[发明专利]公用设施规模电能储存系统

说明书

相关申请的引用

本申请要求William R.Peitzke和Matt Brown的于2009年8月11日提交的名称为UTILITY SCALE ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM(公用设施规模电能储存系统)的美国临时专利申请序列号61/233,052的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景

领域

本发明大体上涉及电力储存和发电。更具体地，本发明提供用于势能储存的系统，该系统采用在下储存设施和上储存设施之间运载可装载的物体的电驱动式轨道组合物(consists)(组合物在本文中被定义为多个火车汽车元件)以通过下述方式进行势能储存：对组合物应用电网电力以使物体从下储存设施向上储存设备的运输，并且通过在物体的从上储存设备向下储存设备的运输期间组合物的电磁再生制动且在辅助支持下而使势能回收和返回至电网，其中辅助支持包括可变功率和无功功率的支持以及向上调节和向下微调的能力。

相关技术

电力电网越来越复杂，并且发电供应与电力使用的匹配是保持操作的稳定性的关键要素。随着所具有的固有问题与电力生产相一致的可选择的能量产生源例如风力和太阳能的加入，这一问题变得更复杂。对作为电力供应电网的一部分的公用设施规模能量储存的需要因对于日常负荷转移和电能质量服务(包括频率调节、电压控制、运转备用、非运转备用和自行启动)的日益增长的需求而被促进。目前估计美国的能量储存电力需求对于负荷转移将接近200,000MW并且对于电能质量服务将超出20,000MW。

电能储存可以使用电池技术、电容储存系统、动能储存系统例如飞轮或势能储存系统来实现。用于锂离子电池、液流电池和可充电钠硫电池(NaS)的电池技术正在改进，但是通常将提供仅在50MW或更小的范围内的估计容量。相似地，以合理规模的电容性储存系统仅提供1-10MW之间的容量。飞轮储存系统也通常被限于小于20MW，这是由于物理尺寸和结构材料约束。

常规的势能储存装置由抵抗重力来升高重物的机械提升装置和抽水蓄能法(Pumped Hydro)组成，抽水蓄能法是以抵抗重力将水向上泵送的形式来储存能量的方法。机械提升装置在其高度方面被限制在几百英尺并且因此需要大量的物体以储存大量的电能。这导致非常大的成本，使这些装置是昂贵的且不经济的。在抽水蓄能法中，水从较低海拔高度的水库被泵送至较高的海拔高度；被储存的水然后在被需要时通过涡轮而被释放以将被储存的能量转换为电。这样的系统的往返行程的储存循环效率损失通常在25％的范围内，并且在批准、构建和操作上的困难使抽水蓄能法难以实施。建筑这样一种系统可能耗费十几年。

因此，期望的是，提供具有在100-2,000MW的发电范围内的容量并且具有高效率以及减少的安装和资本投资要求的势能储存。

概述

本文公开的实施方案提供一种高效率的公用设施规模的能量储存系统。大的物体被向上运输以储存能量并且向下运输以释放能量。带电的钢铁路网络通过具有以组合物的形式而被组合并且由自动化控制系统来操作的电动机-发电机的电供能的穿梭单元使物体在具有不同的海拔高度的两个储存场地之间穿梭。示例性的实施方案结合有轨道系统，轨道系统具有上储存场地和下储存场地并且具有在上场地和下场地之间的互连路轨以及具有用于配置系统中的路轨路线的多个控制元件。穿梭单元具有被互相连接于支撑轮的电动机/发电机并且结合有用于可移除地运载物体的支撑结构和一体式转移机构。穿梭单元上的电动机/发电机被互相连接于电网。与电网、穿梭单元和轨道系统控制元件通信的控制系统在电网具有过量电力时执行第一控制序列以储存能量并且在另外的电力被需要时执行第二控制序列以向电网提供电力。第一控制序列使所选择的穿梭单元获取位于下储存场地中的物体，并且将电动机/发电机用作从电网汲取电力的电动机，将所选择的穿梭单元从下储存场地驱动至上储存场地，且使控制元件配置为给穿梭单元定路线，穿梭单元然后将物体卸载在上储存场地中。第二控制序列使所选择的穿梭单元获取位于上储存场地中的物体，并且将电动机/发电机用作发电机，通过从上储存场地向下储存场地再生制动所选择的穿梭单元而向电网供应电力，其中控制元件被配置为给所选择的穿梭单元定路线，所选择的穿梭单元然后将物体卸载在下储存场地中。

在示例性的实施方案中，物体储存在上储存场地和下储存场地中并被支承于储存场地路轨上方，并且每个穿梭单元被接收在所选择的物体的下方。转移机构结合有支撑元件，支撑元件被每个穿梭单元上的结构承载并且被接收在所储存的物体的下方以提供在负荷下方的滚动。