[發明專利]靈活運用電力的集成系統和方法

在審

• 申請號: 201380063425.0
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN104838530A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: G·馬爾科夫茲;J·E·朗;R·許特
• 申請（專利權）人: 贏創德固賽有限公司
• 主分類號: H01M8/06
• 分類號: H01M8/06;C07C2/80;C07C11/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 于輝

技術領域

本發明涉及靈活運用電力的集成工廠和方法。

背景技術

利用可再生能源，如風能、太陽能和水力發電，對于發電的重要性日益增加。典型地，電能通過長距離的、跨區域和跨國聯接的電力供應網絡(簡稱為電力網絡)提供給眾多用戶。由于電能不能在電力網絡本身內或在沒有額外裝置的情況下大量存儲，因此必須使供給到電力網絡的電能與用戶方的電力需求(已知為負荷)相匹配。如大家所知，負荷隨時間，特別是根據一天中的時間、一周中的日期以及一年中的時間而波動。傳統地，該負荷變化被分為三個范圍：基本負荷、中等負荷和峰值負荷，發電機根據其類型適當地在這三個負荷范圍內使用。發電量和電力消耗的連續平衡對穩定可靠的電力供應是必要的。可能發生的短期偏差由所謂的正向或反向能量控制或功率控制來平衡。在可再生發電裝置的情況下，會產生這樣的困難：在諸如風能和太陽能的某些類型的情況下，發電能力并不是在所有時間都具備，也不能以特定的方式控制，而是受到例如當日時間和天氣相關的波動的影響，這些僅在某些情況下可預測，并且一般不與在該特定時刻的能量需求相一致。

在給定時間，波動的可再生能源的發電量和消耗量之間的差異通常必須由其他發電工廠來消除，例如燃氣發電廠、燃煤發電廠和核電廠。隨著波動的可再生能源正日益擴大并且占據電力供應的比重越來越大，特定時間其輸出和消耗量之間的越來越大的波動必須被平衡掉。因此，即使在今天，不僅是燃氣發電廠，而且越來越多的煙煤發電廠也在部分負荷運轉或被關閉，以便平衡這些波動。由于發電廠的這類可變操作涉及相當多的額外費用，開發替代措施的研究已經進行了一段時間。作為改變發電廠輸出的替代或附加手段，一種方法是適應一位或多位用戶所需的功率(例如需求側管理，智能電網)。另一種方法是在可再生能源發電的高電量輸出時儲存部分的功率輸出并在低電量輸出或高消耗時取回。為此目的，即使在今天，例如抽水蓄能電站也還在使用中。另外，通過水的電解分裂以氫的形式儲存電能的概念也正在開發中。

此處所描述的這些措施全部涉及大量的額外成本和效率相關的能量損失。在此背景下，正在進行越來越多的嘗試，以尋找平衡由于使用可再生能源(尤其是風能和太陽能)而出現的電力供應和電力消耗之間差異的更佳的可能方式。

從在電弧反應器中制備乙炔的工廠可知，通過電弧的打開或關閉，其可以非常好地適應高度波動的電力供應。然而，這里存在的問題是，在這種情況下，這些工廠只有相對較低水平的利用率，因此，如果該工廠僅在有電力過剩時運轉，則相對于該工廠制備的乙炔的年平均量，其投資成本非常高。

基于最大可能的連續使用，至多20％的預計運行時間導致不可接受的漫長的回報時間，從而這些工廠只有在國家干預或采用不尋常的商業模式時才能有收益。這一預計是基于該工廠僅在有來自可再生能源的過剩能量時才運行的假設。

此外，應當說明的是，對于可再生能源在相對長時間內供應量低的情況下，必須提供能夠確保滿足基本需求的發電廠。所必需的發電廠容量的提供作為商業模式必須在經濟上可行，或可能由國家提供資助，因為在這種情況下，同樣一方面有比較高的固定成本，另一方面有相對較短的運行時間。

傳統的發電廠，即基于化石能或生物能載體或核能的發電廠，可以在長時間內有計劃地提供電能。然而，出于政治原因，特別是可持續發展和環境保護的原因，使用基于化石能載體或核能的工廠越來越多地被減少，而偏向于基于可再生能源的發電機。但是，這些發電機必須相對于要求進行安裝，并且從其自身來講應該在經濟上可操作。從基于可再生能源的裝機容量的一定程度的角度，在經濟上是更可取的是安裝存儲容量，而不是進一步增加可再生能源的容量，從而在存在來自可再生能源的過量電力的時候，可以適當地使用和儲存，當電力短缺時，電力可以由能量儲存或常規發電廠來提供。如果能耗可方便地變得更加靈活，可以在此推測，顯著的電力過剩或短缺的時間將變得更短。對于這些短的時期，盡管必須不顧一切地保障電力供應，但同時盡可能經濟地實現這一點。

發明內容

因此，考慮到現有技術，本發明的目的是提供不受常規方法缺點影響的改進的工廠。

尤其是，本發明的目的是發現與現有技術相比可以提高關于電能存儲和利用的靈活性的方法。

此外，該工廠應允許靈活操作，以便它能夠特別靈活地應對在電力供應和/或需求中的任何改變，以便例如實現經濟優勢。與此同時，工廠應該可以用于即使在高或低電力供應的相對長的期間內存儲或者提供電能。

此外，本發明應該對供應的安全性加以改進。