能量存儲系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能量存儲系統(tǒng)，具有一個(gè)或多個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)和一種操作這些能量存儲系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于運(yùn)行一個(gè)電源電網(wǎng)的能量由各種不同類型的電站提供。在此，大多數(shù)的電站，例如核電站，燃煤發(fā)電站，燃?xì)獍l(fā)電站，風(fēng)力發(fā)電站，沼氣廠，或太陽能電廠，都只不過是用于輸送能量到非本地電源電網(wǎng)的能量發(fā)電機(jī)。例如，非本地電源電網(wǎng)為配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)，例如，它們在德國被Ampr1n、50Hertz、Tennet、和TransnetEnBW所運(yùn)營。這些輸電網(wǎng)為歐洲廣域同步電網(wǎng)的一部分。上述發(fā)電站僅僅以能量發(fā)電機(jī)的的身份存在時(shí)，它們不能從電網(wǎng)中吸收任何額外的能量并將其存儲以備不時(shí)之需。相比之下，能量存儲系統(tǒng)可被用于從電源電網(wǎng)中吸收能量并將能量釋放到電源電網(wǎng)。例如，能量存儲系統(tǒng)為中央能量存儲系統(tǒng)，比如抽水蓄能電站，或者分散的能量存儲系統(tǒng)，比如電池存儲設(shè)備或飛輪能量存儲單元。抽水蓄能電站為能量存儲系統(tǒng)，其在很大程度上不受制于天氣的變化并且通常一直是可利用的狀態(tài)。通常，中央能量存儲系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成擁有巨大的容量。由于該可用的容量，這些系統(tǒng)被適用于為非本地電源電網(wǎng)提供儲能，從而在非本地電源電網(wǎng)中合適地生效。取決于其總尺寸，抽水蓄能電站可具有幾個(gè)100麗或更多的容量，然而，在大多數(shù)情況下，發(fā)電機(jī)被設(shè)計(jì)為在滿載條件下產(chǎn)生電流，并且能夠以合適的效率及時(shí)地利用抽水蓄能電站的全容量。此操作方法并不適于穩(wěn)定或改善與抽水蓄能電站容量相比其電力需求可忽略的小型本地電力供應(yīng)系統(tǒng)的質(zhì)量。集中使用的電池存儲設(shè)備目前正在建設(shè)中，其目的是實(shí)施電網(wǎng)穩(wěn)定(非本地化)任務(wù)(儲能)的實(shí)驗(yàn)性的操作方法。然而，迄今為止已經(jīng)規(guī)劃的設(shè)備并沒有完成任何本地化任務(wù)。然而，由于其在性能、容量和老化之間的比例，電池蓄能器并不十分適于每天多個(gè)負(fù)載周期的應(yīng)用。
[0003]本地能量存儲通常為本地電力需求的穩(wěn)定而進(jìn)行優(yōu)化，并沒有為用于支持非本地電源電網(wǎng)的控制能量的傳遞而設(shè)計(jì)或取得資格。既有非本地效果又有本地效果的本地蓄電池到設(shè)施的連接還未出現(xiàn)。
[0004]因此，最好提供一個(gè)能量存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許取得本地電網(wǎng)質(zhì)量方面的改進(jìn)，并同時(shí)取得非本地電源電網(wǎng)的電力供應(yīng)安全方面的改進(jìn)，還能因此作為一個(gè)為該兩個(gè)目的都具有足夠效果的能量存儲系統(tǒng)而被運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在提供一種能量存儲系統(tǒng)，其允許同步改善本地電能的品質(zhì)并為非本地電源電網(wǎng)提供安全保障。
[0006]此目標(biāo)通過一個(gè)能量存儲系統(tǒng)而達(dá)成，包括一個(gè)或多個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)，本地能量存儲系統(tǒng)具有各自的本地存儲容量和本地輸出的，適用于隨著一個(gè)或多個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)被分別連接到一個(gè)非本地電源電網(wǎng)和/或一個(gè)或多個(gè)本地電源電網(wǎng)，從連接的電源電網(wǎng)吸收能量并釋放能量到連接的電源電網(wǎng)，，并至少包含一個(gè)本地控制單元，該控制單元至少控制各自的能量存儲系統(tǒng)，用于為一個(gè)或多個(gè)各自的本地電源電網(wǎng)的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，而該能量存儲系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)中央控制單元，通過一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)連接在各自的本地控制單元上，本地控制單元用于控制在一個(gè)或多個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)和該非本地電源電網(wǎng)之間吸收和釋放能量，并具有中央控制單元，用于配備對于本地存儲容量的所有部分和一個(gè)或多個(gè)能量存儲系統(tǒng)的本地輸出的處理，以用于非本地電源電網(wǎng)中的非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，由于未被本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)所需要，非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)由各自的本地控制單元通過通信網(wǎng)絡(luò)提交給該中央控制單元。
[0007]有了此發(fā)明，布置于本地的能量存儲系統(tǒng)中的該能量存儲系統(tǒng)能夠改進(jìn)本地電源品質(zhì)并為非本地電源電網(wǎng)或電源網(wǎng)絡(luò)提供安全保障。正和負(fù)能量供應(yīng)的可能性(能量輸入和來自電源電網(wǎng)的能量吸收)允許了對現(xiàn)有電源電網(wǎng)條件的靈活反應(yīng)。該本地能量存儲系統(tǒng)，通過本地控制單元和一個(gè)中央控制單元的集成，在具有相同能量存儲系統(tǒng)的本地和非本地電源電網(wǎng)中允許高效和并行的需求的滿足。根據(jù)本發(fā)明所述的能量存儲系統(tǒng)也可增加再生能源的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，由于起伏不定的本地能源產(chǎn)生，通過該本地能量存儲系統(tǒng)，在本地和非本地電源電網(wǎng)中能夠被直接緩沖或超時(shí)緩沖并被用于調(diào)整到各個(gè)電源電網(wǎng)的需求。
[0008]一個(gè)或多個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)作為本地臨時(shí)存儲的使用，其分別連接到本地和/或非本地電源電網(wǎng)，能夠改進(jìn)該本地電源的品質(zhì)，通過現(xiàn)場的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，而同時(shí)提供正能量(輸送到電源電網(wǎng))或負(fù)能量(從電源電網(wǎng)吸收能量)給該非本地電源電網(wǎng)，通過對電源電網(wǎng)調(diào)整的該非本地化綁定的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)。該能量存儲系統(tǒng)要么可被直接連接到一個(gè)非本地電源電網(wǎng)和一個(gè)或多個(gè)本地電源電網(wǎng)，要么該能量存儲系統(tǒng)可通過一個(gè)連接著的本地電源電網(wǎng)被間接連接到一個(gè)非本地電源電網(wǎng)，如果該本地電源電網(wǎng)為該非本地電源電網(wǎng)(連接到該非本地電源電網(wǎng))的一部分。本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)包括確保所需的本地電源電壓，通過控制電壓信號的振幅和相位的無功功率補(bǔ)償，針對可能激活的更大功率的消費(fèi)者或者激活電流峰值的本地輸出儲備的供應(yīng)，和本地過剩能量的存儲。非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)包括主要或次要調(diào)節(jié)輸出的供應(yīng)。在該電源電網(wǎng)中，該調(diào)節(jié)輸出(也有備用輸出)確保了處于突發(fā)事件時(shí)提供給電力客戶們其所需的電力輸出。為此，可調(diào)式發(fā)電站的輸出調(diào)整可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，并且快速啟動(dòng)的發(fā)電站或能量存儲，例如根據(jù)本發(fā)明所述的能量存儲系統(tǒng)，可被使用。該主要調(diào)節(jié)輸出被用于補(bǔ)償物理輸出供應(yīng)和具有恢復(fù)穩(wěn)定行頻的目標(biāo)的輸出需求之間的不平衡。該次要調(diào)節(jié)輸出是為了恢復(fù)物理電源供應(yīng)和差異之后的電源需求之間的平衡；與主要調(diào)節(jié)不同，只有在包括與外部調(diào)節(jié)區(qū)域的電力交換的各調(diào)節(jié)區(qū)的情況在此可見。另外的非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)包括能量存儲系統(tǒng)對支持黑啟動(dòng)的供應(yīng)，輸出峰值的一般存儲，和用于在非本地電源電網(wǎng)中的傳輸輸出的增加的無功功率補(bǔ)償。用于本地和/或非本地電源電網(wǎng)的另外的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)包括與已經(jīng)存在的能源供應(yīng)商和無功功率管理相結(jié)合的在電源供應(yīng)的冗余(安全故障)的供應(yīng)。
[0009]該非本地電源電網(wǎng)描述了一個(gè)跨區(qū)域地覆蓋了非常大區(qū)域的電源電網(wǎng)，在其中該非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)被執(zhí)行。非本地電源電網(wǎng)包括傳輸網(wǎng)絡(luò)(公共電源電網(wǎng))。例如，在德國，公共電源電網(wǎng)由四個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，它們被網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商Ampr1n, 50Hertz, Tennet,和TransnetEnBW所運(yùn)營。該四個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)一起形成了德國的系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)(在控制權(quán)方面的協(xié)作)。在其他國家，合適的傳輸網(wǎng)絡(luò)由其他網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商所運(yùn)營。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，電源電網(wǎng)的頻率保持在一個(gè)穩(wěn)定值(頻率控制)。在個(gè)別國家的各自的傳輸網(wǎng)絡(luò)的歐洲上級廣域同步電網(wǎng)也可被視為非本地電源電網(wǎng)，雖然，目前僅有為了控制能量的標(biāo)準(zhǔn)已明確。該非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)在各自的傳輸網(wǎng)絡(luò)中被執(zhí)行。本發(fā)明意義上的本地電源電網(wǎng)是電源供應(yīng)系統(tǒng)，在其中，上述本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)被執(zhí)行。本地電源供應(yīng)系統(tǒng)通常具有強(qiáng)烈的空間限制，例如，一個(gè)在運(yùn)行設(shè)施中的內(nèi)部運(yùn)行電源供應(yīng)系統(tǒng)或一個(gè)在建筑或建筑群內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。
[0010]本發(fā)明所述的能量存儲系統(tǒng)可以是任何合適的能量存儲系統(tǒng)，其不僅能夠執(zhí)行該本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，而且能夠執(zhí)行非本地網(wǎng)絡(luò)中的非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，例如，通過基于其存儲性能和存儲參數(shù)的主要和次要調(diào)節(jié)輸出的供應(yīng)。合適的能量存儲系統(tǒng)包括本地(非本地)的壓縮空氣蓄電池或結(jié)合了燃料電池的氫氣蓄電池，電池系統(tǒng)或動(dòng)能存儲器，例如飛輪能量儲能器。在一個(gè)實(shí)施例中，該能量存儲系統(tǒng)一個(gè)或多個(gè)飛輪能量儲能器，用于從連接的電源電網(wǎng)中吸收能量并向連接的電源電網(wǎng)釋放能量。這些能量存儲系統(tǒng)可被模塊化地由若干飛輪能量儲能器或每個(gè)都具有若干飛輪能量儲能器的存儲模塊制成。該簡單的模塊化設(shè)置簡單地允許了該能量存儲系統(tǒng)的存儲容量和輸出的調(diào)整，該能量存儲系統(tǒng)具有用于滿足需求和和清楚地?cái)U(kuò)張它的飛輪能量儲能器，如有必要。因而，該能量存儲系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)計(jì)允許所需的調(diào)節(jié)輸出，例如，用于傳輸網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)中，在具有若干存儲模塊的模塊化設(shè)置的情況下，每個(gè)模塊具有其自己的對連接的電源電網(wǎng)的連接點(diǎn)，并且通過合適的組件連接，在該本地能量存儲系統(tǒng)中。飛輪能量儲能器擁有此益處，其可相當(dāng)多變和精確地為客戶提供吸收或釋放的能量數(shù)量，并且其以機(jī)械能的形式存儲此能量。因而，萬一發(fā)生火災(zāi)，與例如電池的大量聚集而合成的一個(gè)電池能量存儲系統(tǒng)或者具有氫氣罐和易燃?xì)錃獾臍湫铍姵刈鳛橐粋€(gè)潛在危險(xiǎn)相比，飛輪能量儲能器是一個(gè)低得多的潛在危險(xiǎn)。在壓縮空氣蓄能設(shè)施內(nèi)，非易燃?xì)怏w可被用于能量存儲，但是由于該壓縮空氣儲罐中的高壓，壓縮空氣儲罐仍然構(gòu)成了一個(gè)潛在的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。如果作為能量存儲系統(tǒng)使用，飛輪能量存儲單元因而代表了一種能量供應(yīng)技術(shù)，其比其他存儲技術(shù)都要對環(huán)境較更安全，并且適合于每日所需的任何數(shù)量的負(fù)載周期。當(dāng)能量從該電源電網(wǎng)中被吸收并以機(jī)械旋轉(zhuǎn)能的形式被存儲于該飛輪能量存儲單元時(shí)，能量供應(yīng)被稱為負(fù)能量供應(yīng)。相應(yīng)地，當(dāng)通過制動(dòng)飛輪(或轉(zhuǎn)子)將以機(jī)械旋轉(zhuǎn)能的形式被儲存在該飛輪儲能器中的能量注入到該電源電網(wǎng)中時(shí)，能量供應(yīng)被稱為正能量供應(yīng)。在此，該飛輪儲能器在幾毫秒內(nèi)供應(yīng)能量的性能與經(jīng)過一個(gè)幾分鐘的周期提供指定輸出的性能一樣有益。該本地能量存儲系統(tǒng)至該非本地電源電網(wǎng)和/或相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)本地電源電網(wǎng)的連接可以由專家適當(dāng)裝備，具有被設(shè)計(jì)用于獨(dú)立地提供通過該能量存儲系統(tǒng)來自彼此的能量給電源電網(wǎng)(一個(gè)或多個(gè)非本地和/或本地的)或者用于從該電源電網(wǎng)吸收能量的連接。
[0011]該本地控制單元在該能量存儲系統(tǒng)中指定了一個(gè)組件，其控制該能量存儲系統(tǒng)，即其設(shè)置所需的運(yùn)行條件和運(yùn)行參數(shù)并依照一個(gè)包含作為時(shí)間的函數(shù)的所需運(yùn)行條件的運(yùn)行計(jì)劃控制該能量存儲系統(tǒng)。此外該本地控制單元能夠依據(jù)變化的條件而進(jìn)行反應(yīng)，在本地和非本地電源電網(wǎng)中，根據(jù)該相應(yīng)的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)。為此，該本地電源電網(wǎng)的電源質(zhì)量可通過能量釋放或能量吸收而被增加或維持，或者該電源質(zhì)量在該本地電源電網(wǎng)的一次干涉之后可被再次提升，和/或調(diào)節(jié)輸出可被提供給該非本地電源電網(wǎng)。該本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)可被外部系統(tǒng)借助于該通信網(wǎng)絡(luò)提交到各個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)。例如，外部系統(tǒng)為該本地電源電網(wǎng)的操控者的控制系統(tǒng)，本地測量點(diǎn)或該中央控制單元。提交的指令對應(yīng)于用于各個(gè)本地蓄能器單元的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)。除了該在本地電源電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)之外，該本地控制單元能夠接收關(guān)于非本地電源電網(wǎng)的來自中央控制單元的命令、指令等，并且并行于該本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行這些命令或指令。例如，該中央控制單元控制用于非本地電源電網(wǎng)的控制能量的供應(yīng)，和至少取決于需求的該本地能量存儲系統(tǒng)的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)(空閑的非本地容量，空閑的非本地輸出)所不需的該空閑容量和輸出的處置。該中央控制單元可包含一個(gè)或多個(gè)與外部系統(tǒng)的接口，為能量存儲系統(tǒng)的上級控制用于接收外部數(shù)據(jù)。例如，如此的一個(gè)外部系統(tǒng)可為一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)的上級控制，其將該調(diào)節(jié)輸出需求傳遞給該子系統(tǒng)，例如根據(jù)本發(fā)明所述的能量存儲系統(tǒng)，用于提供該控制能量。另外的外部系統(tǒng)可為輸出支持網(wǎng)絡(luò)或電源交換，由于在具體運(yùn)行期間的輸入或能量激發(fā)，其相應(yīng)地是有利的。這些外部數(shù)據(jù)可被直接提交到該中央控制單元或通過該通信網(wǎng)絡(luò)提交。另外的外部數(shù)據(jù)包括，例如，無功功率的需求，峰值負(fù)載補(bǔ)償或當(dāng)前需要本地存儲需求。
[0012]該能量存儲系統(tǒng)的本地控制單元，或?yàn)榱嗽撃芰看鎯ο到y(tǒng)中的若干能量存儲系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)的本地控制單元，被連接到該中央控制單元，通過通信網(wǎng)絡(luò)用于該能量存儲系統(tǒng)的運(yùn)行。在根據(jù)本發(fā)明所述的能量存儲系統(tǒng)中的各個(gè)能量存儲系統(tǒng)的控制由現(xiàn)場的該本地控制單元基于現(xiàn)有調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)實(shí)施，具有中央控制單元，控制著該能量存儲系統(tǒng)的所有能量存儲系統(tǒng)并以調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)的形式相應(yīng)地提交指令到各個(gè)本地控制單元，為了它們的現(xiàn)場執(zhí)行。這些提交的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)至少是由中央控制單元指定的非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，用于各個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)，由于對該非本地電源電網(wǎng)所需的調(diào)節(jié)的一般概況可提供給中央控制單元。該本地能量存儲系統(tǒng)可調(diào)整指定的非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)的各自的執(zhí)行，適合本地需求，例如，基于非本地電源電網(wǎng)中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量。為了該非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行，該本地能量存儲系統(tǒng)甚至不必直接連接到該非本地電源電網(wǎng)。通過一個(gè)為非本地電源電網(wǎng)的一部分的本地電源電網(wǎng)，該本地能量存儲系統(tǒng)被間接連接到該非本地電源電網(wǎng)就足夠了。在這種情況下，到本地電源電網(wǎng)的能量輸入或來自本地電源電網(wǎng)的能量移除同樣適用于該非本地電源電網(wǎng)。為各個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，用于在連接的本地電源電網(wǎng)中執(zhí)行，可被中央控制單元獨(dú)立地提交到該中央控制單元的本地能量存儲系統(tǒng)設(shè)備，和/或也除了該非本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)之外。被該中央控制單元提交到該本地能量存儲系統(tǒng)的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)可能會(huì)為區(qū)域性目的整體或具體考慮該能量存儲系統(tǒng)的任務(wù)。例如，與之前的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)相比，在能量存儲系統(tǒng)層級上改變的外部影響可能導(dǎo)致對調(diào)整一個(gè)或多個(gè)本地能量存儲系統(tǒng)的本地過剩能量數(shù)量的本地輸出儲備或存儲的一個(gè)需求。該中央控制單元將生成和提交新的本地化調(diào)節(jié)和系統(tǒng)任務(wù)，相應(yīng)地為了這些本地能量存儲系統(tǒng)，其隨后被用于單獨(dú)能量存儲系統(tǒng)的各個(gè)本地控制單元所執(zhí)行。例如，一個(gè)預(yù)期較高的風(fēng)速需要來自一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的更大量的風(fēng)電的臨時(shí)存儲。由于該本地能量存儲系統(tǒng)已經(jīng)充電