[发明专利]使用管道输送和存储风生成的能量的改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种输送和存储风生成的能量的方法，特别地，涉及一种经由管道输送和存储压缩空气形式的风能的方法。

背景技术

在过去的几十年以来，利用诸如太阳和风的自然资源生成能量在美国以及整个世界已经是一个重要的目标。降低对石油，诸如中东资源的依赖已成为重要的世界性问题。能量专家担心包括油、气和煤炭这些资源在某一天将会用尽。由于这些关注，已经试图启动很多项目，以利用来自经常称为自然“可替代”资源的能量。

例如，已在风自然吹动的区域建造了风电场。在很多地区，建造了大量的风轮机，“目的”就在于风，在风轮机中产生旋转能并用于驱动发电机，该发电机又发电。风电场在风条件相对恒定和可预测时最有效地运行。这种条件使得通过风生成的能量的供给和输送稳定，从而避免了能不利地影响系统的电涌和摆幅。如果没有适当地解决这些条件则可能会导致停电和发生故障，其中一个电网区域中的故障会导致整个系统的故障，即可能出现整个地区的停电。

然而，运行风电场的困难在于风就其特定本质而言是不稳定和不可预测的。在很多情况下，风速、频率和持续时间变化显著，即，风不会在一段时间以相同的速度吹动，而是风速会随时显著地变化。并且，由于通过风生成的能量的量在数学上是风速的立方的函数，所以即使风速的最小起伏或波动也会导致风生成能量的不成比例的变化。

这些情况可能会引发问题。例如，在风电场向由大量较小网络组成的巨大网络的电网输送能量的情形中，一个区域中的这些突然电涌可能会扰乱其它区域，并且甚至可能会在一些情况下使整个系统崩溃。而且，如果风电场专门用于为社区或工厂提供能量，则同样的电涌能导致过载，该过载可能损坏连接到系统的部件。

与风的起伏和波动相关的另一问题涉及传输线的峰值功率灵敏度。当风速起伏明显并出现明显的风能输出起伏时，系统必须设计具有足够的线路容量来承受这些情况。同时，如果对峰值功率输出进行太多的考虑，则系统可能被过度设计，在这种情况下，在正常的运行状态，系统可能不会有效率地运行，从而增加了能量的成本。

另一相关问题是一些情况下的与没有风或风速很低的情况相关的风能损耗。当出现这种情形时，可能出现风能供给的缺口，这对总的电网功率输出是有害的。在高需求期期间，诸如通常在制热和制冷需求高的时期，这是特别重要的。

由于这些问题，在过去已经作出尝试来存储通过风产生的能量，从而风生成的能量能够在峰值需求期和/或风小或没有风的时期使用。在过去，公用事业公司和其它能量供应商已实施某些时移方法，在所述方法中，存储可在低需求期得到的能量，然后在以后的峰值需求期使用。这些方法通常包括存储能量，然后在以后使用该能量以补充需要以另外方式得到的能量。

过去已使用了几种这样的能量存储方法，包括压缩空气能存储系统，诸如地下洞穴和储罐。然而至今，这些系统的主要缺点中的一个在于相对而言它们是能量效率低的。例如，压缩空气能系统在将压缩空气能转换成电能时容易损耗大部分的存储能量，其中，使用来自存储的能量的成本大于所存储的能量的价值，即，只是将压缩空气能转换成电能就通常导致明显的能量损耗。这些低效率可使得对它而言，安装这种能量存储系统所需的经济动机明显减小。过去的系统不能减小低效，以及上述的在使用风作为能量源中固有的起伏和波动。

与风能相关的另一问题是，即使风电场设置在风更可预测和稳定的位置，即使建造存储设备，但仍存在附加问题，即，使能量达到需要能量的地方。在很多情况下，风电场设置在远离现有电网以及远离需要能量的社区和工厂的位置，即，风电场的理想位置可能在小山顶或山峰上，或在峡谷或沙漠中，或离岸区域等，所述位置可能距离需要能量的地点很多英里。在这种情况下，建立仅仅为风电场服务的输电线来传输通过风电场生成的电能，将是非常昂贵的。不仅与建造用于如上所述存储能量的储罐相关的成本是巨大的，而且与建造必须长距离延伸的新传输线有关的成本甚至更大。通行权费用也将产生，即，通常必须获得地方社区的许可，其中获得批准的过程可能是耗时和耗费巨大的。

当包括传统的输电线，并使用其来长距离地传输能量时，具有线路损耗的附加问题。这在整个美国已成为日益增加的问题，并且可能是世界性的问题。例如，尽管过去的几十年来已建立了数千英里的高压输电线，建立新传输线的费用实际上已经减少了，而对于电的需求仍继续增加。事实上，根据一些统计，过去25年来，对于新传输设备的年投资额已下降，这样导致过度的电网拥塞和阻塞，即，由于用户不能使用低成本的电供给以及由于较高的线路损耗，导致更高的电成本。