BR112012002886B1

BR112012002886B1 - Sistema de armazenamento de energia, método para o armazenamento de energia em escala de utilidade e método para serviços auxiliares em escala de utilidade

Info

Publication number: BR112012002886B1
Application number: BR112012002886-3A
Authority: BR
Inventors: William R. Peitzke; Matthew B. Brown; William L. Erdman; Robert T. Scott; William H. Moorhead; Douglas C. Blodgett; David I. Scott
Original assignee: Advanced Rail Energy Storage, Llc
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2010-08-08
Publication date: 2020-09-29
Also published as: IL218014A; EP2464553B1; EP2464553A1; US20140042805A1; RU2012107824A; IL218014A0; AU2010282738B2; EP2464553A4; US20110037275A1; KR20120092569A; CA2770318C; CA2770318A1; RU2529123C2; AU2010282738A1; US8593012B2; CN102498023A; ZA201201744B; MA33570B1; BR112012002886A2; MX2012001750A

Abstract

sistema de armazenamento de energia, método para o armazenamento de energia em escala de utilidade e método para serviços auxiliares em escala de utilidade trata-se de um sistema de armazenamento de energia potencial que incorpora múltiplas unidades de transferência montadas sobre trilhos (22) que têm truques ferroviários de movimento (76) de motor/gerador (102) e estrutura (88, 90) com um mecanismo de transferência integral (80, 86, 87) para transportador de maneira removível massas de armazenamento de energia de um primeiro pátio de armazenamento de elevação inferior (12) a um segundo pátio de armazenamento de elevação superior (10) empregando o excesso de energia da grade elétrica que impele os motores, removendo as massas no segundo pátio de armazenamento para o armazenamento de energia, recuperando as massas e retornando as massas do segundo pátio de armazenamento ao primeiro pátio de armazenamento, recuperando energia elétrica através dos geradores.

Description

REFERÊNCIA A PEDIDOS DE PATENTE CORRELATOS

[001] O presente pedido reivindica a prioridade do pedido de patente norte-americano provisório número de série 61/233.052 depositado em 11/08/2009 por William R. Peitzke e Matt Brown, intitulado SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA EM ESCALA DE UTILIDADE, cuja citação é aqui incorporada a título de referência.

ANTECEDENTES Campo

[002] A presente invenção refere-se de maneira geral ao armazenamento e à geração de energia elétrice. Mais particularmente, a presente invenção provê um sistema para o armazenamento de energia poptencial mediante o emprego de conjuntos de trilhos eletricamente impelidos (um conjunto é aqui definido como múltiplos elementos de vagão de trem) carregando massas carregáveis entre instalações de armazenamento inferiores e superiores para o armazenamento de energia potencial mediante o emprego da energia de rede elétrica ao conjunto para o transporte das massas da instalação de armazenamento inferior à superior e a recuperação de energia potencial e o retorno à rede elétrica mediante a frenagem regenerativa eletromagnética do conjunto durante o transporte das massas da instalação de armazenamento superior à inferior com suporte auxiliar incluindo suporte de energia variável e reativa e regulagem ascendente e para baixo da capacidade de nivelamento.

Técnica relacionada

[003] A rede de energia elétrica está se tornando cada vez mais complexa e a combinação da fonte de geração de energia com o uso da energia é um elemento crítico na manutenção da estabilidade na operação. Esta questão está se tornando mais complicada com a adição de fontes de geração de energia alternativas tais como a energia eólica e a energia solar, que têm problemas inerentes com consistência da produção de energia. A necessidade para o armazenamento de energia na escala de utilidade como uma parte da rede da fonte de alimentação é impelida pelos requisitos crescentes de troca de carga diária e serviços de qualidade de energia incluindo a regulagem da frequência, o controle da tensão, a reserva de giro, a reserva que não de giro e a partida preta. Estima-se atualmente que os requisitos de potência de armazenamento de energia nos Estados Unidos irão se aproximar de 200.000 MW para a troca de carga e irão exceder 20.000 MW para o serviço de qualidade de energia.

[004] O armazenamento de energia elétrica pode ser efetuado ao utilizar tecnologias de baterias, sistemas de armazenamento de capacitor, sistemas de armazenamento de energia cinética, tais como volantes ou sistemas de armazenamento de energia potencial. A tecnologia de baterias para baterias de ions de lítio, baterias de fluxo e baterias recarregáveis de sódio-enxofre (NaS) está melhorando, mas tipicamente irá fornecer a capacidade estimada somente na faixa de 50 MW ou menos. Similarmente, os sistemas de armazenamento capacitivo na faixa razoável fornecem somente entre 1 e 10 MW de capacidade. Os sistemas de armazenamento de volante também são limitados tipicamente a menos de 20 MW devido ao tamanho físico e às restrições dos materiais estruturais.

[005] Os dispositivos convencionais de armazenamento de energia potencial consistem em dispositivos elevadores mecânicos que levantam pesos contra a força da gravidade e Pumped Hydro,um método que armazena a energia na forma de água bombeada para acima contra a força da gravidade. Os dispositivos levantadores mecânicos são limitados em sua altura a algumas centenas de pés e requerem, portanto, grandes quantidades de massa para armazenar uma quantidade significativa de energia elétrica. Isto resulta em um custo muito grande, tornando estes dispositivos caros e não econômicos. No Pumped Hydro,a água é bombeada de um reservatório de elevação inferior a uma elevação superior; a água armazenada é então liberada através de turbinas para converter a energia armazenada em eletricidade sob demanda. As perdas de eficiência do ciclo de armazenamento integral de tais sistemas ficam tipicamente compreendidas na faixa de 25% e as dificuldades na permissão, construção e operação tornam o Pumped Hydrodifícil de implementar. Pode levar mais de uma década para construir tal sistema.

[006] Portanto, é desejável prover o armazenamento de energia potencial com a capacidade na faixa de geração de energia de 100 a 2.000 MW com alta eficiência e requisitos reduzidos de instalação e investimento de capital.

DESCRIÇÃO RESUMIDA

[007] As realizações aqui apresentadas provêm um sistema de armazenamento de energia em escala de utilidade altamente eficiente. Grandes massas são transportadas para cima para armazenar a energia e para baixo para liberar a mesma. Uma rede ferroviária de aço eletrificada transfere as massas entre dois pátios de armazenamento de elevações diferentes através de unidades de transferência eletricamente alimentadas que contêm motores-geradores combinados em conjuntos e operados por um sistema de controle automatizado. A realização exemplificadora incorpora um sistema de trilhos que tem pátios de armazenamento superior e inferior com trilhos de interconexão entre os pátios superior e inferior e múltiplos elementos de controle para configurar o direcionamento dos trilhos no sistema. As unidades de transferência têm um motor/gerador elétrico interconectado às rodas de suporte e incorporam uma estrutura de suporte e um mecanismo de transferência integral para carregar de maneira removível as massas. Os motores/geradorrs nas unidades de transferência são interconectados a uma rede elétrica. Um sistema de controle em comunicação com a rede elétrica, as unidades de transferência e os elementos de controle do sistema de trilhos executa uma primeira sequência de controle para armazenar a energia quando a rede elétrica tem um excesso de energia e executa uma segunda sequência de controle para fornecer a energia à rede elétrica quando energia adicional é requerida. A primeira sequência de controle faz com que as unidades de transferência selecionadas recuperem as massas localizadas no pátio de armazenamento inferior e, utilizando o motor/gerador como um motor que extrai energia da rede, impelem as unidades de transferência selecionadas do pátio de armazenamento inferior ao pátio de armazenamento superior com os elementos de controle configurados para direcionar as unidades de transferência que descarregam então as massas no pátio de armazenamento superior. A segunda sequência de controle faz com que as unidades de transferência selecionadas recuperem as massas localizadas no pátio de armazenamento superior e, utilizando o motor/gerador como um gerador, fornece energia à rede pela frenagem regenerativa das unidades de transferência selecionadas do pátio de armazenamento superior ao pátio de armazenamento inferior com os elementos de controle configurados para direcionar as unidades de transferência selecionadas que descarregam então as massas no pátio de armazenamento inferior.

[008] Nas realizações exemplificadoras, as massas são armazenadas nos pátios de armazenamento superior e inferior suspensos sobre trilhos do pátio de armazenamento e cada unidade de transferência é recebidaa sob massas selecionadas. 0 mecanismo de transferência incorpora um elemento de suporte carregado pela estrutura em cada unidade de transferência e recebido sob a massa como armazenado para prover rolagem sob carga.

[009] Nas realizações exemplificadoras, uma subestação é conectada à rede para receber energia de alta tensão e um sistema de distribuição elétrico ao lado do trilho é conectado à subestação com transformadores conectados ao sistema de distribuição elétrica a intervalos selecionados. Os trilhos de alimentação de energia se conectam aos transformadores com cada trilho de alimentação de energia associado com um trilho no sistema de trilhos. Cada unidade de transferência inclui contatores para a conexão aos trilhos de alimentação de energia e a uma unidade de controle de tração (TCU - traction control unit). A TCU incorpora circuitos retificadores/inversores para o controle de energia conectado ao motor/gerador e uma placa de controle para o controle dos circuitos retificadores/inversores para a aceleração, desaceleração e operação em estado estável do motor/gerador. Um primeiro retificador/inversor do lado da utilidade e um segundo retificador/inversor do lado do motor/gerador são empregados com a placa de controle, controlando a energia reativa no retificador/inversor do lado de utilidade para o ajuste volt-ampère-reativo (VAR) à rede elétrica.

[010] Em determinadas realizações, a inversão dos conectores de desvio responsivos a um sinal da placa de controle para desviar seletivamente os circuitos inversores retificadores com conexão direta do gerador do motor para unidades de transferência em um trilho de conexão selecionado energia ao trilho de alimentação de energia para a operação síncrona após a aceleração/desaceleração das unidades de transferência. 0 ajuste da tensão no sistema responsivo a um sinal de utilidade para a regulagem ascendente ou a regulagem descendente é efetuado em cada unidade de transferência com operação assíncrona.

[Oil] As realizações apresentadas permitem um método para fornecer serviços auxiliares da escala de utilidade utilizando o sistema de trilhos e unidades de transferência conectadas à rede elétrica. Com o recebimento de um comando para o serviço auxiliar, um conjunto selecionado de unidades de transferência é controlado para que a energia reativa, a aceleração e a desaceleração interajam com a rede elétrica na satisfação do comando de serviço auxiliar. Se um comando para o serviço auxiliar for um comando VAR, as unidades de transferência, que têm circuitos retificadores/inversores para fornecer energia ao gerador do motor, controlam a energia reativa nos circuitos retificadores/inversores para o ajuste do controle de VAR à rede elétrica. Se o comando de serviço auxiliar for uma regulagem ascendente/regulagem descendente, pelo menos um trilho de energia nos trilhos de conexão é selecionado para a operação assíncrona e o motor e gerador nas unidades de transferência que atravessam o trilho de energia selecionado são controlados para a regulagem ascendente ou a regulagem descendente da energia fornecida a ou armazenada da rede.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] A FIGURA IA é uma vista geral em perspectiva de uma realização do presente sistema de armazenamento de energia;

[013] a FIGURA 2 é uma vista em perspectiva de uma primeira realização exemplificadora de conjuntos de operação com múltiplas unidades de transferência e massas de armazenamento empregáveis em um sistema de armazenamento de energia tal como mostrado na FIGURA 1;

[014] a FIGURA 3 é uma vista lateral de uma unidade de transferência da primeira realização que tem uma massa para o transporte acoplada e levantada;

[015] a FIGURA 4 é uma vista lateral da unidade de transferência da FIGURA 3 na posição para acoplar uma massa para o transporte;

[016] a FIGURA 5 é uma vista em perspectiva de conjuntos de operação com uma segunda realização exemplificadora de unidades de transferência e massas de armazenamento;

[017] a FIGURA 6 é vista lateral de uma unidade de transferência da segunda realização com uma massa na posição de transporte;

[018] a FIGURA 7A é uma vista de extremidade da unidade de transferência da FIGURA 6;

[019] a FIGURA 7B é uma vista lateral em perspectiva parcial da unidade de transferência e dos componentes ao lado do trilho de transferência;

[020] a FIGURA 8 é uma vista em perspectiva de uma unidade de transferência da segunda realização com a massa em transição rotativa para o armazenamento;

[021] a FIGURA 9 é uma vista de extremidade de uma transferência da segunda realização com a massa girada para o armazenamento;

[022] a FIGURA 10A é uma vista isométrica detalhada do sistema de suporte rotativo para manipulação da massa na transferência tal como definido na FIGURA 6;

[023] a FIGURA 10B é uma seção transversal de uma transmissão exemplificadora para o uso com os eixos de transmissão;

[024] a FIGURA 11A é uma vista pictorial de uma disposição de energia e retorno de múltiplos trilhos exemplificadora empregada em uma realização do sistema de armazenamento de energia;

[025] a FIGURA 11B é uma disposição do pátio de armazenamento superior exemplificadora para o sistema de armazenamento de energia;

[026] a FIGURA 11C é uma disposição do pátio de armazenamento inferior exemplificadora;

[027] a FIGURA 11D é uma disposição exemplificadora para a expansão dos pátios de armazenamento superior e inferior suplementar;

[028] a FIGURA 12 é um diagrama esquemático da energia ao lado do trilho para uma realização do sistema;

[029] as FIGURAS 13A-D são um fluxograma de um cenário operacional exemplificador para as realizações apresentadas do sistema de armazenamento de energia;

[030] a FIGURA 14 é um diagrama esquemático da energia da unidade de transferência para uma realização do sistema;

[031] a FIGURA 15A é um fluxograma das características operacionais para o controlador de energia da unidade de transferência;

[032] a FIGURA 15B é um fluxograma das operações exemplificadoras para o suporte de VAR pelo sistema;

[033] a FIGURA 15C é um fluxograma das operações de nivelamento exemplificadoras para a regulagem ascendente ou a regulagem descendente pelo sistema.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[034] Com referência agora aos desenhos para a descrição de várias realizações em mais detalhes, a FIGURA 1 mostra uma realização para o sistema de armazenamento de energia em trilho avançado (ARES - advanced rail energy storage) que tem um pátio de armazenamento superior 10, um pátio de armazenamento inferior 12 e os trilhos de conexão 14 e 16. Embora trilhos simples de energia e de retorno sejam mostrados na FIGURA 1, múltiplos trilhos podem ser empregados, dependendo dos requisitos do sistema tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente. As massas grandes 18 são transportadas entre os pátios de armazenamento 10 e 12 por conjuntos eletricamente alimentados 20 que são elementos de múltiplas unidades que têm uma ou mais unidades de transferência 22 em uma rede ferroviária de aço eletrificada 24 criada pelos trilhos 14, 16, armazenando ou liberando energia. As unidades de transferência vazias (designadas como 22' ) são retornadas na rede ferroviária de aço eletrificada 24. A rede ferroviária de aço incorpora múltiplos conjuntos de trilhos de conexão, permitindo o movimento bidirecional de unidades de transferência carregadas e vazias. Durante os períodos de armazenamento ou descarga de um fluxo contínuo, os conjuntos de unidade de transferência alimentada eletricamente conjunto transportam massas entre os pátios de armazenamento. A rede ferroviária de aço é conectada à rede de eletricidade local através dos fios 26 conectados a uma subestação elétrica 28 e distribuída através das linhas de distribuição elétrica de CA do ao lado do trilho e dos transformadores 32 que provêm a interconexão de energia a intervalos de aproximadamente 1.060' aos trilhos de alimentação de energia ou "terceiros trilhos", tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente, que incorporam um componente de material altamente condutor ao longo de seu comprimento tal como o alumínio ou o cobre para evitar a perda resistiva durante a transmissão da energia elétrica. A rede ferroviária pode incluir os elementos de armazenamento e reparo 35 para as unidades de transferência.

[035] Um número selecionado das unidades de transferência 22 em cada conjunto 20 é eletricamente alimentado como mulas ou espaçadores eletrificados e é controlado por um sistema de controle automatizado 34 tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente. Cada mula eletrificada emprega truques de carros secundários, comparáveis àqueles em uso atual nas locomotivas diesel-elétricas, que utilizam motores- geradores elétricos reversíveis como motores de tração para transportar nassas do pátio de armazenamento inferior ao pátio de armazenamento superior e como geradores para a frenagem dinâmica enquanto transportam massas do pátio de armazenamento superior ao pátio de armazenamento inferior. Neste pedido, os motores-geradores de tração elétrica que impulsionam as rodas estão armazenando a energia potencial enquanto levantam as massas para cima no modo do motor e entregam energia através da geração no modo de frenagem dinâmica enquatdo abaixanm as massas para baixo. Para as realizações exemplificadoras aqui descritas, as unidades de transferência empregam truques ferroviários padrão tais como os truques ferroviários de três eixos radiais produzidos pela Electro-Motive Diesel, Inc., tal como descrito na Publicação de Pedido de Patente Norte- americana US 2010/0011984 Al, publicada em 21 de janeiro de 2010, intitulada Truque Ferroviário Radial Auto-Direcionável. Cada truque tem múltiplas rodas para acoplar nos trilhos de aço da rede ferroviária do sistema ARES e é de calibre convencional para a compatibilidade com as linhas de trilhos de transporte comuns.

[036] As realizações apresentadas na FIGURA 1 e na FIGURA 2 mostram unidades de transferência 22 com os truques ferroviários 36, cada um dos quais tem múltiplas rodas 38 que deslizam sobre os trilhos 39 na rede ferroviária. Cada unidade de transferência incorpora uma estrutura de suporte, descrita em mais detalhes subsequentemente, para transportar as massas 18 que podem ser feitas de concreto (tal como concreto reforçado e/ou pós-tensionado ou concreto pesado reforçado e/ou pós-tensionado feito de material de minério tal como taconita) ou de qualquer outro material suficientemente rígido e forte tal como plástico de alta resistência, metal, madeira, e outros ainda. As massas podem ser sólidos fabricados a partir do material base, tal como concreto reforçado, ou ocos e preenchidos com a carga 42 tal como sujeira, rocha, água, areia úmida, cascalho úmido, basalto úmido, minério de ferro ou qualquer outro material suficientemente denso produzido preferivelmente durante a escavação no local. Para uma realização exemplificadora, cada massa é um recipiente de concreto reforçado construído de painéis de concretos pré- vazados, pós-tensionados ou reforçados que têm uma dimensão exterior de 17' na altura por 17' na largura por 19,5' no comprimento. As paredes laterais e a base das massas são de 18" de espessura, criando um volume total de 5.636 pés cúbicos. Com a carga de aproximadamente 150 libras por pé cúbico e densidade similar dos materiais do recipiente, o peso total para cada massa pode se aproximar de 424 toneladas. Cada massa pode ser equipada com um distribuidor de tubos para permitir que o material incluso seja liquefeito pela injeção de água ou ar permitindo que os seus conteúdos fundamentais sejam facilmente removidos e substituídos no evento da necessidade de ajustar o peso da massa ou o centro de gravidade ou no evento de umedecimento do meio de armazenamento ser desejável para nivelar a densidade de massa.

[037] As unidades de transferência 22 são baixas no perfil, de modo que podem rolar abaixo das massas preenchidas que são armazenadas nos pátios de armazenamento superior e inferior suspensos sobre trilhos do pátio de armazenamento tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente. Conforme mostrado nas FIGURAS 3 e 4, um mecanismo de transferência de armazenamento para a primeira realização incorpora uma base de alavanca 50 montada em uma primeira extremidade em um pontalete 52 que se estende de um primeiro truque ferroviário 54 da unidade de transferência 22 com um pino de pivô 56. Uma dobradiça dobrável 58 une a base da alavanca próxima de uma segunda extremidade a um segundo truque ferroviário 60 da unidade de transferência. Na posição desmoronada da base de alavanca 50 mostrada na FIGURA 4, a unidade de transferência 22 pode rolar livremente sob a massa 18. A extensão da dobradiça dobrável 58 com o carneiro hidráulico 61 para levantar a base de alavanca 50 tal como mostrado na FIGURA 3 levanta as massas fora de seus pilares de repouso 62 mostrados nas FIGURAS 3 e 4 ou fora dos suportes de pernas integrais 64 tal como mostrado na FIGURA 2. Esta operação é repetida reversivelmente nos pátios de armazenamento superior e inferior para carregar e descarregar as massas. Para a realização mostrada, a base de alavanca é arqueada na forma para permitir o afastamento da primeira extremidade na montagem de pino/pontalete na posição abaixada. 0 pré-tensionamento da estrutura de viga da base de alavanca com o endireitamento associado da base de alavanca devido à tensão imposta com o levantamento da massa provê a forma arqueada requerida na condição desmoronada descarregada. Um pino de acoplamento 6 6 na base de alavanca é recebido em um relevo de acoplamento 68 na massa 18 para prender a massa contra o movimento na base de alavanca com a extensão da dobradiça dobrável.

[038] Para a realização das FIGURAS 3 e 4, os pilares 62 são posicionados para acomodar um suporte de quatro massas retangulares com cada massa suportada em um canto em um pilar associado. Em realizações alternativas, os trilhos K ou elementos de suporte verticais similares podem ser empregados, reduzindo os requisitos de tolerância de alinhamento. Na realização de perna auto-ereta apresentada na FIGURA 2, a presença do suporte de nível à terra para as massas permite o acesso aos trilhos 39 dos trilhos de armazenamento 65 nos pátios de armazenamento para a manutenção. Similarmente, o uso de trilhos K, pilares de suporte móveis ou estruturas de suporte móveis similares permite o acesso para a manutenção.

[039] Com as unidades de transferência com capacidade de rolar abaixo das massas, torna-se possível escolher e depositar massas individuais em sequência com precisão nos pátios de armazenamento. Isto permite que o sistema ARES estacione massas individuais bastante próximas nos pátios de armazenamento, reduzindo bastante o comprimento do sistema de trilho eletrificado requerido para finalidades de armazenamento. Esta característica também permite que as massas individuais tenham um afastamento maior a bordo das unidades de transferência elétricas, permitindo desse modo múltiplos truques ferroviários por massa em movimento; desse modo criando a capacidade para o transporte total de massas mais pesadas que requerem menos trilhos de armazenamento. Dessa maneira, a densidade de armazenamento de energia e a viabilidade econômica do sistema total são melhoradas sobremaneira.

[040] Uma segunda realização para o conjunto emprega unidades de transferência e massas carregadas tal como mostrado na FIGURA 5. Nesta realização, cada conjunto 70 incorpora quatro unidades de transferência 72. Nesta realização exemplificadora, duas das unidades de transferência no conjunto são mulas propelidas, tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente, e duas unidades de transferência não são propelidas. As massas 74 são retangulares na seção horizontal, permitindo que uma área de cobertura da massa seja suportada perifericamente pela estrutura da unidade de transferência tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente. Conforme mostrado nas FIGURAS 6 e 7A, cada massa 74 é carregada longitudinalmente na unidade de transferência 72 para o transporte dentro da rede ferroviária. Cada unidade de transferência, para a realização mostrada, emprega dois truques ferroviários de três eixos radiais 76 que carregam uma estrutura de suporte 78. Isto permite uma carga de peso aceitável de aproximadamente 50 toneladas por eixo. Cada unidade de transferência incorpora um mecanismo de transferência de armazenamento descrito em mais detalhes subsequentemente, o que permite que uma massa 74 seja levantada e girada para uma orientação lateral ou transversal tal como mostrado na FIGURA 8. Quando girada completamente tal como mostrado na FIGURA 9, a massa é perpendicular ao trilho de armazenamento 65 e é abaixada pelo mecanismo de transferência a ser suportado nos pilares ou trilhos de suporte 76. Conforme descrito com respeito à realização anterior, os trilhos K móveis empregados como trilhos de suporte para o armazenamento de massa permitem o acesso desimpedido aos trilhos do pátio de armazenamento para a manutenção fácil. Os trilhos K são normalmente utilizados como barreiras de tráfego. Para as realizações mostradas, os trilhos K em seção são de aproximadamente 6' de largura em sua base e se estreitando para 2' na largura do topo. A superfície superior de cada trilho de suporte é uma camada de acolchoado de borracha reforçada. Os trilhos de suporte são fixados ao lado do trilho no lastro primário de pedra britada.

[041] Tal como com a primeira realização, a energia potencial em um sistema ARES em larga escala exemplificador descrito acima é armazenada a aproximadamente 14.000 massas, cada uma delas pesando aproximadamente 240 toneladas, e cada massa é um recipiente de concreto reforçado construído de painéis de concreto pré-vazado, pós-tensionados ou reforçados que têm uma dimensão exterior de 13' na altura por 39' na largura por 6,6' no comprimento (trilho) . As paredes laterais e a base das massas serão de aproximadamente 18" de espessura, criando um volume de massa total de 3.350 pés cúbicos. 0 volume de cada massa será preenchido com rocha pesada tal como basalto acamado na areia, produzido preferivelmente durante a escavação no local, e dependendo dos locais específicos que essa mistura do material irá prover um peso de aproximadamente 143 libras por pé cúbico. 0 peso da estrutura do recipiente de concreto também é de aproximadamente 143 libras por pé cúbico. As massas são armzenadas perpendiculares aos trilhos de armazenamento nos trilhos de suporte de concreto reforçado móveis, que são paralelos aos trilhos no pátio de armazenamento, minimizando as demandas de espaço e facilitando o carregamento rápido em unidades de transferência tal como descrito anteriormente. Cada massa pode ser equipada com um distribuidor de tubos para permitir que o material incluso seja liquefeito pela injeção de água ou ar permitindo que seus conteúdos fundamentais sejam facilmente removidos e substituídos no evento da necessidade de ajustar o peso da massa ou o centro de gravidade ou no evento de umedecimento do meio de armazenamento ser desejável para nivelar a densidade de massa. Em uma realização alternativa, as massas são construídas de camadas bloqueadoras de material permitindo a remoção ou entrega por guindaste das massas nas camadas ou seções. 0 aspecto altamente retangular destas massas que permite o seu armazenamento perpendicular sobre os trilhos de armazenamento reduz bastante as milhas de trilhos de armazenamento requeridas para um sistema ARES de uma determinada capacidade e quando carregadas e em movimento propiciam uma redução significativa do momento polar de inércia das unidades de transferência, melhorando a confiabilidade e reduzindo o desgaste das rodas. As massas retangulares da segunda realização podem ser dimensionadas para se conformar com as dimensões da AREMA (Associação Americana de Engenharia Ferroviária e Manutenção de Via) para frete de serviço de intercâmbio limitado, permitindo o transporte por trilhos de recipientes de massa vazios para o uso em instalações de ARES.

[042] Retornando à FIGURA 5 com referência adicional à FIGURA 10A, cada unidade de transferência 72 em um conjunto de quatro unidades de transferência 70 é equipada com um mecanismo de transferência que emprega múltiplos carneiros hidráulicos 80 acionados por um servosolenóide, ou um outro dispositivo de controle convencional, e alimentado por uma bomba hidráulica 82 a bordo do conjunto. A bomba hidráulica extrai a sua energia do terceiro trilho. 0 mecanismo de transferência também inclui um elevador hidráulico 86 que incorpora uma mesa de acoplamento rotativa 87, sobre a qual as massas são apoiadas, posicionada no meio da unidade de transferência suportada pelos elementos estruturais longitudinais 88 e pelos elementos estruturais transversais 90 incorporados na estrutura de suporte 78, dimensionado tal como necessário para acomodar o peso das massas e de quaisquer momentos de conversão gerados durante a operação.

[043] Quando o conjunto é posicionado para coletar uma primeira massa, o elevador é acionado e a mesa de acoplamento é levantada e a massa é levantada fora dos trilhos de suporte até uma altura de afastamento. 0 conjunto move-se então se afastando das massas armazenadas até que uma segunda massa seja posicionada sobre a segunda unidade de transferência para a coleta. Enquanto a segunda massa está sendo levantada, a mesa da primeira massa e de acoplamento é girada pelo carneiro hidráulico 80 até que a massa esteja paralela ao trilho. A massa é abaixada então até a estrutura de suporte 78 acima dos dois truques ferroviários da unidade de transferência. Esta operação é repetida para o carregamento das massas na terceira e quarta unidades de transferência do conjunto. 0 conjunto está então pronto para o despacho em um trilho de energia.

[044] A descarga das massas na chegada no pátio de armazenamento é executada ao inverter o processo descrito. 0 conjunto entra no trilho de armazenamento e uma massa de extremidade é levantada e girada da posição longitudinal à posição transversal para a colocação com espaço reduzido nos trilhos K de suporte de armazenamento. Enquanto o conjunto se move para frente para colocar a primeira massa, a massa adjacente no conjunto é então levantada, girada, e a seguir abaixada em sequência nos trilhos de suporte. Esta etapa é repetida para a terceira e a quarta massas do conjunto que passa então abaixo da fileira de massas armazenadas e é então liberada para a transição ao trilho de retorno ao pátio de armazenamento de origem.

[045] A FIGURA 11A mostra detalhes de uma implementação exemplificadora das seções de trilhos iniciais de um sistema de trilhos de energia e de retorno. Os elementos específicos de cada instalação do sistema ARES irão variar com a sua capacidade pretendida de armazenamento e geração, a diferença entre os pátios superior e inferior e o grau. Uma instalação ARES com uma diferença de elevação de 3.600 pés entre os pátios de armazenamento superior e inferior e um grau médio entre os pátios de 7,5% poderá carregar ou descarregar a 1.000 MW enquanto fornece 8.000 MWh de armazenamento de energia líquido. Tal realização exemplificadora poderia incorporar os seguintes elementos fixos.

[046] Cinco trilhos principais eletrificados paralelos que consistem em dois trilhos de energia 14a e 14b, dois trilhos de retorno 16a e 16b, e um trilho de espera 17, podem operar em um ou outro modo; cada trilho principal com aproximadamente 8,1 milhas de comprimento conectando entre um pátio de armazenamento superior e um inferior. Em realizações alternativas, trilhos de energia e de retorno adicionais podem ser empregados para o dimensionamento do sistema ARES para combinar com os requisitos de energia. Em uma realização que emprega quatro trilhos de energia e dois trilhos de retorno, os trilhos principais provêm uma capacidade para que 203 ou mais conjuntos fiquem em operação contínua carregando ou descarregando e retornando. A velocidade operacional do conjunto em um trilho de energia é de aproximadamente 35 mph (milhas por hora) com o sistema de energia a bordo para as unidades de transferência eletrificadas na operação síncrona tal como será descrito subsequentemente, mas pode ser controlada a uma velocidade alternativa desejada para a variação na entrada ou na saída de energia. A velocidade de controle síncrona permite a conexão direta daos motores de tração/geradores nas unidades de transferência ao sistema ao lado do trilho de CA com economias significativas de eficiência. A velocidade do conjunto vazio no trilho de retorno é uma função do número total de conjuntos no sistema; no entanto, uma velocidade de retorno aproximada deve ser de 60 - 70 mph. Nesta configuração, aproximadamente quatorze por cento do comprimento total do trilho de energia são ocupados por conjuntos móveis, os quais ficam espaçadas entre si a aproximadamente 1.300 pés em movimento quando quatro trilhos são empregados para a carga/descarga e dois para conjuntos de retorno. 0 comprimento combinado dos seis trilhos operacionais entre os pátios de armazenamento superior e inferior é de 48,6 milhas. 0 trilho de espera pode ser substituído como um trilho de energia ou um trilho de retorno conforme necessário para permitir a manutenção do sistema e aumentar a confiabilidade operacional. Os trilhos de energia, de retorno e de espera são todos completamente capazes de agir em uma ou outra capacidade e podem ser substituídos entre si, o que permite a rotação durante a manutenção rotineira dos trilhos e até mesmo a distribuição do desgaste dos trilhos.

[047] Um pátio de armazenamento superior 10 e um pátio de armazenamento inferior 12 são mostrados nas FIGURAS 11B e 11C, e para uma realização exemplificadora cada um deles incorpora aproximadamente dezesseis trilhos de armazenamento de 1,2 milha de comprimento. Cada pátio de armazenamento tem aproximadamente 1,7 milha de comprimento e 800' de largura; o comprimento extra permite que trilhos individuais de armazenamento sejam alternados em uma área de cobertura trapezoidal, permitindo a troca no começo e no final de cado trilho. Múltiplas linhas de interconexão e chaves são configuradas para permitir que um conjunto carregado que prossegue para fora de um pátio de armazenamento seja iniciado em um dos trilhos principais a cada 7,4 segundos com um espaçamento entre os conjuntos tal como indicado acima. Múltiplos trilhos de alimentação de energia isolados 84, tal como descrito anteriormente, fornecem a energia CA ao lado do trilho para as unidades de transferência mulas nos conjuntos operando nos trilhos principais, no trilho de espera e nos trilhos do pátio de armazenamento. Estes trilhos de alimentação de energia são conectados a intervalos apropriados a um sistema de distribuição de CA de 2.300 V ao lado do trilho que transmite energia para dentro ou fora dos conjuntos durante a operação nos pátios de armazenamento e enquanto na geração ou na descarga nos trilhos principais. A FIGURA 7A mostra uma configuração exemplificadora para os trilhos de alimentação de energia 84 e os contatores associados 89 montados na estrutura das mulas alimentadas no conjunto. Para a realização mostrada, é mostrado um suporte vertical 91 que carrega os trilhos de alimentação em uma disposição trifásica. Em uma realização alternativa, a energia ao lado do trilho é fornecida dentro e fora das unidades de transferência através dos trilhos de alimentação de energia de 3 kV CC com a conversão apropriada de energia CA a bordo das unidades de transferência.

[048] Trilhos de armazenamento adicionais podem ser incluídos conforme julgado apropriado para prover conjuntos de reserva com acesso rápido a um pátio de armazenamento para a distribuição imediata no caso de avarias. Massas adicionais conforme julgado apropriado podem ser providas para serem mantidas de reserva. As unidades de transferência da reserva e as massas de reserva podem ser armazenadas no(s) mesmo(s) desvio(s) de reserva. Um trilho de dentes retos 93 (mostrado na FIGURA 11A) é incluído para propiciar acesso da instalação ARES a uma linha de trilho transportador comum (para facilitar a construção original, entrega de unidades de transferência e de itens de manutenção e de reparo). As unidades de transferência são intercammiáveis entre as instalações ARES em locais diferentes a fim de acomodar de maneira econômica os períodos de demanda de armazenamento regional de pico. Os truques ferroviários de calibre padrão para as unidades de transferência permitem o transporte pela rede ferroviária comercial a qualquer local desej ado.

[049] A FIGURA 11D mostra os pátios de armazenamento superior e inferior suplementares 10' e 12' que são aninhados dentro dos pátios superior e inferior 10 e 12. Esta configuração permite a adição de uma capacidade maior de armazenamento enquanto mantém o acesso de comutação fácil aos trilhos de energia, de retorno e de espera no sistema ferroviário.

[050] Para as realizações mostradas, todos os trilhos na instalação do sistema ARES, incluindo o trilho do pátio de armazenamento eletrificado com os trilhos de alimentação de energia paralelos que fornecem alimentação elétrica contínua CA às unidades de transferência. Os trilhos são um trilho pesado de calibre padrão de cabeça endurecida (136 libras/jarda) . 0 trilho é colocado em um leito da via reforçado de grande capacidade com fixação direta do trilho às escoras de concreto reforçado espaçados a intervalos de aproximadamente 620', para a realização exemplificadora mostrada, para impedir o deslocamento do trilho para baixo. A matriz do leito da via compreende múltiplas camadas de sublastro, tipicamente um lastro de rocha primário com uma subcamada de asfalto misturado a quente. Os pátios de armazenamento contêm múltiplos trilhos paralelos de armazenamento, de modo que a provisão de tempo para a expedição de cada massa não fica limitada pelo tempo requerido para uma única fileira de unidades de transferência ser posicionada e acoplar as suas respectivas cargas.

[051] A FIGURA 12 demonstra um sistema de energia ao lado do trilho para a presente realização. Conforme descrito anteriormente com respeito à FIGURA 1, uma subestação 28 unida às linhas de energia de alta tensão transforma a energia disponível em 34,5 KV. As linhas de distribuição elétricas ao lado do trilho 3 0 distribuem ou retornam a energia ao longo dos trilhos no sistema representado como um trilho de energia 14 e um trilho de retorno 16 na FIGURA 12. As desconexões fundidas 90 conectam as linhas de distribuição elétricas aos transformadores 32 para um ajuste da tensão entre a tensão de 34,5 KV e a tensão operacional de 2.300 V CA. Os disjuntores 92 conectam os trilhos de alimentação de energia trifásicos 84a ou 84b associados com cada trilho para a interconexão aos contatores nas mulas eletrificadas nos conjuntos. Para uma eficiência aumentada, a energia derivada da regeneração da frenagem ou em um trilho de energia ou um trilho de retorno é fornecida através de uma conexão direta com as interconexões 94 entre os trilhos de alimentação de energia do trilho para o uso no fornecimento de energia preferida aos conjuntos que se deslocam para cima, evitando subestação associadas e transformador no local e perdas de transmissão.

[052] Na realização ampla, a presente invenção é um sistema de armazenamento de energia potencial altamente eficiente e de baixo custo. A taxa da entrada e saída pode ser variada consideravelmente ao controlar a velocidade e/ou a quantidade das unidades de transferência eletricamente alimentadas em movimento. Freios de atrito padrão podem ser utilizados para estacionar as unidades de transferência eletricamente alimentadas e parar as mesmas no caso de uma falha.

[053] Um computador ou computadores abrigados no sistema de controle automatizado 34 rodando um software de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA supervisory control and data acquisition) serão utilizados para controlar a operação do sistema de armazenamento de energia. Seguie uma descrição dos sensores do computador, acionadores e um algoritmo exemplificador que podem ser utilizados para controlar um sistema ARES tal como descrito para as realizações exemplificadoras. Este é somente um exemplo de sensores de computador, acionadores e processo, e a operação do sistema de armazenamento de energia não fica limitada a estes sensores de computador, acionadores e processo.

[054] O sistema ARES opera de uma maneira predeterminada dependente de fatores tais como requisitos para armazenar ou liberar a energia, a taxa de energia que está sendo armazenada ou liberada, a gama de serviços auxiliares que o sistema está fornecendo à rede, as condições do tempo, e outros ainda. Ele utiliza sensores que incluem, mas sem ficar a eles limitados, a posição do conjunto individual, velocidade, aceleração, posição da massa, velocidade e deslizamento da roda, tração de amperagem do componente elétrico, tensão do componente elétrico, temperatura do componente elétrico, temperatura do componente mecânico, posição da chave do trilho, e outros ainda. Estes sensores e componentes de comunicações podem ser ligados por cabos ou então em fio com vários sistemas e protocolos de comunicações. 0 sistema de controle pode utilizar controladores que incluem, mas sem ficar a eles limitados, freios de atrito de conjuntos individuais, movimento de chaves dos trilhos, chaves elétricas e eletrônicas, mecanismos levantadores de massa de conjuntos, e outros ainda. Estes controladores podem ser eletromecânicos, pneumáticos ou hidráulicos.

[055] Etiquetas de localização ao lado do trilho 95 colocadas a cada 50 pés ao lado dos trilhos principais, tal como mostrado na FIGURA 7B (unidos como exemplificadores aos pontaletes para os trilhos de alimentação de energia), irão sinalizar aos sensores 96 nos conjuntos relatando a localização e a velocidade de cada conjunto. Utilizando estas informações, o sistema SCADA irá controlar o movimento de todas as unidades de transferência em movimento. Nos pátios de armazenamento, as etiquetas de localização ficarão localizadas a um espaçamento muito mais próximo para ajudar a posicionar os conjuntos para a coleta de massa. As etiquetas de localização também podem ser colocadas nas próprias massas para o posicionamento de coleta final. Transponders de GPS diferenciais 97 nos conjuntos, como uma reserva para os sensores de localização/etiquetas de localização, também podem transmitir todas as posições da unidade de transferência a um visor em tempo real no centro de controle. Um transmissor de GPS diferencial no local em ou próximo de uma instalação de ARES será empregado para incrementar a exatidão dos dados da unidade de transferência recebidos no centro de controle. Os sensores adicionais em cada conjunto irão monitorar e controlar a função retificadora/inversora, o status da bateria de reserva, o status do motor-gerador, a função do mecanismo elevador, a função do freio, a condição do trilho, e a saída de fluido hidráulico sob o controle do sistema SCADA. Para uma realização exemplificadora, um sistema de telemetria multiplex opera através dos trilhos com capacidade de entregar comandos singulares a cada conjunto com um sistema de comunicação de reserva direcionado aos sensores de localização.

[056] O processo de iniciar, operar e parar o sistema de armazenamento de energia pode ser um conjunto pré- planejado de etapas que os componentes irão seguir. Também pode haver etapas pré-planejadas para mudar a energia de entrada ou de saída, removendo um conjunto do processo para o reparo e outros ainda. Cada etapa no processo pode ser executada por um único sensor ou múltiplos sensores e/ou acionadores. Adicionalmente, cada conjunto pode ser programado para agir como um membro de um sistema de rede em malha ad hoc em que o conjunto responde aos requisitos operacionais que estão sendo recebidos de um centro de controle de uma maneira pré-programada em relação à sua posição relativa a outros conjuntos e ajustes de mudança. Um exemplo do fluxo operacional é mostrado nas FIGURAS 13A-D.

[057] O excesso de energia de rede é detectado na etapa 1302 e o sistema ARES é acoplado para armazenar a energia. Utilizando um sistema exemplificador com a segunda realização descrita e uma numeração de conjuntos fictícia, numeração de massa e locais de armazenamento para finalidades de referência, o conjunto #178 conecta à rede e é movido para uma posição sob a massa #1584 no local 4L-128 (posição de armazenamento de pátio inferior 128 do trilho de armazenamento 4), etapa 1304. 0 conjunto é carregado na etapa 1306; o mecanismo de transferência na primeira transferência do conjunto #178 é estendido para acoplar a massa #1584, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na segundo transferência é estendido para acoplar a massa #1585, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na terceira transferência é estendido para acoplar a massa #1586, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na quarta transferência é estendido para acoplar a massa #1587. A chave de trilho #L47 muda o trilho de armazenamento #4 diretamente para cima em um trilho de energia selecionado na etapa 1308. Este processo de carregamento é repetido sequencialmente. Por exemplo, o conjunto #179 se move então para uma posição sob a massa #1588 no local 4L-132 (posição do pilar do pátio inferior 132 do trilho 4), e assim por diante.

[058] O conjunto #178 prossegue ao longo do trilho de armazenamento #4 diretamente para cima e emprega a energia da rede, etapa 1310. 0 controle a bordo acelera o conjunto até a velocidade síncrona, etapa 1312, e então converte em operação síncrona direta, etapa 1314. 0 sistema ARES monitora então o nivelamento (requisitos de regulagem ascendente/regulagem descendente da utilidade ou do ISO), etapa 1316, e monitora os requisitos de VAR, etapa 1318. A chave de trilho U21 muda diretamente para cima para o trilho de armazenamento #8 no pátio de armazenamento superior, etapa 1320. 0 controle a bordo converte da operação síncrona direta para desacelerar o conjunto a partir da velocidade síncrona, etapa 1322. 0 conjunto #178 posiciona a massa #1584 no local 8U-275 (posição de pilar de pátio superior 275 do trilho 8), etapa 1324. 0 conjunto descarrega então as massas, etapa 1326; o mecanismo de transferência na primeira transferência do conjunto #178 é estendido para descarregar a massa #1584 no local 8U-275, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na segunda transferência é estendido para descarregar a massa #1585, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na terceira transferência é estendido para descarregar a massa #1586, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na quarta transferência é estendido para descarregar a massa #1587. É então feita uma determinação se deve armazenar #178 no pátio superior ou retornar a um pátio inferior para o transporte da massa adicional, etapa 1328. Se for retornado, a chave de trilho U21 muda o trilho de armazenamento #8 diretamente para baixo em um trilho de retorno selecionado, etapa 1330, e o conjunto #178 desce do trilho #8 para o pátio inferior, etapa 1332. Se for armazenado, a chave U21 muda o trilho de armazenamento #8 para a lateral do pátio de armazenamento superior, etapa 1333, e o conjunto #178 transiciona fora do trilho #8 à lateral do pátio de armazenamento superior, etapa 1334. Dependendo dos requisitos do trilho de armazenamento, o conjunto pode ser armazenado na posição sob as massas. As etapas são repetidas sequencialmente para massas de armazenamento adicionais até que os requisitos de armazenamento de energia comunicados pela utilidade ou ISO sejam completados.

[059] Quando uma demanda de energia recebida da utilidade ou ISO, etapa 1336, chave U21 conecta a lateral do pátio de armazenamento superior ao trilho de armazenamento superior #8, e o cojunto #178 conecta à etapa de rede 1338, e é movido para uma posição sob a massa #1587 no local 8U-275 (local de pilar de pátio superior 275 do trilho 8) e carregado, etapa 1340. Para carregar o conjunto, o mecanismo de transferência na primeira transferência do conjunto #178 é estendido para carregar a massa #1587 no local 8U-275, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na segunda transferência é estendido para carregar a massa #1586, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na terceira transferência é estendido para carregarr a massa #1585, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na quarta transferência é estendido para carregar a massa #1584. A chave deo trilho #U21 muda o trilho #8 diretamente para baixo, etapa 1344. 0 conjunto #178 prossegue ao longo do trilho #8 diretamente para baixo e emprega geradores de truque ferroviário para o controle da velocidade transferir a energia gerada à rede enquanto atinge o pátio inferior, etapa 1346. Esta operação é repetida sequencialmente para conjuntos adicionais. 0 conjunto #177 move para uma posição sob a massa #1583 no local 8U276, e assim por diante.

[060] O controle a bordo acelera o conjunto #178 até a velocidade síncrona e converte então a operação síncrona direta, etapa 1348. 0 sistema monitora então o nivelamento (requisitos de regulagem ascendente/regulagem descendente), etapa 1350, e monitora os requisitos de VAR, etapa 1352. Com a aproximação do pátio de armazenamento inferior, a chave de trilho L47 muda diretamente para baixo para o trilho de armazenamento inferior #4, etapa 1354. 0 controle a bordo converte da operação síncrona direta para desacelerar o conjunto a partir da velocidade síncrona, etapa 1356. 0 conjunto #178 posiciona a massa #1587 no local 4L-128, etapa 1358. 0 conjunto descarrega então as massas, etapa 1360; o mecanismo de transferência na primeira transferência do conjunto #178 é estendido para descarregar a massa #1587 no local 4L-128, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na segunda transferência é estendido para descarregar a massa #1586, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na terceira transferência é estendido para descarregar a massa #1585, o conjunto é movido uma posição e o mecanismo de transferência na quarta transferência é estendido para descarregar a massa #1584. É então feita uma determinação se armazena o conjunto #178 em um pátio inferior ou retorna ao pátio superior para o transporte de massa adicional, etapa 1362. Se for retornado, a chave de trilho U21 muda o trilho #8 diretamente para cima em um trilho de retorno selecionada, etapa 1364, e o conjunto #178 sobe do trilho #8 ao pátio de armazenamento superior, etapa 1366. Se for mantido no pátio de armazenamento inferior, a posição do conjunto é mantida ou então o trilho de armazenamento é mudado para a lateral, etapa 1368, e o conjunto é movido para a lateral, etapa 1370.

[061] Retornando à FIGURA 10A, duas das unidades de transferência em cada conjunto, cada uma delas com dois truques ferroviários radiais de três eixos 76 formando um total de seis eixos 101, são energizadas pelos motores-geradores síncronos de ímãs permanentes enterrados CA 102 para gerar esforço de tração suficiente para frear para baixo o conjunto na descida. Estes motores-geradores síncronos substituem os motores-geradores assíncronos utilizados atualmente na indústria ferroviária. As unidades restantes de transferência não são energizadas pelos eixos de transmissão de tração e são espaçadas alternadamente entre as mulas em um conjunto para prover a aderência máxima das massas carregadas durante a carga e a descarga. Em realizações alternativas, o número total de eixos e/ou unidades de transferência energizados pode ser variado dependendo dos requisitos operacionais.

[062] O torque dos motores-geradores é transmitido de e para os eixos de transmissão através de uma caixa de engrenagens mecânica 104 e a velocidade das rodas de propulsão é determinada pelo número de pólos no motor-gerador, pela relação de engrenagem fixa da caixa de engrenagens e pela frequência de propulsão de uma unidade de controle de tração (TCU) 106 providos para cada mula tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente.

[063] Tal como mostrado na FIGURA 10B, a operação dos conjuntos de maneira síncrona com o sistema de distribuição ao lado do trilho é intensificada pelo uso de elementos de transmissão na caixa de engrenagens 104. Uma embreagem de cão 105 que opera entre os trens de engrenagens 107a e 107b permite a seleção de uma primeira velocidade síncrona para a operação do trilho de energia das unidades de transferência em um conjunto carregado e uma segunda velocidade síncrona para a operação de retorno do conjunto em um estado descarregado.

[064] A velocidade do conjunto é determinada pela TCU que, em resposta aos comandos do sistema do centro de controle SCADA, determina a frequência em que os motores/geradores síncronos operam, e desse modo a velocidade das unidades de transferência no conjunto.

[065] Para a realização apresentada, cada uma das duas unidades de transferência que são energizadas como mulas eletrificadas em um conjunto está se deslocando em dois pares de truques ferroviários de locomotiva diesel-elétrica de três eixos radiais. Esta configuração permite seis eixos para cada carro e provê uma carga de roda de conjunto carregado de 50.000 libras (50 toneladas por eixo). Para uma implementação exemplificadora das realizações descritas, cada motor de tração/gerador regenerativo para a realização descrita tem uma capacidade de energia de pico de 1,25 MW acoplado ao eixo com uma caixa de engrenagens de transmissão redutora tal como descrito anteriormente. A 35 milhas por hora, em uma grau de 7,5% cada eixo equipado com motor/gerador irá gerar uma saída líquida para a rede (após as perdas da eficiência do sistema) de 0,74 MW da energia potencial das massas carregadas por cada conjunto em movimento. 0 requisito de energia de pico do eixo da mula é baseado na energia da massa do conjunto em movimento a 35 mph (12,5 MW) dividida pelo número de eixos energizados por conjunto (12) vezes uma energia de reserva de 20% para a aceleração/desaceleração (1,2).

[066] A energia líquida do eixo da mula para a rede pode ser calculada como a energia do conjunto carregado em movimento a 35 mph (12,5 MW) dividida pela razão de peso entre a massa e o conjunto (1,26) dividido pelo número de eixos energizados por conjunto (12) vezes a perda de eficiência do sistema de uma via (89); sendo igual a 0,74 MW.

[067] Cada conjunto na realização exemplificadora, que é um trem de duas mulas mais duas unidades de transferência não energizadas que provê doze eixos energizados, irá gerar uma energia líquida de aproximadamente 8,8 megawatts quando sincronizada diretamente na rede a uma velocidade de 35 mph em um grau de 7,5%. As variações no grau dentro de uma instalação ARES particular são acomodadas pelo dimensionamento da unidade de motor/gerador e/ou da caixa de engrenagens em cada eixo para responder à inclinação máxima de saída mais um componente de energia de reserva para a aceleração ou a desaceleração adequada para tal inclinação. As variações na inclinação em locais ARES diferentes podem ser acomodadas quando se tem mais eixos não-energizados se o grau de pico for mais raso ou se aumenta o número de eixos energizados se a inclinação for mais íngreme. Alternativamente, as variações na inclinação em locais ARES diferentes podem ser acomodadas ao alterar a relação entre as mulas e as unidades de transferência não-energizadas em um conjunto; ou por uma combinação dos dois meios.

[068] Utilizando o caso de uma instalação ARES de 1.000 MW à potência nominal total, vai haver 1.325 motores/geradores montados em eixos a bordo de 227 mulas em 114 conjuntos carregados com massa em movimento nos seis trilhos de energia em um determinado momento. Os outros 106 conjuntos estão retornando ao pátio de armazenamento carregado para coletar a sua carga seguinte de massas ou então no processo de disposição em sequência da sua carga. Com o conjunto descarregado retornado para carregar nos trilhos de retorno a aproximadamente duas vezes a velocidade de controle carregada (por uma mudança da relação de engrenagem de transmissão na presente realização para permitir a operação de retorno síncrona) nos trilhos do energia reduz bastante o custo de capital do sistema com um impacto mínimo na eficiência.

[069] As variações no grau em um determinado sistema podem ser acomodadas ao dimensionar os motores/geradores ao requisito de energia para a seção mais íngreme do trilho e ao reduzir o número de motores/geradores acoplados em uma determinada unidade de transferência ou conjunto de modo que o requisito de energia combina com a energia potencial do grau do trilho em um determinado ponto. Isto permite que cada conjunto mantenha uma velocidade de sincronização de rede estipulada sem perda de sincronização direta. De fato, o estrangulamento dos conjuntos ao variar o número de seus motores/geradores em linha para combinar com o grau do trilho ao invés de mudar a frequência do controle de seus motores/geradores.

[070] Para prover as características operacionais requeridas nas unidades de transferência energizadas, é empregado um sistema de energia a bordo tal como mostrado na FIGURA 14. 0 sistema de energia ao lado do trilho (para as realizações mostradas é 2300 V CA trifásico) é conectado à unidade de transferência eletrificada ou mula através dos disjuntores principais espaçados 92 aos trilhos de alimentação de energia 84. Os contatores 89 na unidade de transferência conectam à unidade de controle de tração (TCU) 106. Os contatores da linha principal 107 controlados pela placa de controle de TCU 108, descrita em mais detalhes subsequentemente, são interconectados aos contatores do trilho de alimentação de energia com condicionamento de energia através de um filtro de linha CA 110 a um primeiro retificador/inversor ativo de três níveis no lado da utilidade 112. Para as realizações mostradas, um circuito de transistor bipolar de porta isolada (IGBT - insulated gate bipolar transistor) é empregado. Um segundo retificador/inversor ativo de três níveis no lado do gerador 114 transfere a energia para (ou de) os motores/geradores 102. É provido um circuito de pré-carga de barramento 116, também comandado pela placa de controle. Os sensores de corrente 120a e 120b e os sensores de tensão 122a, 122b e 122c são empregados pela placa de controle para a detecção e o controle do lado do sistema de energia ao lado do trilho dos inversores-retificadores, e os sensores de corrente 126a e 126b e os sensores de tensão 128a, 128b e 128c são empregados pela placa de controle para a detecção e o controle da energia do motor/gerador. A placa de controle provê a aceleração, a desaceleração e o controle de nivelamento dos motores/geradores tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente.

[071] Contatores de desvio reversos 130 são providos para a conexão direta do motor/gerador ao sistema de energia ao lado do trilho para a operação síncrona à velocidade de controle predeterminada para a unidade de transferência. A aceleração da unidade de transferência até a velocidade de controle é provida através dos circuitos de retificadores/inversores IGBT em cujo momento, sem os requisitos de controle de nivelamento, a placa de controle acopla os contatores de desvio reversos apropriados para a operação síncrona. Quando requerido, a placa de controle reacopla com os circuitos de retificadores/inversores IBGT, desconectando os contatores de desvio reversos, para a desaceleração da unidade de transferência ou requisitos de nivelamento de rede tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente.

[072] A interconexão do controle pelo software SCADA no centro de controle é efetuada com cada placa de controle da unidade de transferência tal como descrito anteriormente. 0 controle operacional da unidade de transferência é executado pela placa de controle de TCU 108. A placa de controle desacopla a energia real da energia reativa para o retif icador/inversor do lado do gerador e para o retificador/inversor do lado da utilidade. 0 desacoplamento é efetuado ao empregar transformações estacionárias a rotativas tal como é bem conhecido na literatura. No retificador/inversor do lado do gerador 114 (mostrado na FIGURA 14) , a energia reativa é alinhada com o eixo geométrico do gerador. No retificador/inversor do lado da utilidade 112 (mostrado na FIGURA 14), o eixo geométrico de energia real é alinhado com a tensão da utilidade, ao passo que o componente da energia reativa fica defasado em 90 graus com a tensão da utilidade. 0 desacoplamento da energia real e reativa permite taxas de aceleração e de desaceleração, e as taxas de energia do carro de transferência a serem controladas separada e independentemente da energia reativa fornecida pela unidade de transferência. Isto é verdadeiro até mesmo à velocidade igual a zero e a aceleração nula, onde a energia real é igual a zero, mas a energia reativa permanece selecionável e disponível para o suporte da utilidade.

[073] Tal como mostrado em detalhes na FIGURA 15A para o controle de cada um dos retificadores/inversores 112, 114, três tensões de fase Va, Vb e Vc (escaladas tal como requerido) dos sensores de tensão 128a, 128b e 128c são recebidas em um primeiro conversor de fase 140 que fornece duas saídas de tensão de fase Vx e Vy. Um calculador do ângulo de fase 142 provê o ângulo de fase θ (calculado como θ = tan- 1 (Vx/Vy)) a um primeiro transformador estacionário a rotativo 144 que fornece a saída de um componente de tensão real Vdf e um componente de tensão imaginária Vqf. Similarmente, três valores de corrente de fase, ia, ib e ic são derivados dos sensores de corrente 126a e 126b como entrada para um segundo conversor 146 que provê duas saídas de corrente de fase Ix e ly. Um segundo calculador de ângulo de fase 148 fornece o ângulo de fase θ (calculado como θ = tan-1(Ix/Iy)) a um segundo transformador estacionário a rotativo 150 que fornece a saída de um componente de corrente real Id e um componente de corrente imaginária Iq. Com base nos requisitos de aceleração/desaceleração ou em outros requisitos do sistema tal como será descrito em mais detalhes subsequentemente, o centro de controle SCADA provê um comando de energia real (designado como id*) que é recebido em um primeiro somador 152 em um controlador de retificador-inversor 154 que recebe a id proveniente do segundo transformador estacionário a rotativo 150. Um comando de energia reativa (designado como iq*) é provido por SCADA a um segundo somador 156 no controlador do retificador/inversor que recebe o iq proveniente do segundo transformador estacionário a rotativo. 0 componente de energia real somado é fornecido a um primeiro compensador 158 e o componente de energia reativa somado é fornecido a um segundo compensador 160. A saída do primeiro compensador é fornecida a um somador 162 que recebe Vdf do primeiro transformador estacionário a rotativo para prover um comando de tensão real Vd* e a saída do segundo compensador é fornecida a um somador 164 que recebe Vqf do primeiro transformador estacionário a rotativo para prover um comando de tensão reativa Vq*. Vd* e Vq* são providos como entradas a um modulador vetorial 166 que fornece sianis de comutação digitais SA, SA inverso, SB, SB inverso e SC, SC inverso aos retificadores/inversores para o controle de energia. 0 controlador de retificador/inversor para o retificador/inversor do lado da utilidade 112 recebe comandos de energia real e reativa de SCADA enquanto o controlador de retificador/inversor para o retificador/inversor do lado do gerador 114 tem um comando de energia reativa estipulado em zero.

[074] Nas realizações presentemente divulgadas, os retificadores/inversores são parcialmente rateados com base nos requisitos de motor/gerador para permitir o uso do controle de energia reativa IGBT combinado de todas as unidades de transferência energizadas no sistema para o suporte de energia reativa de tensão-ampêre (VAR) às utilidades ou aos operadores de sistema independentes (ISOs) conectadas ao sistema ARES. Pelo menos um IGBT em cada unidade de transferência é conectado ao sistema de transmissão de alta tensão através de sistemas elétricos a bordo e ao lado do trilho tal como mostrado e descrito com respeito às FIGURAS 12 e 14. Os comandos de energia real (componente P) da placa de controle de TCU provêm as operações necessárias de aceleração e de desaceleração das unidades de transferência. A energia reativa (componente Q) disponível nos IGBTs de retificador/inversor pode ser controlada para a entrada/absorção de energia reativa do sistema de alta tensão tal como descrito acima. Para todas as unidades de transferência que não produzem nenhuma energia real (parado esperando o carregamento ou o trânsito) toda a capacidade de energia dos IGBTs na TCU fica disponível para a energia reativa. Com o comando, a corrente reativa (fora de fase com a entrada de tensão) dirigida através dos IBGTs de retificador/inversor pela placa de controle pode ser empregada para criar uma grande influência na tensão no sistema de rede elétrica. A medição da tensão e as entradas do comando de VAR podem ser derivadas da medição da tensão do centro de controle da rede elétrica nos locais desejadas separados geograficamente do sistema ARES.

[075] Para as realizações exemplificadoras, para permitir o controle de VAR até mesmo com 100% dos IGBTs em operação para a aceleração/desaceleração ou operação de maneira assíncrona das unidades de transferência selecionadas, inversores de aproximadamente 4% mais de capacidade são empregados, desse modo permitindo 25% de disponibilidade de energia rateada para o controle de energia reativa em resposta a solicitações/requisitos de VAR.

[076] O comando de VAR pode ser gerado em uma de três maneiras práticas. A primeira delas inclui onde o sistema de armazenamento de energia simplesmente comanda um nível de VAR. Isto pode ser variado ou fixo, e é ajustado frequentemente em zero para operar o sistema ao fator de energia unitário. Na segunda abordagem, os níveis de VAR são comandados por um operador externo, frequentemente o operador do sistema de transmissão de rede. Este operador irá comandar manualmente níveis diferentes de VAR durante o curso de um dia ou sasonalmente tal como requerido. A terceira abordagem consiste em fechar um circuito de regulagem de tensão onde um ponto estipulado da tensão é determinado para a usina operacional e esta é comparada contra a tensão operacional real. A diferença entre estes dois níveis cria um sinal de erro que pode então ser utiizado para comandar VARs. 0 sistema SCADA que opera no sistema de controle automatizado tal como mostrado na FIGURA 14 incorpora esta capacidade de regulagem para as realizações descritas. Desta maneira um comando comum ou individual pode ser enviado a um número selecionado de retificadores/inversores de unidade de transferência necessários para efetuar o ajuste de VAR requerido.

[077] O comando de VAR é processado pelo retificador/inversor da unidade de transferência tal como mostrado na figura 15B. Um comando de nível de VAR é recebido, etapa 1502, no sistema de controle ARES do centro de controle de rede elétrica. 0 SCADA determina o número de unidades de transferência que são estacionárias, etapa 1504, e envia um comando às placas de controle nas unidades de transferência para a mudança da energia reativa máxima até o VAR total requerido, etapa 1506. As placas de controle nas unidades de retificador/inversor de transferência comandadas nessas unidades de transferência emitem comandos Iq* para energia reativa total, etapa 1508, a ser produzida pelo retificador- inversor do lado da utilidade. Se um VAR adicional for necessário além daquele pode ser provido pelas unidades de transferência estacionárias, etapa 1510, o SCADA determina os níveis de energia real em cada unidade de transferência operando, etapa 1512, e comanda a energia reativa, até a energia rateada total dos retificadores/inversores, tal como descrito acima, para as unidades de transferência em movimento, etapa 1514, até o VAR total requerido. A placa de controle em cada unidade de transferência comandada pelo SCADA envia comandos Iq* até a energia rateada total consistente com Id* comandada para a energia real na operação da unidade de transferência, etapa 1516.

[078] Similarmente, embora a maior eficiência no sistema ARES total possa ser obtida com a operação síncrona das unidades de transferência eletrificadas nos trilhos de energia, a regulagem ascendente ou a regulagem descendente da rede e o nivelamento da energia que está sendo armazenada ou gerada podem ser efetuados pela operação de unidades de transferência selecionadas de maneira assíncrona com a TCU, tal como descrito com respeito às FIGURAS 14 e 15A, impelindo ou freando as unidades de gerador-motor à energia desejada específica. A dedicação de um ou mais trilhos de energia selecionados, conforme requerido para o uso ma provisão da quantidade de regulagem ascendente/regulagem descendente ou nivelamento necessária, através da operação assíncrona dos conjuntos no(s) trilho(s) selecionado(s) permite que a velocidade de todos os conjuntos em um determinado trilho seja controlada enquanto é mantida a separação entre os conjuntos em movimento e para o disposição em sequência dentro e fora dos pátios de armazenamento. A manutenção dos trilhos de energia restantes em um modo de operação síncrona mantém a mais alta eficiência total para as unidades de transferência energizadas restantes no sistema.

[079] Durante a operação de geração do sistema, os requisitos de regulagem descendente rápida irão requerer a frenagem adicional inicial dos conjuntos no trilho de energia selecionado, resultando em um surto de energia. Para evitar a colocação deste surto na rede, o sistema de energia ao lado do trilho tal como mostrado na FIGURA 12 permite que a energia seja absorvida pelo comando de SCADA às unidades de transferência de retorno para aumentar a velocidade, incorrendo desse modo um uso maior da energia. 0 uso de conjuntos de retorno para absorver qualquer surto de energia permite que comandos imediatos de regulagem descendente sejam implementados sem impacto independentemente do status operacional do sistema ARES.

[080] A operação para a regulagem ascendente ou a regulagem descendente e o nivelamento é mostrada na FIGURA 15C. Quando um comando de regulagem é recebido, etapa 1550, do centro de controle da rede elétrica de uma utilidade ou um ISO contratante, é feita uma determinação se um trilho de energia está operando no modo não-sincronizado, etapa 1552. Em caso negativo, o SCADA ordena para que os conjuntos em um trilho selecionado mudem para a operação de retificador/inversor, etapa 1554. Após a mudança, ou se um trilho de energia já estava operando no modo não-sincronizado, o SCADA envia comandos aos conjuntos no trilho selecionados para acelerar ou desacelerar em um perfil pré-programmado, etapa 1556, em que a variação do consumo de energia é igual à regulagem ascendente ou à regulagem descendente comandada. Em uma solicitação de regulagem descendente onde a desaceleração deve então criar um ponto no consumo de energia para esse trilho, a interconexão dos trilhos de energia tal como descrito anteriormente permite que a o excesso de energia seja empregado para energizar os conjuntos de unidades de transferência de retorno no trilho de retorno. Os conjuntos retomam então uma operação de velocidade constante na energia de retificador-inversor à velocidade alterada para o consumo de energia desejado. Se a regulagem ascendente ou a regulagem descendente insuficientes forem obtidas mediante a conversão de um trilho de energia à operação assíncrona, o SCADA irá dirigir os conjuntos em uma segundo trilho de energia para a conversão em energia de retificador/inversor.

[081] As operações de nivelamento são executadas dentro do sistema ARES para prover a saída específica ou o armazenamento de energia mediante o ajuste de um ou mais trilhos em operação assíncrona para o consumo de energia específico pelos conjuntos. Ajustes de nivelamento de prazos mais longos podem ser acomodados ao variar a taxa de despacho dos conjuntos em um determinado trilho de energia.

[082] As presentes realizações tal como descrito propiciam a capacidade de armazenamento e alimentação de energia, assim como serviços auxiliares tais como VAR, regulagem ascendente e regulagem descendente, em um único sistema.

[083] Embora a descrição escrita acima da invenção permita que um técnico no assunto faça e use o que é considerado presentemente como o seu melhor modo, os técnicos no assunto irão compreender e apreciar a existência de variações, combinações, e equivalentes da realização, do método, e dos exemplos específicos aqui apresentados. A invenção não fica limitada, portanto, pela realização, pelo método, e pelos exemplos acima descritos, mas por todas as realizações e métodos dentro do escopo e caráter da invenção tal como reivindicado.

Claims

1. SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA, caracterizado por compreender: um sistema de trilho (24) que tem pátios de armazenamento superior e inferior (10, 12) com trilho de interconexão (14, 16) conectando os pátios superior e inferior e uma pluralidade de elementos de controle de configuração para direcionamento dos trilhos; uma pluralidade de unidades de transferência (22) suportado por rodas e conectadas de maneira operacional a um motor elétrico e um gerador elétrico (102) , ditas unidades de transferência (22) têm ainda uma estrutura de suporte (78) e um mecanismo de transferência integral (80, 86, 87) para carregar massas (74) de maneira removível; uma interconexão elétrica entre os motores e geradores (78) e uma rede elétrica de utilidade (26); um sistema de controle (34) em comunicação com a rede elétrica de utilidade, a pluralidade de unidades de transferência (22) e os elementos de controle de sistema de trilhos (24) e dito sistema de controle (34) para executar uma primeira sequência de controle responsiva para requisitos da rede elétrica de utilidade (26) sob condições de excesso de energia para armazenar energia e executar uma segunda sequência de controle responsiva para requisitos da rede elétrica de utilidade (26) sob condições de energia adicional necessária para prover energia à rede elétrica de utilidade, a dita primeira sequência de controle faz com que as unidades de transferência (22) selecionadas recuperem as massas localizadas no pátio de armazenamento inferior e usem o motor conectado de maneira operacional para impelir as unidades de transferência (22) selecionadas entre o pátio de armazenamento inferior e o pátio de armazenamento superior, e os ditos elementos de controle são configurados para direcionar as unidades de transferência (22) selecionadas, e fazer com que as unidades de transferência (22) selecionadas descarreguem as massas no pátio de armazenamento superior para armazenar energia,- a dita segunda sequência de controle faz com que as unidades de transferência (22) selecionadas recuperem as massas localizadas no pátio de armazenamento superior e usem o gerador conectado de modo operacional que fornece energia à rede elétrica de utilidade (26) pela frenagem regenerativa seletiva das unidades de transferência (22) selecionadas entre o pátio de armazenamento superior e o pátio de armazenamento inferior para prover a energia requerida, e os ditos elementos de controle são configurados para direcionar as unidades de transferência (22) selecionadas, e fazer com que as unidades de transferência (22) selecionadas descarreguem as massas no pátio de armazenamento inferior; uma taxa de entrada para armazenar o excesso de energia e uma taxa de saída para fornecer energia requerida variada pelo sistema de controle (34), controlando a velocidade ou a quantidade de unidades de transferência eletricamente alimentadas selecionadas.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas massas (74) serem armazenadas nos pátios de armazenamento superior e inferior (10, 12) suspensos sobre trilhos de pátio de armazenamento (65) e cada unidade de transferência é recebida sob massas selecionadas e o mecanismo de transferência compreende um elemento de suporte (87) carregado pela estrutura em cada unidade de transferência e recebido sob a massa tal como armazenada.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo mecanismo de transferência levantar e girar a massa a partir de uma posição de armazenamento suspensa.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela interconexão elétrica compreender: uma subestação (28) conectada à rede elétrica de utilidade (26) para receber energia de alta tensão; um sistema de distribuição elétrica ao lado do trilho (30) conectado à subestação (28); uma pluralidade de transformadores (32) conectados ao sistema de distribuição elétrica a intervalos selecionados; e uma pluralidade de trilhos de alimentação de energia (84) conectados aos transformadores, em que cada trilho de alimentação de energia é associado com um trilho no sistema de trilhos (24) .

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada unidade da pluralidade de unidades de transferência (22) compreender adicionalmente: contatores (89) para a conexão aos trilhos de alimentação de energia (84); uma unidade de controle de tração (TCU) (106) que inclui circuitos retificadores/inversores (112, 114) para o controle de energia conectados ao motor/gerador (102); uma placa de controle (108) para o controle dos circuitos retificadores/inversores para a operação de aceleração, desaceleração e em estado constante do motor/gerador.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela TCU compreender adicionalmente: conectores de desvio reversos (130) responsivos a um sinal da placa de controle para desviar seletivamente os circuitos retificadores/inversores com conexão direta do gerador-motor ao trilho de alimentação de energia para a operação síncrona.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelos circuitos retificadores/inversores compreenderem um primeiro retificador/inversor do lado da utilidade (112) e um segundo retificador/inversor do lado do motor/gerador (114) e a placa de controle compreende adicionalmente meios (108) para controlar a energia reativa (154) nos retificadores/inversores do lado da utilidade para o ajuste de VAR à rede elétrica.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo sistema de controle incluir meios (34) para sinalizar o ajuste da tensão no sistema responsivo a um sinal de utilidade para a regulagem ascendente ou a regulagem descendente e a TCU em cada unidade de transferência é responsiva aos ditos sinais de ajuste do sistema de controle (34) para a operação assíncrona.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo trilho de interconexão (14, 16) compreender uma pluralidade de trilhos de energia (14a, 14b) e pelo menos um trilho de retorno (16a), em que pelo menos um da dita pluralidade de trilhos de energia é selecionado para a operação assíncrona de unidades de transferência (22) no pelo menos um trilho selecionado responsive à sinalização do ajuste da tensão pelo sistema de controle (34).

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mecanismo de transferência integral (80, 86, 87) compreender: uma base de alavanca montada (50) em uma primeira extremidade em um pontalete (52) que se estende de um primeiro truque ferroviário (54) de cada unidade de transferência com um pino de pivô (56); uma dobradiça dobrável (58) unida à base da alavanca próxima de uma segunda extremidade a um segundo truque ferroviário (60) da unidade de transferência; em que a dita dobradiça é móvel de uma primeira posição desmoronada da base da alavanca em que a unidade de transferência pode rolar livremente sob uma massa selecionada a uma segunda posição estendida para levantar a base da alavanca em que a massa é levantada de uma posição de armazenamento.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mecanismo de transferência integral (80, 86, 87) compreender: múltiplos carneiros hidráulicos (80); um elevador hidráulico (86) que incorpora uma mesa de acoplamento rotativa (87) posicionada no meio da unidade de transferência, em que o dito elevador é extensível de uma primeira posição a uma segunda posição para levantar uma massa de uma posição de armazenamento, em que os ditos carneiros hidráulicos (80) são móveis de uma primeira posição a uma segunda posição para girar a mesa de acoplamento alinhando a massa longitudinalmente com a unidade de transferência (22) e o dito elevador é retrátil à primeira posição, em que o dito elevador também é extensível da primeira posição à segunda posição com a massa na mesa de acoplamento, em que os ditos carneiros hidráulicos (80) são móveis da segunda à primeira posição para orientar a massa transversal à unidade de transferência e o dito elevador é retrátil à primeira posição para assentar a massa em um local de armazenamento.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma segunda pluralidade de unidades de transferência não-energizadas (22') acopladas seletivamente à primeira pluralidade de unidades de transferência formando conjuntos (20) com unidades de transferência energizadas e não-energizadas.

13. MÉTODO PARA 0 ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM ESCALA DE UTILIDADE, empregando um sistema de trilhos (24) que tem pátios de armazenamento superior e inferior (10, 12) com um trilho de interconexão (14, 16) que conecta os pátios superior e inferior e uma pluralidade de elementos de controle para configurar o direcionamento dos trilhos no sistema; com uma pluralidade de unidades de transferência (22) que têm uma estrutura de suporte (78) e um mecanismo de transferência integral (80, 86, 87) para carregar massas (74) de maneira removível, cada unidade de transferência conectada de maneira operacional a um motor elétrico e um gerador elétrico (102), caracterizado por compreender: a conexão do sistema de trilhos (24) a uma rede elétrica de utilidade; com o recebimento de um comando da rede elétrica de utilidade para o armazenamento da energia, controlar um conjunto selecionado da pluralidade de unidades de transferência (22) para cada carga de uma massa de um trilho de armazenamento selecionado no pátio de armazenamento inferior; conexão do trilho de armazenamento a um trilho de energia; impelir o motor de modo operacional para cada unidade de transferência para levantar a massa acima do trilho de energia ao pátio de armazenamento superior; controlar o conjunto selecionado de unidades de transferência (22) para descarregar as massas em um trilho de armazenamento selecionado no pátio de armazenamento superior; uma taxa de entrada para armazenar o excesso de energia variada pelo controle da velocidade ou quantidade de unidades de transferência alimentadas eletricamente selecionadas; com o recebimento de um comando da rede elétrica de utilidade (26) para o retorno de energia, o controle de um conjunto selecionado de unidades de transferência (22) cada uma das quais para carregar uma massa de um trilho de armazenamento selecionado no pátio de armazenamento superior; a conexão do trilho de armazenamento a um trilho de energia; a frenagem regenerativa do gerador conectado a cada unidade de transferência para carregar a massa para baixo do trilho de energia ao pátio de armazenamento inferior; uma taxa de saída para fornecer energia requerida variada pelo controle de velocidade ou quantidade de unidades de transferência alimentadas eletricamente selecionadas; o controle da unidade de transferência para descarregar a massa em um trilho de armazenamento selecionado no pátio de armazenamento inferior.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela conexão do sistema a uma rede elétrica (26) incluir a provisão de um sistema de energia ao lado do trilho que inclui trilhos de alimentação de energia associados com os trilhos no sistema de trilhos (24) , e em que a provisão de uma pluralidade de unidades de transferência (22) compreende adicionalmente a provisão de unidades de transferência com circuitos retificadores/inversores para fornecer energia ao motor- gerador e em que o acionamento do motor/gerador compreende adicionalmente: a aceleração do motor-gerador até uma velocidade operacional síncrona; o desvio dos circuitos retificadores/inversores; a conexão direta do motor/gerador ao trilho de alimentação para a operação síncrona.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela provisão de um sistema de trilhos (24) incluir a provisão de uma pluralidade de trilhos de energia intermediários aos pátios de armazenamento superior e inferior (10, 12) e em que o acionamento do motor/gerador compreende adicionalmente: a seleção de pelo menos um trilho de energia para a operação assíncrona; e o controle do motor-gerador nas unidades de transferência (22) que atravessam pelo menos um trilho de energia para o nivelamento e a regulagem ascendente ou a regulagem descendente da energia fornecida a ou armazenada da rede.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender adicionalmente: a interconexão dos trilhos de alimentação de energia em todos os trilhos no sistema; a absorção de energia dos motores/geradores para o controle transiente durante a regulagem descendente enquanto é fornecida energia à rede pela compensação de energia às unidades de transferência de retorno através dos trilhos de alimentação de energia interconectados; e a energização das unidades de transferência (22) no modo do motor das unidades de transferência de retorno no modo da geração.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela provisão de uma pluralidade de unidades de transferência (22) compreender adicionalmente a provisão das unidades de transferência com circuitos retificadores/inversores para fornecer energia ao motor- gerador e que compreende adicionalmente: o controle da energia reativa nos circuitos retificadores/inversores para o ajuste do controle de VAR à rede elétrica.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela sincronização ser mantida ao variar os eixos selecionados para serem energizados responsivos à variação do grau do trilho.

19. MÉTODO PARA SERVIÇOS AUXILIARES EM ESCALA DE UTILIDADE, caracterizado por compreender: a provisão de um sistema de trilhos (24) que tem pátios de armazenamento superior e inferior (10, 12) com uma pluralidade de trilhos de interconexão que conectam os pátios superior e inferior e uma pluralidade de elementos de controle para configurar o direcionamento dos trilhos no sistema; a provisão de uma pluralidade de unidades de transferência (22) que têm um motor/gerador elétrico interconectado a rodas de suporte e para carregar massas; a conexão do sistema de trilhos (24) a uma rede elétrica; com o recebimento de um comando para o serviço auxiliar, o controle de um conjunto selecionado da pluralidade de unidades de transferência (22) para a energia reativa, a aceleração e a desaceleração para interagir com a rede elétrica (26) na satisfação do comando para o serviço auxiliar.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo comando para o serviço auxiliar ser um comando VAR e em que a provisão de uma pluralidade de unnidades de transferência compreende adicionalmente a provisão das unidades de transferência com circuitos retificadores/inversores para fornecer energia ao motor- gerador e compreende adicionalmente: o controle da energia reativa nos circuitos retificadores/inversores para o ajuste do controle de VAR à rede elétrica.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo comando para o serviço auxiliar ser um comando de regulagem ascendente/regulagem descendente e compreende adicionalmente: a seleção de pelo menos um trilho de energia para a operação assíncrona; e o controle de um motor-gerador nas unidades de transferência que atravessam o pelo menos um trilho de energia para a regulagem ascendente ou a regulagem descendente da energia fornecida a ou armazenada da rede.