直流電流接続システムは、整流器とコンバータとの間で電力供給モジュールの各々に接続されている。

【0034】

代替エネルギー源は、直流電流または交流電流の電気エネルギーを供給することのできる、１以上の再生可能エネルギー源および１以上の非再生可能エネルギー源の両方または一方を備えることができる。

【0035】

ここで説明されるいくつかの実施形態は、１以上のユーザデバイスをそれぞれ備える、溶解ラインおよび／または少なくとも１つの圧延ラインのうちの少なくとも一方を含む、材料を処理するための１以上のラインと、本発明による少なくとも１つの電力供給装置とを備える、工業プラント、特に製鉄所にも関する。

【0036】

本発明は、上で定義したような金属材料を処理するためのプラントにおいて電気エネルギーを供給する方法にも関する。方法は、電力網とは異なりかつ独立した少なくとも１つの代替エネルギー源によって、１以上のラインおよび１以上のユーザデバイスの両方または一方に電気エネルギーを供給することに供する。

【0037】

本方法は、電力網および少なくとも１つの代替エネルギー源から利用可能な電気エネルギーの作動状態、質、量および／またはコスト、のうちの１以上のパラメータと、１以上のラインおよび１以上のユーザデバイスの両方または一方に必要なエネルギーの量とを検出および／または監視し、少なくとも各作動状態および全体的なエネルギーコストに応じて、電気エネルギーを１以上のラインおよび１以上のユーザデバイスの両方または一方に供給するために、電力網および少なくとも１つの代替エネルギー源の一方、他方または両方を選択することに供する。

【0038】

本発明のこれらおよびその他の態様、特徴および利点は、添付の図面を参照して非制限的な例として挙げる以下のいくつかの実施形態の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明に係る、材料を処理するためのプラントにおける電力供給装置の図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

ここで、本発明の考えられる一実施形態を詳細に述べるが、そのうち製鉄所に適用される一実施例を添付の図面に示している。この実施例は、本発明の非制限的な例として提供しており、本発明の制限と理解してはならない。

【0041】

図１は、本発明による、材料を処理するための工業プラント２０用の電力供給装置１０を模式的に示す。
プラント２０は、装置１０の電力供給手段１３によって交流電流で給電される、材料を処理するための１以上のライン１１，２１と１以上のユーザデバイス１２，１７，１８，１９とを備え、電力供給手段１３は、電力網１５に接続されている少なくとも１つの変圧器１４と、変圧器１４の下流に配置されている電力供給システム１６とを備える。

【0042】

本装置１０において、電力供給手段１３は、電力供給システム１６の上流に設けられて、電力網１５、特に公共電力網１５によって供給される電気エネルギーに追加して、またはその代替として、材料を処理するための１以上のライン１１，２１および１以上のユーザデバイス１２，１７，１８，１９の両方または一方に電力エネルギーを供給することのできる、少なくとも１つの代替エネルギー源４０も備える。

【0043】

プラント２０は、非制限的な例として、金属材料を処理するための工業プラント、例えば製鉄所とすることができるであろう。
プラントは、金属材料を溶解するための少なくとも１つのライン１１と、溶解ライン１１によって生産された金属材料を圧延するための少なくとも１つの圧延ライン２１とを備えることができる。溶解ライン１１には、少なくとも１つのユーザデバイス、特に金属材料を溶解するための炉１２が設けられている。金属材料を圧延するためのライン２１には、電力供給手段１３によって電力供給される１以上のユーザデバイス１７，１８，１９が設けられている。

【0044】

溶解ライン１１によって生産される溶解金属材料は、例えば連続鋳造プロセスによって、圧延ライン２１に搬送することができる。
代替エネルギー源４０は、特に炉１２に向かう電流の方向において電力供給システム１６の上流に配置されている、電力供給システム１６に接続されている少なくとも１つの直流電流接続システム２２によって、溶解炉１２、例えば電気アーク炉または誘導溶解炉に接続することができる。直流電流接続システム２２は、例えば、いわゆるＤＣリンクまたは同様なものとすることができる。

【0045】

代替エネルギー源４０は、少なくとも１つの直流電流接続システム２３によって、圧延ライン２１の１以上のユーザデバイス１７，１８，１９にも接続することができる。直流電流接続システム２３は、例えば、いわゆるＤＣリンクまたは同様なものとすることができる。

【0046】

いくつかの実施形態において、代替エネルギー源４０と溶解炉１２との間および代替エネルギー源４０と圧延ライン２１のユーザデバイス１７，１８，１９との間にそれぞれ配置されているこれらの直流電流接続システム２２および２３は、少なくとも１つの共通直流電流接続ラインまたはバス２４に関連付けられている。

【0047】

代替エネルギー源４０は、直流電流または交流電流の電気エネルギーを供給することのできる、１以上の再生可能エネルギー源２５および１以上の非再生可能エネルギー源２６の両方または一方を備えることができる。

【0048】

再生可能エネルギー源２５に関しては、この状況において、気候／環境パラメータ（太陽、風、水文地質学的地形等）、また転換によって取得可能な他の形態のエネルギー（例えば、バイオマス、水素、植物油等）の利用可能性の両方に関連する、さまざまな技術を供することができる。そのため、これらの再生可能エネルギー源２５は、例えば水力発電所、風力発電所、太陽光発電所またはその他を備えることができる。

【0049】

代替エネルギー源４０は、例えば石油、石炭またはガスなどの化石燃料の燃焼に由来する非再生可能エネルギー源２６とすることができる。
採用する解決策に関係なく、設けられる代替エネルギー源４０によって生産されるエネルギーを最大限活用するために、今後使用することが決定されているあらゆる種類の再生可能エネルギー源２５および／または非再生可能エネルギー源２６が接続される共通バス２４を作ることが好ましく、共通バス２４に接続されているさまざまな直流電流接続システム２２および２３は、そこから電力を引き出すことができる。

【0050】

そのため、少なくとも１つの共通バス２４を設けることは、いくつかの直流電流電力供給システムを実質的に１つのコレクタに接続することを可能にし、そのことが、電力供給電圧に起こりうる急激な変動およびその他から生じる現象を低減させるため、負荷変動を補償するのにも有利となりうる。

【0051】

さまざまな再生可能または非再生可能エネルギー源２５，２６によって共有される共通バス２４に流れる直流電流は、その後、分配されて、最終使用者の現場で（したがって、例えば、炉１２、ユーザデバイス１７，１８，１９またはその他で）交流電流に適切に再変換される。

【0052】

共通バス２４は、直流電圧の公称値、および整流された交流電力網の変動に関連する、公称値に対する一定の変動範囲で実質的に規定される。
この値は、共通バス２４に接続されているすべての負荷、例えば、炉１２、ユーザデバイス１７，１８，１９またはその他にとって適切ではないことがあり、したがって、そうした場合には、共通バス２４の電圧の値に、異なる既存の直流電流接続システム２２，２３の直流電圧を適合させる必要がある。

【0053】

ユーザデバイス１７は、例えば、圧延ライン２１に沿って金属材料を加熱するための誘導炉とすることができる。他方で、ユーザデバイス１８および１９は、例えば、金属材料を圧延するために圧延スタンドのローラを駆動するための手段とすることができる。ユーザデバイスは、他の要素、例えば、圧延される金属生成物が流れ、圧延ライン２１に通常設けられているローラウェイに関連付けられている要素、またはその他のものも備えることができるであろう。

【0054】

電圧の適合を可能にするために、共通バス２４と代替エネルギー源４０との間に位置付けられる、１以上の高周波コンバータ２７、特にＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる。
高周波とは、切換デバイスの切換周波数を意味し、コンバータ２７は昇圧／降圧タイプとすることができる。すなわち、例えば、太陽光または風力などの再生可能エネルギー源２５によって生成される入力側の直流電流電圧は、共通バス２４の電圧に基づいて、コンバータ２７からの出力側で上昇または下降させられる。

【0055】

使用されるコンバータ２７の図は、バックステージと、ブーストステージと、入力と出力との間のガルバニック絶縁を保証するＨＦ（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波数）変圧器とを有することができるであろう。同じ共通バス２４に接続されている多数のコンバータ２７があるため、ガルバニック絶縁は、あるコンバータが故障した場合にその故障がユーザコンポーネントまたはユーザデバイス（例えば、溶解ライン１１の炉１２）に伝播して該ユーザコンポーネントまたはユーザデバイスをブロックするのを防ぐために必要である可能性がある。

【0056】

共通バス２４を、プラント２０に存在する負荷に接続されている異なる直流電流接続システム２２，２３に接続するために、同じ種類の変換を施すことができる。
そのため、本装置１０は、１以上の高周波コンバータ２８を備えることができ、その場合、共通バス２４と直流電流接続システム２２，２３との間に位置付けられているコンバータ２７についてすでに説明した理由で、ガルバニック絶縁が必要である。

【0057】

本装置１０は、共通バス２４に電気的に接続されているエネルギー蓄積システム２９を備えることができる。
蓄積システム２９は、対応する高周波コンバータ３１によって、共通バス２４に接続されている１以上の蓄積デバイス３０を備えることができる。

【0058】

蓄積システム２９は、例えば、使用される再生可能エネルギー源２５、例えば、太陽光発電所または風力発電所に典型的な不連続性の補償において有用となることができる。
蓄積システム２９は、静的にすることができ、そのため、バッテリ、燃料電池、スーパーキャパシタまたはその他などの蓄積デバイス３０を備える。代わりに、または組み合わせて、蓄積システム２９は、動的にすることができ、そのため、ＦＥＳ（Ｆｌｙｗｈｅｅｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ：フライホイールエネルギー蓄積）バッテリ、パーム油などの再生可能燃料によって給電されるターボジェネレータ、小型水力発電用のタービンまたはその他などの蓄積デバイス３０を備える。蓄積システム２９は、例えば、電気分解、ガス圧縮、水素燃料電池またはその他によって水素を生成するシステムにより、化学的なものにすることができる。

【0059】

例えば、炉１２は常時稼働しているものではないため、稼働していない期間中のエネルギーの余剰を、上記説明した蓄積システム２９のモードの１つによって蓄積することができる。

【0060】

蓄積システム２９が装置１０に設けられている場合、コンバータ２７，２８は双方向タイプとしなければならず、すなわち、エネルギーを負荷に搬送するとともに、これが最低電圧閾値未満になるときに蓄積システム２９を充電することもできなければならない。蓄積バッテリが使用される場合、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリモニタリングシステム）管理システムを蓄積システムに統合することができる。

【0061】

他方で、例えば、太陽光発電所を再生可能エネルギー源２５として使用する場合、コンバータ２７、すなわち、再生可能エネルギー源２５の側に配置されるコンバータは、最適な作動点を常に探しながらエネルギーの生産を最適化しなければならない。

【0062】

別のものではなくある蓄積システムを選ぶことは、用途のタイプ次第であり、低電力だが長期間、ではなく高電力を短期間必要とする、したがってはるかに大きいエネルギーを必要とするという事実に基づく。

【0063】

後者の事例では、通例、スーパーキャパシタが適用されるがそれだけではなく、前者の事例では、通例、フライホイールバッテリ、バッテリまたはその他の高エネルギー密度の蓄積システムが適用されるがそれだけではない。異なる解決策の組み合わせを必要とする用途もあり、その場合、短期間にわたる高電力の送電と、さらに、動作サイクル中はそれよりも明らかに低い平均エネルギー値と、の両方を有することが可能である。

【0064】

バッテリに関して、電力およびエネルギー密度は、採用する技術、例えば、ＡＧＭ、Ｌｉイオン、Ｎａ‐Ｎｉ、ＮａＣｌ‐Ｎａまたはその他に応じて大幅に変えることができる。

【0065】

天然洞窟内でのガス圧縮、集中的な太陽電池、またはその他など、追加の蓄積システムを使用することができる。
溶解ライン１１に関して、炉１２の電力供給システム１６は、中電圧／中電圧変圧器または中電圧／低電圧変圧器３３と、変圧器３３に接続されている整流器３４と、電気エネルギーを蓄積およびフィルタリングすることができるとともに、コンバータへの電力供給の向上した信頼性および質を保証することのできる、直流電流中間接続回路４２（いわゆるＤＣリンク）によって整流器３４に接続されているコンバータ３５と、を備える少なくとも１つの電力供給モジュール３２を備えることができる。中間接続回路４２は、負荷すなわち炉１２と電力網１５との間に分離を生み出すことのできる１以上のコンデンサデバイスを備えることができる。

【0066】

いくつかの実施形態によると、電力供給システム１６は、複数の電力供給モジュール３２を備えることができる。電力供給モジュール３２の各々は、少なくとも１つの中電圧／中電圧変圧器または中電圧／低電圧変換器３３と、変圧器３３に接続されている整流器３４と、各中間接続回路４２によって整流器３４に接続されているコンバータ３５とを備える。

【0067】

考えられる１つの解決策によると、整流器３４は、例えば、ダイオード、ＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ：シリコン制御整流器）、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ‐Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、ＩＧＣＴ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇａｔｅ‐Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：集積化ゲート転流型サイリスタ）、ＭＣＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体制御サイリスタ）、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：バイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ‐Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）およびＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ‐Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：炭化ケイ素半導体）、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：窒化ガリウム半導体）を含む群から選択されるデバイスを備える。

【0068】

考えられる１つの解決策によると、コンバータ３５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（集積化ゲート転流型サイリスタ）、ＭＣＴ（金属酸化膜半導体制御サイリスタ）、ＢＪＴ（バイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）およびＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＳｉＣ（炭化ケイ素半導体）、ＧａＮ（窒化ガリウム半導体）を含む群から選択されるデバイスを備える。

【0069】

直流電流接続システム２２は、整流器３４とコンバータ３５との間で電力供給モジュール３２のそれぞれに、特に各中間接続回路４２に接続されている。
溶解炉１２の上流には、高電流回路３６も設けられており、これは、考えられる電気的断線のための断路器３７の後に配置することができる。

【0070】

述べたように、溶解炉１２は、複数の電極３８を備える電気アーク炉とすることができ、その各々には対応する電力供給モジュール３２によって電力供給することができる。溶解する金属材料Ｍは、対応する容器３９またはシェルの内部に収容することができる。電極３８は、金属材料Ｍに電気アークを発生させて、該金属材料Ｍを溶解するように構成される。

【0071】

本装置１０は、電力網１５および少なくとも１つの代替エネルギー源４０から利用可能な電気エネルギーの作動状態、質、量、および／またはコスト、のうちの１以上のパラメータと、１以上のライン１１，２１および１以上のユーザデバイス１７，１８，１９の両方または一方、例えば、溶解ライン１１および圧延ライン２１の両方または一方に必要なエネルギー量とを監視し、少なくとも各作動状態と全体的なエネルギーコストとに応じて、溶解ライン１１および圧延ライン２１の両方または一方に電気エネルギーを供給するために、電力網１５および少なくとも１つの代替エネルギー源４０の一方、他方または両方を選択するように構成される管理ユニット４１も備えることができる。

【0072】

蓄積システム２９は、管理ユニット４１にも接続することができる。特に、さまざまな蓄積デバイス３０を管理ユニット４１に接続することができる。
ここで説明されるいくつかの実施形態は、１以上のユーザデバイス１２，１７，１８，１９をそれぞれ備える、溶解ライン１１および／または少なくとも１つの圧延ライン２１のうちの少なくとも一方を含む、材料を処理するための１以上のラインと、本発明による少なくとも１つの電力供給装置１０とを備える、工業プラント２０、特に製鉄所にも関する。

【0073】

実質的に、電気エネルギーを供給する本方法は、電力網１５とは異なりかつ独立している少なくとも１つの代替エネルギー源４０によって、１以上のライン１１，２１および１以上のユーザデバイス１７，１８，１９の両方または一方に電気エネルギーを供給することに供する。

【0074】

本方法は、電力網１５および少なくとも１つの代替エネルギー源４０から利用可能な電気エネルギーの作動状態、質、量および／またはコスト、のうちの１以上のパラメータと、１以上のライン１１，２１およびユーザデバイス１７，１８，１９の両方または一方に必要なエネルギー量とを検出および／または監視し、少なくとも、各作動状態と全体的なエネルギーコストとに応じて、１以上のライン１１，２１およびユーザデバイス１７，１８，１９の両方または一方に電気エネルギーを供給するために、電力網１５および少なくとも１つの代替エネルギー源４０の一方、他方または両方を選択することに供することもできる。

【0075】

請求項によって定義される本発明の分野および範囲を逸脱することなく、ここまでに説明してきた、材料を処理するためのプラント用の電力供給装置に、または電気エネルギーを供給する方法に、部品またはステップの変更および追加または変更もしくは追加を行えることは明らかである。

【0076】

以下の請求項において、括弧内の参照符号は、読みやすさの向上がその唯一の目的であり、特定の請求項で請求される保護の分野に対する制限的な要因と考えてはならない。

【図1】