[发明专利]灵活运用电力的集成系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及灵活运用电力的集成工厂和方法。

背景技术

利用可再生能源，如风能、太阳能和水力发电，对于发电的重要性日益增加。典型地，电能通过长距离的、跨区域和跨国联接的电力供应网络(简称为电力网络)提供给众多用户。由于电能不能在电力网络本身内或在没有额外装置的情况下大量存储，因此必须使供给到电力网络的电能与用户方的电力需求(已知为负荷)相匹配。如大家所知，负荷随时间，特别是根据一天中的时间、一周中的日期以及一年中的时间而波动。传统地，该负荷变化被分为三个范围：基本负荷、中等负荷和峰值负荷，发电机根据其类型适当地在这三个负荷范围内使用。发电量和电力消耗的连续平衡对稳定可靠的电力供应是必要的。可能发生的短期偏差由所谓的正向或反向能量控制或功率控制来平衡。在可再生发电装置的情况下，会产生这样的困难：在诸如风能和太阳能的某些类型的情况下，发电能力并不是在所有时间都具备，也不能以特定的方式控制，而是受到例如当日时间和天气相关的波动的影响，这些仅在某些情况下可预测，并且一般不与在该特定时刻的能量需求相一致。

在给定时间，波动的可再生能源的发电量和消耗量之间的差异通常必须由其他发电工厂来消除，例如燃气发电厂、燃煤发电厂和核电厂。随着波动的可再生能源正日益扩大并且占据电力供应的比重越来越大，特定时间其输出和消耗量之间的越来越大的波动必须被平衡掉。因此，即使在今天，不仅是燃气发电厂，而且越来越多的烟煤发电厂也在部分负荷运转或被关闭，以便平衡这些波动。由于发电厂的这类可变操作涉及相当多的额外费用，开发替代措施的研究已经进行了一段时间。作为改变发电厂输出的替代或附加手段，一种方法是适应一位或多位用户所需的功率(例如需求侧管理，智能电网)。另一种方法是在可再生能源发电的高电量输出时储存部分的功率输出并在低电量输出或高消耗时取回。为此目的，即使在今天，例如抽水蓄能电站也还在使用中。另外，通过水的电解分裂以氢的形式储存电能的概念也正在开发中。

此处所描述的这些措施全部涉及大量的额外成本和效率相关的能量损失。在此背景下，正在进行越来越多的尝试，以寻找平衡由于使用可再生能源(尤其是风能和太阳能)而出现的电力供应和电力消耗之间差异的更佳的可能方式。

从在电弧反应器中制备乙炔的工厂可知，通过电弧的打开或关闭，其可以非常好地适应高度波动的电力供应。然而，这里存在的问题是，在这种情况下，这些工厂只有相对较低水平的利用率，因此，如果该工厂仅在有电力过剩时运转，则相对于该工厂制备的乙炔的年平均量，其投资成本非常高。

基于最大可能的连续使用，至多20％的预计运行时间导致不可接受的漫长的回报时间，从而这些工厂只有在国家干预或采用不寻常的商业模式时才能有收益。这一预计是基于该工厂仅在有来自可再生能源的过剩能量时才运行的假设。

此外，应当说明的是，对于可再生能源在相对长时间内供应量低的情况下，必须提供能够确保满足基本需求的发电厂。所必需的发电厂容量的提供作为商业模式必须在经济上可行，或可能由国家提供资助，因为在这种情况下，同样一方面有比较高的固定成本，另一方面有相对较短的运行时间。

传统的发电厂，即基于化石能或生物能载体或核能的发电厂，可以在长时间内有计划地提供电能。然而，出于政治原因，特别是可持续发展和环境保护的原因，使用基于化石能载体或核能的工厂越来越多地被减少，而偏向于基于可再生能源的发电机。但是，这些发电机必须相对于要求进行安装，并且从其自身来讲应该在经济上可操作。从基于可再生能源的装机容量的一定程度的角度，在经济上是更可取的是安装存储容量，而不是进一步增加可再生能源的容量，从而在存在来自可再生能源的过量电力的时候，可以适当地使用和储存，当电力短缺时，电力可以由能量储存或常规发电厂来提供。如果能耗可方便地变得更加灵活，可以在此推测，显著的电力过剩或短缺的时间将变得更短。对于这些短的时期，尽管必须不顾一切地保障电力供应，但同时尽可能经济地实现这一点。

发明内容

因此，考虑到现有技术，本发明的目的是提供不受常规方法缺点影响的改进的工厂。

尤其是，本发明的目的是发现与现有技术相比可以提高关于电能存储和利用的灵活性的方法。

此外，该工厂应允许灵活操作，以便它能够特别灵活地应对在电力供应和/或需求中的任何改变，以便例如实现经济优势。与此同时，工厂应该可以用于即使在高或低电力供应的相对长的期间内存储或者提供电能。

此外，本发明应该对供应的安全性加以改进。