CN104969434A - 通过可再生能量的存储和输送节约能源的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过能量存储和输送的有效管理，鼓励可再生能源的使用，和适合于能源的节约的系统，所述系统包括与电源、储能子系统和电网的连接。系统包括电力路由子系统，所述电力路由子系统耦接到电源和电网，适合于按照能量从电源传送到电网的旁路模式工作。系统包括变换子系统，所述变换子系统耦接到电力路由子系统和储能子系统，可大体实时地在能量从电力路由子系统被传送给储能子系统的储能模式，和能量从储能子系统被传送给电力路由子系统，以便输送到电网的产生模式之间切换。系统还包括控制器，所述控制器至少部分根据市场因素，指示模式。

Description

通过可再生能量的存储和输送节约能源的系统和方法
相关申请的引用
本申请要求2012年1月19日提交的美国临时专利申请No.61/588,461的优先权，该专利申请在此整体引为参考。
技术领域
本发明总体涉及管理能量存储和输送的系统和方法，更具体地，涉及通过能量存储和输送的有效管理，鼓励使用可再生能源和节约不可再生资源的系统和方法。
背景技术
现有的发电方法一般分成特定的几组，即：(1)基荷(baseload)电力输送，基荷电力输送来自于具有使其能够经济地签订合同，以便每天24小时，每周7天地出售电力的技术的发电厂，比如核电厂、燃煤电厂、水电厂、生物发电厂、和某个联合循环燃气发电厂；(2)间歇性电力输送，间歇性电力输送是主要来自联合循环燃气发电厂的大约每天16小时，每周5天或7天的电力输送；(3)峰值电力输送，峰值电力输送是主要来自简单及联合循环燃气发电厂，和某些柴油发电厂，大致与峰值负载一致的每天约8小时，每周5天的电力输送；和(4)不能被调度的间歇性能源，比如风能发电和太阳能发电。除了这些发电服务之外，还存在关于电力质量服务，比如频率上调、频率下调、容量、黑启动、机组爬坡速率控制、旋转备用和非旋转备用的市场。
针对可再生能源的当前技术主要把诸如波浪能、风能和太阳能之类的间歇性资源变换成间歇性电力。这些可再生资源中的许多可再生资源难以预测和调度。全球风力发电的广泛开发已导致就为电网产生电力而论，致力于应对间歇性能源的挑战的努力。这些努力中的许多涉及研发调节向电网供电的间歇性电源，以使否则会不良地影响电网的干扰降至最小或者消除所述干扰的手段。其他工作涉及研发能够有利于风电场和其它间歇性可再生能源地工作的储能手段。通过在超过当前电力需求地产生电力期间，把所谓的超额能力收获在存储器中，储能手段为间歇性能源提供益处。在风能超过电网的能量消耗期间，由风电场产生的电力可被定于较低的电价或者负电价，或者风电场减少(脱离)向电网供电。类似地，在相当大程度上由间歇性电源供电的电网中，在能量需求大于可获得的风能的时期内，电网能量需求得不到满足。
可便利增大地利用风能和类似的间歇性可再生能源的一种重要形式的电力调节是研发把风能从间歇性电源变换成能够提供固定电力合同的完全可调度的电源的手段。固定电力合同是在规定时间内，向规定地点输送规定量的能量，并且如果售电方不能满足合同条款，那么要求售电方支付罚金的合同。在大多数市场，固定合同赢得超过间歇合同的价格溢价，于是有价值。迄今为止，把间歇性风电转换成稳定电力的努力一直取决于预测未来的风速(以便出售给日前市场)，和协调风力发电和其它相隔遥远的间歇性电源的运转，和/或与更恒定的电源，比如其功率流速可被向上或向下变化，以补偿来自风电场的更高或更低流速的水电协同，和/或与能够响应风电场的实时输出，连续上升或下降的诸如简单循环燃气发电厂和柴油发电厂之类的热电厂协同。这种协同工作不把间歇性风能变换成稳定电力，但是它们确实有助于间歇性风电被并入电网中。发电厂必须逐渐参与为管控电力产生/销售/交易而建立的竞争市场。于是，美国(和世界其它地区)的风电(和其它间歇性可再生能源)的发展因其较低的市场价值而受到严重阻碍。
增强风电和其它间歇性可再生能源在解除管制的竞争性电力交易市场中的经济价值的手段对于增强可再生能量产生的部署来说至关重要。对美国的可再生能量发展来说，提高风电的经济价值可能是最重要的长期决定性因素。考虑到维持和发展竞争性的电力产生/销售/交易市场的联盟承诺，对可再生能量的使用来说，不言而喻的竞争驱动力是提高的价格和降低的成本。关于可再生能量的未来前景的政府研究和学术研究明确认识到价格和成本因素在当前的竞争性市场中的重要性。
至今，向风电场提供能量存储的各种努力都未在电网的定价范围内，把风力发电产生的电力变换成稳定电力，即使存储器的增加在一定程度上改善了风电的间歇性。压缩空气储能(CAES)，抽水储能，电池，飞轮，热储能和其它储能手段的实现在这方面受技术限制。现有技术未显示产生被竞争性电网视为优质电力而重视的电力输出的能力。
因而，需要提供把间歇性电力变换成稳定电力，以致进一步鼓励使用可再生能源的系统和方法。
发明内容
本发明通过结合间歇性电源，比如风电和诸如CAES之类的储能手段，获得稳定电力。本发明用于以不因风力的缺少或者其它典型间歇因素而中断的方式，实现非常适合于作为给电网的输入-比如基荷电力、负载跟踪电力、间歇性电力、峰值电力、补充储备、重置储备、旋转备用、非旋转备用、黑启动和频率调节，赢得溢价的电力的灵活、反应迅速的产生。
系统的灵活性能够沿两个方向中的每个方向(可逆地，遭受效率损失)，实现压缩气体能量和电力之间的受控变换-从而能够实现以十足的市场价格，而不是以贬低的间歇性风电价格往来于电网(经济地)购买和出售电力的方法。所述系统还能够实现基于当前价格、过去平均价格、预测的未来价格、间歇性电源的当前状态、预测的所述间歇性电源的未来状态、CAES系统中的能量存储容量的当前状态、电动发电机的当前利用状态、风力涡轮机或者其它间歇性电力发动机的当前容量、系统成本、交易成本、电力供给和需求、和影响能量定价、存储和分配的其它因素中的一个或多个因素的电力交易策略。
因而，在本发明的一个方面，管理能量存储和输送的系统包括与电源的连接，与储能子系统的连接，与电网的连接，电力路由子系统、变换子系统和控制子系统。电力路由子系统耦接到电源和电网，适合于按照能量从电源传送到电网的旁路模式工作。变换子系统耦接到电力路由子系统和储能子系统，可大体实时地在能量从电力路由子系统被传送给储能子系统的储能模式，和能量从储能子系统被传送给电力路由子系统，以便输送到电网的产生模式之间切换。控制子系统至少部分根据市场因素，指令变换子系统和/或电力路由子系统按特定模式工作。
电源可以是间歇性电源，间歇性电源可以是风能、太阳能、波能、潮汐能、落水、水能、生物能和地热能任意之一。此外，间歇性电源可产生电力。
储能子系统可以是诸如流体储能、机械储能、动能储能、电储能、电化学储能和热储能之类的介质，可包括存储体，所述存储体可以是压力容器、地下洞穴、井、飞轮、电池、管道系统、囊状物、静液压力补偿容器、湖、池、储液容器、蓄水结构和电容器任意之一。
在一个实施例中，系统适合于以压缩气体的形式保存能量。变换系统还包括串联或并联连接的电动机/发电机、液压泵/发动机、液压致动器和压缩机/膨胀机。
控制器可通过比较市场因素和阈值，指示工作模式。模式指示还可至少部分基于储能子系统的可用容量。
在一个实施例中，当市场因素低于阈值，并且存在可用储能容量时，控制器可把变换子系统切换成按储能模式工作，在一些情况下，当市场因素比阈值至少低预定限度时，控制器可切换变换子系统。当可用容量大于预定值时，所述预定限度可被减小，而当可用容量小于预定值时，所述预定限度可被增大。
在又一个实施例中，当市场因素大于阈值时，控制器指示系统按产生模式和旁路模式至少之一工作，在一些情况下，当市场因素比所述阈值至少高预定限度时，控制器可指示系统按一种模式工作。当可用容量大于预定值时，所述预定限度可被增大，而当可用容量小于预定值时，所述预定限度可被减小。
在另一个实施例中，控制器至少部分根据环境状况，指令工作模式。环境状况可以是本地环境状况和/或远程环境状况，以及当前状况和/或预计状况。环境状况可包括风速、风向、气温、气压、湿度、降水量、云量、季节、日照时间、潮汐状态、存储温度、存储压力、存储时间和昼/夜温差。
阈值可以是例如当前供给、未来供给、当前需求、未来需求、平均市场价或者当前市场价。在一些情况下，市场因素可以是电力的市场价、电力的当前市场价、电力的未来市场价、电力的趋势价格、电力的供给或者电力的需求。
在一个实施例中，控制器还包括电力输送算法。电力输送算法可适合于与至少一种辅助电力服务同时地履行长期电力服务。电力输送算法可适合于履行诸如基荷、中间、调峰、负载跟踪、频率调节、旋转备用、非旋转备用、黑启动、无功功率控制、负载源按需响应和/或机组爬坡速率控制之类的电力服务。在一些实施例中，电力输送算法适合于通过同时按储能模式和旁路模式运转系统，履行电力服务。在其它实施例中，电力输送算法适合于通过同时按产生模式和旁路模式运转系统，履行电力服务。
在另外的实施例中，系统包括发起电力的购买，购买电力的出价，电力的销售，和销售电力的报价至少之一的交易子系统。交易子系统适合于通过以市场价购电，和以合同价格出售电力，履行电力服务。
在本发明的另一个方面，管理能量存储和输送的方法包括以下步骤：连接到电源，连接到储能子系统，连接到电网，把电源产生的至少一些能量路由到电网，和大体实时地在通过把能量从电源和/或电网传送给储能子系统，存储能量，和通过把能量从储能子系统传送给电网，产生能量之间自动切换。所述切换可至少部分基于市场因素。
电源可以是间歇性电源，间歇性电源可以是风能、太阳能、波能、潮汐能、落水、水能、生物能和地热能任意之一。此外，间歇性电源可产生电力。
储能子系统可以是诸如流体储能、机械储能、动能储能、电储能、电化学储能和热储能之类的介质，可包括存储体，所述存储体可以是压力容器、地下洞穴、井、飞轮、电池、管道系统、囊状物、静液压力补偿容器、湖、池、储液容器、蓄水结构和电容器任意之一。
在一个实施例中，自动地进行路由步骤。在一个实施例中，储能步骤包括压缩气体。
路由和切换步骤可以基于市场因素与阈值的比较。路由和切换步骤还可至少部分基于储能子系统的可用容量。
在一个实施例中，切换步骤还包括当市场因素低于阈值，并且存在可用储能容量时，切换成存储能量，在一些情况下，包括当市场因素比阈值至少低预定限度时，切换成存储能量。当可用容量大于预定值时，所述预定限度可被减小，而当可用容量小于预定值时，所述预定限度可被增大。
在另一个实施例中，切换步骤还包括当市场因素大于阈值时，切换成产生能量，在一些情况下，包括当市场因素比所述阈值至少高预定限度时，切换成产生能量。当可用容量大于预定值时，所述预定限度可被增大，而当可用容量小于预定值时，所述预定限度可被减小。
在另一个实施例中，路由和切换步骤还至少部分基于环境状况。环境状况可以是本地环境状况和/或远程环境状况，以及当前状况和/或预计状况。环境状况可包括风速、风向、气温、气压、湿度、降水量、云量、季节、日照时间、潮汐状态、存储温度、存储压力和昼/夜温差。
阈值可以是例如当前供给、未来供给、当前需求、未来需求、平均市场价或当前市场价。在一些情况下，市场因素可以是电力的市场价、电力的当前市场价、电力的未来市场价、电力的交易价、电力的供给或者电力的需求。
在一个实施例中，所述方法还包括向电网输送电力，以履行电力服务。输送步骤还包括向电网输送电力，以便与至少一种辅助电力服务同时地履行长期电力服务。电力服务可以是基荷、中间、调峰、负载跟踪、频率调节、旋转备用、非旋转备用、黑启动、无功功率控制、负载源按需响应和/或机组爬坡速率控制。在一些实施例中，输送步骤还包括通过同时存储能量和路由能量，向电网输送电力，以便履行电力服务。在其它实施例中，输送步骤还包括通过同时产生能量和路由通量，向电网输送电力，以便履行电力服务。
在另外的实施例中，所述方法包括通过发起电力的购买，购买电力的出价，电力的销售，和销售电力的报价至少之一，交易能量的步骤。交易步骤可包括通过以市场价购电，和以合同价格出售电力，履行电力服务。
附图说明
因为参考结合附图进行的以下详细说明，本发明及其许多附随优点变得更好理解，因此易于更全面地认识本发明及其许多附随优点，附图中：
图1是举例说明按照本发明的实施例的能量存储和输送系统的系统图。
图2是举例说明与本发明的实施例相关的技术参数的表格。
图3A是举例说明按照本发明的实施例的基线能量平衡情况的表格。
图3B是举例说明按照本发明的实施例的高价格/可用供给情况的表格。
图3C是举例说明按照本发明的实施例的低价格/可用容量情况的表格。
图4A是举例说明按照本发明的实施例的基线能量市场情况的图表。
图4B是举例说明按照本发明的实施例的低容量存储情况的图表。
图4C是举例说明按照本发明的实施例的高容量存储情况的图表。
图5是举例说明与本发明的实施例相关的固定区间交易参数的表格。
图6是举例说明按照本发明的实施例的优化模型的模型图。
图7是举例说明按照本发明的实施例的调度算法的输入和输出的示图。
图8是举例说明按照本发明的实施例的调度算法输出的直观表示的曲线图。
图9是举例说明与本发明的实施例相关的预测交易参数的表格。
图10是举例说明按照本发明的实施例的计算机系统的方框图。
具体实施方式
作为背景，图1是其中可以利用能量转换子系统(例如，压缩机/膨胀机设备)存储能量和释放以前存储的能量的能量存储和输送系统100的实施例的例示。
在2010年12月23日提交的美国专利申请12/977,724(现在的美国专利公报No.2011/0258996Al)中，记载了可用于实践本发明主题的例证气体压缩和膨胀系统，该专利申请在此引为参考。
如图1中所示和这里说明的系统可按照从General CompressionAdvanced Energy Storage(GCAESTM)的名称，从Newton,Massachusetts的General Compression获得。这里说明的本发明的实施例包括GCAES系统。不过，本领域的技术人员应理解，本发明可以利用适合于实践这里说明的发明主题的任何能量转换系统。所述系统能够传输和转换电力或者所述系统兼容的任何其它形式的动力，比如水力。
如图1中所示，电源102(例如，包括多个风力涡轮机的风电场)可用于收获和把风能或其它种类的能量转换成电力，以便输送给电力路由子系统110和变换子系统112。要理解系统100可以和除风电场外的电源，比如和电网或太阳能电源一起使用。在一些实施例中，电源102与GCAES系统并置。不过应注意，电源102可以远离GCAES系统，电源102产生的电力经电网或其它传输手段，被引导到GCAES系统。电力路由子系统110不但在电网124和变换子系统112之间引导电力，而且把电力从电源102引导到电网124或者变换子系统112。
变换子系统112把来自风力涡轮机或其它来源的输入电力变换成压缩气体，压缩气体稍后可由变换子系统112膨胀，以获得先前保存的能量。变换子系统112可包括互连(串联或并联)电动机/发电机、液压泵/马达、液压致动器和压缩机/膨胀机，以帮助能量变换处理。随后，例如，当电网上对电力的需求较高时，或者当电价高时，可从储能子系统122传送压缩气体，并通过变换子系统112中的压缩机/膨胀机膨胀。压缩气体的膨胀驱动发电机，从而产生电力，以便输送给电网124。在一些实施例中，多个变换系统可并行工作，以使GCAES系统在固定时间内，变换更大量的能量。
GCAES系统能够与很大的存储容器，比如地下洞穴面接，所述很大的存储容器能够保存足够以商业上可行的水平，供给数百小时电力的能量。具有从存储器获得5-300小时电力的能力使得可以形成否则当结合相当小的储能罐，以间歇性电源供给电力时不可能形成的长期电力合同(例如，20-25年基荷合同)。此外，GCAES单元能够毫秒级到秒级(与其它各种能量产生系统的分钟级、小时级或者甚至天级相比)地在产生/空闲/储能模式之间切换，这使GCAES能量提供者可以立即提供诸如频率调节之类的辅助服务。此外，在一些情况下，可以与长期电力服务或者其它短期或辅助服务的履行同时地提供辅助服务。如果需要，可以启动或停用一个或多个单独的GCAES单元，以满足当前需求，在电力市场上交易能量，或者保存能量供以后使用。
相反地，如果最佳地工作，那么一些种类的能量产生系统，比如燃气发电厂一天之内能够升降多次，不过这会导致发电厂的涡轮机的额外磨损。就在峰值电力使用时间内，必须以更高的速率运行的调峰发电厂来说，可预期这种行动。然而，发电厂涡轮机会因频繁循环而显著磨损；即，存在由因起转和停转期间的加热和冷却引起的涡轮叶片膨胀和收缩而导致的损坏。于是在循环之间，必须提供足够的时间，以避免会因温度的快速变化而发生的损坏。
不太灵活的能量生产者的其它例子包括关闭和重新启动需要数天的火电厂，和能够快速关闭，但是恢复上线需要数天的核电厂。这些电厂之间的循环限制的共同主线是热限制。不过，GCAES系统不会类似地遇到这样的热问题，能够在一天之内多次循环。
所述系统的上述能力，以及与伴随其它各种发电(例如，火电、核电)的燃料定价、管制、环境和全球性事件风险中的许多风险的无关性使GCAES电厂能够签订提供长期电力服务的合同，比如长期调峰合同(例如，每天8小时，每周5天售电)，中间合同(例如，除非高峰期外的所有时间售电(一周5-7天，16小时))，和基荷合同(例如，一周7天，一天24小时售电)。GCAES系统还允许长期负荷跟踪合同，其中电力的供给可随能量消费者的需求而极大地变化。
GCAES电厂的性能超越其利用与CGAES单元结合的间歇性和稳态能量源提供长期电力，比如基荷、容量或中间电力的独特能力。例如，电厂系统的分割提供通过多个子系统，供给电力的灵活性，每个子系统能够与其它子系统无关地快速响应电力需求。为了满足这些各种需求，除了其它子系统之外，GCAES电厂包括可彼此独立地运行的多个GCAES能量变换单元。与容量极大的储能子系统和从各个能量源获取电力的能力组合，GCAES系统结合高速响应和与其它储能和产生系统(例如，飞轮，超级电容器等)相比持续时间更长的响应。
特别地，GCAES电厂能够与履行长期电力服务同时地向电网提供所有持续时间较短的辅助服务中的一种或多种服务。GCAES电厂还可只提供辅助服务，只提供长期电力服务，或者它们的任意组合。就辅助服务的提供来说，GCAES系统能够与现有系统相比，实现提供的电力量的增减幅度的增大，以及更快的机组爬坡速率升降，和上下爬坡的更频繁重复性。
辅助服务是按照满足特殊需求的方式，向电网提供电力的手段，所述特殊需求是电力市场的不可预测和随机状况的函数，例如，不可预测的需求变化，因为最终用户在每天中都会改变其用量，和不可预测的供给变化，比如发电机单元的停机，和由间歇性来源供给的电量的变化。辅助服务通常被表征为响应和储备。这样的服务一般是用从最短的响应时限到较长的响应时限的类别表征的。目前通常指的是响应和储备，或者辅助服务的3种基本类别，虽然共有基本特性，不过其命名和度量可随涉及的地区、国家或区域输电组织(RTO)而部分变化。
在同时履行长期电力服务的时候，GCAES电厂能够提供的一种辅助服务是频率响应，有时称为一次调频备用。为了提供这种服务，GCAES电厂对系统频率的瞬间降低和升高(例如，在美国体系中偏离60Hz，或者在欧洲体系中偏离50Hz)作出反应，增大或减小在数秒(或者可能一秒的若干分之几)的时限内，供给电网的电量，和持续指定的时间维持这样的响应，所述指定的时间在一些情况下可以短至30秒，或者可被定义为若干分钟。
GCAES电厂还能够提供旋转备用(有时称为二次调频备用)，它要求电厂在依据一次调频备用或频率响应的持续时间设定的时限内作出反应。例如，如果RTO要求频率响应辅助服务提供至少30秒的持续时间，那么二次调频备用或旋转备用必须能够在最多30秒内作出反应。在美国的例子是加利福尼亚独立系统运营公司(ISO)，它要求旋转备用能够在在ISO确定需要调度来自旋转备用的电力之后的60之内，增大电力输出；对于非旋转备用，加利福尼亚ISO要求类似的响应时间，以减少电力产生或增大需要，要求额外负荷的数量至少为1MW，并且能够持续至少2个小时。通过利用其存储和产生能力，GCAES系统能够在履行基荷或中间合同的同时，满足各种负荷和持续时间需求。
三级调频备用包括命名为重置备用、热备用(standing reserve)、紧急备用、响应备用或同步备用的辅助服务，在由二次调频备用的持续时间设定的时限内提供响应，所述时限一般是利用分钟或者一小时或两小时定义的时限。三次调频备用必须可维持较长的持续时间。GCAES电厂还能够满足提供三次调频备用的这些响应和持续时间要求。
除了提供诸如负荷跟踪、频率调节、旋转备用、非旋转备用、黑启动和机组爬坡速率控制之类的辅助服务之外，GCAES电厂能够提供无功功率控制，以帮助控制整个电气系统内的电压电平。GCAES电厂还能够提供负荷源按需响应，其中能量源需要从电网吸收能量，从而有效地充当能阱(energy sink)。在这种情况下，GCAES系统能够变换能量，并把能量传送给存储器，供以后使用。GCAES电厂还能够提供辅助服务需求响应，以确保输电网的正确运行。
辅助服务的提供者一般必须具有最小额定产生容量，比如1MW，并且一般必须满足通信和控制标准，比如在无人工干预的情况下，响应ISO指示和控制(包括调度指令)的能力。一般要求辅助服务的可能提供者向RTO/ISO申请提供这种服务的批准和认证。除了辅助服务之外，RTO/ISO建立并运行日前和更长时间的基荷电力市场，以及中间或跟踪负荷电力市场。满足地区容量和其它要求的GCAES电厂能够利用这些辅助服务和长期电力服务市场。
如果电源不满足当前需求(例如，如果电源是风电场，并且风力不足)，那么通过与从存储器获得的能量结合地利用可从所述电源获得的能量，GCAES电厂仍然能够履行基荷电力购买协议。如果存储容量足够大，那么它可包含足以在上述情况下，时期延长地履行基荷合同的存储能量(例如，压缩空气)。就较小的存储单元来说，超过限定时期地借助来源的这种组合供给能量并不可行；因而，能量交易在履行基荷合同方面起更大的作用。
利用GCAES系统的发电还消除了建立错误种类的电厂的风险。整个系统具有其相对大小会影响重要的电力性能特性的至少3个基本方面：电源(例如，风力涡轮机)，洞穴容量和GCAES设备。可以确定每个设备的大小，以满足消费者的能量需求；即，风力涡轮机，GCAES单元的数目，或者可以调整洞穴容量的大小，以随着能量需求和/或能量市场而变化。
例如，如果调峰电厂被构造成具有连续上升或下降的容量，不过稍后的情况需要额外的基荷，那么会建立错误的发电机，从而浪费大量的基建投资。相反地，GCAES系统灵活，以致它不被固定为基荷或调峰电厂。如果最初建立GCAES电厂主要是供给基荷，但是后来出现调峰需求，那么所需的只是把额外的GCAES单元和相关设备并入电厂中，并使风力涡轮机或其它中间电源相同。另一方面，如果建立GCAES调峰电厂，而在后来需要额外的基荷容量，那么可不对GCAES设备进行改变，只需要增加更多的风力涡轮机。
图2中说明了与能量存储和输送相关的GCAES电厂和关联系统的操作的各种最小值、最大值和典型值以及范围。连接到GCAES电厂的电源可供给1.5MW-2000MW的电力，一般的供给约为100MW。GCAES电厂利用的存储容量，即洞穴容量为20kcf-4bcf，常见范围约为十亿立方英尺。利用GCAES系统压缩的气体在70-95Bar下被存储在储能子系统中，不过压力可约为20-200Bar。GCAES单元分两个阶段压缩气体：在第一阶段，气体被压缩到1-7Bar，而在第二阶段，气体被压缩到7-90Bar。膨胀也是在大体相似的压力下，分两个阶段进行的。不过，GCAES单元可利用阶段数各不相同的过程，把气体压缩到5Bar-200Bar的压力。
当切换模式时，GCAES单元具有快速响应速率。一般可在0.25秒-4.2秒内，完成在储能模式和产生模式之间的交替，在最佳条件下，可以短至50ms地完成切换。在约0.25秒-4.2秒内，也可完成从空闲模式到储能模式或产生模式的切换，最佳条件下，最短时间为50ms。
针对为满足可预测的消费者需求所需的能量性能，确定电厂元件的大小。另外，GCAES电厂的元件的大小也可被确定成包括允许电厂参与电力市场电力交易的额外容量。电厂元件大小确定可涉及例如额外的风力涡轮机或GCAES单元或存储容量的相对大小确定。此外，对需要参与电力交易的额外设备的需求极小，或者甚至没有，因为可关于预测的，而不是确定地已知的天气和其它因素的经济效果，考虑所述需求。此外，对额外设备或存储容量的需求认识到支持长期电力合同的设备也可支持短期电力交易，于是使运营公司能够在投资于或不投资于电力交易专用设备的情况下，受益于了解短期能量价格、供给和需求。
包含在GCAES系统中的电力交易组件通过使风电和其它间歇性可再生电源能够分享十足的市场价格，结果利润和投资回报提高，从而推进可再生能源在美国和世界其它地区的竞争性电力市场中的发展，改善创建和开拓电力市场的现有方法和系统。
应注意，可与风电场或者其它间歇性能量源结合地，或者单独利用从电网获得的电力，或者它们的组合，实践用于基于GCAES的电力交易的所述系统；可以在有或没有供给长期电力的合同的情况下，实践所述系统。所述系统不仅可用于减少对电网的电力输出，而且可以接受来自电网的负荷。于是，GCAES系统能够同时或者分别按各种模式起作用；例如，系统可提供长期电力服务和/或辅助电力服务，以及参与电力交易，以履行服务和/或往来于存储器转换能量。GCAES系统可按照这些模式任意之一，或者它们的任意组合工作。在一些情况下，系统可提供长期电力服务和辅助电力服务。在其它情况下，例如，系统可在参与电力交易的时候，提供辅助服务。
作为电力交易组成的一部分，按时间增量，最好很短的增量，从30秒到1小时，或者任何其它适当的时段，分析市场状况。如果在所述增量期间，电力的市场价低于特定阈值，比如历史平均值、日均值、24小时滚动平均值或者某个其它指标，那么可购买所述电力，并且空闲的GCAES设备可用于把能量放入存储器中。此外，如果市场价低于基荷合同的价格，那么可以利用更便宜的电力在所述时间增量，履行该合同。换句话说，可以直接通过市场交易，按低市场价购买电力，并按合同价出售电力-不需要与GCAES变换系统的相互作用。同样地，如果电力的市场价高于特定阈值，并且GCAES设备目前未用于为稳定电力合同供给电力，那么GCAES电厂可从存储器释放能量，并把所述能量按市场价提供给电网。
在一些实施例中，一个或多个市场因素可用于作出交易决策，比如是否购买或提出购买电力，和是否出售或提出出售电力，以及多少电力和按什么价格。例如，市场因素可以是电力的过去市场价、电力的当前市场价、电力的未来市场价、电力的趋势价格、在固定时限内确定的电力的平均价、在可变时限内确定的电力的平均价、电力的供给、电力的需求、供给趋势、需求趋势、或者上述的任何历史或预测值。市场因素可包括单个值、多个值和/或数值的范围。
在一个更具体的例子中，如果具有200MW风力涡轮机的GCAES电厂有义务依据100MW中间合同，按$70/MW-h的价格供给电力，并且风力处于非高峰时段内的半功率状态，那么存在取决于市场状况可采取的几种可能的行动。例如，如果电力现货价格足够低于平均价和合同价(例如，现货价为$5/MW-h)，并且电厂中的所有GCAES单元并非都正被使用，那么有利的是在该时间增量内，购买电力，并压缩存储，达到可用GCAES设备和存储容量的最大程度为止。在相反的例子中，如果在白天(当必须按合同供给电力)，风力涡轮机正产生200MW，并且现货市场的电价为$200/MW-h，那么电厂可按照多种方式利用这些状况。首先，必须按合同以$70/MW-h的价格供给100MW。如果可能，那么随后可在现货市场按$200/MW-h的价格，出售来自风力涡轮机的额外100MW(即，把额外的100MW绕过GCAES变换和储能设备，从风力涡轮机发送到电网)。更进一步地，由于GCAES单元可能处于空闲状态(不需要压缩)，可以使所述单元进入膨胀模式，以在该时间增量期间，出售存储的能量。即，如果存储的100MW能量最初是以$5/MW-h的价格购买的，那么可按$200的现货市场价格出售所述存储的100MW能量。于是在这些条件下，为满足100MW供给合同而建立的GCAES电厂实际能够供给300MW，从而从供给额外的200MW获得可能相当大的利润。
参见图3A-3C，表格表示来自电源和存储器的能量如何与交易结合，以满足基荷合同的例子。“电源(MW)”列指示每个时间单位，从电源获得多少电力(单位MW)。“GCAES(MW)”列指示每个时间单位，通过GCAES单元传送多少电力(单位MW)，同时正数指示来自存储器的能量的膨胀，而负数指示到存储器的能量的压缩。“电网(MW)”列指示每个时间单位，向电网传送多少电力(单位MW)。在图3A-3C中，均假定以下例证限制。首先，对电网的期望输出至少为100MW，以履行100MW基荷合同。其次，每个时间单位，GCAES电厂能够变换最多100MW。
图3A说明其中不利用交易来满足基荷合同的例证基线能量平衡结构。在第一行中，高风速状况产生100MW的超额电力输出，所述超额电力输出被GCAES系统变换成压缩气体存储。剩余的100MW被直接供给电网，从而避免与储能系统相关的任何效率损失。第二行表示其中电源刚好满足基荷要求的情况；从而，全部的100MW从电源被引导到电网。第三行显示其中电源未供给能量，利用GCAES单元，从存储的气体膨胀获得全部100MW。
图3B通过在市场价超过在平均值之上的阈值时，把能量销售包含在内，进一步阐述基线情况。在这种情况下，有利的是取回存储的能量，并把存储的能量提供给电网。因而，GCAES设备将与它从电源获得的电力量结合地提供其100MW的最大电力。从而，对于每种风力等级，向电网供给的总电力是从电源接收的数量加上100MW。
参见图3C，当市场价低于小于平均值的阈值时，可取的是购买并存储能量，以便以后当市场价升高时出售。如表中所示，GCAES设备将压缩存储最多100MW。在高风速情况下，向电网供给100MW，以满足基荷合同，并存储100MW。在平均风速情况下，来自电源的100MW可用于履行基荷合同，或者它可被变换，以便存储。如果被存储，那么可通过按较低的价格，从市场购买电力，并按较高的合同价格出售所述电力，履行基荷合同。如果被用于直接履行所述合同，那么以较低的价格购买并变换100MW，以便存储。在无风的情况下，所述表格显示以低市场价，购买200MW的能量：按基荷合同供给100MW，并变换100MW，以便存储。应注意在一些情况下，最好部分或完全通过存储能量的膨胀，履行基荷合同；不过，图3C中未针对这种情形。此外，可以单独利用电力购买来满足基荷合同。
在其它情况下，市场价、设备可用性、开销成本和其它因素可导致这些值变化。例如，某些情形会导致可取的是利用电源、存储器和能量市场销售的任意组合，向电网提供电力的状况。类似地，可利用电源和能量市场购买的任意组合，获得供存储之用的能量。
应注意，在图3A-3C中提供的表格是发明主题的基本操作的例子，因而，使用的数值只是用于举例说明，而不反映存在于系统中的实际值。此外，说明的状况可能被过度简化，以举例说明系统的基本原理，于是并不代表当运行系统时，可考虑到的所有可能情况、结果和考虑因素。
在其核心，系统的交易方面包括致力于3个问题的3条交易规则：首先，何时应交易能量？其次，应交易多少能量？和第三，储能如何影响交易？
规则1规定当购买或出售电力增量地有利可图时，应购买或出售电力。例如，如果关于电力的平均价格(不论是1小时、1天、滚动24小时周期、1周、1月、1年或者某个其它时段)定义“有利可图”，那么当现货市场价(或者其它市场因素)比平均价小阈值量时，将购买电力。同样地，当现货市场价(或者其它市场因素)比平均价大阈值量时，将出售电力。购买阈值量可以和出售阈值量相同或不同。
这里说明的交易系统和方法的一些实施例不需要进行关于市场或环境状况的任何预测，以实现本发明的目的。在一些情况下，如果在当前时间，递增地有利可图，那么进行能量交易，而不等待判定稍后的时间增量是否更多或更少地有利可图。在例证估计中，为了递增地有利可图，必须按比平均市场价低20％的价格购买电力。该百分率主要来源于GCAES设备的效率损失(在压缩模式下，GCAES设备的效率约为86-87％)，加上设备的运行成本(所述运行成本可变化，不过为了举例说明，为$2.50/MW-h)。另外，交易成本必须包含在公式之中。为了有利可图地出售电力，必须按比平均价高相似比率，或者如这里所述的20％的价格，出售电力。这些百分率阈值可随设备效率、运行成本、交易成本和其它因素而变。
可包含在购买和出售阈值的计算中的某些交易成本包括由电力现货市场控制者作出的电价更改。所述控制者的一个例子是区域输电组织(RTO)，RTO是美国和世界的许多其它地区的主要电力现货市场。RTO现货市场以提供卖盘价的发电者，和提供买盘价，以购买电力的负荷(相对于最终用户的电力分配者)为基础。RTO每5分钟公布卖盘价和买盘价。随后，RTO设定价格，并向发电者发送指定他们要向电网供给多少电力，和他们将因所述电力而被支付的价格的指令(调度)。现货市场价格(称为节点边际价格或LMP)是根据买盘价和卖盘价，备用要求，输电阻塞、需求和供给的位置，以及许多其它因素设定的。RTO有权改变来自发电者的报价，并利用改变的报价计算LMP。通常，发电者不具备拒绝RTO指定的价格，或者决定向电网供给多少电力或备用的能力。考虑到所有这些，在向现货市场控制者提出买盘价和卖盘价时，系统可考虑RTO的设定电价的能力，以及其它买盘价和卖盘价的存在、需求和供给、以及与LMP的计算相关的其它因素。GCAES系统可进一步考虑上述因素来确定购买或出售多少电力，或者提出购买或出售，以及存储或从存储器取回多少能量。
参见图4A，例证的曲线图表示随着时间变化的电力市场价。平均市场价被表示成均匀的虚线，出售阈值比平均市场价高一定量(例如高20％)，购买阈值比平均市场价低相同或不同的量(例如，低20％)。根据随着时间变化的市场价，当价格高于出售阈值时(假定存在存储供给时)，将在时间T0和T1之间出售电力。同样地，当价格低于购买阈值时，将在时间T2和T3之间购买电力(假定存在存储容量)。
规则2规定应购买或出售的在该交易时期内可获得的最高容量；不过，该数量可随其它条件而变。在该时间增量期间可处理的能量的数量取决于电厂的GCAES设备的可用性和能力。在不为稍后的时间增量预先作准备的情况下，能够由GCAES单元处理的全部功率容量被交易，最好不考虑能量存储。与汽车的动力设备相比，GCAES单元可被视为发动机，存储器可被视为气罐。按照规则2，关切的主要之事是在下一个时间增量期间，发动机可被利用到什么程度，而不考虑气罐的容量。
规则3指示当进行交易决策时，应考虑可用存储容量。就上面讨论的例证的平均价格±20％区间来说，取决于存储器有多满，所述40％定价区间应被上移和下移。在一些情况下，两个区间边界以相同的速率移动，而在其它情况下，可以独立地移动边界。例如，如果储能容量充满95％，那么交易模型应表示出售优先于购买的交易。为此，在存储容量达到95％水平的时间增量期间，40％的定价区间应被下移，以致更靠近平均价格，按平均价格，或者甚至低于平均价格地出售电力，以便避免充满或过度充满储罐。在所述区间的另一端，除非远低于平均价格，例如低大约40％或者更低，否则将不购买电力。相反，当储罐接近于空时，定价区间被上移，以致购买电力优先于出售电力。例如，将按低于平均价10％的价格进行购买，和按高于平均价30％的价格进行出售，而不是按低于/高于平均价20％的价格购买/出售。利用这种交易方法，使系统不必预测未来的环境或营销状况，从而避免固有地与之相关的风险。
参见图4B，当存储器接近于满时，出售/购买阈值向下移动，使电力以与图4A的基线情况相比，更低的价格被出售(即，在T0和T1之间)，和以更低的价格被购买，假定在图4A-C之间，平均市场价恒定。如图4B中所示，购买阈值降低到最低市场价之下，导致不存在电力购买。
相反，在图4C中，当存储器接近于空时，出售/购买阈值向上移动，使电力以与图4A的基线情况相比，更高的价格被出售，和以更高的价格被购买(即，在T0和T1之间)，假定在图4A-C之间，平均市场价恒定。如图4C中所示，销售阈值已升到最高市场价之上，导致不存在电力销售。
在一些实施例中，包括第四条规则，第四条规则规定可变更电力购买协议(PPA)中要求的额定可用性，以产生更有利的交易结果。PPA中的额定可用性是系统可用于产生电力的时间的百分率。例如，核电站和火电厂通常具有90％的可用性，核电站可用性稍高，火电厂可用性稍低。为了避免使消费者不方便，这些电厂主要在负荷最低的春季和秋季进行服务。GCAES电厂是模块化的，通常不需要使整个电厂都投入服务。此外，一些GCAES电厂安装有额外的GCAES单元，从而允许各个单元的换入换出，以便维护，导致对电厂的发电能力没有显著影响。
至少存在两种可把PPA结合到交易逻辑中的独立方式。首先，可以利用交易避免满足PPA的失败。例如，如果在较长时间内，从间歇性电源产生的电力不足，那么交易算法将确保购买电力，以填充储罐，按照PPA的可用性从而将上升。相反，如果电源供给过多的能量，并且存储器接近于充满，那么交易算法将酌情移动定价区间，以致出售更多的电力。通过出售电力和维持足够的存储容量，多余的能量不会被浪费，可在以后的时期满足PPA，即使电源的发电能力降低。
PPA和能量交易相互作用的第二种方式涉及在PPA周围进行交易。出于举例说明的目的，考虑具有按$70/MW-h价格的基荷合同的GCAES电厂，同时可用性要求为90％。在一个例子中，如果气价升高，导致现货和调峰电价升高到$110/MW-h，那么将激励交易者按$70/MW-h的价格，满足90％可用性目标，并按$110/MW-h的价格，出售剩余的可用电力输出。更一般地，如果电价较高，那么可取的是仅仅满足按照PPA的最低可用性要求。另一方面，如果气价显著降低，导致现货和调峰电价降低到$40/MW-h，那么可取的是超过按照PPA的所需最小可用性(即，按照合同以$70/MW-h的价格进行出售)，尤其是如果预期市场价不会升高到PPA合同价。从而，第二种方法允许响应市场状况，灵活地满足按照PPA的可用性，同时确保长期电力供给合同的履行。
图5中说明上述固定区间能量交易系统和方法的各种最小值、最大值和典型值及范围。在典型情况下，出售和购买限度被设定成比电力的平均市场价，或者其它因素高或低预定量。根据可用的存储容量的大小，所述限度可被上移或下移一定量。当当前市场价或者其它因素在出售/购买限度之外时，按设定的时间间隔交易GCAES电厂、一个或多个GCAES单元的储能或发电的全部能力(或者其它数量的能量)。
在一些实施例中，在是否购买/出售和压缩/膨胀能量的判定中，结合预测要素。参见图6，优化模型可利用例如环境预报(例如，预期的风力，温度、压力、湿度)、市场状况预测(例如，未来的价格、需求)、或者其它未来因素来优化储能和输送。整体考虑可用输入，优化模型确定不同类别中的最有利配置来最大化内部收益率(IRR)和长期净现值(NPV)。
除了各个预测特征之外，在优化模型中最好考虑的3个主要类别是项目的物理配置、项目的不同运营方法、和市场参与。模型评估电厂的物理能力，它可包括例如风力涡轮机的大小和数目，可用的GCAES单元的能力，存储洞穴的大小，和取回热能的能力。运营优化的例子包括下面更详细讨论的调度算法，所述调度算法确定是满负载地开动50％的GCAES单元，还是半负载地开动100％的GCAES单元。在最后的类别中，模型根据特定的地区，确定电厂应如何参与和参与哪几个潜在的市场。
图7是可被并入调度算法中的输入，及其可能的输出的例证示图。调度算法可以是用于优化电厂的能量调度操作的优化系统的模块。首先，利用一组配置参数(例如，存储容量、起始存量、压缩成本、膨胀成本、GCAES单元的数目、最大风电场输出、膨胀损失率、压缩损失率、每个GCAES单元的每小时最大压缩量，每个GCAES单元的每小时最大膨胀量)，初始化所述算法。在初始化之后，在基于地区的时间间隔(例如，5分钟、30分钟、1小时、或者基于区域市场的任何其它时段)的开始，算法关于预测时期(例如，24小时、168小时、或者任何适当的时段)考虑实际存储水平，预测价格和风速数据，并执行优化方法，以提出关于当前时间间隔的操作室和交易室的最佳解决方案。具体地，所述算法输出应被压缩或膨胀的能量的数量，以及在该时间间隔内，应购买或出售多少电力，以使总收益达到最大。可在各个时间间隔的开始，重复所述过程或其部分，以使收益达到最大，同时满足诸如把存储水平始终保持在其最小容量和最大容量之间之类的约束。
参见图8，在24小时时期内，表示了运行优化系统及其伴随算法模块的样本结果，时间间隔为1小时。该图表图解说明100MW-h电力购买协议的满足，同时通过以较低的价格购电，和以较高的价格售电，使收益达到最大。该算法考虑到价格和风速因素，以确定在给定时间，压缩/膨胀和购买/出售多少。
图9中说明了上述预测性能量交易系统和方法的各种最小值、最大值和典型值及范围。在评估是否要存储、产生和/或交易能量时，系统可考虑当前合同价格(例如，基荷或其它长期，或者辅助服务合同)，能量的市场价(过去、当前和/或未来)，电力的供给和/或需求(过去、当前和/或未来)，和各种过去、当前或未来的环境状况，包括(但不限于)风速、风向、气温、气压、湿度、降水量、云量、季节、日照时间、潮汐状态、存储温度、存储时间、存储压力、和昼/夜温差。
在一些实施例中，本发明包含便利系统的各种操作的一个或多个计算机控制器设备。例如，计算设备可单独地，或者相互或与多个其它子系统结合地便利电力路由子系统电力变换系统的运行。可在计算设备上实现指令，以致自动指示电力路由子系统把能量从电源传送到电网。此外，计算设备可包括自动指令变换子系统存储或产生电力的指令。计算设备指示这些子系统工作，以致电力被引导到电网，并且同时往来于存储器被变换。此外，计算设备可以考虑任意数目的输入，以确定系统及其各个子组件应如何运行。例如，计算设备可评估GCAES电厂的当前运行状况，存储容量，当前、过去和/或未来环境状况，市场状况，并确定系统应如何运行，以满足当前和未来电力需求。
可以诸如智能或非智能终端、网络计算机、工作站、小型计算机、大型计算机、或者起通用计算机或专用硬件设备作用的其它计算设备上，实现计算机控制器。参见图10，控制器可包括呈计算机1000形式的计算设备，计算机1000包括处理器1002、系统存储器1004、输入和输出设备1008，和把包括系统存储器在内的名个系统组件耦接到处理器的系统总线。
在一些实施例中，控制器包括用于自动指示系统的工作和/或允许用户面接系统和其各个子组件的控制器软件。控制器软件可以是用多平台语言/构架，比如Java、.Net、Objective C，或者用本地处理器可执行代码实现的独立应用程序。按照本发明的各个实施例，可以利用任何适当的编程语言。例示地，使用的编程语言例如可包括汇编语言、Ada、APL、Basic、C、C++、C#、Objective C、COBOL、dBase、Forth、FORTRAN、Java、Modula-2、Pascal、Prolog、REXX和/或JavaScript。此外，不一定结合本发明的系统和方法的工作，利用仅仅一种指令或编程语言。相反，如果必要或者可取，那么可以利用任意多种不同的编程语言。
在一个实施例中，通信网络1010连接计算机1000和其它系统及设备，比如远程系统控制器和电力市场服务器。可通过任意介质，比如标准电话线路、LAN或WAN链路(例如，Tl、T3、56kb、X.25)、宽带连接(ISDN、Frame Delay、ATM)、无线链路(802.11、蓝牙、GSM、CDMA等)，等等，进行通信。不过，网络的种类不是限制性的，可以利用任何适当的网络。可以充当通信网络1010，或者成为通信网络1010的一部分的网络的非限制性例子包括基于无线或有线以太网的企业内部网，局部网或广域网(LAN或WAN)，和/或可以适应许多不同通信介质和协议的称为因特网的全球通信网络。当用在LAN连网环境中时，计算机可通过网络接口或适配器，连接到LAN。当用在WAN连网环境中时，计算机一般包括调制解调器或者其它通信机构。调制解调器可在内部或外部，可通过用户输入接口，连接到系统总线，通过无线或有线以太网，连接到网络，或者连接到其它适当的机构。可通过因特网、企业内部网、外部网、以太网、或者提供通信的任何其它系统，连接计算机。一些适当的通信协议可包括例如TCP/IP、UDP、或者OSI。对无线通信来说，通信协议可包括蓝牙、Zigbee、IrDa和其它适当的协议。此外，系统的各个组件可通过有线或无线路径的组合进行通信。
可在其中复用通过通信网络连接的远程处理设备执行任务的分布式计算环境中，实践本发明。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地和远程计算机存储介质两者之中。
在一些情况下，关系(或结构)数据库可提供诸如保存与系统的运行相关的数据的数据库管理系统之类的功能。数据库的例子包括由RedwoodShores,CA的ORACLE公司提供的MySQL Database Server或ORACLE Database Server，由Berkeley,CA的PostgreSQL GlobalDevelopment Group提供的PostgreSQL Database Server，或者由IBM提供的DB2Database Server。
计算机一般包括各种计算机可读介质，所述计算机可读介质可构成系统存储器的一部分，可由处理器读取。例如(但不限于)，计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。系统存储器可包括呈易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，比如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。包含比如在启动期间，帮助在元件之间传送信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)一般保存在ROM中。RAM一般包含可由处理器直接访问和/或目前正由处理器运行的数据和/或程序模块。所述数据或程序模块可包括操作系统、应用程序、其它程序模块和程序数据。
计算环境还可包括其它可拆卸/不可拆卸，易失性/非易失性计算机存储介质。例如，硬盘驱动器可以读写不可拆卸的非易失性磁性介质。磁盘驱动器可以读写可拆卸的非易失性磁盘，光盘驱动器可读写可拆卸的非易失性光盘，比如CD-ROM或其它光学介质。可在例证的工作环境中使用的其它可拆卸/不可拆卸的易失性/非易失性计算机存储介质包括(但不限于)盒式磁带、闪存卡、数字通用光盘、数字录像带、固态RAM、固态ROM等。存储介质一般通过可拆卸或不可拆卸的存储接口，连接到系统总线。
存储器至少包括被永久或临时保存的至少一个指令集。处理器执行保存的指令，以便处理数据。指令集可包括执行一个或多个特定任务的各种指令。用于执行特定任务的这种指令集可被表征为程序、软件程序、软件、引擎、模块、组件、机制或工具。
系统可包括保存在上述存储器中，并按照这里说明的方式在处理器上执行的多个软件处理模块。程序模块可以呈任何适当的编程语言的形式，所述编程语言被转换成机器语言或目标代码，以允许处理器读取指令。即，通过利用编译器、汇编程序或解释器，利用特定编程语言编写的多行编程代码或源代码可被转换成机器语言。机器语言可以是特定于特殊计算机的二进制编码机器指令。
执行命令和指令的处理器可以是通用计算机，不过可以利用任意的各种各样的其它技术，包括专用计算机、微计算机、小型计算机、大型计算机、程控微处理器、微控制器、外围集成电路元件、CSIC(用户专用集成电路)、ASIC(专用集成电路)、逻辑电路、数字信号处理器、诸如FPGA(现场可编程门阵列)、PLD(可编程逻辑器件)、PLA(可编程逻辑阵列)、RFID集成电路、智能芯片之类的可编程逻辑器件，或者能够实现本发明的处理的步骤的任何其它器件或者器件的布置。
应理解计算机系统的处理器和/或存储器不必物理地位于相同位置。计算机系统使用的各个处理器和各个存储器可在不同的地理位置，可按照任何适当的方式被连接，以便相互通信。另外，应理解各个处理器和/或存储器可由不同的物理设备构成。
用户可通过用户接口，把命令和信息输入计算机1000，用户接口包括诸如键盘和指示设备之类的输入设备1008，所述指示设备通常指的是鼠标、跟踪球或触控板。其它输入设备可包括麦克风、操纵杆、游戏手柄、碟形卫星天线、扫描仪、语音识别设备、键盘、触摸屏、拨动开关、按钮等。这些和其它输入设备通常通过耦接到系统总线的用户输入接口，连接到处理器，不过可用其它接口和总线结构，比如并行端口、游戏端口和通用串行总线(USB)连接。
一个或多个监视器或显示器也可通过接口，连接到系统总线。除了显示器之外，计算机还可包括可通过输出外围接口连接的其它外围输出设备1008。实现本发明的计算机可利用与一个或更多的远程计算机的逻辑连接，在连网环境中工作，所述远程计算机一般包括许多或者所有的上述元件。
尽管未表示计算机的内部组件，不过，本领域的普通技术人员会意识到这样的组件和互连是众所周知的。因而，不需要结合本发明，公开涉及计算机的内部结构的另外细节。
以上讨论仅仅公开和说明了本发明的例证实施例。本领域的技术人员会理解，可以其它具体的形式实现本发明，而不脱离本发明的精神或基本特征。可以增加或从这里说明的处理中除去如在附图和说明书中说明的各个步骤，可以按照和本发明的精神一致的另外的顺序执行说明的步骤。因而，像其它权利要求一样，本发明的公开是例证性的，而不是对本发明范围的限制。包括这里的教导的任何易于辨识变体的公开内容部分限定前述权利要求术语的范围。

Claims (40)

1.一种通过能量存储和输送的高效管理，鼓励可再生能源的使用并且适合于节约能源的系统，所述系统包括：
与电源的连接；
与储能子系统的连接；
与电网的连接；
电力路由子系统，所述电力路由子系统耦接到电源和电网，并且适合于按照能量从电源传送到电网的旁路模式工作；
变换子系统，所述变换子系统耦接到电力路由子系统和储能子系统，并且能够大体实时地在能量从电力路由子系统被传送给储能子系统的储能模式，和能量从储能子系统被传送给电力路由子系统以便输送到电网的产生模式之间切换；以及
控制子系统，所述控制子系统至少部分基于市场因素，指令变换子系统和电力路由子系统中的至少一个按特定模式工作。
2.按照权利要求1所述的系统，其中所述电源是间歇性电源，所述间歇性电源选自包含风能、太阳能、波能、潮汐能、落水、水能、生物能和地热能的组。
3.按照权利要求1所述的系统，其中储能子系统包括存储介质，所述存储介质选自包含流体储能介质、机械储能介质、动能储能介质、电储能介质、电化学储能介质和热储能介质的组。
4.按照权利要求1所述的系统，其中储能子系统包括存储体，所述存储体呈选自压力容器、地下洞穴、井、飞轮、电池、管道系统、囊状物、静液压力补偿容器、湖、池、储液容器、蓄水结构和电容器的形式。
5.按照权利要求1所述的系统，其中变换子系统适合于把能量变换成压缩气体，并且包括串联或并联连接的电动机/发电机、液压泵/发动机、液压致动器和压缩机/膨胀机。
6.按照权利要求1所述的系统，其中控制子系统的指令还基于市场因素和阈值的比较。
7.按照权利要求1所述的系统，其中控制子系统的指令还至少部分地基于储能子系统的可用容量。
8.按照权利要求1所述的系统，其中当市场因素比阈值至少低预定限度，并且存在可用储能容量时，控制器把变换子系统切换成按储能模式工作。
9.按照权利要求1所述的系统，其中当可用容量大于预定值时，所述预定限度被减小，而当可用容量小于预定值时，所述预定限度被增大。
10.按照权利要求1所述的系统，其中当市场因素比所述阈值至少高预定限度时，控制器指示系统按产生模式和旁路模式中的至少一个工作。
11.按照权利要求10所述的系统，其中当可用容量大于预定值时，所述预定限度被增大，而当可用容量小于预定值时，所述预定限度被减小。
12.按照权利要求1所述的系统，其中所述指令还至少部分基于选自当前本地环境状况、预计的本地环境状况、当前远程环境状况和预计的远程环境状况的环境状况。
13.按照权利要求1所述的系统，其中所述指令还至少部分基于选自风速、风向、气温、气压、湿度、降水量、云量、季节、日照时间、潮汐状态、存储温度、存储时间、存储压力和昼/夜温差的环境状况。
14.按照权利要求1所述的系统，其中所述阈值选自当前供给、未来供给、当前需求、未来需求、平均市场价以及当前市场价。
15.按照权利要求1所述的系统，其中市场因素选自电力的市场价、电力的当前市场价、电力的未来市场价、电力的趋势价格、电力的供给和电力的需求。
16.按照权利要求1所述的系统，其中控制器还包括电力输送算法，所述电力输送算法适合于履行选自基荷、中间、调峰、负载跟踪、频率调节、旋转备用、非旋转备用、黑启动、无功功率控制、负载源按需响应和机组爬坡速率控制的电力服务。
17.按照权利要求1所述的系统，其中电力输送算法适合于与至少一种辅助电力服务同时地履行长期电力服务。
18.按照权利要求1所述的系统，其中电力输送算法适合于通过同时按储能模式和旁路模式运转系统，或通过同时按产生模式和旁路模式运转系统，来履行电力服务。
19.按照权利要求1所述的系统，还包括发起电力的购买、购买电力的出价、电力的销售、以及销售电力的报价中的至少一个的交易子系统。
20.按照权利要求1所述的系统，其中交易子系统适合于通过以市场价购买电力并且以合同价格出售电力，履行电力服务。
21.一种通过能量存储和输送的高效管理，鼓励可再生能源的使用并且适合于节约能源的方法，所述方法包括以下步骤：
连接到电源；
连接到储能子系统；
连接到电网；
把电源产生的至少一些能量路由到电网；以及
大体实时地在通过把能量从电源和电网中的至少一个传送给储能子系统来存储能量，和通过把能量从储能子系统传送给电网来产生能量之间自动切换，其中所述切换至少部分地基于市场因素。
22.按照权利要求1所述的方法，其中所述电源是间歇性电源，所述间歇性电源选自风能、太阳能、波能、潮汐能、落水、水能、生物能和地热能。
23.按照权利要求1所述的方法，其中储能子系统包括存储介质，所述存储介质选自流体储能介质、机械储能介质、动能储能介质、电储能介质、电化学储能介质和热储能介质。
24.按照权利要求1所述的方法，其中储能子系统包括存储体，所述存储体呈选自压力容器、地下洞穴、井、飞轮、电池、管道系统、囊状物、静液压力补偿容器、湖、池、储液容器、蓄水结构和电容器的形式。
25.按照权利要求1所述的方法，其中储能步骤包括压缩气体。
26.按照权利要求1所述的方法，其中路由和切换步骤还基于市场因素和阈值的比较。
27.按照权利要求1所述的方法，其中路由和切换步骤还至少部分地基于储能子系统的可用容量。
28.按照权利要求1所述的方法，其中切换步骤还包括当市场因素比阈值至少低预定限度，并且存在可用储能容量时，切换成存储能量。
29.按照权利要求1所述的方法，还包括当可用容量大于预定值时，减小所述预定限度，而当可用容量小于预定值时，增大所述预定限度。
30.按照权利要求1所述的方法，其中切换步骤还包括当市场因素比所述阈值至少高预定限度时，切换成产生能量。
31.按照权利要求30所述的方法，还包括当可用容量大于预定值时，增大所述预定限度，而当可用容量小于预定值时，减小所述预定限度。
32.按照权利要求1所述的方法，其中路由和切换步骤至少部分地基于选自当前本地环境状况、预计的本地环境状况、当前远程环境状况和预计的远程环境状况的环境状况。
33.按照权利要求1所述的方法，其中路由和切换步骤还至少部分地基于选自风速、风向、气温、气压、湿度、降水量、云量、季节、日照时间、潮汐状态、存储温度、存储时间、存储压力、和昼/夜温差的环境状况。
34.按照权利要求1所述的方法，其中所述阈值选自当前供给、未来供给、当前需求、未来需求、平均市场价以及当前市场价。
35.按照权利要求1所述的方法，其中市场因素选自电力的市场价、电力的当前市场价、电力的未来市场价、电力的趋势价格、电力的供给和电力的需求。
36.按照权利要求1所述的方法，还包括把电力输送给电网，以履行选自基荷、中间、调峰、负载跟踪、频率调节、旋转备用、非旋转备用、黑启动、无功功率控制、负载源按需响应和机组爬坡速率控制的电力服务的步骤。
37.按照权利要求1所述的方法，其中输送步骤还包括向电网输送电力，以便与至少一种辅助电力服务同时地履行长期电力服务。
38.按照权利要求1所述的方法，其中输送步骤还包括通过同时存储能量和路由通量或同时产生能量和路由能量，向电网输送电力，以便履行电力服务。
39.按照权利要求1所述的方法，还包括通过发起电力的购买、购买电力的出价、电力的销售、和销售电力的报价中的至少一个，交易能量的步骤。
40.按照权利要求1所述的方法，其中交易步骤包括通过以市场价购买电力并且以合同价格出售电力，履行电力服务。
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