CN101027478A - 再生能源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括第一能源发生器和第二能源发生器的再生能源系统。本发明的目的是提高电岛电网的环境兼容性。这里公开了一种再生能源系统，包括：第一能源发生器，所述能源发生器的能源生产依赖于天气和/或太阳的位置，其中第一能源发生器具有发电机，借助所述发电机产生电能，所述电能被供给连接有多个用电设备的电网中；和第二能源发生器，所述能源发生器具有发电机和与之连接的内燃机，其中所述第二能源发生器具有燃料罐，所述燃料在需要时能被供给到内燃机中，其中设有用于从可再生原料产生燃料的装置，所述燃料产生装置从所述第一能源发生器获得自身运行需要的电能，尤其当第一能源发生器能够产生的电能比连接到电网的用电设备所消耗的电能更多时，和/或当电网向第一能源发生器提出了允许向第二能源发生器提供能源的能源要求时。

Description

再生能源系统
技术领域
本发明涉及一种再生能源系统，其包括第一能源发生器和第二能源发生器。
背景技术
基本上已经知道电岛网络中，如DE 100 44 096.7或102 10 099.3提到的，存在一个再生能源发生器，比如一个风场，也存在一个内燃机作为第二能源发生器，但是该内燃机从系统外获得燃料，比如普通的柴油产品，在该产品中如石油或柴油是由化石燃料制出的。
如果需要进一步关注现有技术发展状况，一般需要参阅以下公开物：DE 201 13 372 U1，DE 197 57 619 A1以及Wolfgang Lser的作品“Ersterenergieautarker Bauernhof in sterreich”。
发明内容
本发明的目的是提高电岛网络的环境兼容性。
本发明的目的是根据权利要求1的带有第一和第二能源发生器的再生能源系统来实现。
与以前提出的解决方案相比，本发明提出一种再生能源系统，该系统可以直接从自然界获得运行的能量，比如利用风能，太阳能，并且加工可再生的农作物原料，比如说油菜，大麻，向日葵，亚麻子优选地用本地油料作物来获得相应的燃料，例如油菜籽油，亚麻油，葵花籽油，沼气等，所述燃料能够被内燃机消耗并且借助于所述燃料内燃机在需要时驱动发电机，所以在电网需要比第一能源发生器所产生并提供的更多的电力时，可以向电网输电。
因为第一和第二能源发生器都使用再生能源，所以这可能第一次论及真正的再生能源系统，该系统还有特别的优点，即用于第二能源发生器的原料，就是说比如油菜，可以种植在第一能源发生器周围，也就是说在周围的农作物种植区域，因此用于获得用于第二能源发生器的原料的运输距离和能源成本是非常低的。
如果用于加工可再生原料以得到燃料的设备是油菜压榨机，那么该油菜压榨机需要电力以从油菜籽中压榨和提取油菜籽油，以便操作油菜挤压机和可能的泵或传输机构或其他机构。用于上述过程的电力或是从电网上获得或是直接从第一能源发生器上获得，所以第一能源发生器能产生本身不用于网络中其他用电设备的电能。
在电网低负荷的时候，比如说在夜间同时具有高风速时，可能会出现再生能源过度供应的情况，比如说风能。如果这些过剩能源用于榨油，尽管榨油能量来自电网，油料生产仍然受可再生能量影响。因此不管从操作者的角度还是从环境因素考虑风能过度供应能够非常合理地得到利用。
根据本发明的再生能源系统在电岛网络中的构造是特别有利的，所以电力生产可以最大程度上与再生能源生产相对应，并且同时符合德国可再生能源法(Renewable Energy Law)，并且因此所有输入电网的电力都可以符合德国可再生能源法。
具体实施方式
本发明借助图1所示的实施例来进行说明。
图1示出了一台风力发电机，作为第一能源发生器1，可以代表整个风场。这里风力发电设备的各个元件将不再做进一步详细说明。风力发电设备的发电机(未示出)所产生的电力用整流器20整流，并供给到直流总线2(DC中间电路)，终止在转换器3的输出端，该转换器将直流电转换成三相交流电(three-phase current)，通过变压器(未示出)，这些交流电输入网络5。
另外，油菜压榨机6是一种从农作物中提取可再生原料装置的形式。油菜压榨机6从风力发电机1的发生器线路获取自身运行的电能，因此直接从风力发电机1或网络5取电。
油菜压榨机具有能存放收获的油菜的油菜槽7，油菜槽7中的油菜在需要油菜压榨时供给到油菜机6中，那么在进行油菜压榨过程中一方面产生油菜籽油8，另一方面产生油菜废料9。如果需要油菜籽油8可以进行过滤和清洁(过滤和清洁阶段未示出)，然后可以直接供给内燃机10，这样内燃机10依靠油菜籽油运行。内燃机10带动发电机11发电(如果必要在内燃机和发电机之间设置有联轴器)，这样电能直接输入电网5，或通过供电单元输入直流中间电路。
油菜废料9自动输入沼气装置12中，该沼气装置可以从油菜废料-如果必要其他农业生物降解产品，例如粪水、动物粪便等-产生沼气13。沼气可以容纳在罐14中，从罐14可直接输入第一发动机10或输入另一个内燃机14，该另一个内燃机或与自己的发电机连接(未示出)或与发电机11连接以驱动后者，以便因此通过单一沼气操作或与油菜籽油一同燃烧以产生供应到电网中的电能。
本发明有多种可能的变型，但是优选地如此设计油菜籽油罐和沼气罐，使得即使当风力较弱风力发电装置较长时间不能提供电力时，也可以以较高确定性持续向电网提供电能。在任何情况下如此设置油菜籽油和沼气的燃料存储量，使得在无第一能源发生器1的情况下确保网络运行超过7-14天。
对于前面所描述的油菜籽榨油机，应该指出能够利用其它自然可再生农作物原料，例如亚麻子油，葵花籽油或别的产油作物。这些作物榨完油后的种皮可用于生产沼气。
在按照本发明的再生能源系统的设计中，第二能源发生器所产生的额定输出功率位于第一能源发生器的额定功率的至少大约10-40％区间内，优选地大约在能源发生器的额定功率的20-35％区间内，并且最大在第一能源发生器的额定功率的范围内。
第一能源发生器的额定输出功率在50和250MW(或以上)，优选地在80-150MW(或以下)的范围中。在单台风力发装置的情况下，额定输出功率也可以在数百千瓦到数兆瓦范围内。
显而易见的是，在上述专利申请DE 100 44 096.7和102 10 099.3中描述和公开的其他电的中间存储器可以包含在能源供应系统，也就是说，例如化学的或电的或机械的中间存储器如此连接到直流中间电路上，使得在需要的情况下能够将在这些存储器中存储的能量回溯，以便一方面向电网提供充足的供应，或者在另一方面用于驱动油菜压榨机。
此外，如上所述，不仅可以将油菜籽油单独作为内燃机燃料，还可以将其作为选择性的燃料，而且还可以将沼气用来驱动内燃机。如果只是将沼气用于驱动内燃机来生产电力，油菜籽油可以另作他用，比如用于生物柴油生产。另一方面，当油菜籽油用来驱动内燃机进行电力生产，沼气可以用于提供住房或农业生产设施的热量。
如在图1中所示，还设有控制装置16，通过这个控制装置，整个能量系统的各个组件能够得到合理地控制。该控制装置监控网络上的能量消耗，并且在需要是通过逆变器的控制能够输入到电网中的无功功率。通过监控电网消耗及第一能源发生器1的发电量，通过控制装置可以决定内燃机应该怎样投入生产，也就是说，第二能源发生器投入运行和/或榨油过程投入运行，并且因此在整个用电侧即用电设备网络上具有更大的可控的消耗量，其中该可控制的用电设备即油菜压榨机和与之相关的机构不单是被动的用电设备，而且也能够产生燃料，所述燃料在需要的情况下又转移到内燃机中，所述内燃机驱动发电机11向电网供电。
控制装置16可以决定能源发生器侧的过剩电能直接用于榨油机生产，或者先存储于一些中间存储设备中，比如电化学存储装置、电存储装置(电容器)、机械存储装置(飞轮)。上述中间设备在能量消费侧能量消耗稍低于生产侧的能量时是非常恰当的。当电网消耗上升并且榨油机也在运行时，控制装置可以首先提供中间存储方式的能量给榨油机，这样可以避免榨油机短时间的关闭。
此外，当在电网上更多的用电设备申请现在或未来的消费量(能量需要)的时候(其能够通过电信号实现，所述电信号通过网络传输到根据本发明的能源发生器系统上)，该控制装置可以及时让内燃机投入运行以避免能源消耗急剧增长带来的网络问题。
控制装置也能确保个别装置的启动和整个再生能源系统零件的执行文件的完整，特别地，在由于维护例如风能装置的个别部件的失效的情况下，控制装置能够允许如内燃机的其它部件“替代”那些失效的装置部件，因此在消费侧子系统的失效不会引起电网问题。
一种再生能源系统，包括：
第一能源发生器，所述能源发生器的能源生产依赖于天气和/或太阳的位置，其中第一能源发生器具有发电机，借助所述发电机产生电能，所述电能被供给到与多个用电设备连接的电网中，和
第二能源发生器，所述能源发生器具有发电机和与之连接的内燃机，其中所述第二能源发生器具有燃料罐，所述燃料在需要时能被供给到内燃机中，其中设有用于从可再生原料产生燃料的装置并且所述燃料产生装置直接电连接到第一能源发生器上，其中优选地接接到能源系统的直流(DC)电压中间电路和/或第一能源发生器的在输出端具有交流(AC)电压的部分，并且特别地当
a)所述第一能源发生器的实际功率超过给定值，例如超过第一能源发生器额定输出功率的60-80％，和/或
b)第一能源发生器能够产生的电能比连接到电网的用电设备所消耗的电能多，和/或
c)第二能源发生器罐中的燃料降至给定的注满水平以下，例如少于注满水平额定值的20％，和/或
d)第二能源发生器具有例如X升每小时的给定的燃料消耗量时，所述燃料产生装置从所述第一能源发生器获得自身运行需要的电能。
附图示出油菜机6在整流器20的输出侧连接至直流电压中间电路。可以想象电连接也能受连接在换流器3的输出端或发电机1的输出端的第一能源发生器的影响，也就是说，电连接到传送直流电压的第一能源发生器部分上。
这方面的特别优点在于由第一能源发生器向油菜机提供的能源首先根本不需进入到电网中并且因此也不用在电网侧获得，因为当电网费用一般小于从电网中购买电流需要的成本时，所以这个解决方案在经济上也是特别有利的。
即使这里没有示出，也应该指出，为了获得高纯度，生产出的油菜籽油经常经过多次过滤，并且特别地这种过滤和清洗阶段需要的电能也能从第一能源发生器系统中直接支出。
最后，也应指出，特别地油菜籽油罐也能提供加油点，因此整个系统的操作者也能亲自使用油菜籽油，例如在拖拉机中或卡车中或也能以其他方式售卖/处理它。
本发明的另一有利配置是油菜机或油菜压榨机，也就是说产油装置，是可移动装置的形式，例如是车辆上如卡车或其他车辆上的固定装置的形式。还具有如下优点，即当油应该被生产时这样的油菜压榨机在需要时能够插入到根据本发明的再生的能源系统中，并且当足够油已经被生产出和油在罐中或油菜存货即能够从农业生产中主要获得油的存货已经用尽时，所述可移动油菜压榨机能连接到另一个根据本发明的再生能源系统中。该解决方案具有的优点是，不需为每个再生系统提供固定的根据本发明油菜压榨机。但是可移动油菜压榨机也能继续配合在各种再生能源系统中，使这种可移动油菜压榨机的重要投资变得更值得。可以想象这种可移动油菜压榨机也具有所有电连接，也为能够按照本发明之前所描述的那样电配合到再生能源系统中。
目前可移动油菜压榨机仍没有公开，本发明的主题也就是这种可移动油菜压榨机。这里包括一种油菜压榨机，能被电操作并且从第一能源系统中获得运行的电能，和/或车辆具有发电机或驱动器，通过它们来驱动油压机，这样，即使不能连接到第一再生能源系统，该可移动油菜压榨机也可以在任何地方种使用。车辆上的发电机或驱动器能再次被发动机驱动，该发动机反过来使用柴油或油菜籽油本身。
优选地，这样的具有油压机车辆也能具有过滤器装置来过滤榨出的油菜籽油。
也应再次提到本申请中的油菜籽油不仅代表油菜籽油本身，而且代表任何其他能从农业生产中获取的油，例如葵花油等等。
可移动油菜压榨机能被拖车承载。不仅部分油压机能被安装在该拖车上，而且如果必要，过滤或进一步处理被榨的油菜籽油的其它部分也可以被安装在该拖车上。为给油菜压榨机提供能源，如上述所描述的，提供借助电连接供应电能的油压机。补充地或可选择地设置安装在拖车上的柴油发电机或柴油驱动器，其提供油压机必需的能源，不管是电流形式或不管借助油压机上柴油内燃机直流驱动器驱动。关于油压机驱动器的另一可能性是油压机本身具有供电连接等等，能够被连接到拖拉机驱动器上，例如连到供电驱动轴上，这样依靠农业车辆，也就是说例如拖拉机，油压机也能被驱动以榨取油菜子油。如果油菜压榨机提供这种为拖拉机的供电驱动器连接，如果合适长度的供电轴连接也提供在车辆上也特别有利，这样拖拉机仅需要驱动油压机，然后能借助供电轴连接来连接到油压机本身上。
本发明的另一有利配置包括从诸如葵花籽的农业原料中提取例如油的燃料的可移动装置，其中油菜压榨机被安装在移动座上，例如车辆或拖车，如果需要可以固定在上面，其中为油菜压榨机提供驱动器，所述驱动器和油菜压榨机一起设置在车辆上和/或油菜压榨机的驱动器与车辆分开设置，这种外部驱动器能借助合适连接连接到油菜压榨机上，例如动力输出轴连接。按照本发明的这种可移动油菜压榨机也具有接收或排出被压材料的连接，最后也首先释放被提取的油或进一步释放挤压的废料，例如油菜废料。油压机拖车也能配有接收提取油罐。然而也可能存在另一拖车，提取油被供给到安装在该拖车上的罐中。也可能提取油被直接抽吸进静止的罐中，然后从该罐中被供给到第二再生能源系统中。

Claims (13)

1.一种再生能源系统，包括：
第一能源发生器，所述能源发生器的能源生产依赖于天气和/或太阳的位置，其中第一能源发生器具有发电机，借助所述发电机产生电能，所述电能被供给与多个用电设备连接的电网中，和
第二能源发生器，所述能源发生器具有发电机和与之连接的内燃机，其中所述第二能源发生器具有燃料罐，所述燃料在需要时能被供给到内燃机中，其中设有用于从可再生原料产生燃料的装置，所述燃料产生装置从所述第一能源发生器获得自身运行需要的电能，尤其当第一能源发生器能够产生的电能比连接到电网的用电设备所消耗的电能多时，和/或当电网向第一能源发生器提出了允许向第二能源发生器提供能源的能源要求时。
2.如权利要求1所述的再生能源系统，其特征在于，当第一能源发生器产生的电能比电网中消耗的电能少时，燃料供给到第二内燃机并且电能输入到电网中。
3.如前述权利要求任一项所述的再生能源系统，其特征在于，第一能源发生器是单独的风能装置或风场和/或光电装置。
4.如前述权利要求任一项所述的再生能源系统，其特征在于，用于从可再生原料产生燃料的装置是榨油机(6)，所述榨油机从原料获取燃油(8)和/或废料。
5.如权利要求4所述的再生能源系统，其特征在于，获得的燃油(8)在供给内燃机之前通过清洗阶段和/或可选地与甲醇混合，以便从燃油(8)中获得储存在罐(14)中的甲酯(生物柴油)。
6.如权利要求4或5所述的再生能源系统，其特征在于，废料(9)被提供给沼气装置，所述沼气装置处理废料(9)并从中产生沼气(13)，所述产生的沼气(13)被单独或可选地与所述燃油(8)或生物柴油一起供给内燃机，所述内燃机也能够驱动与之连接的发电机。
7.如权利要求4到6之一所述的再生能源系统，其特征在于，所述可再生原料指的是油菜、大麻、向日葵和/或亚麻子。
8.如前述权利要求任一项所述的再生能源系统，其特征在于，所述第二能源发生器具有额定输出功率，所述额定输出功率在所述第一能源发生器的额定输出功率的10-40％的范围内，优选地在所述第一能源发生器的额定输出功率的20-35％的范围内。
9.如前述权利要求任一项所述的再生能源系统，其特征在于，第一能源发生器的额定输出功率在50-250MW的范围内，优选地在80-150MW的范围内。
10.如前述权利要求任一项所述的再生能源系统，其特征在于，设有控制装置(16)，所述控制装置控制并且监控再生能源系统的各个子系统，特别地还监控电网消费量并且依据电网消费量的监控和产生的能量控制各个子系统，特别地使得由第一发生器产生的能量能够尽可能多地用于整个系统。
11.一种电岛电网，其在发生器侧具有按照上述权利要求任一项所述的再生能源系统。
12.一种再生能源系统，包括：
第一能源发生器，所述能源发生器的能源生产依赖于天气和/或太阳的位置，其中第一能源发生器具有发电机，借助所述发电机产生电能，所述电能被供给到与多个用电设备连接的电网中，和
第二能源发生器，所述能源发生器具有发电机和与之连接的内燃机，其中所述第二能源发生器具有燃料罐，所述燃料在需要时能被供给到内燃机中，其中设有用于从可再生原料产生燃料的装置并且所述燃料产生装置直接电连接到第一能源发生器，其中优选地连接到能源系统的直流电压中间电路和/或第一能源发生器的在输出端具有交流电压的部分，并且特别地当
a)所述第一能源发生器的实际功率超过给定值，例如超过第一能源发生器额定输出功率的60-80％，和/或
b)第一能源发生器能够产生的电能比连接到电网的用电设备所消耗的电能多，和/或
c)第二能源发生器罐中的燃料降至给定的注满水平以下，例如少于注满水平额定值的20％，和/或
d)第二能源发生器具有例如X升每小时的给定的燃料消耗量时，所述燃料产生装置从所述第一能源发生器获得自身运行需要的电能。
13.如权利要求12所述的再生能源系统，其具有权利要求2-11的一个或多个特征。
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