CN113169580A

CN113169580A - 可调度的可再生功率供应

Info

Publication number: CN113169580A
Application number: CN201980076428.5A
Authority: CN
Inventors: 保罗·让克尔; 海登·波斯特-弗洛伊德; 丹尼尔·泰勒
Original assignee: Icanovis Holdings Ltd
Current assignee: Icanovis Holdings Ltd
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-07-23
Also published as: EP3857673C0; BR112021005611A2; DK202170140A1; US20210339646A1; US11472307B2; CA3112897A1; WO2020065310A1; EP3857673A1; EP3857673B1

Abstract

本发明涉及可调度的功率供应，更具体地涉及离网型功率供应，更具体地涉及离网型电动交通工具充电站，更具体地涉及离网型可再生能源供电的电动交通工具充电站。

Description

可调度的可再生功率供应

发明范围

本发明涉及可调度的功率供应，例如可调度的离网型功率供应，例如离网型电动交通工具充电站，例如离网型可再生能源供电的电动交通工具充电站。

本发明将多个不可调度的发电源转变为可调度的电源。

根据定义，可调度的功率就其可输送的瞬时功率而言是可预测的，并且在根据需求加载(最高需求达到其最大设计功率输出的100％)时是100％可靠的。

发明背景

作为不断努力以减少对环境有害的全球排放的一部分，电动交通工具(EV)技术在世界上许多国家变得越来越普遍。实际上，许多国家正在引入与有害排放有关的政策和法规(特别是限制销售或甚至禁止销售具有内燃机的交通工具)，以便实现与减少污染排放有关的目标。

EV范围受电池技术限制——当前，充电之间的最大距离大约是由内燃机(ICE)提供动力的同等交通工具可行驶距离的一半。尽管如此，在许多地区，沿路仍然没有足够的充电点来表明用户购买EV优于传统的ICE交通工具。当前，为了使EV像传统的ICE交通工具一样方便，沿路需要的充电点的数量至少是补充燃料站的两倍。例如，(例如在美国或澳大利亚)在建成区之间存在很长的路，其中根本还没有充电点。这部分原因是EV充电电网基础设施发展落后于EV发展。这部分也是由于这些区域缺乏电网或国家电网基础设施，因为这些区域通常不发达和/或由困难的地形(山区、林地等)组成。

在世界范围内，大部分陆地表面区域都与国家电网没有连接(即它是“离网型”的)。因此，这些区域的大部分全球和国家道路网也是“离网型”的。因此，沿着这些道路有很少或没有EV充电点，从而使这些道路禁止EV用户进入，并且相比于传统ICE交通工具，使EV本身对用户吸引力低。因此，期望的是在这些区域中存在EV充电点。

在道路网络存在于连接区域的地方，公共使用的EV充电点(例如，商业EV充电点，特别是多个同时和连续服务的EV充电点)直接使用来自国家电网的电力。这是因为缺乏替代基础设施而需求不断增长，这意味着EV充电点不断被建设并被直接连接到国家电网。在某些情况下，来自这些充电点的电力可能完全是通过例如太阳能、风能、水能等的可再生能源产生的。这些可称为“绿色关税”充电点。然而，它们仍然需要电网连接，以便从分布式可再生能源获得它们的功率。

更一般地，需要来自可再生能源的可调度的离网型功率，例如用于向离网型位置的家庭、商业或工业用电设备(consumer)提供可调度的功率。

还普遍需要来自可再生能源的可调度的功率(包括可调度的并网功率)。

术语和定义

如本文所使用的，电网(或缺乏电网)的配置为：

如本文所使用的，电功率的度量通常以瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)和千兆瓦(GW)度量，电功率的度量为：

容量因数(CF)可以定义为实际产生的能量占(如果在相同时间段内以全功率运行时可能产生的)总能量的比例。有多个影响容量因数的物理参数；例如，能源的类型、平均容量因数的时间段(如果不是瞬时的话)、以及可再生能源将位于的任何地点的自然地理。容量因数的度量包括：

术语	类型	描述和来源
			CF	通用	任何容量因数
CF<sub>B</sub>	年化平均	从根据P<sub>B-Installed</sub>的水文分析导出的基础发电机的容量因数
			CF<sub>Secondary</sub>	周期平均	只有在P<sub>B</sub>＜P<sub>D</sub>的情况下的那些时间的次级发电机的容量因数
CF<sub>S</sub>	周期平均	只有在P<sub>B</sub>＜P<sub>D</sub>的情况下的那些时间的太阳能的容量因数
			CF<sub>W</sub>	周期平均	只有在P<sub>B</sub>＜P<sub>D</sub>的情况下的那些时间的风能的容量因数
CF<sub>Secondary-Peak</sub>	瞬时的	来自次级发电机的峰值容量因数
			CF<sub>S-Peak</sub>	瞬时的	次级发电机的太阳能组成部分的峰值容量因数
CF<sub>W-Peak</sub>	瞬时的	次级发电机的风能组成部分的峰值容量因数

在本发明中，额定功率(PR)是指允许流经系统的最大瞬时功率(更具体地是指流入或流出能量储存设备(例如电池)的最大瞬时功率)。以W、kW、MV、GW进行测量。额定功率的度量包括：

术语	描述和来源
		PR	额定功率
PR<sub>B</sub>	基础发电机输出所需的PR。
		PR<sub>S</sub>	太阳能发电机输出所需的PR。
PR<sub>W</sub>	风能发电机输出所需的PR。
		PR<sub>Secondary</sub>	次级发电机输出所需的总PR。
PR<sub>Installed</sub>	装机的PR。

储能(ES)以千瓦时(kWh)、兆瓦时(MWh)、千兆瓦时(GWh)为单位进行测量。储能度量包括：

术语	描述和来源
		ES<sub>B</sub>	基础发电机所需的储能
ES<sub>S</sub>	太阳能发电机所需的储能
		ES<sub>W</sub>	风能发电机所需的储能
ES<sub>Secondary</sub>	次级发电机所需的储能
		ES<sub>Generator</sub>	发电机中的一个或全部所需的总储能
ES<sub>Downtime</sub>	在运行停机时间(零负载)期间用于充电的附加的储能
		ES<sub>Installed</sub>	计及运行停机时间的总装机储能

发电源

年容量因数越高提供越高效(且因此提供越具有成本效益)的发电，因为它能在更多时间内发电。下表示出了2017年在美国和英国陆地上风能、太阳能和常规水力发电机的平均年化容量因数。

表1-美国容量因数(CF)：

能源	平均年度CF(2017)
		风能(陆地上)	36.7％
太阳能	27.0％
		常规水力发电	45.2％

从美国能源信息管理局获得的数据(www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.php？t＝epmt_6_07_b；perma.ee/Y8MK-N9LQ)。

表2-英国容量因数(CF)：

能源	平均年度CF(2017)
		风能(陆地上)	28.0％
太阳能	10.7％
		常规水力发电	36.5％

数据来自

assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/736153/Ch6.pdf(perma.cc/GWY8-GCGY)

风能

风力涡轮机(陆地上)的容量因数会随着每平方公里风车或风力涡轮机的密度而减小。因此，风力发电场需要很大的空间，通常(在陆地上)每MW超过10公顷。人们普遍认为风能发电机的容量因数约为40％。参考附图中的图1，示出了同一风力发电场在相隔一年的两个4天期间(2014年10月9日至12日和2013年10月10日至13日)的示例性发电概况。可以看出，在这段时间内，发电量变化很大，并且与过去两年相比，风力发电之间的相关性很小或很弱。由于风速的变化，风力发电在任何时候都可能在0％至75％的瞬时容量因数之间快速且不可预测地变化。

当风力涡轮机以设定的速度旋转时，发电量也会减少。在附图的图2中示出了示例性的涡轮机功率相对于风速的曲线图。低于一定的风速(“切入”速度)，涡轮机产生的能量太少，而无法使用。在大约11米每秒(m/s)时，发电量的峰值为1000瓦(1kW)。此后，随着风速的增加，涡轮机将不再产生更多的电力。在14m/s时，风力涡轮机停车，以防止损坏设备。本领域技术人员将理解，涡轮机本身的设计可以有助于提高风力涡轮机的容量因数，然而，与图2所示的风速和发电曲线的可变性相比，设计对容量因数的影响是微不足道的。

风力的另一个问题是，风速可能一次下降到“切入”速度以下持续数天，并且这种情况随时可能发生。这是任何试图利用风力来输送可调度的功率的致命缺陷。当前的风能技术无法独自输送可调度的功率。

太阳能

太阳能比风能更容易预测，但容量因数仍然很低。另外参考附图中的图3，太阳能产生明显的发电季节变化。如从数据中可以看出，该数据说明了2013年1月至2014年5月之间的加利福尼亚州的太阳辐射，夏季发电量比冬季发电量多三到四倍。夏季太阳能发电和冬季太阳能发电之间的差异在所有地点重复出现，并随着相对于赤道的纬度的增加而增加。

为了计算全年输送1MW的可调度的太阳能所需的装机容量(考虑太阳能强度的夜间和季节性变化等)(如图3所示)，必须考虑容量因数。例如，对于5％的容量因数，在一年中最黑暗的一天，将需要安装20MW的太阳能电池板来输送全年1MW的可调度的功率。这导致了一个相反的问题；在夏季，20MW的太阳能系统将以10MW的瞬时功率达到峰值。这比期望的1MW可调度的功率需求大一个数量级。需要消耗额外的能量。在“离网”、“微电网岛”或“无电网”设备中，多余的能量不能传输到电网。

此外，尽管太阳能比风能需要更少的空间，但太阳能每1MW的装机功率需要大约1公顷。

抛开商业考虑，在环境敏感区域安置如此大规模的太阳能或风能装机系统是不可取的，与保护环境的事业背道而驰，而且在任何情况下都有可能被拒绝颁发建造许可证。

水力发电

传统的水力发电有几种形式。

(a)水力发电大坝：水在通常使用大坝的高水位水库中被阻挡释放，因此储存重力势动能(gravitational potential kinetic energy)。然后打开阀门或释放装置，以便使水从较高的水位通过涡轮机流向较低的水位。涡轮机与发电机相连，从而产生电能。典型地，水库的水力发电机用于“按需”能量(例如瞬时峰值能量负载需求的次数)。如现有技术中已知的，水力发电在任何发电源中具有最快的响应时间。水力发电大坝也被用来帮助平衡国家电网及其配电网内的电力流动。产生的电量超过了现场消耗的电量。传统的水力发电站是专门设计来产生能量(超出本地用户需求)并传输到国家电网以进行分配和销售。这种形式的水力发电机有很长的发电停机时间段，与此同时水库从自然水流中向其补充能量。

(b)抽水蓄能：在抽水蓄能水力发电中，多余的电网能量被用来从较低水位向较高水位的水库抽水。这种形式的传统水力发电是一种动能储存设备。抽水蓄能水电也需要电网连接。抽水蓄能也需要停机时间将水抽到较高的水库中。抽水蓄能遭受双重损失，一方面是由于往上抽水产生的损失，另一方面则是由于水被释放通过涡轮机进行发电产生的损失。现有技术普遍认为能量损失为20％至25％。因此，例如，用于将水往上抽到更高水位的1MW能量在水被释放出来发电时将发电大约750kW。

(c)径流式水电站：这种传统形式的水力发电是在没有水库或水坝的情况下由自然流动的水产生的；低堰可以被用于控制进入系统的水流量。商业形式的径流式水电站通常被设计成最大化年发电量；这些能量被出售给国家电网。

(d)海洋水力发电：这是一种新的水力发电形式。虽然它仍处于开发阶段，但它也没有显示出提供高容量因数的潜力。这是因为它依靠的是潮流或波浪运动(分别是正弦和间歇性的)。海洋水力发电的当前技术也正在发展为国家电网能源解决方案，并且同样需要并网。

(上文的)表1和表2中的水力发电的容量因数是从传统水力发电类型导出的。所有形式的传统水力发电的共同特点是，尽管它们的容量因数比风能和太阳能都高，但传统水力发电是间歇性的，并且依赖于国家电网。

因此，传统水力发电不是EV充电网络的合适解决方案，EV充电网络可以“离网”运行，因为它们不是被设计为总是接通的，并且它们需要电网连接。

地热发电

地热可以达到CF>70％。但是，由于地热运行(将水注入热的地下岩层)，导致周期性的(有时是永久性的)地下冷却发生。这可能会导致意外的发电中断，甚至永久停止发电。这种现象极难预测。此外，地热发电厂的平均寿命为30年。维护良好的水力发电厂的寿命将是同等功率输出的地热发电厂的寿命的两倍或三倍。最后，地热会导致地下化学物质向大气排放。因此，相对于水力发电，地热是第二选择。

储能

任何孤立的“离网”“微电网岛”或“无电网”设备都必须完美地平衡发电和负载。电网级电池可以用于电力平衡。电网级电池还用于储存产生的电力以备以后使用(储能)。然而，电池储存是昂贵的，并且安装成本目前高达每MWh 30万美元。例如，2017年在澳大利亚安装的霍恩斯代尔储能系统(Hornsdale Power Reserve)(“特斯拉大电池”)的成本约为129MWh 5000万美元。

使用化石燃料充电的EV

上文表1和表2中的数据以及图1至图3中示出的图形数据提供了当前传统可再生能源及因此所用的系统的局限性的证据，表明它们不能输送可调度的电力。特别是在需要可调度的电力供应的地方(例如商业EV充电点)，上述能源并不能独立发挥作用。因此，电力供应的其余部分必须由燃烧化石燃料产生的电力来补充。

在绝大多数情况下，EV充电点都是从不可再生的能源中接收它们的电力，因此无法实现清洁出行的目的。关于向动力交通工具输送能量，在内燃机中燃烧不可再生能源实际上比在发电站中燃烧更有效。由于发电站和EV之间的传输损耗，在发电站中用于EV的电能产生效率较低，于是存在EV所需的必要的新基础设施；这比仅仅让ICE交通工具燃烧燃料对环境的危害更大。并非所有的充电点都有“绿色关税”选项，因此，如果用户想确保减少他们的排放，他们在距离方面受到进一步限制。

当使用化石燃料产生的能量充电时，EV比ICE交通工具对环境造成更大的破坏。

电网与传输

在“离网”位置提供EV充电点存在后勤问题。例如，山区、偏远、无法通行和人口少的区域，在安装适当的国家电网基础设施的完整覆盖范围方面存在实际障碍。

在本领域中众所周知的是，由于电阻损耗和变压器成本，随着发电单元的功率输出减小，传输所产生的能量的可行距离也减小。变压器需要将电力转换成高压交流电，以减少传输损耗。例如，使用技术和成本效益分析，对于使用AC的1000千瓦(kW)的功率，最大可行传输距离为大约20英里。因此，还存在孤立的偏远水力发电资源，它们无法利用电网，并且无法被开发。

如上所述，当人们考虑到要输送1MW的可调度的太阳能时，其将至少需要20MW的太阳能电池板装机容量和具有60MWh以上储能容量的电池，为什么没有建造这样的系统是不言而喻的，更不用说商业运行了。因此，100％可再生的“离网型”EV充电点对商业开发商没有特别的吸引力，和/或在以前进行建造是不可行的。

因此，期望的是在离网型位置提供EV充电点。另外，用电设备期望的是最大化对“绿色”EV充电(即，使用从非燃料、无排放源产生的电力进行充电)的可获得性和使用。更进一步，期望的是提供一种EV充电点，该EV充电点能够在100％的时间运行(即具有100％的容量因数)。此外，期望的是为离网型EV充电点提供商业上切实可行的系统。

离网位置的可调度的功率

上述相同的问题适用于为其它用途提供可调度的离网型功率(即上面表1和表2中的数据)以及图1至图3中所示的图形数据提供了当前传统可再生能源和因此使用的系统的的局限性的证据，表明它们不能输送可调度的功率。特别是在需要可调度的电力供应的地方，例如为家庭、商业(商用)或工业应用提供按需功率，上述能源将不能独立发挥作用。这样，电力供应的其余部分将必须通过燃烧化石燃料(例如用柴油发电机)产生的电力来补充。

可调度的并网功率

“能源三元困境(Energy Trilemma)”

对于所有功率供应，并且尤其是并网功率，由于(i)可持续性、(ii)能源安全性和(iii)可负担性的竞争需求造成了“能源三元困境”。解决该三元困境是所有政府的目标，且也是《巴黎协定》的组成部分。

100％可再生政策

多个国家采取了在十年至四十年内仅转向可再生(可持续)能源的政策。目标是以二氧化碳为重点的有害污染物零排放。因此，“能源三元困境”的另外两个极点(能源安全性和可负担性)正承受着巨大且日益增加的负面压力。

电网运行

电网运营商有两个明显的技术任务。一个是维持电网的平衡和稳定性，而另一个是在发电机和整个电网的最终用户之间输送电力。电网稳定性是能源安全的前提。出于技术原因，需要的是防止例如因向最终用户输送的能量(电力)的电压和/或频率的变化造成停电(能量损失)和设备损坏。在负载使用模式瞬间变化的同时保持电网稳定性是一项复杂的任务，且即使相对于设定的参数的微小偏差也可能产生严重的后果。如果发电量不可预测地变化，则维持瞬时平衡的困难就会加剧。

因此，从可再生资源向电网提供可调度的按需功率是特别有利的，并且通过支持电网稳定性，有助于支持能源三元困境中的“能源安全性”极点。

发电可变性

风力和太阳能发电的各自的功率输出是可变的。可变性的问题在于，它会输送间歇性的能量，破坏电网稳定性，从而降低能源安全性。因此，需要额外的能源(例如化石燃料或核能)。

可调度的电力

可再生能源造成的困境和能源三元困境中的“能源安全性”极点在例如www.entura.com.au/dispatchable-renewables-a-contradiction-in-terms/(Entura；Lee，T.，2017年7月，“Energy Storage in PJM”)和kleinmanenergy.upenn.edu/sites/default/files/Energy％20Storage％20in％20PJM.pdf(宾夕法尼亚大学的Kleinman中心)被认识到，其中指出“间歇性的可再生能源...可能是无法调度的”。

产能过剩

从技术上讲，可能会产生足够的供过于求的无排放可再生能源发电，以确保可持续性和能源安全性。然而，这将对可负担性造成巨大的上行压力，可负担性是能源三元困境的第三个极点。因此，产能过剩不是切实可行的解决方案。

技术资格：可调度的能源

为了参与可调度的能源市场：(例如，PJM，世界上最大的电网运营商)，系统必须在三次测试中输送75％的可调度的功率(PJM手册12-第4.5.2节平衡运行-www.pjm.com/-/media/documents/manuals/ml2.ashx？la＝en。

技术资格：同步储备容量市场

可再生能源被禁止进入该市场(PJM手册11第4.2.1节-www.pjm.com/-/media/committees-groups/committees/mic/20180404/20180404-item-06b-manual-ll-revision-94.ashx)：“在市场清算过程期间，不能可靠地提供同步储备服务的其它资源类型的第1层估计值应设置为0MW。这样的资源类型包括但不限于：核能、风能、太阳能、储能资源和水力发电机组”。但是，将能够通过“只有在其三个连续得分达到75％[质量负荷标准]或以上的情况下，才能对资源获得认证”(PJM手册12：平衡运行修正：39-第4.2.5节www.pjm.com/-/media/documents/manuals/ml2.ashx？la＝en)，这是本发明的可调度的基本特征。

技术资格：8小时至10小时储存放电

Lee T.，2017年7月发布的技术要求，“Energy Storage in PJM”(上文)包括要求进入容量市场的电池必须符合10小时不充电的规定(参见例如www.utilitydive.com/news/pjm-ceo-sees-ferc-storage-order-as-threat-to-demand-resource-penetration-in/554877/)。在该文章中，储能官员明确认识到了这一问题，并表示了对PJM容量市场内10小时放电要求的担忧，因为技术进步尚未产生8小时或10小时的连续电池持续时间”。

本发明寻求改进现有技术和/或解决、克服或减轻现有技术的至少一个缺点。

发明概述

根据本发明，提供了一种可调度的离网型功率供应，该可调度的离网型功率供应具有至少25kW的可调度的功率输出(P_D)，该可调度的离网型功率供应包括：

(i)基础发电机，该基础发电机选自由以下项组成的组中的至少一项：水力发电机和地热发电机。

(ii)次级发电机，该次级发电机包括至少一个可再生发电机；

(iii)电池；和

(iv)功率传输装置，该功率传输装置用于将所产生的功率传送到至少一个用电设备。

可调度的功率供应还可以称为可调度的功率供应系统。

在某些实施例中，可调度的功率供应是可调度的离网型功率供应。在某些实施例中，它是可调度的离网型发电站。在某些实施例中，它是离网型电动交通工具充电站。

在某些实施例中，功率传输装置是至少一个电动交通工具充电点。因此，用电设备是至少一个电动交通工具。在这样的实施例中，可调度的功率供应可以是离网型电动交通工具充电站。

在某些实施例中，用电设备是电网连接，即用电设备是电网或位于电网上的用电设备。

在用电设备是电网连接的情况下，电池优选地位于电网连接附近，例如邻近变电站或在变电站处。在这样的实施例中，可以提供变压器和逆变器以用于将产生的功率以AC传输到电池/变电站。

可选地，功率供应可以支持“黑启动(black start)”，例如具有如本地电网运营商指定的功率输出和服务持续时间。

可选地，功率供应可以提供有附加的电池储存器，以用于来自用电设备(例如如由本地电网运营商指定)的负载平衡(即，吸收能量)。

基础发电机还可以称为主发电机。

在某些离网型实施例中，可调度的功率供应是独立的。优选地，可调度的功率供应不连接到微电网。在某些实施例中，可调度的功率供应不连接到任何电网。

基础发电机

优选地，基础发电机是水力发电机。在某些实施例中，地热发电机被用作基础发电机。

优选地，水力发电机与水源流体流动连通。水源可以是河流、大坝、瀑布、地下河等。优选地，水源是河流。优选地，水力发电机是“径流”型的。

特别优选的水力发电机是WO 2010/020779中公开的水力发电机，其中发电机的主要部件储存在地下，并且因此环境影响显著降低。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，还可以使用其它水力发电机，并且本发明并不意图在这方面受到限制。

在某些实施例中，基础发电机具有等于或大于可调度的功率输出(P_D)的最大功率输出(P_B-Installed)。当P_B-Installed大于P_D时，P_B-Installed减去P_D的附加的规模被称为P_B-Oversize。

在某些实施例中，基础发电机具有等于可调度的功率输出(P_D)的最大功率输出(P_B-Installed)。

P_B-Installed＝P_D+P_B-Oversize

优选地，基础发电机具有至少50％的年化容量因数(CF_B)。优选地，基础发电机的容量因数为至少60％。更优选地，基础发电机的容量因数为至少70％。更优选地，基础发电机的容量因数为至少80％。更优选地，基础发电机的容量因数为至少90％。

在某些实施例中，基础发电机的容量因数(CF_B)小于100％。在一些实施例中，基础发电机的容量因数(CF_B)小于99％。在一些实施例中，基础发电机的容量因数(CF_B)小于95％。

对于基础发电机，水力发电机是优选的，因为就其电功率输出而言，水力发电机通常比地热发电机更容易预测。水力发电厂的寿命也比地热发电厂的寿命长。熟悉本领域的技术人员将知道，风能发电和太阳能发电很少(如果有过的话)达到50％以上的容量因数，50％的容量因数是本发明中对基础发电机的最低要求。因此，由于这个原因和下面探讨的原因，太阳能和风能都不能用作本发明的主发电机。

如下文所述，可以设计和制造水力发电设备，以提供更高的年化容量因数。这与依赖不可预测的天气模式的太阳能和风能形成对比。特别是，水流比风速更容易预测。

尽管水力发电每天、每个季节和每年都有变化，但是这些又都是可以预测的。在任何情况下，水流(以及因此的发电量)的波动都远没有风能和太阳能(例如，白天和黑夜)的波动大，因此使水流成为更可靠的能源。如果有足够的水流，则水力发电机将每天24小时发电。径流式水力发电机在本发明中特别有利，因为这样的发电机可以根据现场规范进行设计和制造，以便提供期望的容量因数(CF_B)。且因此，可以相应地构造和配置可调度的功率供应。此外，径流可能是小规模的，并且对环境的影响极低。

在基础发电机是水力发电机的情况下，可以对其进行配置或改造(adapt)，使得可以减少或停止发电。例如，它可以被配置或改造为使得在次级发电机的峰值运行时可以减少或切断通过涡轮机的水流。因此，这可以用作控制机构，以便平衡其系统中的电力。不从发电系统中产生尽可能多的能量是有违常理的。然而，在本发明中，(通过简单地减少或切换水力发电机的发电)牺牲了多余的能量(即，瞬时功率输出大于P_D)，以便维持系统内的能量平衡；并且因此，维持了系统的完整性(integrity)。

因此，优选地，可调度的功率供应附加地包括控制装置(例如，控制模块)，该控制装置减少或停止基础发电机的发电。

为了确定基础发电机将产生的平均功率(P_B-Average)，该发电机的最大功率输出(即其装机容量(P_B-Installed))乘以基础发电机容量因数CF_B。优选地，基础容量因数CF_B是平均年化容量因数。通过以下等式给出：

P_B-Average＝P_B-Installed×CF_B

为了确定平均“缺失”能量，从P_D中减去P_B-Average，以提供次级发电机源所需的平均缺失功率(P_M-Average)(如果有的话)，由以下等式给出：

P_M-Average＝P_D-P_B-Average。

该结果对于初始场地勘察、分级(ranking)、场地间比较、初始场地设计迭代和一次通过可行性分析至关重要。然而，平均值不足以进行最终系统设计。

设计容量因数

下面提供了如何可以通过改变相关参数来设计水力发电功率输出的示例。使用以下等式确定水力发电功率输出：

P＝g×v_f×h×e；

其中：

·P是输出功率(kW)

·g＝9.8m/s²是由于重力引起的加速度，单位为米/秒平方；

·v_f是水的体积流量，单位为立方米每秒(m³/s)；

·h是水头(head)(垂直高度),单位为米(m)；和

·e是效率，它是系数值。这是作为由于效率低下(例如，摩擦力、阻力等但不包括能量传输中的损耗)导致的系统损耗后剩余的功率百分比。

随着基础发电机的容量因数增加，功率输出降低。因此，存在折衷方案(可针对每个站点独立计算)和最大容量因数，对此，水力发电机变得无效和/或在商业上不适用。因此，在水力发电机仍然有效的点上容量因数的上限可以是大约50％到高达100％。

通过调整“涡轮设计流量”的大小，可以控制任何给定水力发电机的CF_B，这决定了已装机的最大功率容量P_B-Installed。对于本领域技术人员来说明显的是，涡轮机的功率输出和设计将影响CF_B。如前所述，CF_B计算为一年内发电机系统满负荷有效运行时间的平均百分比。水力发电机的功率输出与“涡轮机设计流量”成比例。在“径流式”水力发电机中，较低的功率输出(且因此较低的“涡轮机设计流量”)对应于系统将以较高的CF_B、最大功率发电的较大时间百分比。

确定水力发电站的总潜在功率输出容量的大小需要进行水文建模，因为每个站点都是唯一的。本领域已知并且本领域技术人员将会知道，特定站点的历史流量数据可以被建模为流量超越或流量持续时间曲线。流量超越曲线具有时间轴(如x轴)和水流轴(如y轴)的百分比。该曲线显示了针对每个时间百分比等于或超过哪个流量的概率。图5显示了苏格兰的一个站点的示例性流量超越曲线。洪水情况使曲线呈非线性。因此，平均流量Q_mean一般下降30％左右，而不是50％。在图5所示的示例站点中，Q_mean约为2.65m³/s。流量超越曲线通常是一年的模型，并且提供了有价值的数据，这可以在选择适合水力发电机的站点时被使用。

因此，通过涡轮机的最大流量(功率输出)可以通过以下方式进行设计：使用传统的水文建模并通过迭代方法，使用上述等式并考虑特定水力发电机系统的摩擦和运行效率造成的损失。因此，操作人员可以调整水力发电机的“涡轮机设计流量”，以便使系统的CF的值最大化。通过计算功率输出(或预测功率输出)，就有可能获得位于该站点的水力发电机的容量因数的精确历史值。

首先，在各种“涡轮机设计流量”下(即迭代地)计算功率输出。接下来，计算每年产生的总能量。最后，使用以下公式计算系统年化发电容量因数CF：

下表显示了关于图5中提到的同一个苏格兰站点的流量、功率和能量之间的迭代以及关系的示例。每个站点会给出不同的结果，但每个案例的总体趋势是相似的。

表3：

因此，在该站点，运行1.52MW功率的水力发电涡轮机(提供90％的发电容量因数)将需要1.03m³/秒的“涡轮机设计流量”。同样地，在这个站点建设具有较低的容量因数的水力发电系统将每年产生更多的能量。

假设电力的批发价格是固定的，那么很明显，较低的容量因数会产生更多的钱，因为较低的容量因数每年产生更多的电力。本领域的技术人员知道，在大约30％的容量因数以下，这种情况就不再成立。本发明人已经发现，径流式水力发电机可以通过显著降低功率输出来实现非常高的容量因数。在现有技术中，降低(可再生或其它)发电机的功率输出在商业上是不可取的，因为结果是可以出售的能量更少。

提取更少的水具有附加的重要设计目标和好处，即造成相对较少的直接环境影响。

由于通过改变“涡轮机设计流量”来调整容量因数的这种能力，水力发电机提供了必要的功能来实现可靠的离网型发电。

本发明的第一个违背常理的步骤是使用非常高的水力发电机容量因数，从而减少在现场可能产生的能量。有意牺牲能源产生的回报是发电可靠性、可预测性和系统稳定性的显著提高。优选地，基础发电机的容量因数为至少50％。在一些示例性实施例中，容量因数为至少60％。优选地，由于上面列出的原因，容量因数为至少70％。更优选地，容量因数为至少80％。理想情况，容量因数为至少90％。为了实现等于或大于基础发电机的最大功率输出的可调度的功率输出，本发明包括(在下文中更详细地描述的)至少一种类型的次级发电机和储能设备，以便在本发明内持续和永久地平衡负载和发电。

次级发电机

次级发电机优选包括以下类型的可再生能源发电机之一：太阳能发电机和风能发电机。

虽然太阳能和风能要么是天生不可预测的，每天都变化很大，要么两者兼而有之；这两种可再生能源都具有提供备用发电的能力。这是本发明提供的解决方案的第二个违背常理的步骤，商业太阳能发电场和风能发电场通常是连接电网的。

在本领域中众所周知的是，可能导致水力发电减少的特别干燥的日子通常与高太阳辐射的日子重合。风能和太阳能都是用于备用发电的目的的合适候选者。优选地，次级发电机是太阳能发电机，因为阳光最充足的日子通常与水流量最低的日子重合。

已经看到太阳辐射比风速变化更容易预测(参见附图中的图1至图3)，因此次级发电机优选为太阳能发电机。这可以包括但不限于光伏系统阵列、聚光太阳能发电(CSP)单元或它们的组合。

合适的风能发电机包括但不限于陆上风力涡轮机、海上风力涡轮机、水平轴风力涡轮机、垂直轴风力涡轮机以及本领域已知的其它合适的风力发电系统。自然，可以适当地提供一个或更多个风力涡轮机。

在某些实施例中，次级发电机包括风能发电机和太阳能发电机的组合，以便为本地条件提供最可靠的电源。

次级装机容量

在一些实施例中，可调度的功率供应具有峰值瞬时非基本所需功率输出(P_M-Peak)。熟悉本领域的技术人员将知道，特定站点的传统水文分析将以例如1分钟、5分钟、10分钟或15分钟的增量提供水流的历史记录。对特定站点的这种分析将计算基础发电机的瞬时最小功率输出(P_B-Low)：

P_M-Peak＝P_D-P_B-Low

熟悉本领域的技术人员将知道，存在分析工具来预测在任何特定位置的太阳辐射或风速。该技术然后允许分别计算太阳能和风能的容量因数，因为它们对于任何特定位置都具有不同的容量因数。操作员执行使用这种分析的设计迭代，以选择太阳能将产生多少比例的P_M-Peak，并且如果有风能的成分，则风能将会产生多少比例的P_M-Peak。次级发电的分离(如果有的话)用(S_S)和(S_W)表示，这两个百分比总计是100％。(S_W)根据(S_S)的值决定。太阳能部分的大小决定了风能部分，因为出于上述原因，太阳能作为次级发电机优于风能。太阳能所需的缺失功率由下式给出：

P_S-Required＝P_M-Peak×S_S

并且对于风能，由下式给出：

P_W-Required＝P_M-Peak×S_W

CF_Secondary是仅当基础发电机产生的功率小于可调度的功率(P_D>P_B)时的那些天或部分天的平均周期容量因数。次级发电机所需的装机发电容量由下式给出：

CF_Secondary对太阳能和风能有不同的值；分别是CF_S和CF_W。在次级发电机有太阳能部分和风能部分的情况下，则上述等式分别用于两种技术。对于太阳能，装机功率由下式给出：

并且对于风能，装机功率由下式给出：

储能额定功率

熟悉本领域的技术人员将知道，在电隔离系统中，储能设备的额定功率必须等于或大于与其相连接的发电源的峰值输出。额定功率描述储能设备充电或放电的瞬时最大功率容量。

基础发电机设计为尽可能长的时间以100％的功率因数运行。因此，由下式给出，基础发电机的额定功率PR_B等于其最大瞬时功率输出：

PR_B＝P_B-Installed

优选地，单个(风能或太阳能)次级发电机具有瞬时峰值容量因数(CF_{Secondary-Peak})；它是在适当的时间点(例如阳光最强烈的瞬间或最高的可操作瞬时风速)计算的。次级发电机所需的额定功率(PR_Secondary)由下式给出：

PR_Secondary＝P_{Secondary-Installed}×CF_{Secondary-Peak}

太阳能和风能具有不同的峰值功率因数(CF_{Secondary-Peak}和CF_W-Peak)。使用上述等式，太阳能的额定功率由下式给出：

PR_S＝P_S-Installed×CF_S-Peak

并且风能部分的额定功率由下式给出：

PR_W＝P_W-Installed×CF_W-Peak

当次级发电机同时具有太阳能部分和风能部分时，太阳能和风能的额定功率相结合，以给出由下式给出的次级发电机的额定功率：

PR_Secondary＝PR_S+PR_W

不需要将主额定功率添加到次级额定功率中。如上所述，水力发电机可以通过降低取水量(从而降低瞬时发电量)来控制。当次级发电机达到峰值的那些时候，本发明控制输入到储能设备的功率可以通过减少或停止从基础发电机的发电来控制(例如，使用控制模块，见下文)。

优选地，储能设备具有至少等于以下两者中较大者的存储额定功率(PR_Installed)：

(a)PR_B，和

(b)PR_Secondary

其中

PR_B是基础发电机的额定功率要求，并且其等于或大于基础发电机最大功率输出(P_B-Installed)；以及

PR_Secondary是次级发电机的额定功率要求，并且其等于或大于P_{Secondary-Installed}×CF_{Secondary-Peak}，其中CF_{Secondary-Peak}是次级发电机的瞬时峰值功率因数。

在某些实施例中，例如那些电池的全部容量将在短时间段内放电的实施例，或者其中没有PR_Secondary的实施例，期望的功率消耗率可以大于PR_Installed。例如，在至少一个用电设备是至少一个电动交通工具充电点(例如，多个电动交通工具充电点，更具体地，被设计为同时运行的多个电动交通工具充电点)的实施例中，PR_Installed可以至少等于至少一个电动交通工具充电点的总功率输出。因此，在具有至少一个电动交通工具充电点的实施例中，该至少一个电动交通工具充电点包括全部被设计为同时运行的一个350kW充电点、一个150kW充电点、两个50kW充电点和五个7kW充电点，PR_Installed可以至少等于635kW。

储能容量

优选地，储能使用目前可用的最有效的技术：电网级电池目前是储能设备的优选形式，并且在下文被提及，并且本发明并不意图在这方面受到限制。

储存通过以例如千瓦时(kWh)、兆瓦时(MWh)或千兆瓦小时(GWh)为单位的能量来衡量。为了计算电池所需的最小储存量，必须分别处理每种发电机技术。发明人已经确定，基础发电机所需的最小储能(ES_B)由下式给出：

ES_B＝P_B-Installed×0.5

对于太阳能，(ES_S)由下式给出：

ES_S＝PR_S×3

以及，对于风能，(ES_W)由下式给出：

ES_W＝PR_W×10

次级发电机所需的储能容量(ES_Secondary)由下式给出：

ES_Secondary＝ES_S+ES_W

装机所需的储能容量(ES_Generator)由下式给出：

ES_Generator＝ES_B+ES_Secondary

优选地，次级发电机不是水力发电机或地热发电机。

运行时间

在某些实施例中，可能不期望或没有必要每天24小时提供可调度的功率。例如，对于商业场所或工业场所，设置的运行时间可能意味着仅在那些运行时间期间必须提供可调度的功率供应。

例如，在可调度的功率供应是EV充电站的情况下，出于多个原因，运营商可能决定或者可能不能每天24小时开放EV充电站。例如，在一些国家公园中，交通工具在黑暗的时间期间被限制通行。相反，例如，设想了可能只在黑暗的时间期间运行的自动驾驶交通工具的运营商。

如果来自可调度的功率供应的功率没有在合理稳定的负载下每天被消耗24小时，例如，如果EV充电站没有在合理稳定的充电交通工具的负载下每天运行24小时，则可能需要附加的储能。其中，T是运行时间(每天以小时计)。

当来自可调度的电源的功率(ES_Downtime)未被消耗时(例如，EV充电站(例如离网型电动交通工具充电站)不为交通工具充电)，为电池充电所需的最小存储量由下式给出：

ES_Downtime＝P_D×T

因此，考虑到每天少于24小时的运行时间(ES_Installed)的总的储能电池容量要求由下式给出：

ES_Installed＝ES_Generator+ES_Downtime

减少运行负荷充电时间相应地增加了可在运行时间期间输送的可调度的功率。在减少的时间内可调度的能量的增加(P_D-Bonus)由下式给出：

P_D-Bonus＝ES_Downtime/T

例如，通过每天仅运行12小时，有效可调度的功率可以在12个运行小时内翻倍。

可选地，操作员可以决定在本发明不运行时将其关闭。在运行时间期间，可调度的功率将保持恒定在(P_D)。这个实施例将消除对ES_Downtime的额外的电池资本成本的需求。

发明人设想了，一些运营商可以在没有存储容量的情况下开始站点运行，以在不消耗来自可调度的功率供应的功率的同时充电产生的能量(例如，EV充电站是“关闭的”(即，不对EV充电))。随着可调度的电源的功率需求增加(例如，EV充电需求随着EV交通工具销量的增加而增加)，可以安装附加的存储，并通过初始安装获得的收入进行支付。

电池

电池是适合储存电能的任何合适的部件。如本领域中已知的，它可以包括耦合在一起的多个电池单元或电容器，并且本发明不必意图在这方面受到限制。电池是出于多个技术原因而被需要的：

(a)电池系统为主发电系统和次级发电系统提供支持。它是通过提供管理来自整个系统的功率输出以及系统内的能量的能力来做到这一点。

(b)电池可以在几分之一秒的时间内被充电和放电，使其能够在即使主发电系统或次级发电系统经历任何故障或中断的情况下也保持发电状态平稳。

(c)电池系统还可以保持电荷和能量，使其能够变动功率分布以满足可变需求。

(d)这使得系统可靠和稳健，能够自我平衡和维护，并且独立于外部电网基础设施运行，而是能够最大限度地利用一个或更多个免费的可再生发电源来提供功率。电池被需要以能够与独立的发电机结合，从而提供可预测的可调度的功率。

电池安装成本目前高达每MWh 30万美元。因此，为了降低系统成本(从而使其成为商业上可行的解决方案)，期望的是尽可能减少电池储存容量。

当基础发电机是水力发电机时，并且为了减少所需的电池容量，流入基础发电机的水可以减少或停止。这意味着在次级发电机输出峰值功率时，基础发电机可以被切断。这降低了在次级发电机正在达到峰值时(正如我们在上面探索的那样，不太可预测)对用于储存来自基础发电机的能量的附加的电池容量的需求。

可调度的功率输出

优选地，可调度的功率供应具有至少25kW的总可调度的功率输出(P_D)。更优选地，可调度的功率供应具有至少50kW、75kW、100kW、200kW、250kW、300kW、400kW、500kW、750kW或1000kW的总可调度的功率输出(P_D)。在某些实施例中，总可调度的功率输出大于1000kW。

在可调度的功率供应是至少一个电动交通工具充电点的情况下，该至少一个电动交通工具充电点可以是多个电动交通工具充电点，使得一个以上的EV可以在单个EV充电站中同时进行充电。

控制模块

优选地，可调度的功率供应另外包括控制模块。

控制模块优选地包括控制电路和/或控制装置，该控制电路和/或控制装置被配置为控制来自基础发电机和/或次级发电机的功率输出，并被配置为控制向电池提供功率和从电池提供功率。优选地，控制模块被配置为输送来自基础发电机、次级发电机和电池的总可调度的功率输出(P_D)。如何确切地做到这一点将取决于多种因素，例如一年中的时间、天气条件(太阳、风和雨的量以及水力发电机相对应的可获得的水的量)。优选地，在基础发电机是水力发电机的情况下，基础发电机包括致动器、开关或控制装置以控制来自该基础发电机的功率输出。例如，在基础发电机是水力发电机的实施例中，这可以是控制水流入(即，水进入)水力发电机的可移动屏障或阀系统的形式。在次级发电机是风能发电机的实施例中，风能发电机可以包括控制装置，该控制装置用于例如通过改变风能发电机的叶片角度控制来自该风能发电机的功率输出。在次级发电机是太阳能发电机的情况下，太阳能发电机可以包括控制装置，该控制装置用于调节太阳能电池的定位或角度，以便控制来自太阳能电池的功率输出。上述示例不是穷举性的，并且合适的控制装置是众所周知的，并且对于本领域普通技术人员而言将容易是明显的。

例如，在基础发电机是水力发电机而次级发电机是太阳能发电机的实施例中，控制装置可以被配置为控制由水力发电机产生的功率的量。例如，在次级发电机(太阳能发电机)能够产生足够的功率的情况下，可能期望的是减少基础发电机(水力发电机)产生的功率以便减少使用的水的量和/或避免产生多余的电功率。

优选地，控制装置适于或被配置为控制提供给电动交通工具的功率。优选地，控制装置包括通信装置，例如数据通信装置，诸如移动电话、蜂窝数据或卫星通信装置。优选地，控制装置适于或被配置为与交易处理装置通信，以便获得和/或提供充电授权和充电发票。

优选地，控制模块包括计算机或数据库，该计算机或数据库被配置为管理基础发电机和次级发电机以及电池的功率输出，使得可调度的功率输出(P_D)保持恒定。对于本领域技术人员将明显的是，已知的管理软件可能适合于该目的。

控制模块还能够跨时间为不同的EV输送不同的充电水平。

DC功率传输

优选地，来自各个部件的输出电功率是DC(直流电流)。优选地，各个部件之间的电功率传输是DC。

优选地，可调度的功率供应被配置为或适于用于各个部件之间的以DC进行电功率传输。

优选地，各种部件之间的电功率传输系统是DC电功率传输系统。

优选地，各种部件之间的电互连是DC电互连。

更优选地，这是关于基础发电机、次级发电机和电池。

更优选地，这是关于基础发电机、次级发电机、电池和至少一个电动交通工具充电点。

优选地，各个部件之间的电功率连接在不大于4km(即小于或等于4km)的距离上。

诸如水力发电机、地热发电机、风能发电机和太阳能发电机的发电机产生直流电流(DC)能量输出。DC电功率输出被转换成AC(交流电流)以用于传输，特别是用于连接和传输到本地电网和国家电网。这种转换需要使用DC到AC逆变器和变压器。这引入了逆变器损耗和变压器损耗形式的显著损耗以及逆变器和变压器的资本成本。

优选地，可调度的功率供应不包括>5Kw的逆变器。

这样的实施例可以在提供对太阳风暴或其它电磁事件有适应力(resilient)的可调度的功率方面特别有用。特别是，变压器/逆变器的缺少降低了对电磁事件造成的损坏的敏感性。

在某些实施例中，可调度的功率供应的组成部件和用电设备位于10km半径内。在某些实施例中，它们位于5km半径内。在某些实施例中，它们位于2km半径内。在某些实施例中，它们位于1km半径内。在某些实施例中，它们位于500米半径内。这种受限半径的提供降低了电磁事件引起的电感应和后续损坏的可能性。

在某些实施例中，可调度的功率供应还设置有位于法拉第笼(Faraday cage)内的备件。在这样的实施例中，备件没有电连接到基础发电机、次级发电机(如果存在)、电池或功率传输装置。

电动交通工具充电点

电动交通工具充电点在本领域中是众所周知的，并且对于技术人员来而言将是容易明显的。优选地，至少一个电动交通工具充电点包括现有电动交通工具充电点的已知特征，包括但不限于充电电力电子器件、充电连接器、用于将功率从电力电子器件传输到充电连接器的电缆。

优选地，至少一个电动交通工具充电点包括如本领域公知的合适的安全措施，以防止短路、电熔断、电涌等。

优选地，可调度的功率供应(例如离网型充电站)包括多个电动交通工具充电点，使得在任何给定时间可以给一个以上的EV充电。

优选地，至少一个电动交通工具充电点具有至少7kW的功率输出。优选地，功率输出为至少10kW、20kW、30kW、40kW、50kW、130kW、150kW、350kW、500kW或1000kW。

优选地，可调度的功率供应是离网型电动交通工具充电站。优选地，可调度的功率供应包括至少一个电动交通工具充电点，更优选地，可调度的功率供应包括多个电动交通工具充电点，并且可调度的功率供应被配置为和/或适于多个同时充电和连续服务。

电动交通工具

电动交通工具包括可以使用本发明的可调度的功率供应进行充电的任何和所有电力驱动的交通工具。具体而言，它们包括但不限于小汽车、货车、卡车、公共汽车、长途汽车、电单车和摩托车(特别是，电动电单车和电动摩托车)、轻便摩托车、轻型交通工具、中型交通工具、大型交通工具、四轮摩托车、小型公共汽车、拖拉机和其它农用交通工具、履带式交通工具、自行车和船。

仅基础发电机

根据本发明的第二方面，提供了一种可调度的功率供应，该可调度的功率供应具有至少25kW的总可调度的功率输出(P_D)，该可调度的功率供应包括：

(i)基础发电机，该基础发电机选自由以下项组成的组中的至少一项：水力发电机和地热发电机；

(ii)电池；以及

(iii)功率传输装置，该功率传输装置用于将所产生的功率传送给至少一个用电设备。

可调度的功率供应还可以称为可调度的离网型功率供应系统。

在某些实施例中，可调度的功率供应是可调度的离网型功率供应。在某些实施例中，它是可调度的离网型发电站。更优选地，它是离网型电动交通工具充电站。

在某些实施例中，功率传输装置是至少一个电动交通工具充电点。因此，用电设备是至少一个电动交通工具。

对于本领域技术人员而言明显的是，在天气可合理预测的区域(即河流流量或水源流量是特别地可预测的，例如无动力坝的最小环境释放)，将有可能实现全年100％的容量因数。因此，本发明提供了可靠的、始终接通的、完全离网型的和可再生能源来源的EV充电点。

优选地，基础发电机是水力发电机。

优选地，电池具有来自主发电机的额定功率(PR_B)，该额定功率(PR_B)等于或大于基础发电机的装机容量(P_B-Installed)。

适应力

在增强可调度的功率供应的适应力的实施例中，例如对于太阳风暴或其它电磁事件，

在可调度的功率供应被提供在可接近性受限的站点(例如，距主要人口中心相当远的距离)的实施例中，特别是对于离网型可调度的功率供应，

其它方面

根据本发明还提供了一种给电动交通工具充电的方法，该方法包括以下步骤：将交通工具置于与可调度的功率供应(例如，与至少一个充电点)的充电连接中，并且给电动交通工具充电。在特定实施例中，可调度的功率供应是可调度的离网型功率供应。

优选地，电动交通工具通过充电电缆连接到可调度的功率供应(至少一个充电点)。充电电缆可以是电缆组件。充电电缆/电缆组件用于在电动交通工具和充电点之间建立连接(充电连接)。优选地，充电电缆/电缆组件被固定到可调度的功率供应并包含在该可调度的功率供应中。可替代地，它可以与可调度的功率供应和电动交通工具分离。优选地，充电电缆/电缆组件包括进行适当连接所需的柔性电缆、交通工具连接器和/或插头。优选地，充电电缆是如IEC 62196-1(国际电工委员会；www.iec.ch)所定义的电缆组件。优选地，充电电缆包括至少第一插头/连接器，更优选地，充电电缆包括交通工具连接器。

优选地，可调度的功率供应(特别地，在可调度的功率供应是电动交通工具充电站的情况下)符合IEC 61851-1，更优选地符合IEC 61851-1：2017。

优选地，充电电缆/电缆组件符合标准IEC 62196。更优选地，充电电缆/电缆组件符合IEC 62196-1、IEC-62196-2和/或IEC 62196-3。

合适的IEC 62196连接器类型包括类型1、类型2、CCS1、CCS2、CHAdeMO、Combo1、Combo2、SAE J1772、SAE J3068。

除非上下文另有指示，否则每个方面的多种可选特征同样适用于其它方面。

实施例

除非上下文另有指示，否则词语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprising)”等应以包容性的含义而非穷举的含义来解释(即“包括但不限于”的含义)。这些术语确实包括其中并未进一步呈现的其它组分的实施例。

在所附的独立权利要求中陈述了本发明的特定方面和优选方面。从属权利要求的特征可以根据需要和适当方式与独立权利要求的特征相结合，而不仅仅是权利要求中明确阐述的特征。

本文提供了本领域普通技术人员能够实现的本发明的公开内容。现在将详细参考本发明的实施例，其一个或更多个示例在下面进行阐述。通过说明本发明而不是限制本发明的方式来提供每个示例。在附图中：

图1是示出了两年中4天期间的每日变化的风力发电场产生的功率的图形表示；

图2是风力涡轮机相对于风速产生的功率的图形表示；

图3是提供的加利福尼亚在2013/2014年每月太阳辐射的图形表示(www.eia.gov/todayinenergy/detail.php？id＝16851；perma.cc/K7FIC-FIPW8)；

图4是根据本发明的至少一个示例性实施例的离网型充电系统的示意图；

图5是示出苏格兰水文站点的超越流量曲线的曲线图；和

图6是根据实施例4-7的连接电网的可调度的功率供应的示意图。

在具体实施例的末尾给出了本文使用的附图标记的列表。在本说明书和附图中对附图标记的重复使用意图表示相同或相似的特征或元素。

实施例1

在第一实施例中，并且参照附图中的图4，提供了一种能够提供100kW的可调度的功率输出(P_D)的离网型电动交通工具(EV)充电站(10)。离网型电动交通工具充电站(10)包括水电发电机形式的基础发电机(11)(也被称为主发电机)。水力发电机与水源流体流动连通，并包括涡轮机和发电机。

离网型电动交通工具充电站(10)还包括电耦合到基础发电机(11)的电池(12)(“电网电池”)的形式的储存容量。太阳能发电机(包括光伏电池)形式的次级发电机(13)也耦合到电池(12)，并且两个发电机(11，13)可配置为从它们相应的可再生能源产生功率并将功率发送到电池(12)。

本发明的部件之间的连接以在每个部分之间延伸的线示意性地被图示。然而，对于本领域技术人员将明显的是，这样的连接可以是被配置为按需传输功率的任何合适的连接，诸如电线、电缆，RF通信等。

控制模块(14)耦合到发电机(11，13)、电池(12)和四个充电点(15)。控制模块(14)是位于站点的计算机。控制模块(14)被配置为使用单独的控制网络与每个相关部件通信，并且在接收到来自电动交通工具充电点(15)的充电信号时发送功率，并且将能量传输到具有负载的充电点(15)。控制模块(14)还被配置为确保每个EV充电点(15)在任何给定时间都具有至少7kW的所需功率输出。控制模块(14)被提供有安全的VPN远程访问。

例如

位置：苏格兰，国家公园区域

用户简介：停车、步行和慢速充电

规格	术语	设计规模
			基础发电机-水力发电(11)	P<sub>B-Installed</sub>	100kW
电网电池(12)额定功率	PR<sub>Installed</sub>	417kW
			电网电池(12)容量	ES<sub>Installed</sub>	1.3MWh
次级发电机-太阳能(13)	P<sub>S-Installed</sub>(即P<sub>Secondary-Installed</sub>)	833kW

如图4所示，在该实施例中，提供了四个25kW的充电点。如下面所示，100kW的可调度的功率可以通过充电点的其它配置进行分配：

实施例2

本发明的第二示例性实施例包括如上所述的基础发电机(11)、电池(12)、控制模块(14)和EV充电点(15)。

在已知可靠能源的情况下，没有必要提供次级发电机。例如，大坝通常可能有最小的水流量或从水库溢出的水，以便允许水向下游流动，从而减少了大坝对环境的影响。因此，一年四季都保证水流量。因此，基础发电机(11)可以按照精确量的水流量的规格来建造，并且电池(12)的规模适当，以便提供本发明的“离网型”、始终接通的EV充电站。

在使用中，电动交通工具充电站(10)为EV交通工具提供离网型、始终接通的电源，并且完全由可再生能源供电。电池(12)和基础发电机(11)结合以提供可调度的功率，使得EV充电点(15)始终可供用户使用。必要时，并且根据现场情况，如果基础发电机(11)未在优选的容量因数下运行，则可以使用次级发电机(13)来补充缺失的容量因数。基础发电机(11)能够限制水的进入(因为它优选地是水力发电系统)，以便不产生多余的能量。这允许储存容量或电池(12)较小，且因此显著降低了建造电动交通工具充电站(10)的成本和环境影响。电动交通工具充电站(10)是完全“离网型”的，因此可以位于尚未连接到本地电网的区域。

实施例3

第三示例性实施例包括在运行时间(上午8点-下午6点)期间具有75kW的典型功率需求和95kW的最大功率需求的商业场所。根据实施例1提供了一种可调度的离网型功率供应，其能够提供100kW的可调度的功率。

实施例4

图6中示出了并网可调度的功率供应(18)形式的第四示例实施例，并且其包括如上所述的基础发电机(11)、电池(12)和控制模块(14)。根据实施例1提供了一种能够提供可调度的功率的可调度的功率供应。不是具有EV充电点(15)，而用电设备是以电网连接(17)的形式被提供。从基础发电机(11)产生的功率被传输到逆变器和变压器(16)，且然后传输到位于电网连接(17)附近的电池12。附加的不可调度的发电(例如在系统达到峰值时)可以被出售到电网上。

实施例5

在8小时3MW储存放电配置中，根据实施例4提供可调度的功率供应。由基础发电机(11)和次级发电机(13)提供1MW的可调度的发电。电池(12)具有16MWh的容量。这提供符合容量市场的要求的8小时3MW的可调度的功率。关于实施例4，从基础发电机(11)产生的功率被传输到逆变器和变压器(16)，且然后被传输到位于电网连接(17)附近的电池12。

实施例6

在16小时1.5MW的储存放电配置(例如，“黑启动”)中，根据实施例4提供了可调度的功率供应。由基础发电机(11)和次级发电机(13)提供1MW的可调度的发电。电池(12)具有8MWh的容量。这提供了符合PJM市场中“黑启动”服务的要求的16小时1.5MW的可调度的功率。关于实施例4，从基础发电机(11)产生的功率被传输到逆变器和变压器(16)，且然后被传输到位于电网连接(17)附近的电池12。

实施例7

在12分钟120MW的存储放电配置中，根据实施例4提供可调度的功率供应。由基础发电机(11)和次级发电机(13)提供1MW可调度的发电。电池(12)具有24MWh的容量。这提供了12分钟的120MW可调度的功率(每24小时可用一次)。这足以替代始终使用的天然气厂运转储备。代替在峰值时段始终使天然气厂运转，本发明将在天然气厂预热时承担120MW的负荷。关于实施例4，从基础发电机(11)产生的功率被传输到逆变器和变压器(16)，且然后被传输到位于电网连接(17)附近的电池12。

实施例8

根据实施例4提供可调度的功率供应。电网连接(17)由本地用电设备和本地电网(例如工业设施)代替。因此，UPS(不间断电源)服务可以为本地用电设备提供，在必要时弥补电网供应功率的短间隙，并在紧急情况下提供功率，以便允许平稳的关停服务。

附图标记结合在权利要求中仅仅是为了便于理解，并不限制权利要求的范围。本发明不仅仅限于上述实施例，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，其它实施例对于本领域的普通技术人员将容易是明显的。

附图标记：

10-电动交通工具充电站

11-基础发电机

12-电池

13-次级发电机

14-控制模块

15-EV充电点

16-逆变器和变压器

17-电网连接

18-并网可调度的电源。

Claims

1.一种可调度的功率供应，所述可调度的功率供应具有至少为25kW的总可调度的功率输出(P_D)，所述可调度的功率供应包括：

(i)基础发电机(11)，所述基础发电机(11)选自由以下项组成的组中的至少一项：水力发电机和地热发电机；

(ii)次级发电机(13)，所述次级发电机(13)包括至少一个可再生发电机；

(iii)电池(12)；和

(iv)功率传输装置，所述功率传输装置用于将所产生的功率传送给至少一个用电设备。

2.根据权利要求1所述的可调度的功率供应，其中，所述基础发电机(11)具有等于或大于所述总可调度的功率输出(P_D)的最大功率输出(P_B-Installed)。

3.根据权利要求2所述的可调度的功率供应，其中，所述基础发电机(11)具有等于所述总可调度的功率输出(P_D)的最大功率输出(P_B-Installed)。

4.根据任一前述权利要求所述的可调度的功率供应，其中，所述基础发电机(10)具有至少50％的年化容量因数(CF_B)。

5.根据任一前述权利要求所述的可调度的功率供应，其中：

(a)所述可调度的功率供应具有峰值瞬时非基础要求功率输出(P_M-Peak)，

(b)所述次级发电机(13)具有容量因数(CF_Secondary)，并且

(c)所述次级发电机(13)的总装机发电容量(P_{Secondary-Installed})等于P_M-Peak×(1/CF_Secondary)。

6.根据权利要求5所述的可调度的功率供应，其中，所述电池(12)的总装机额定功率(PR_Installed)为PR_B和PR_Secondary中的较大者，其中：

PR_B是来自所述基础发电机(11)的额定功率要求，并且PR_B等于或大于所述基础发电机(11)的最大功率输出(P_B-Installed)；以及

PR_Secondary是来自所述次级发电机(13)的额定功率要求，并且PR_Secondary等于或大于P_{Secondary-Installed}×CF_{Secondary-Peak}，其中，CF_{Secondary-Peak}是所述次级发电机(13)的瞬时峰值容量因数。

7.根据从属于权利要求2时的权利要求6所述的可调度的功率供应，其中，所述电池(12)具有等于或大于ES_B+ES_Secondary的存储容量(ES_Generator)，其中，ES_B是所述基础发电机的最小所需能量储存，而ES_Secondary是所述次级发电机的最小所需能量储存容量。

8.根据任一前述权利要求所述的可调度的功率供应，其中，所述次级发电机(13)不是水力发电机或地热发电机。

9.根据任一前述权利要求所述的可调度的功率供应，其中，所述次级发电机(13)选自由以下项组成的组中的至少一项：太阳能发电机和风能发电机。

10.根据权利要求9所述的可调度的功率供应，其中，所述次级发电机(13)包括太阳能发电机和风能发电机。

11.根据任一前述权利要求所述的可调度的功率供应，其中，所述可调度的功率供应具有至少50kW、75kW、100kW、200kW、250kW、300kW、400kW、500kW、750kW或1000kW的总可调度的功率输出(P_T)。

12.根据任一前述权利要求所述的可调度的功率供应，其中，所述基础发电机(11)是水力发电机。

13.根据权利要求12所述的可调度的功率供应，其中，所述水力发电机与水源流体流动连通。

14.一种可调度的功率供应，所述可调度的功率供应具有至少25kW的总可调度的功率输出(P_T)，所述可调度的功率供应包括：

(ii)电池(12)；和

(iii)功率传输装置，所述功率传输装置用于将所产生的功率传送给至少一个用电设备。

15.根据权利要求14所述的可调度的功率供应，其中，所述基础发电机(11)是水力发电机。

16.根据前述权利要求中任一项所述的可调度的功率供应，其中，所述可调度的功率供应是离网型功率供应。

17.根据权利要求17所述的可调度的功率供应，其中，所述可调度的功率供应是离网型电动交通工具充电站(10)。

18.根据权利要求17所述的可调度的功率供应，其中，所述功率传输装置包括至少一个电动交通工具充电点(15)。

19.根据权利要求18所述的可调度的功率供应，其中，所述至少一个电动交通工具充电点(15)具有至少7kW的功率输出。