CN102918260B - 在能量控温压力罐中储存可再生能量和转换为电能的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题为在能量控温压力罐中储存可再生能量和转换成电能的方法与系统。其使得能将特别是风、潮汐和太阳的可再生能量的变化流转换成恒定电能流。可再生能量流的大部分积蓄于人造或天然罐（6）中的物质中。在罐（6）中收集的热转移到传输试剂，作为压力气体的传输试剂驱动涡轮（11）和发电机（12）。可再生能量流传感器（15）向控制系统（3）提供关于实际可再生能量流功率的信息。适当地操控：转换器（4）/或在太阳能系统型式中的反射镜和加热器/以及控制模块(8,10,14,13)，另外使用涡轮转子（1）的旋转质量中积蓄的能量/在风和潮汐能量系统型式中/给出接收恒定电能流的可能性。当存在可再生能量流时，发电机（2）与转换器（4）/或在太阳能系统型式中的反射镜和加热器/和发电机（12）能同时工作，其给出甚至该系统两倍大的输出功率。如果需要将转换器(4)和/或发电机(12)产生的电压转换为电网的电压，可使用变压器(16)。此外，变压器（16）的功率低于发电机（2）/或太阳能系统型式中反射镜和加热器的功率。值得一提的是，在热交换器（14）中接收另外的热流，其能用于其它目的。

Description

在能量控温压力罐中储存可再生能量和转换为电能的方法与系统
技术领域
本发明涉及发电设施，特别是涉及可再生能量发电设施，再特别是涉及在控温压力罐中储存能量且产生恒定电能源的可再生能量发电设施。
本发明的主题为用于在能量控温压力罐中储存可再生能量和转换为电能的方法和系统，使得能将特别是风、潮汐和太阳的可再生能量可变流能转换成恒定电能流。
背景技术
用于从包括可再生能源、核能和化石燃料的许多不同能源发电的发电设施是公知的。
大部分发电设施能一直产生恒定的电能流，因为燃料能储存(生物质、核燃料、煤、气体)并在需要时焚烧/使用。不利的是，这些燃料的焚烧/使用产生废气、灰尘和核废物，其会毁坏环境。某些发电设施使用风、潮汐或阳光等可再生能量，并且不产生废气、灰尘和核废料。不利的是，这些电能源随着时间而变化，且这些发电设施不能产生恒定的电能流。为了避免这种缺点，使用能量储存方案。
专利号JP2240401(A)的描述示出了在压力蓄能器中的加压物质中储存能量方法。
专利号FR2891095(Al)的描述示出了利用在太阳能面板中加热的水在罐中加热的物质中储存能量的方法。
专利号JP57146004(A)的描述示出了在蓄热器中的热物质中储存能量的方法。
专利EP 1577549描述了用于储存热能和发电的设备，其中风或太阳能或自电网的低成本基本负荷电用于加热固体蓄热介质。预见到化石燃料的其他使用，不可避免地排放某些废气和灰尘。
专利WO 2006/007733描述了具有蓄热介质的发电设施，其中电能或热废气用于加热固体蓄热介质。在该专利的目的中，所有能量通过固体蓄热介质传输且这种结果为显著的能量损失。
专利US 5384489描述了具有能量储存的风力发电系统，其中使用风能来加热传热流体，传热流体处在大气压力。因此，该系统不能用于特别在超过传热流体沸点的高温存储能量。该系统配备特殊发电机，其具有单独的收集器来供给系统负载，且具有另一收集器来供给传热流体的加热器。当能量产生超过负荷需求或低于负荷需求时，由发电机供给加热器。
发明内容
在能量控温压力罐中储存可再生能量以及转换成电能的方法包括：在罐中的物质中积聚能量和接收高压和高温，以及使用此能量来驱动涡轮，涡轮驱动发电机。
用于在能量控温压力罐中储存可再生能量和转换成电能的系统的特征在于，存储由主发电机(多个发电机)从可再生能量产生的电能。此能量存储于控温压力罐中而无需转换为适合于于电网的参数。仅部分电能由转换器转换为适合于电网的参数。在罐中积蓄的热转移到传输试剂，作为压力气体的传输试剂提供给涡轮，涡轮驱动另外的发电机。当存在可再生能量流时，同时使用转换器和另外的发电机给出了接收该系统的更高输出功率的可能性。在系统必须通过变压器连接到电网的情况下，能使用具有比主发电机的功率更低功率的变压器。此外，此变压器可在运行期间更好、更持续地使用。使用可再生能量流传感器向控制系统提供关于实际流的信息。基于这种信息，控制系统操控：转换器，在传输试剂回路中的模块，以及另外的发电机的控制模块。此外，控制系统可使用在涡轮转子的旋转质量中积蓄的能量。其给出接收转移到电网的恒定电能流的可能性。该系统产生额外的热流，其可用于其它目的。该系统能作为稳定电能源工作，而无需连接到电网。
在该系统使用太阳能的情况下，此能量可直接用于加热在控温压力罐中的物质，而无需到电能的任何额外转换。部分太阳能用于直接加热传输试剂，作为压力气体的传输试剂提供给涡轮，涡轮驱动发电机。由来自罐的能量或部分太阳能供给的发电机具有比太阳能流的功率更低的功率。此外，发电机可在运行期间更好、更持续地使用。当存在太阳能流时，同时使用太阳能和存储于罐中的能量给出接收该系统的更高输出功率的可能性。
根据本发明的方案给出排除可再生能量流的变化对供给到电网的电能流的负面影响的可能性。由于此方案，能获得生态、清洁和稳定的电能源，其允许完全替换常规源。
用于储存能量的控温压力罐能制成人工或天然罐，对景观具有较小影响。
由风或潮汐的可再生能量驱动的发电机(多个发电机)产生的电能可大部分转换成积蓄于控温压力罐中的热，而无需额外转换，这减小了损失。仅部分电能由转换器转换为适用于电网的参数，其提供了节省，因为需要更低功率的转换器。由积蓄于罐中的能量驱动的发电机具有的功率仅为由风或潮汐驱动的发电机(多个发电机)功率的一部分。此外，此发电机可在运行期间更好、更持续地使用。同时使用转换器和由罐能量驱动的发电机给出了接收系统的更高输出功率的可能性，这增加了电网的能量安全性。在系统必须通过变压器连接到电网的情况下，能节省资金，这是因为使用具有比主发电机(多个发电机)的功率更低功率的变压器。此外，变压器可在运行期间更好、更持续地使用。
太阳能可直接用于加热在控温压力罐中的物质，而无需额外转换为电能，这减小了能量损失。仅部分太阳能用于直接加热传输试剂且需要更小且更廉价的加热器。由自罐能量和/或部分太阳能供给的发电机具有比太阳能流功率更小的功率，且这是因此其更廉价。此外，此发电机可在运行期间更好、更持续地使用。当存在太阳能流时，同时使用太阳能和存储于罐中的能量给出接收该系统的更高输出功率的可能性，这增加了电网的能量安全性。在系统必须通过变压器连接到电网的情况下，能节省资金，这是因为使用具有比收的集太阳能流的功率更低功率的变压器。此外，变压器可在运行期间更好、更持续地使用。
附图说明
在附图中示出了实施实例中本发明的主题，在附图中：图1示出了储存特别是风和潮汐的可再生能量的系统，图2示出了用于储存特别是太阳能的可再生能量的系统。
具体实施方式
在根据图1的实施实例中，风或潮汐涡轮转子1由风或水的可变能量流驱动。转子1将此能量转换为驱动发电机2的机械能，发电机2将机械能转换为电能。由控制系统3操控的部分电能由转换器4转换为具有适合于电网的参数的电能。由控制系统3操控的电能的其余部分通过调节切换模块5转移到控温压力罐6，其中加热模块7将此能量转换为罐中物质的热。在罐中能量积蓄期间，温度和压力升高。受控制系统3操控，压力阀模块8将传输试剂引入到位于控温压力罐6中的热交换器9。在热交换器9中加热之后，作为压力气体的试剂由受控制系统3操控的阀10提供给涡轮11，涡轮11驱动发电机12。所产生的能量的参数由控制系统用控制模块13操控。在通过涡轮11且压力降低之后，传输试剂在热交换器14中冷却，在其中接收其他热流。可再生能量流传感器15提供给控制系统3关于风或潮汐流的实际功率的信息。其给出这样一种可能性，即系统可对再生能量流和由发电机2产生的能量变化时做出快速反应。适当地操控：转换器4，压力阀模块8、在传输试剂回路中的阀10和热交换器14、发电机12的控制模块13，以及使用在涡轮转子1的旋转质量中积蓄的能量给出接收引入到电网的恒定电能流的可能性。若需要，当风或潮汐能量流存在时，发电机2与转换器4和发电机12可能同时工作，这给出甚至比正常情形大两倍的电能流。如果需要将转换器4和/或发电机12产生的电压转换为电网的电压，可使用变压器16。此外，变压器16的功率能低于发电机2的功率。由控制系统3操控的系统能作为稳定电能源工作，而无需连接到电网。控温压力罐6可为人造的或天然的。
例如在根据图2的实施实例中，太阳能流在反射镜17和加热器18上传导。由控制系统3操控的反射镜17在位于控温压力罐6中的加热模块7的方向上反射部分太阳能，该模块7将能量转换为罐中物质的热。在罐中积蓄能量期间，温度和压力升高。由控制系统3操控的压力阀模块20向加热器18引入传输试剂。在加热器18中加热之后，作为压力气体的试剂通过受控制系统3操控的阀19被提供给涡轮11供应回路。受控制系统3操控的压力阀模块8将传输试剂引入到位于控温压力罐6中的热交换器9。在热交换器9中加热之后，作为压力气体的试剂通过受控制系统3操控的阀10被提供给涡轮11，涡轮11驱动发电机12。所产生的能量的参数由控制系统3用控制模块13操控。在通过涡轮11且压力降低之后，传输试剂在热交换器14中冷却，在其中接收其他热流。可再生能量流传感器15向控制系统3提供关于太阳能流的实际功率的信息。其给出这样一种可能性，即该系统对于太阳能流变化和因此由加热模块7上的反射镜17加热器18操控的能量变化做出快速反应。适当地操控：压力阀模块8和20、在传输试剂回路中的阀10和19、以及热交换器14，发电机12的控制模块13给出接收引入于电网的恒定电能流的可能性。若需要，在存在太阳能流时，加热器18和热交换器9能同时工作，其给出比正常情形下甚至两倍大的驱动涡轮11和发电机12的传输试剂流，以及因此两倍大的电能流。如果需要将发电机12产生的电压转换为电网电压，可使用变压器16。此外，变压器16的功率可低于由反射镜17和加热器18收集和传输的功率。由控制系统3操控的系统能作为稳定电能源工作，而无需连接到电网。控温压力罐6可为人造的或天然的。
工业适用性
用于在能量控温压力罐中储存可再生能量和转换为电能的方法和系统能用作恒定、稳定的电能源，其可连接到电网或者能作为独立源工作，且能在需要时供电。

Claims (10)

1.一种在能量控温压力罐储存可再生能量以及转换为电能的方法，包括通过在高温和高压罐中加热物质来积蓄可再生能量，以及之后将积蓄的热转换成电能，其特征在于：用传感器来测量可再生能量流，以及根据传感器测量，控制模块将部分能量引向电网或负载，以及其它部分能量引向控温压力罐，其中积蓄能量且之后由控制模块引向传输试剂回路，其供应给涡轮，所述涡轮驱动发电机，所述发电机将能量传输到电网或负载；由传感器(15)测量所述可再生能量流以及由涡轮转子(1)转换成发电机(2)中的电能，以及根据传感器(15)测量，控制模块(3)通过转换器(4)将部分电能引向电网以及通过调节切换模块(5)和加热模块(7)将部分电能引向控温压力罐(6)；以及使用可再生能量传感器(15)向控制模块(3)提供在线信息，所述控制模块(3)根据此信息和涡轮转子(1)和发电机(2)的已知惯性参数来计算由发电机(2)产生的预期电能变化，以及操控转换器(4)、压力阀模块(8)、传输试剂回路中的阀(10)和热交换器(14)、以及发电机(12)的控制模块(13)以便获得转移到所述电网的一致的电能流，以及在增加或减少发电机(2)产生的能量之前从传感器(15)获得关于可再生能量变化的信息，并给出额外时间来使得发电机(12)适当地准备应对能量产生的变化，以及改善提供给电网的能量的稳定性。
2.一种在能量控温压力罐储存可再生能量以及转换为电能的方法，包括通过在高温和高压罐中加热物质来积蓄可再生能量，以及之后将积蓄的热转换成电能，其特征在于：用传感器来测量可再生能量流，以及根据传感器测量，控制模块将部分能量引向电网或负载，以及其它部分能量引向控温压力罐，其中积蓄能量且之后由控制模块引向传输试剂回路，其供应给涡轮，所述涡轮驱动发电机，所述发电机将能量传输到电网或负载；由传感器(15)测量阳光可再生能量流，以及根据传感器(15)测量，控制模块(3)操控反射镜(17)将部分电能传输到传输试剂回路中的加热器(18)，且将部分电能传输到控温压力罐(6)中的加热模块(7)，以及使用可再生能量传感器(15)向控制模块(3)提供在线信息，所述控制模块(3)根据这种信息和反射镜(17)与加热器(18)的已知惯性参数来计算由发电机(12)所产生的电能的预期变化，且操控压力阀模块(8,20)、在传输试剂回路中的阀(10,19)和热交换器(14)、以及发电机(12)的控制模块(13)以获得转移到所述电网的一致的电能，且在增加或减小由加热器(18)产生的能量之前从传感器(15)获得关于可再生能量变化的信息，并且给出额外时间使得热交换器(9)适当地准备应对传输到涡轮(11)和发电机(12)的能量变化，以及改善提供给所述电网的能量稳定性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：当存在所述可再生能量流时，同时使用所述可再生能量流和存储于所述控温压力罐中的能量给出接收更高输出功率的可能性。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述控制系统(3)能控制所有连接的装置，使得它们能作为稳定的电能源工作而无需连接到所述电网。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在所述可再生能源必须通过变压器(16)连接到所述电网的情况下，能使用功率低于发电机(2)的功率的变压器，以及变压器可在运行期间更好地且更持续地使用。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：由发电机(2)中的涡轮转子(1)在使用调节切换模块(5)和加热模块(7)产生的电能被转换为在控温压力罐(6)中的物质的热，而无需转换为适合于电网的参数，这减少了损耗。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：由来自控温压力罐(6)的能量和/或部分阳光可再生能量流供给的发电机(12)具有比阳光能量流的功率更低的功率，以及发电机(12)可在运行期间更好、更持续地使用。
8.一种在能量控温压力罐中储存可再生能量以及转换成电能的系统，包括：可再生能量接收器，电转换器，调节切换模块，加热模块，由蓄热物质填充的控温压力罐，压力阀模块，热交换器，阀，涡轮，发电机，变压器，其特征在于，其还包括：由传感器(15)测量可再生能量流并由发电机(2)中的涡轮转子(1)转换为电能，以及根据传感器(15)的测量，控制模块(3)通过转换器(4)将部分电能引向电网以及通过调节切换模块(5)和加热模块(7)将部分电能引向控温压力罐(6)；使用可再生能量传感器(15)向控制模块(3)提供在线信息，所述控制模块(3)基于此信息和涡轮转子(1)和发电机(2)的已知惯性参数来计算由发电机(2)产生的预期电能变化，并操控转换器(4)、压力阀模块(8)、传输试剂回路中的阀(10)和热交换器(14)、以及发电机(12)的控制模块(13)以便获得转移到电网的一致的电能水平；在增加或减少发电机(2)产生的能量之前，从传感器(15)获得关于可再生能量变化的信息，以及给出额外时间来使得发电机(12)适当地准备应对能量产生的变化，以及改善供给电网的能量的稳定性。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：由传感器(15)测量阳光可再生能量流，以及根据传感器(15)的测量，控制模块(3)操控反射镜(17)将部分电能传输到加热器(18)且将部分电能传输到控温压力罐(6)中的加热模块(7)；使用可再生能量传感器(15)向控制模块(3)提供在线信息，所述控制模块(3)基于这种信息和反射镜(17)和加热器(18)的已知惯性参数来计算由发电机(12)所产生的电能的预期变化，并操控压力阀模块(8,20)、在传输试剂回路中的阀(10,19)和热交换器(14)、以及发电机(12)的控制模块(13)以获得转移到所述电网的一致电能水平；在增加或减小由加热器(18)产生的能量之前，从传感器(15)获得关于可再生能量变化的信息，并给出额外时间使得热交换器(9)适当地准备应对传输到涡轮(11)和发电机(12)的能量变化，以及改善供给所述电网的能量稳定性。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：其在热交换器(14)中产生额外热流。
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