[發(fā)明專利]公用設(shè)施規(guī)模電能儲(chǔ)存系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080035897.1
• 申請(qǐng)日: 2010-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN102498023A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 威廉·R·佩茲克;馬修·B·布朗;威廉·L·厄爾德曼;羅伯特·T·斯科特;威廉·H·穆爾黑德;道格拉斯·C·布洛杰特;大衛(wèi)·I·斯科特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾德萬(wàn)斯得瑞爾能量?jī)?chǔ)備有限公司
• 主分類號(hào): B61C3/00
• 分類號(hào): B61C3/00
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

相關(guān)申請(qǐng)的引用

本申請(qǐng)要求William?R.Peitzke和Matt?Brown的于2009年8月11日提交的名稱為UTILITY?SCALE?ELECTRIC?ENERGY?STORAGE?SYSTEM(公用設(shè)施規(guī)模電能儲(chǔ)存系統(tǒng))的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/233,052的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。

背景

領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及電力儲(chǔ)存和發(fā)電。更具體地，本發(fā)明提供用于勢(shì)能儲(chǔ)存的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用在下儲(chǔ)存設(shè)施和上儲(chǔ)存設(shè)施之間運(yùn)載可裝載的物體的電驅(qū)動(dòng)式軌道組合物(consists)(組合物在本文中被定義為多個(gè)火車汽車元件)以通過(guò)下述方式進(jìn)行勢(shì)能儲(chǔ)存：對(duì)組合物應(yīng)用電網(wǎng)電力以使物體從下儲(chǔ)存設(shè)施向上儲(chǔ)存設(shè)備的運(yùn)輸，并且通過(guò)在物體的從上儲(chǔ)存設(shè)備向下儲(chǔ)存設(shè)備的運(yùn)輸期間組合物的電磁再生制動(dòng)且在輔助支持下而使勢(shì)能回收和返回至電網(wǎng)，其中輔助支持包括可變功率和無(wú)功功率的支持以及向上調(diào)節(jié)和向下微調(diào)的能力。

相關(guān)技術(shù)

電力電網(wǎng)越來(lái)越復(fù)雜，并且發(fā)電供應(yīng)與電力使用的匹配是保持操作的穩(wěn)定性的關(guān)鍵要素。隨著所具有的固有問(wèn)題與電力生產(chǎn)相一致的可選擇的能量產(chǎn)生源例如風(fēng)力和太陽(yáng)能的加入，這一問(wèn)題變得更復(fù)雜。對(duì)作為電力供應(yīng)電網(wǎng)的一部分的公用設(shè)施規(guī)模能量?jī)?chǔ)存的需要因?qū)τ谌粘Ｘ?fù)荷轉(zhuǎn)移和電能質(zhì)量服務(wù)(包括頻率調(diào)節(jié)、電壓控制、運(yùn)轉(zhuǎn)備用、非運(yùn)轉(zhuǎn)備用和自行啟動(dòng))的日益增長(zhǎng)的需求而被促進(jìn)。目前估計(jì)美國(guó)的能量?jī)?chǔ)存電力需求對(duì)于負(fù)荷轉(zhuǎn)移將接近200,000MW并且對(duì)于電能質(zhì)量服務(wù)將超出20,000MW。

電能儲(chǔ)存可以使用電池技術(shù)、電容儲(chǔ)存系統(tǒng)、動(dòng)能儲(chǔ)存系統(tǒng)例如飛輪或勢(shì)能儲(chǔ)存系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于鋰離子電池、液流電池和可充電鈉硫電池(NaS)的電池技術(shù)正在改進(jìn)，但是通常將提供僅在50MW或更小的范圍內(nèi)的估計(jì)容量。相似地，以合理規(guī)模的電容性儲(chǔ)存系統(tǒng)僅提供1-10MW之間的容量。飛輪儲(chǔ)存系統(tǒng)也通常被限于小于20MW，這是由于物理尺寸和結(jié)構(gòu)材料約束。

常規(guī)的勢(shì)能儲(chǔ)存裝置由抵抗重力來(lái)升高重物的機(jī)械提升裝置和抽水蓄能法(Pumped?Hydro)組成，抽水蓄能法是以抵抗重力將水向上泵送的形式來(lái)儲(chǔ)存能量的方法。機(jī)械提升裝置在其高度方面被限制在幾百英尺并且因此需要大量的物體以儲(chǔ)存大量的電能。這導(dǎo)致非常大的成本，使這些裝置是昂貴的且不經(jīng)濟(jì)的。在抽水蓄能法中，水從較低海拔高度的水庫(kù)被泵送至較高的海拔高度；被儲(chǔ)存的水然后在被需要時(shí)通過(guò)渦輪而被釋放以將被儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換為電。這樣的系統(tǒng)的往返行程的儲(chǔ)存循環(huán)效率損失通常在25％的范圍內(nèi)，并且在批準(zhǔn)、構(gòu)建和操作上的困難使抽水蓄能法難以實(shí)施。建筑這樣一種系統(tǒng)可能耗費(fèi)十幾年。

因此，期望的是，提供具有在100-2,000MW的發(fā)電范圍內(nèi)的容量并且具有高效率以及減少的安裝和資本投資要求的勢(shì)能儲(chǔ)存。

概述

本文公開的實(shí)施方案提供一種高效率的公用設(shè)施規(guī)模的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)。大的物體被向上運(yùn)輸以儲(chǔ)存能量并且向下運(yùn)輸以釋放能量。帶電的鋼鐵路網(wǎng)絡(luò)通過(guò)具有以組合物的形式而被組合并且由自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)操作的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)的電供能的穿梭單元使物體在具有不同的海拔高度的兩個(gè)儲(chǔ)存場(chǎng)地之間穿梭。示例性的實(shí)施方案結(jié)合有軌道系統(tǒng)，軌道系統(tǒng)具有上儲(chǔ)存場(chǎng)地和下儲(chǔ)存場(chǎng)地并且具有在上場(chǎng)地和下場(chǎng)地之間的互連路軌以及具有用于配置系統(tǒng)中的路軌路線的多個(gè)控制元件。穿梭單元具有被互相連接于支撐輪的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)并且結(jié)合有用于可移除地運(yùn)載物體的支撐結(jié)構(gòu)和一體式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。穿梭單元上的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)被互相連接于電網(wǎng)。與電網(wǎng)、穿梭單元和軌道系統(tǒng)控制元件通信的控制系統(tǒng)在電網(wǎng)具有過(guò)量電力時(shí)執(zhí)行第一控制序列以儲(chǔ)存能量并且在另外的電力被需要時(shí)執(zhí)行第二控制序列以向電網(wǎng)提供電力。第一控制序列使所選擇的穿梭單元獲取位于下儲(chǔ)存場(chǎng)地中的物體，并且將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作從電網(wǎng)汲取電力的電動(dòng)機(jī)，將所選擇的穿梭單元從下儲(chǔ)存場(chǎng)地驅(qū)動(dòng)至上儲(chǔ)存場(chǎng)地，且使控制元件配置為給穿梭單元定路線，穿梭單元然后將物體卸載在上儲(chǔ)存場(chǎng)地中。第二控制序列使所選擇的穿梭單元獲取位于上儲(chǔ)存場(chǎng)地中的物體，并且將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)，通過(guò)從上儲(chǔ)存場(chǎng)地向下儲(chǔ)存場(chǎng)地再生制動(dòng)所選擇的穿梭單元而向電網(wǎng)供應(yīng)電力，其中控制元件被配置為給所選擇的穿梭單元定路線，所選擇的穿梭單元然后將物體卸載在下儲(chǔ)存場(chǎng)地中。

在示例性的實(shí)施方案中，物體儲(chǔ)存在上儲(chǔ)存場(chǎng)地和下儲(chǔ)存場(chǎng)地中并被支承于儲(chǔ)存場(chǎng)地路軌上方，并且每個(gè)穿梭單元被接收在所選擇的物體的下方。轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)結(jié)合有支撐元件，支撐元件被每個(gè)穿梭單元上的結(jié)構(gòu)承載并且被接收在所儲(chǔ)存的物體的下方以提供在負(fù)荷下方的滾動(dòng)。