DE102022106633A1 - Composite of an electrical network, a power plant and a storage power plant as well as methods for balancing the fluctuating power supply of the power plant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verbund aus einem elektrischen Netzwerk (1), wenigstens einem Kraftwerk (2) sowie wenigstens einem Speicherkraftwerk (3) zum Ausgleich einer fluktuierenden Leistungsbereitstellung des Kraftwerks (2) für das elektrische Netzwerk (1), wobei das Speicherkraftwerk (3) zumindest einen elektromechanischen Wandler (4) und der elektromechanische Wandler (4) eine rotierende elektrische Maschine (5) sowie wenigstens einen Rotationsträgheitsspeicher (7) mit einer Drehschwungmasse (8) aufweist und die elektrische Maschine (5), die Drehschwungmasse (8) sowie eine weitere Vorrichtung miteinander verbunden sind. Hierbei ist die elektrische Maschine (5) eine erste rotierende elektrische Maschine (5) und die weitere Vorrichtung ein Bestanteil des elektromechanischen Wandlers (4), wobei die Vorrichtung als eine weitere, zweite rotierende elektrische Maschine (6) oder als eine magnetische Drehmomentkupplung mit einer Verstelleinrichtung zur Beeinflussung einer mechanischen Lastkopplung ausgeführt ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausgleich der fluktuierenden Leistungsbereitstellung, wobei in Lastzuständen des elektrischen Netzwerks (1) und/oder Betriebszuständen des Speicherkraftwerks (3) eine Bereitstellung von Leistung zwischen dem elektrischen Netzwerk (1) und dem Speicherkraftwerk (3) über die erste elektrische Maschine (5), die zweite elektrische Maschine (6) oder beide elektrischen Maschinen (5, 6) erfolgt.The invention relates to a network consisting of an electrical network (1), at least one power plant (2) and at least one storage power plant (3) for balancing a fluctuating power supply from the power plant (2) to the electrical network (1), wherein the storage power plant (3) at least one electromechanical converter (4) and the electromechanical converter (4) has a rotating electrical machine (5) and at least one rotational inertia storage (7) with a rotary flywheel (8) and the electrical machine (5), the rotary flywheel (8) and a other devices are connected to each other. Here, the electrical machine (5) is a first rotating electrical machine (5) and the further device is a component of the electromechanical converter (4), the device being a further, second rotating electrical machine (6) or as a magnetic torque clutch with a Adjusting device is designed to influence a mechanical load coupling. The invention also relates to a method for balancing the fluctuating power provision, wherein in load states of the electrical network (1) and/or operating states of the storage power plant (3), power is provided between the electrical network (1) and the storage power plant (3) via the first electrical machine (5), the second electrical machine (6) or both electrical machines (5, 6).
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbund aus einem elektrischen Netzwerk zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie und wenigstens einem Kraftwerk, wobei das Kraftwerk eine fluktuierende Leistungseinspeisung in das elektrische Netzwerk aufweist und somit im Regelbetrieb des Kraftwerks keine gleichmäßige Energieabgabe gewährleistbar ist, sowie wenigstens einem Speicherkraftwerk zum Ausgleich der fluktuierenden Leistungseinspeisung des Kraftwerks, wobei das Speicherkraftwerk zumindest einen elektromechanischen Wandler und der elektromechanische Wandler eine rotierende elektrische Maschine sowie wenigstens einen Rotationsträgheitsspeicher mit einer Drehschwungmasse aufweist und hierbei die elektrische Maschine, die Drehschwungmasse sowie eine weitere Vorrichtung miteinander verbunden sind.The invention relates to a network consisting of an electrical network for the transmission and distribution of electrical energy and at least one power plant, the power plant having a fluctuating power feed into the electrical network and therefore no uniform energy output can be guaranteed during regular operation of the power plant, and at least one storage power plant to compensate for the fluctuating power feed of the power plant, wherein the storage power plant has at least one electromechanical converter and the electromechanical converter has a rotating electrical machine and at least one rotational inertia storage with a rotary flywheel and the electric machine, the rotary flywheel and a further device are connected to one another.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausgleich einer durch das zumindest eine Kraftwerk bedingten, fluktuierenden Bereitstellung von elektrischer Leistung im elektrischen Netzwerk des Verbunds.In addition, the invention relates to a method for compensating for a fluctuating provision of electrical power in the electrical network of the network caused by the at least one power plant.
Die Einspeisung von Energie in elektrische Netze, welche insbesondere aus regenerativen Energieträgern wie Wind und Sonne erzeugt wurde, steigt stetig an. Aufgrund dieser in der Regel lediglich intermittierend wirkenden Energieträger und der somit unstetigen Einspeisung von Energie liegt für die elektrischen Netze eine gesteigerte Belastung vor. Potenziell steigt somit die Wahrscheinlichkeit einer Unter- oder Überspeisung eines elektrischen Netzes, wobei ein vorliegendes Energiedefizit oder ein vorliegender Energieüberschuss über positive oder negative Regelenergie respektive Regelleistung kompensiert werden muss.The supply of energy into electrical networks, which is generated in particular from renewable energy sources such as wind and sun, is constantly increasing. Due to these energy sources, which generally only act intermittently, and the resulting discontinuous supply of energy, there is an increased load on the electrical networks. This potentially increases the probability of under- or over-feeding of an electrical network, whereby any energy deficit or excess energy must be compensated for using positive or negative control energy or control power.
Zur Kompensation können unterschiedliche Methoden herangezogen werden. So beschreibt die gattungsbildende
Neben dem Ausgleich von elektrischen Größen, wie der elektrischen Energie, sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, mit welchen sich auch Unterschiede in anderen physikalischen Größen, beispielsweise mechanischen Größen, ausgleichen lassen.In addition to the compensation of electrical variables, such as electrical energy, devices are known from the prior art with which differences in other physical variables, for example mechanical variables, can also be compensated for.
Der
Aus der
Darüber hinaus ist auch der
Aus der
Der
Bei den dargelegten Methoden zur Kompensation der schwankenden Energieeinspeisung stellt es sich oftmals schwierig dar, mittels einer insbesondere kompakten Ausführung eine überaus flexible Übertragung zwischen einem Energiespeicher und dem elektrischen Netz zu verwirklichen.With the methods described for compensating for fluctuating energy feed-in, it is often difficult to achieve extremely flexible transmission between an energy storage device and the electrical network using a particularly compact design.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Verbund derart auszugestalten, dass ein Ausgleich einer fluktuierenden Leistungsbereitstellung im elektrischen Netzwerk über einen flexibel gestalteten, kompakten Energiespeicher ermöglicht wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausgleich der fluktuierenden Leistungsbereitstellung in diesem Verbund zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the object of designing the aforementioned network in such a way that a compensation of fluctuating power provision in the electrical network is made possible via a flexibly designed, compact energy storage device. Furthermore, the invention is based on the object of providing a method for balancing the fluctuating service provision in this network.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verbund gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved according to the invention with a composite according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Verbund aus einem elektrischen Netzwerk respektive einem Stromnetz zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, zumindest einem ein Primärkraftwerk bildenden Kraftwerk sowie wenigstens einem sich insbesondere von einem (Primär-)Kraftwerk unterscheidenden Speicherkraftwerk vorgesehen. Das elektrische Netzwerk könnte hierbei sowohl als ein Verbundnetz oder aber auch als ein Inselnetz ausgebildet sein. Denkbar ist zudem, dass das Netzwerk aus mehreren, hierbei insbesondere zumindest zwei Teilnetzen aufgebaut ist, wobei die Teilnetze einer gleichen Spannungsebene oder entsprechend sich voneinander unterscheidenden Spannungsebenen zugeordnet sein können.According to the invention, a network of an electrical network or a power grid for the transmission and distribution of electrical energy, at least one power plant forming a primary power plant and at least one storage power plant that differs in particular from a (primary) power plant is provided. The electrical network could be designed as an interconnected network or as an island network. It is also conceivable that the network is made up of several, in particular at least two, subnetworks, whereby the subnetworks can be assigned to the same voltage level or to correspondingly different voltage levels.
Erfindungsgemäß weist das Kraftwerk hierbei eine fluktuierende Leistungsbereitstellung für respektive eine fluktuierende Energieeinspeisung in das elektrische Netzwerk auf, wodurch im Regelbetrieb des Kraftwerks keine gleichmäßige Leistungsbereitstellung und/oder Energieeinspeisung in das Netzwerk gewährleistbar ist. Es handelt sich bei dem Kraftwerk oder den Kraftwerken somit um Energieerzeuger, welche im normalen Betrieb keine gleichmäßige Energieerzeugung gewährleisten. Dies trifft dabei insbesondere auf Kraftwerke zu, deren Leistungsbereitstellung und/oder Energieeinspeisung in das elektrische Netzwerk auf der Wandlung erneuerbarer oder regenerativer Energien in elektrische Energie basiert. Somit kann das Kraftwerk beispielsweise durch Geothermie, Wasserkraft oder auch Meeresenergie oder Sonnenenergie gespeist werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftwerk jedoch um eine Windkraftanlage, wobei bei einer Ausführung von mehreren Kraftwerken der Verbund folglich auch einen aus mehreren Windkraftanlagen bestehenden Windpark oder mehrere solcher Windparks aufweisen kann.According to the invention, the power plant has a fluctuating power supply for or a fluctuating energy feed into the electrical network, which means that a uniform power supply and/or energy feed into the network cannot be guaranteed during regular operation of the power plant. The power plant or power plants are therefore energy producers that do not guarantee consistent energy production during normal operation. This applies in particular to power plants whose power provision and/or energy feed into the electrical network is based on the conversion of renewable or regenerative energies into electrical energy. This means that the power plant can be powered, for example, by geothermal energy, hydropower or even marine energy or solar energy. Preferably, however, the power plant is a wind turbine, whereby if several power plants are implemented, the network can therefore also have a wind farm consisting of several wind turbines or several such wind farms.
Das wenigstens eine darüber hinaus im Verbund vorhandene und mit dem elektrischen Netzwerk - elektrisch - verbundene Speicherkraftwerk dient hierbei dem Ausgleich der fluktuierenden Leistungsbereitstellung des Kraftwerks, wobei das respektive ein jeweiliges Speicherkraftwerk wiederum zumindest einen elektromechanischen Wandler und/oder Umformer und der elektromechanische Wandler und/oder Umformer eine rotierende elektrische Maschine sowie wenigstens einen Rotationsträgheitsspeicher mit zumindest einer Drehschwungmasse aufweist. Dabei sind die elektrische Maschine, die Drehschwungmasse sowie eine weitere Vorrichtung zumindest mechanisch, hierbei insbesondere kraft- respektive momentübertragend, miteinander verbunden.The at least one storage power plant, which is also present in the network and is connected - electrically - to the electrical network, serves to compensate for the fluctuating power provision of the power plant, whereby the respective storage power plant in turn has at least one electromechanical converter and / or converter and the electromechanical converter and / or Converter has a rotating electrical machine and at least one rotational inertia storage with at least one rotary flywheel. The electric machine, the rotary flywheel and another device are connected to one another at least mechanically, in particular in a force or torque transmitting manner.
Darüber hinaus ist die elektrische Maschine erfindungsgemäß eine erste elektrische Maschine und die weitere Vorrichtung ein Bestandteil des Wandlers und/oder Umformers. Dabei ist die Vorrichtung entweder als eine weitere, zweite rotierende elektrische Maschine oder als eine magnetische Drehmomentkupplung mit einer Verstelleinrichtung zur Beeinflussung der mechanischen Lastkopplung ausgeführt. In letzterem Fall wäre die magnetische Drehmomentkupplung insbesondere magnetostatisch erregt und bevorzugt ausschließlich permanentmagneterregt ausgeführt. Die magnetische Drehmomentkupplung würde somit nicht über eine elektrische Erregung respektive über einen elektrisch erregten Magneten verfügen. Die Lastkopplung beispielsweise zweier Rotoren der Drehmomentkupplung würde dabei insbesondere durch eine Veränderung einer axialen Überschneidung der Rotoren über die Verstelleinrichtung erfolgen.In addition, according to the invention, the electrical machine is a first electrical machine and the further device is a component of the converter and/or converter. The device is designed either as a further, second rotating electrical machine or as a magnetic torque clutch with an adjusting device for influencing the mechanical load coupling. In the latter case, the magnetic torque clutch would in particular be magnetostatically excited and preferably designed to be exclusively permanently magnet excited. The magnetic torque clutch would therefore not have an electrical excitation or an electrically excited magnet. The load coupling, for example, of two rotors creates the torque Clutch would be done in particular by changing an axial overlap of the rotors via the adjusting device.
Das Speicherkraftwerk kann somit dem elektrischen Netzwerk positive und negative Regelleistung respektive Regelenergie zur Verfügung stellen. Dabei wäre zumindest eine Abdeckung der Primärregelung respektive der Sekundenreserve möglich, wobei je nach Ausgestaltung des Speicherkraftwerks, der Anzahl an Speicherkraftwerken im elektrischen Netzwerk, der Anzahl an elektromechanischen Wandlern und/oder Umformern in einem Speicherkraftwerk und/oder der Ausgestaltung des Rotationsträgheitsspeichers auch eine Abdeckung der Sekundärregelung, der Tertiärregelung und/oder gar einer Stundenreserve denkbar ist.The storage power plant can therefore provide the electrical network with positive and negative control power or control energy. At least coverage of the primary control or the second reserve would be possible, with coverage also being possible depending on the design of the storage power plant, the number of storage power plants in the electrical network, the number of electromechanical converters and/or converters in a storage power plant and/or the design of the rotational inertia storage Secondary control, tertiary control and/or even an hourly reserve is conceivable.
Grundsätzlich besteht im Rahmen der Erfindung dabei die Möglichkeit, dass lediglich die erste elektrische Maschine des Speicherkraftwerks mit dem elektrischen Netzwerk elektrisch verbunden und/oder verbindbar ist. Gerade jedoch die Ausführung zweier elektrischer Maschinen birgt gewinnbringend die Möglichkeit, auf sich einstellende, unterschiedliche Lastzustände des elektrischen Netzes und/oder unterschiedliche Betriebszustände des Speicherkraftwerks reagieren zu können und somit Fluktuationen in der dem elektrischen Netzwerk bereitgestellten elektrischen Leistung optimal ausgleichen zu können.In principle, within the scope of the invention there is the possibility that only the first electrical machine of the storage power plant is electrically connected and/or connectable to the electrical network. However, it is precisely the design of two electrical machines that advantageously offers the possibility of being able to react to different load states of the electrical network and/or different operating states of the storage power plant and thus to be able to optimally compensate for fluctuations in the electrical power provided to the electrical network.
So läge eine bevorzugte Ausgestaltung auch darin, dass die erste elektrische Maschine sowie die zweite elektrische Maschine mit dem Netzwerk elektrisch verbunden und/oder verbindbar sind. Hierbei kann zudem einerseits vorgesehen sein, dass das Speicherkraftwerk lediglich an ein Teilnetz des Netzwerks angebunden ist. Andererseits bestünde auch die Möglichkeit der Verbindung des Speicherkraftwerks mit zwei Teilnetzen. Diese Teilnetze könnten hierbei gar nicht unmittelbar miteinander gekoppelt, sondern lediglich mittelbar über das Speicherkraftwerk - insbesondere elektrisch - verbunden sein. In einer Ausgestaltung könnte dabei vorgesehen sein, dass die erste elektrische Maschine mit einem ersten Teilnetz und die zweite elektrische Maschine mit einem zweiten Teilnetz verbunden ist. Insbesondere innerhalb einer solchen Ausgestaltung, jedoch ebenso im Allgemeinen ist es denkbar, dass die Teilnetze des elektrischen Netzwerks unterschiedlichen Spannungsebenen zugehören. Ein Speicherkraftwerk kann somit quasi an der Grenze zweier solcher Spannungsebenen ausgeführt sein.A preferred embodiment would also be for the first electrical machine and the second electrical machine to be electrically connected and/or connectable to the network. On the one hand, it can also be provided that the storage power plant is only connected to a sub-network of the network. On the other hand, there would also be the possibility of connecting the storage power plant to two sub-grids. These sub-networks could not be directly coupled to one another, but could only be connected indirectly - in particular electrically - via the storage power plant. In one embodiment it could be provided that the first electrical machine is connected to a first sub-network and the second electrical machine is connected to a second sub-network. Particularly within such an embodiment, but also in general, it is conceivable that the subnetworks of the electrical network belong to different voltage levels. A storage power plant can therefore be designed at the border of two such voltage levels.
Wenigstens eine oder alle elektrischen Maschinen sollten dabei über zumindest einen Frequenzumrichter mit dem elektrischen Netzwerk verbunden sein. In bevorzugter Gestaltung ist gar jede der beiden elektrischen Maschinen über je einen - separaten - Frequenzumrichter mit dem elektrischen Netzwerk verbunden. Ferner kann auch zumindest ein oder je ein Leistungstrenner zwischen den elektrischen Maschinen oder einer jeden der elektrischen Maschinen des elektromechanischen Wandlers und dem elektrischen Netzwerk ausgeführt sein.At least one or all electrical machines should be connected to the electrical network via at least one frequency converter. In a preferred design, each of the two electrical machines is connected to the electrical network via a separate frequency converter. Furthermore, at least one or one power isolator can also be designed between the electrical machines or each of the electrical machines of the electromechanical converter and the electrical network.
Darüber hinaus bietet die Ausgestaltung der weiteren Vorrichtung des elektromechanischen Wandlers und/oder Umformers als magnetische Drehmomentkupplung mit einer Verstelleinrichtung zur Beeinflussung der mechanischen Lastkopplung gewinnbringend die Möglichkeit, wenigstens einen weiteren Verbraucher, beispielsweise in Form eines weiteren Energiespeichers, insbesondere mechanisch an den elektromechanischen Wandler anzukoppeln, wobei die zwischen diesem Verbraucher und dem elektromechanischen Wandler bereitgestellte Leistung und/oder übertragene Energie durch die Verstelleinrichtung beeinflussbar, dabei insbesondere steuer- und/oder regelbar, wäre.In addition, the design of the further device of the electromechanical converter and / or converter as a magnetic torque coupling with an adjusting device for influencing the mechanical load coupling advantageously offers the possibility of coupling at least one further consumer, for example in the form of a further energy storage, in particular mechanically to the electromechanical converter, wherein the power and/or energy transmitted between this consumer and the electromechanical converter could be influenced by the adjusting device, in particular controllable and/or regulated.
Den Vorteil, wenigstens einen weiteren Verbraucher an den elektromechanischen Wandler ankoppeln zu können, bietet jedoch ebenfalls die Ausgestaltung der weiteren Vorrichtung als die zweite elektrische Maschine.However, the advantage of being able to couple at least one further consumer to the electromechanical converter is also offered by the design of the further device as the second electrical machine.
So stellt sich eine Weiterbildung der Erfindung als überaus vorteilhaft dar, wenn zumindest eine der elektrischen Maschinen, hierbei insbesondere ausschließlich eine elektrische Maschine, zwei gegenüber einander drehbar ausgeführte Rotoren aufweist, sodass diese elektrische Maschine in einem Motorbetrieb, in einem Generatorbetrieb und/oder in einem Kupplungsbetrieb betreibbar ist. Dabei ist diese elektrische Maschine bevorzugt die weitere, zweite elektrische Maschine. Anstelle eines dreh- respektive gestellfesten Stators und eines gegenüber diesem Stator drehbar gelagerten Rotors verfügt die elektrische Maschine somit über zwei gegenüber einander drehbar ausgeführte respektive gelagerte Rotoren, von denen folglich ein Rotor innen liegend und ein Rotor außen liegend an der elektrischen Maschine ausgeführt ist. So lässt sich neben dem Motor- und Generatorbetrieb auch ein Kupplungsbetrieb der insbesondere zweiten elektrischen Maschine verwirklichen. Dabei erfolgt der Motor-, Generator- und/oder Kupplungsbetrieb in Abhängigkeit der konstruktiven Ausgestaltung respektive dem Aufbau der elektrischen Maschine, hierbei insbesondere der beiden Rotoren, der relativen Drehzahl der beiden Rotoren gegenüber einander und/oder der Einspeisung oder Entnahme von elektrischer Energie aus dem elektromagnetischen Wandler und/oder Umformer. Dabei ist im Hinblick auf den Aufbau der elektrischen Maschine zu beachten, dass beide Rotoren magnetisch erregt oder zumindest magnetisch erregbar sein müssen, um einen insbesondere bidirektionalen Kupplungsbetrieb der elektrischen Maschine zu ermöglichen. Für den Motor- sowie Generatorbetrieb wäre zudem in wenigstens einem der Rotoren eine Spulenanordnung auszuführen. So könnte einerseits lediglich einer, insbesondere ein erster der Rotoren über eine Spulenanordnung verfügen und somit über einen Stromfluss magnetisch erregbar sein. Neben der Spulenanordnung wäre zudem die Anordnung wenigstens eines Blechpakets denkbar. Der weitere, insbesondere zweite Rotor könnte folglich keine Spulenanordnung aufweisen, eine Permanentmagnetanordnung wäre jedoch auszuführen, womit eine stete magnetische Erregung vorläge. Wiederum wäre auch eine Ausführung wenigstens eines Blechpakets in dem weiteren, zweiten Rotor möglich. Eine davon abweichende Ausgestaltung der elektrischen Maschine bestünde überdies in der Ausführung einer Spulenanordnung in jeweils beiden Rotoren, wobei wiederum einer der beiden Rotoren wenigstens ein Blechpaket aufweisen könnte. Im Zusammenhang mit den vorgenannten Ausführungen kann eine Innen- und/oder Außenerregung ausgeführt sein.A further development of the invention proves to be extremely advantageous if at least one of the electrical machines, in particular exclusively one electrical machine, has two rotors designed to be rotatable relative to one another, so that this electrical machine operates in motor operation, in generator operation and/or in one Clutch operation can be operated. This electrical machine is preferably the further, second electrical machine. Instead of a stator that is fixed in rotation or frame and a rotor that is rotatably mounted relative to this stator, the electrical machine therefore has two rotors that are rotatable or mounted relative to one another, of which one rotor is designed on the inside and one rotor is on the outside of the electrical machine. In addition to motor and generator operation, clutch operation of the second electrical machine in particular can also be achieved. The motor, generator and/or clutch operation takes place depending on the structural design or the structure of the electrical machine, in particular the two rotors, the relative speed of the two rotors relative to one another and/or the feeding or withdrawal of electrical energy from the electromagnetic converter and/or converter. With regard to the structure of the electrical machine, it should be noted that both rotors must be magnetically excited or at least magnetically excitable in order to achieve a particularly bidirectional clutch operation drive the electric machine. For motor and generator operation, a coil arrangement would also have to be implemented in at least one of the rotors. On the one hand, only one, in particular a first, of the rotors could have a coil arrangement and thus be magnetically excitable via a current flow. In addition to the coil arrangement, the arrangement of at least one laminated core would also be conceivable. The further, in particular second, rotor could therefore not have a coil arrangement, but a permanent magnet arrangement would have to be implemented, which would result in constant magnetic excitation. Again, it would also be possible to design at least one laminated core in the further, second rotor. A different design of the electrical machine would also consist in the implementation of a coil arrangement in both rotors, in which case one of the two rotors could have at least one laminated core. In connection with the aforementioned embodiments, internal and/or external excitation can be implemented.
Eine überdies besonders vielversprechende Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ausschließlich eine der elektrischen Maschinen, bevorzugt die erste elektrische Maschine, einen insbesondere gestellfesten Stator und einen gegenüber diesem Stator drehbar ausgebildeten Rotor aufweist, sodass die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und/oder in einem Generatorbetrieb betreibbar ist. Durch die Ausführung einer der elektrischen Maschinen mit einem Stator und einem Rotor anstelle zweier Rotoren bleibt der konstruktive Aufwand des elektromechanischen Wandlers weniger komplex, wodurch eine höhere Zuverlässigkeit und ein verminderter Wartungsaufwand des elektromechanischen Wandlers und/oder Umformers gewährleistet werden kann. Grundsätzlich können der Stator und/oder der Rotor ausschließlich mit zumindest einem Blechpaket und oder zumindest einem Kurzschlusskäfig ausgeführt sein und somit weder eine Spulenanordnung noch Permanentmagnete aufweisen, sodass lediglich eine induktive Kopplung über ein durch den Rotor und/oder Stator erzeugtes magnetisches Wechselfeld bewirkt wäre. So würde sich die - erste - elektrische Maschine jedoch lediglich zur Bereitstellung von Leistung und/oder Übertragung von Energie aus dem elektrischen Netz in den Rotationsträgheitsspeicher eignen. Eine bevorzugte Ausgestaltung liegt somit darin, dass Stator und/oder Rotor zumindest einen Permanentmagneten aufweisen. Zusätzlich kann selbstredend auch wenigstens ein Blechpaket ausgeführt sein. Der Stator oder der Rotor könnten innen liegend oder außen liegend angeordnet und sowohl eine Innen- und/oder Außenerregung der - ersten - elektrischen Maschine durch Ausführung einer Spulenanordnung in Stator und/oder Rotor ausgebildet sein.A further particularly promising embodiment of the invention is characterized in that only one of the electrical machines, preferably the first electrical machine, has a stator, in particular that is fixed to the frame, and a rotor designed to be rotatable relative to this stator, so that the electrical machine is in motor operation and/or in can be operated in generator mode. By designing one of the electrical machines with a stator and a rotor instead of two rotors, the design effort of the electromechanical converter remains less complex, which can ensure higher reliability and reduced maintenance of the electromechanical converter and / or converter. In principle, the stator and/or the rotor can be designed exclusively with at least one laminated core and/or at least one short-circuit cage and thus have neither a coil arrangement nor permanent magnets, so that only an inductive coupling would be effected via an alternating magnetic field generated by the rotor and/or stator. However, the - first - electrical machine would only be suitable for providing power and/or transferring energy from the electrical network to the rotational inertia storage. A preferred embodiment is therefore that the stator and/or rotor have at least one permanent magnet. In addition, at least one laminated core can of course also be designed. The stator or the rotor could be arranged on the inside or outside and both internal and/or external excitation of the - first - electrical machine could be formed by implementing a coil arrangement in the stator and / or rotor.
Ferner lässt sich eine Erfolg versprechende Ausführungsform der Erfindung darin erkennen, dass wenigstens eine sich insbesondere von den Bestandteilen der elektrischen Maschinen unterscheidende Drehschwungmasse des Rotationsträgheitsspeichers zwischen der elektrischen Maschine und der Vorrichtung angeordnet ist und/oder die elektrische Maschine mit der Vorrichtung über die Drehschwungmasse miteinander - mechanisch - verbunden sind und somit die Drehschwungmasse und jeweils ein Rotor der elektrischen Maschinen den Rotationsträgheitsspeicher bilden. Die beiden elektrischen Maschinen sind somit mechanisch über die Drehschwungmasse aneinandergekoppelt und zudem über diese zueinander beabstandet ausgeführt. Insbesondere im Rahmen dieser Ausführungsform, jedoch auch im Allgemeinen, ist es dabei als günstig anzusehen, wenn die Drehschwungmasse aus einem amagnetischen, also nicht ferromagnetischen Werkstoff oder Werkstoffen besteht. Dies, insbesondere im Zusammenhang mit der Beabstandung der elektrischen Maschinen über die Drehschwungmasse, verringert einen zwischen den elektrischen Maschinen auftretenden respektive ausgetauschten magnetischen Fluss und somit eine magnetische Kopplung der elektrischen Maschinen. Die Drehschwungmasse kann hierbei entweder mit außen liegenden oder mit innen liegenden Rotoren der beiden elektrischen Maschinen verbunden und somit entsprechend als Außen- oder Innenläufer im elektromechanischen Wandler und/oder Umsetzer ausgeführt sein.Furthermore, a promising embodiment of the invention can be seen in the fact that at least one rotary flywheel mass of the rotational inertia storage device, which differs in particular from the components of the electrical machines, is arranged between the electric machine and the device and/or the electric machine is connected to the device via the rotary flywheel mass - mechanically - are connected and thus the rotary flywheel and one rotor of the electrical machines form the rotational inertia storage. The two electrical machines are thus mechanically coupled to one another via the rotary flywheel and are also designed to be spaced apart from one another via this. Particularly in the context of this embodiment, but also in general, it is considered advantageous if the rotary flywheel consists of a non-magnetic, i.e. non-ferromagnetic material or materials. This, particularly in connection with the spacing of the electrical machines via the rotating flywheel, reduces a magnetic flux occurring or exchanged between the electrical machines and thus a magnetic coupling of the electrical machines. The rotating flywheel can be connected either to external or internal rotors of the two electrical machines and thus be designed as an external or internal rotor in the electromechanical converter and / or converter.
Eine Ausbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerks ist zudem dann als vorteilhaft einzustufen, wenn bevorzugt ausschließlich ein Rotor zumindest einer zwei Rotoren aufweisenden elektrischen Maschine mit einem Abtriebs- und/oder Antriebselement verbunden ist oder ein Abtriebs- und/oder Antriebselement aufweist, über welches eine Drehbewegung des Rotors übertragbar ist. So ließe sich in vorteilhaft einfacher Gestaltung eine Möglichkeit bereitstellen, einen weiteren Verbraucher insbesondere mechanisch über die zwei Rotoren aufweisende elektrische Maschine an den elektromechanischen Wandler und/oder Umformer anzukoppeln. Die zwei Rotoren aufweisende elektrische Maschine wäre hierbei bevorzugt die zweite elektrische Maschine, wobei das Abtriebs- und/oder Antriebs-element insbesondere als eine Welle, im Speziellen folglich eine Abtriebs- und/oder Antriebswelle, ausgebildet wäre. Das Abtriebs- und/oder Antriebselement kann hierbei grundsätzlich an einem jeden der Rotoren der zwei Rotoren aufweisenden elektrischen Maschine angeordnet oder mit einem jeden der Rotoren verbunden sein. Bevorzugt ist dabei jedoch vorgesehen, dass das Abtriebs- und/oder Antriebselement - ausschließlich - an dem außen liegenden Rotor der elektrischen Maschine angeordnet oder mit diesem verbunden ist, sodass eine aufwendige konstruktive Gestaltung der elektrischen Maschine, insbesondere unter einer den außen liegenden Rotor durchbrechenden Führung des Abtriebs- und/oder Antriebselements nach außen, vermieden werden kann.A design of the electrical network according to the invention can also be classified as advantageous if preferably only one rotor of at least one electrical machine having two rotors is connected to an output and / or drive element or has an output and / or drive element via which a rotary movement of the Rotor is transferable. In an advantageously simple design, a possibility could be provided for coupling a further consumer, in particular mechanically, to the electromechanical converter and/or converter via the electrical machine having two rotors. The electrical machine having two rotors would preferably be the second electrical machine, with the output and/or drive element being designed in particular as a shaft, in particular consequently an output and/or drive shaft. The output and/or drive element can in principle be arranged on each of the rotors of the electric machine having two rotors or can be connected to each of the rotors. However, it is preferably provided that the output and/or drive element is arranged - exclusively - on the external rotor of the electrical machine or connected to it, so that a complex structural design of the electrical machine, in particular by guiding the output and/or drive element to the outside through the external rotor, can be avoided.
In einer anderweitigen Ausgestaltung kann zudem vorgesehen sein, dass auch die Drehmomentkupplung mit Verstelleinrichtung ein Abtriebs- und/oder Antriebselement in zuvor beschriebener Ausführung aufweist.In another embodiment, it can also be provided that the torque clutch with adjusting device also has an output and/or drive element in the previously described embodiment.
In einer zudem mit Vorteil behafteten Weiterbildung der Erfindung sind der Rotationsträgheitsspeicher und/oder ein Rotor zumindest einer zwei Rotoren aufweisenden elektrischen Maschine über eine - jeweilige - Bremseinrichtung und/oder ein - jeweiliges - Feststellelement drehfest respektive gestellfest festlegbar. Der dreh- oder gestellfest festlegbare Rotor wäre hierbei folglich der Rotor, welcher nicht dem Rotationsträgheitsspeicher zugehört und somit nicht mit der Drehschwungmasse fest verbunden ist. Ein Kupplungsbetrieb einer zwei Rotoren aufweisenden elektrischen Maschine ließe sich somit zumindest temporär durch ein Bremsen bis zum Stillstand und/oder ein Festlegen von dem Rotationsträgheitsspeicher oder einem der Rotoren der elektrischen Maschine unterbinden und ein optimaler Motor- und/oder Generatorbetrieb der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine gewährleisten. Zudem wäre denkbar, dass durch eine Abbremsung des Rotationsträgheitsspeichers und/oder des einen Rotors der insbesondere zweiten elektrischen Maschine ein kombinierter Kupplungs- und Motorbetrieb und/oder ein kombinierter Kupplungs- und Generatorbetrieb über die zwei Rotoren aufweisende elektrische Maschine verwirklicht wird, indem lediglich eine zumindest temporäre Abbremsung des Rotationsträgheitsspeichers und/oder des einen Rotors, folglich nicht bis zu einem Stillstand, sondern beispielsweise drehzahlgeregelt bis zu einer Solldrehzahl erfolgt. So kann eine Bereitstellung von Leistung und/oder eine Übertragung von Energie, entsprechend ein Leistungs- und/oder Energiefluss zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher des elektromechanischen Wandlers und/oder Umformers, der weiteren Energiespeichereinrichtung und dem elektrischen Netz gesteuert respektive geregelt werden. Um hierbei einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu realisieren, wäre die Bremseinrichtung bevorzugt als eine Nutzbremse oder auch Rekuperationsbremse ausgeführt oder würde zumindest eine solche Nutz- oder Rekuperationsbremse aufweisen.In a further advantageous development of the invention, the rotational inertia storage and/or a rotor of at least one electric machine having two rotors can be fixed in a rotationally fixed manner or fixed to the frame via a - respective - braking device and/or a - respective - locking element. The rotor that can be fixed in a rotationally or frame-fixed manner would therefore be the rotor that does not belong to the rotational inertia storage and is therefore not firmly connected to the rotary flywheel. Clutch operation of an electric machine having two rotors could thus be prevented at least temporarily by braking to a standstill and/or fixing the rotational inertia storage or one of the rotors of the electric machine and optimal motor and/or generator operation of the first and/or second electrical machine. In addition, it would be conceivable for a combined clutch and motor operation and/or a combined clutch and generator operation to be achieved via the electric machine having two rotors by braking the rotational inertia storage and/or the one rotor of the second electric machine in particular, by only having at least one Temporary braking of the rotational inertia storage and / or one rotor, therefore not to a standstill, but, for example, speed-controlled up to a target speed. Thus, a provision of power and/or a transmission of energy, corresponding to a power and/or energy flow between the rotational inertia storage of the electromechanical converter and/or converter, the further energy storage device and the electrical network, can be controlled or regulated. In order to achieve the highest possible efficiency, the braking device would preferably be designed as a regenerative brake or recuperation brake or would at least have such a regenerative or recuperation brake.
In weiterer gestalterisch günstiger Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerks weist das Speicherkraftwerk wenigstens eine weitere, sich insbesondere vom elektromechanischen Wandler unterscheidende Energiespeichereinrichtung auf. Diese ist dabei insbesondere über das Abtriebs- und/oder Antriebselement mit dem elektromechanischen Wandler und/oder Umformer und somit dem Rotationsträgheitsspeicher - mechanisch - verbunden, sodass zwischen der weiteren Energiespeichereinrichtung und dem Rotationsträgheitsspeicher - mechanische - Energie übertragbar ist. Dies stellt sich insbesondere dahingehend als gewinnbringend dar, dass z. B. bei einem Erreichen einer im Rotationsträgheitsspeicher maximal speicherbaren Energiemenge, weitere dem Netzwerk bereitgestellte überschüssige Leistung und/oder ins Netzwerk eingespeiste überschüssige Energie in das Speicherkraftwerk übertragen werden kann. Die in der weiteren Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie kann einerseits beim Vorliegen eines Defizits im Netzwerk und/oder im Rotationsträgheitsspeicher wiederum in das Netzwerk und/oder den Rotationsträgheitsspeicher übertragen werden.In a further design-favorable embodiment of the electrical network according to the invention, the storage power plant has at least one further energy storage device that differs in particular from the electromechanical converter. This is connected - mechanically - in particular via the output and / or drive element to the electromechanical converter and / or converter and thus to the rotational inertia storage, so that - mechanical - energy can be transferred between the further energy storage device and the rotational inertia storage. This proves to be particularly beneficial in that e.g. B. when a maximum amount of energy that can be stored in the rotational inertial storage is reached, further excess power provided to the network and / or excess energy fed into the network can be transferred to the storage power plant. On the one hand, if there is a deficit in the network and/or in the rotational inertia storage, the energy stored in the further energy storage device can in turn be transferred to the network and/or the rotational inertia storage.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist dabei ferner vorgesehen, dass die Energiespeichereinrichtung einen potentiellenergetischen Flüssigkeitsspeicher, einen hydropneumatischen Speicher und/oder einen pneumatischen Speicher aufweist. Eine derartige Ausführung des Energiespeichers bietet hierbei eine ausgezeichnete Möglichkeit der Übertragung mechanischer Energie und stellt somit eine überaus geeignete Ausgestaltung zur Ankopplung an den elektromechanischen Wandler über die als elektrische Maschine oder Drehmomentkupplung ausgebildete weitere Vorrichtung des Speicherkraftwerks dar.In one embodiment of the invention it is further provided that the energy storage device has a potential energy liquid storage, a hydropneumatic storage and/or a pneumatic storage. Such a design of the energy storage offers an excellent possibility of transmitting mechanical energy and therefore represents an extremely suitable embodiment for coupling to the electromechanical converter via the further device of the storage power plant designed as an electric machine or torque clutch.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht überdies auch darin, dass die elektrischen Maschinen, hierbei insbesondere die Rotoren und/oder Statoren der elektrischen Maschinen, sowie der Rotationsträgheitsspeicher koaxial zueinander angeordnet sind. Eine solche koaxiale Anordnung lässt insbesondere im Vergleich zu einer Reihenanordnung mit axial aufeinanderfolgenden Rotationsträgheitsspeicher sowie elektrischen Maschinen eine kompaktere Ausgestaltung und somit einen geringeren Bauraumbedarf des Speicherkraftwerks zu.An advantageous embodiment of the invention also consists in the fact that the electrical machines, in particular the rotors and/or stators of the electrical machines, as well as the rotational inertia storage are arranged coaxially with one another. Such a coaxial arrangement allows for a more compact design and thus a smaller space requirement for the storage power plant, particularly in comparison to a series arrangement with axially successive rotational inertia storage units and electrical machines.
Erfindungsgemäß ist zudem auch ein Verfahren zum Ausgleich einer durch das zumindest eine Kraftwerk bedingten, fluktuierenden Bereitstellung von elektrischer Leistung und/oder Einspeisung von elektrischer Energie in das vorgenannte elektrische Netzwerk vorgesehen. Hierbei erfolgt in sich insbesondere voneinander unterscheidenden Lastzuständen des elektrischen Netzwerks und/oder, sich insbesondere voneinander unterscheidenden, Betriebszuständen des Speicherkraftwerks eine Bereitstellung von, insbesondere elektrischer, Leistung und/oder eine Übertragung von, insbesondere elektrischer, Energie zwischen dem elektrischen Netzwerk und dem Speicherkraftwerk - ausschließlich - über die erste elektrische Maschine, - ausschließlich - über die zweite elektrische Maschine oder über beide elektrischen Maschinen des elektromechanischen Wandlers und/oder Umformers des Speicherkraftwerks. So wird über das Verfahren mit einer hohen Flexibilität die Möglichkeit geschaffen, Leistung und/oder Energie zwischen dem elektrischen Netzwerk und dem Speicherkraftwerk bereitzustellen und/oder zu übertragen, d. h. dem elektrischen Netzwerk positive und/oder negative Regelleistung und/oder Regelenergie zur Verfügung zu stellen. According to the invention, a method for compensating for a fluctuating provision of electrical power and/or feeding of electrical energy into the aforementioned electrical network caused by the at least one power plant is also provided. In this case, in load states of the electrical network that differ from one another and/or, in particular operating states of the storage power plant that differ from one another, a provision of, in particular electrical, power and/or a transmission of, in particular electrical, energy takes place between the electrical network and the storage power plant - exclusively - via the first electrical machine, - from finally - via the second electrical machine or via both electrical machines of the electromechanical converter and/or converter of the storage power plant. The method thus creates the possibility of providing and/or transmitting power and/or energy between the electrical network and the storage power plant with a high level of flexibility, that is, of making positive and/or negative control power and/or control energy available to the electrical network .
Einerseits kann somit bei einem Lastzustand des Netzwerks, in welchem dem Netzwerk und somit dem Speicherkraftwerk durch das zumindest eine (Primär-)Kraftwerk, hierbei z. B. eine Windkraftanlage und/oder ein Windpark, kontinuierlich oder intermittierend ein Leistungsüberschuss bereitgestellt wird, überschüssige Energie flexibel in das Speicherkraftwerk übertragen und somit negative Regelleistung und/oder Regelenergie zur Verfügung gestellt werden. Hierfür würde die erste und/oder die zweite elektrische Maschine in einem Motorbetrieb betrieben werden. Die zweite elektrische Maschine könnte sich jedoch alternativ auch in einem kombinierten Motor- und Kupplungsbetrieb befinden.On the one hand, in a load state of the network in which the network and thus the storage power plant can be powered by the at least one (primary) power plant, for example. B. a wind turbine and / or a wind farm, a surplus power is provided continuously or intermittently, excess energy is flexibly transferred to the storage power plant and thus negative control power and / or control energy is made available. For this purpose, the first and/or the second electrical machine would be operated in motor mode. However, the second electric machine could alternatively also be in combined motor and clutch operation.
Die somit über diese Leistungs- und/oder Energieaufnahme in das Speicherkraftwerk übertragene Energie würde folglich im Rotationsträgheitsspeicher und/oder der weiteren Energiespeichereinrichtung gespeichert. Hierbei kann sowohl intermittierend als auch kontinuierlich Energie in das Speicherkraftwerk übertragen respektive durch dieses aufgenommen werden, wobei dem Speicherkraftwerk aufgrund der erfindungsgemäßen Übertragung über die erste, zweite oder erste und zweite elektrische Maschine vergleichsweise geringe Leistungen sowie insbesondere kurzfristig auch hohe Leistungen bereitgestellt werden können.The energy thus transferred to the storage power plant via this power and/or energy consumption would consequently be stored in the rotational inertia storage and/or the further energy storage device. In this case, energy can be transferred to the storage power plant or absorbed by it both intermittently and continuously, with the storage power plant being able to be provided with comparatively low powers and, in particular, high powers in the short term due to the transmission according to the invention via the first, second or first and second electrical machines.
Hierbei ist denkbar, dass bei einem kontinuierlichen, jedoch vergleichsweise geringen Überschuss durch das Kraftwerk an dem Netzwerk bereitgestellter elektrischer Leistung der Überschuss oder zumindest ein Teil dieses Überschusses lediglich über die erste elektrische Maschine oder die zweite elektrische Maschine des elektromechanischen Wandlers erfolgt. Liegt hingegen kontinuierlich oder intermittierend ein hoher Überschuss an dem elektrischen Netzwerk bereitgestellter Leistung vor, so könnte die Übertragung der überschüssigen Energie über beide elektrischen Maschinen des elektromechanischen Wandlers durchgeführt werden; dies gegebenenfalls in Abhängigkeit des Betriebszustands des Speicherkraftwerks, beispielsweise der Menge an im Rotationsträgheitsspeicher und/oder der weiteren Energiespeichereinrichtung gespeicherter Energie.It is conceivable that in the case of a continuous but comparatively small excess of electrical power provided by the power plant to the network, the excess or at least part of this excess occurs only via the first electrical machine or the second electrical machine of the electromechanical converter. If, on the other hand, there is a continuously or intermittently high excess of power provided to the electrical network, the excess energy could be transferred via both electrical machines of the electromechanical converter; This may depend on the operating state of the storage power plant, for example the amount of energy stored in the rotational inertia storage and/or the further energy storage device.
Befindet sich das elektrische Netzwerk hingegen in einem Lastzustand, in welchem ein Defizit an dem Netzwerk durch das Kraftwerk bereitgestellter elektrischer Leistung und/oder eingespeister Energie vorliegt, so kann die defizitäre Energie flexibel durch das Speicherkraftwerk ins Netzwerk übertragen respektive in das Netzwerk eingespeist und somit positive Regelleistung und/oder Regelenergie zur Verfügung gestellt werden. Hierfür würde die erste und/oder die zweite elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben werden. Die zweite elektrische Maschine könnte sich jedoch alternativ auch in einem kombinierten Generator- und Kupplungsbetrieb befinden. Die Bereitstellung von Leistung durch das Speicherkraftwerk würde im Wesentlichen intermittierend unter Abgabe hoher bis sehr hoher Leistungen, insbesondere Spitzenleistungen, über einen vergleichsweise kurzen Zeitraum erfolgen; dies gegebenenfalls in Abhängigkeit des Betriebszustands des Speicherkraftwerks, hierbei z. B. der Menge an im Rotationsträgheitsspeicher und/oder der weiteren Energiespeichereinrichtung gespeicherter Energie.If, on the other hand, the electrical network is in a load state in which there is a deficit in the electrical power and/or energy fed into the network provided by the power plant, the deficient energy can be flexibly transferred to the network through the storage power plant or fed into the network and thus positive Control power and/or control energy are made available. For this purpose, the first and/or the second electrical machine would be operated in generator mode. However, the second electric machine could alternatively also be in combined generator and clutch operation. The provision of power by the storage power plant would essentially take place intermittently, delivering high to very high power, in particular peak power, over a comparatively short period of time; This may depend on the operating status of the storage power plant, in this case e.g. B. the amount of energy stored in the rotational inertia storage and/or the further energy storage device.
Grundsätzlich wäre es im Rahmen des Verfahrens zwar denkbar, dass die elektrischen Maschinen über lediglich einen die elektrischen Maschinen mit dem elektrischen Netz verbindenden Frequenzumrichter betrieben werden. Eine vielversprechende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht jedoch darin, dass eine jede der elektrischen Maschinen über je zumindest einen die elektrischen Maschinen mit dem elektrischen Netz verbindenden, separaten Frequenzumrichter betrieben wird. So wird es ermöglicht, dass beide elektrischen Maschinen des elektromechanischen Wandlers voneinander getrennt gesteuert respektive geregelt werden können. Ein möglicher Frequenz- und/oder Phasenversatz kann dabei z. B. mittels einer mit den Frequenzumrichtern verbundenen Steuereinheit gesteuert und/oder geregelt werden.In principle, it would be conceivable within the scope of the method for the electrical machines to be operated via only one frequency converter connecting the electrical machines to the electrical network. However, a promising development of the method according to the invention is that each of the electrical machines is operated via at least one separate frequency converter that connects the electrical machines to the electrical network. This makes it possible for both electrical machines of the electromechanical converter to be controlled or regulated separately from one another. A possible frequency and/or phase offset can e.g. B. can be controlled and/or regulated by means of a control unit connected to the frequency converters.
In gewinnbringender Weise ist in einer Ausführungsform der Erfindung weiterhin vorgesehen, dass in Abhängigkeit von sich insbesondere voneinander unterscheidenden Lastzuständen des elektrischen Netzwerks und/oder sich insbesondere voneinander unterscheidenden Betriebszuständen des Speicherkraftwerks eine Bereitstellung von insbesondere mechanischer Leistung und/oder eine Übertragung von insbesondere mechanischer Energie zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher und/oder der rotierenden Einheit des elektromechanischen Wandlers und/oder Umformers und der weiteren Energiespeichereinrichtung über die zweite elektrische Maschine erfolgt. So kann gewinnbringend, insbesondere je nach Menge an im Rotationsträgheitsspeicher und/oder der weiteren Energiespeichereinrichtung gespeicherter Energie, eine Übertragung von Energie aus dem Rotationsträgheitsspeicher in die weitere Energiespeichereinrichtung oder von der weiteren Energiespeichereinrichtung in den Rotationsträgheitsspeicher erfolgen. Hierfür würde die zweite elektrische Maschine grundsätzlich im ausschließlichen Kupplungsbetrieb betrieben werden, sodass über die zweite elektrische Maschine keine Energie zwischen dem Speicherkraftwerk und dem elektrischen Netzwerk übertragen wird. Eine Übertragung von elektrischer Energie über die erste elektrische Maschine und somit zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher und dem elektrischen Netzwerk wäre jedoch denkbar. Neben dem ausschließlichen Kupplungsbetrieb könnte die zweite elektrische Maschine jedoch ebenso in einem kombinierten Kupplungs- und Motorbetrieb oder Kupplungs- und Generatorbetrieb betrieben werden, sodass zusätzlich zur Übertragung von Energie zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher und der weiteren Energiespeichereinrichtung auch über die zweite elektrischen Maschine Energie zwischen dem elektrischen Netz und dem Speicherkraftwerk, hierbei insbesondere dem Rotationsträgheitsspeicher oder der weiteren Energiespeichereinrichtung, übertragen werden kann.Advantageously, in one embodiment of the invention it is further provided that, depending on load states of the electrical network that differ from one another and/or operating states of the storage power plant that differ from one another, provision of, in particular, mechanical power and/or a transmission of, in particular, mechanical energy between the rotational inertia storage and/or the rotating unit of the electromechanical converter and/or converter and the further energy storage device via the second electrical machine. A transfer of energy from the rotational storage device can thus be carried out profitably, in particular depending on the amount of energy stored in the rotational inertia storage device and/or the further energy storage device Inertial storage into the further energy storage device or from the further energy storage device into the rotational inertia storage. For this purpose, the second electrical machine would basically be operated in exclusive coupling mode, so that no energy is transferred between the storage power plant and the electrical network via the second electrical machine. However, a transmission of electrical energy via the first electrical machine and thus between the rotational inertia storage and the electrical network would be conceivable. In addition to the exclusive clutch operation, the second electric machine could also be operated in a combined clutch and motor operation or clutch and generator operation, so that in addition to the transmission of energy between the rotational inertia storage and the further energy storage device, energy can also be transferred between the electrical network via the second electric machine and the storage power plant, in particular the rotational inertia storage or the further energy storage device.
Ferner ist eine Ausbildung der Erfindung dann als vorteilhaft anzusehen, wenn in einem - ersten - Lastzustand des Netzwerks, in welchem ein Überschuss an dem Netzwerk bereitgestellter Leistung respektive ins Netzwerk eingespeister Energie vorliegt und/oder in einem - ersten - Betriebszustand des Speicherkraftwerks, in welchem ein hohes Defizit an im Speicherkraftwerk gespeicherter, insbesondere mechanischer Energie vorliegt, zumindest ein Teil der überschüssigen Leistung respektive Energie über die erste und die zweite elektrische Maschine in das Speicherkraftwerk übertragen wird. So kann, insbesondere bei einem hohen oder sehr hohen Überschuss an dem Netzwerk durch das Kraftwerk z. B. kurzfristig bereitgestellter Leistung, das hohe Defizit an im Speicherkraftwerk gespeicherter Energie durch die zugleich erfolgende Übertragung über beide elektrische Maschinen, insbesondere in einer geringen Zeitspanne, vorteilhaft verringert werden. Ein hohes Defizit an im Speicherkraftwerk gespeicherter Energie liegt insbesondere dann vor, wenn keine oder eine lediglich geringe Menge an im Speicherkraftwerk, somit im Rotationsträgheitsspeicher und/oder der weiteren Energiespeichereinrichtung gespeichert ist. Eine geringe Menge lässt sich dabei dadurch beziffern, dass höchstens 20 Prozent, bevorzugt höchstens 10 Prozent, besonders bevorzugt höchstens 5 Prozent einer insgesamt im Speicherkraftwerk oder jeweils im Rotationsträgheitsspeicher und/oder der weiteren Energiespeichereinrichtung speicherbaren Maximalmenge an Energie im Speicherkraftwerk gespeichert ist.Furthermore, an embodiment of the invention is to be viewed as advantageous if in a - first - load state of the network, in which there is an excess of power provided to the network or energy fed into the network and / or in a - first - operating state of the storage power plant, in which there is a high deficit of energy, in particular mechanical energy, stored in the storage power plant, at least part of the excess power or energy is transferred to the storage power plant via the first and second electrical machines. So, especially if there is a high or very high surplus in the network through the power plant, for example. B. power provided at short notice, the high deficit of energy stored in the storage power plant can be advantageously reduced by the simultaneous transmission via both electrical machines, especially in a short period of time. A high deficit of energy stored in the storage power plant occurs in particular when no or only a small amount is stored in the storage power plant, thus in the rotational inertia storage and/or the further energy storage device. A small amount can be quantified by the fact that at most 20 percent, preferably at most 10 percent, particularly preferably at most 5 percent of a total maximum amount of energy that can be stored in the storage power plant or in the rotational inertia storage and / or the further energy storage device is stored in the storage power plant.
Im Allgemeinen, jedoch insbesondere im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Erfindung, liegt eine vielversprechende Gestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zudem darin, dass bei einem - insbesondere im ersten Betriebszustand - wenigstens zum Teil aufgrund eines Stillstands oder einer geringen Rotation des Rotationsträgheitsspeichers vorliegenden hohen Defizit an im Speicherkraftwerk gespeicherter - mechanischer - Energie zumindest ein Teil des Überschusses an dem Netzwerk bereitgestellter Leistung respektive ins Netzwerk eingespeister Energie über die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine ausschließlich in den Rotationsträgheitsspeicher übertragen wird. So kann bei einem Überschuss an bereitgestellter Leistung und/oder Energie zumindest ein Teil der überschüssigen Energie in bevorzugter Weise vorerst in den insbesondere als ein Hauptenergiespeicher des Speicherkraftwerks dienenden Rotationsträgheitsspeicher übertragen und somit zunächst in diesem gespeichert werden. Dies stellt sich unter anderem dadurch als vorteilhaft dar, da der Rotationsträgheitsspeicher in der Regel ein agileres Ansprechverhalten respektive kürzere Ansprechzeiten aufweist als Ausgestaltungen der weiteren Energiespeichereinrichtung, welche z. B. über einen potenziell energetischen Flüssigkeitsspeicher, einen hydropneumatischen Speicher und/oder einen pneumatischen Speicher verfügt oder als ein solcher ausgebildet ist. Das über einen Stillstand oder eine geringe Rotation des Rotationsträgheitsspeichers manifestierte hohe Defizit an im Rotationsträgheitsspeicher gespeicherter Energie lässt sich entsprechend durch die zugleich erfolgende Übertragung von Energie über beide elektrische Maschinen, insbesondere in einer geringen Zeitspanne, vorteilhaft verringern, indem die Drehzahl des Rotationsträgheitsspeichers - deutlich - erhöht wird. Eine geringe Rotation des Rotationsträgheitsspeichers liegt hierbei insbesondere dann vor, wenn eine Drehzahl des Rotationsträgheitsspeichers höchstens 20 Prozent, bevorzugt höchstens 10 Prozent und besonders bevorzugt höchstens 5 Prozent einer zulässigen Höchstdrehzahl des Rotationsträgheitsspeichers beträgt.In general, but especially in connection with the embodiment of the invention described above, a promising design form of the method according to the invention also lies in the fact that when there is a high deficit - especially in the first operating state - at least partly due to a standstill or a small rotation of the rotational inertia storage of the - mechanical - energy stored in the storage power plant, at least part of the excess power provided to the network or energy fed into the network is transferred via the first electrical machine and the second electrical machine exclusively into the rotational inertial storage. In the event of an excess of power and/or energy provided, at least part of the excess energy can preferably initially be transferred to the rotational inertia storage, which serves in particular as a main energy storage of the storage power plant, and thus initially stored therein. This is advantageous, among other things, because the rotational inertia storage usually has a more agile response or shorter response times than embodiments of the other energy storage device, which e.g. B. has a potentially energetic liquid storage, a hydropneumatic storage and / or a pneumatic storage or is designed as such. The high deficit of energy stored in the rotational inertia storage, manifested by a standstill or a slight rotation of the rotational inertia storage, can be advantageously reduced by the simultaneous transmission of energy via both electrical machines, especially in a short period of time, in that the speed of the rotational inertia storage - significantly - is increased. A low rotation of the rotational inertia storage occurs in particular when a speed of the rotational inertia storage is at most 20 percent, preferably at most 10 percent and particularly preferably at most 5 percent of a maximum permissible speed of the rotational inertia storage.
In vorteilhafter Weise ist in einer Gestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überdies angedacht, dass - insbesondere im ersten Betriebszustand - zur Bereitstellung von Leistung und/oder einer Übertragung von Energie zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher des Speicherkraftwerks und dem elektrischen Netzwerk über die zweite elektrische Maschine einer der Rotoren der zweiten elektrischen Maschine, hierbei insbesondere mittels der der zweiten elektrischen Maschine zugeordneten Bremseinrichtung und/oder dem zugeordneten Feststellelement, zumindest temporär gebremst und/oder festgestellt wird. Der dabei gebremste und/oder festgestellte Rotor wäre folglich der nicht mit der Drehschwungmasse des Rotationsträgheitsspeichers verbundene Rotor der zweiten elektrischen Maschine. Wie bereits zuvor dargestellt ließe sich derart durch ein zumindest temporäres Bremsen bis zum Stillstand und/oder ein zumindest temporäres Festlegen dieses - nicht mit dem Rotationsträgheitsspeicher verbundenen - Rotors der elektrischen Maschine ein Kupplungsbetrieb der zweiten elektrischen Maschine unterbinden und ein optimaler Motor- und/oder Generatorbetrieb gewährleisten. So ließe sich eine maximal mögliche Bereitstellung von Leistung und/oder eine Übertragung von Energie zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher und dem elektrischen Netzwerk realisieren.Advantageously, in one embodiment of the method according to the invention, it is also envisaged that - in particular in the first operating state - one of the rotors of the second is used to provide power and/or a transfer of energy between the rotational inertia storage of the storage power plant and the electrical network via the second electrical machine electric machine, in particular by means of the braking device assigned to the second electric machine and / or the assigned locking element, is braked and / or locked at least temporarily. The one braked and/or stuck The rotor provided would therefore be the rotor of the second electrical machine that is not connected to the rotary flywheel of the rotational inertia storage. As already shown above, clutch operation of the second electric machine could be prevented and optimal motor and/or generator operation could be achieved by at least temporarily braking to a standstill and/or at least temporarily fixing this rotor of the electric machine - which is not connected to the rotational inertia storage guarantee. In this way, the maximum possible provision of power and/or a transfer of energy between the rotational inertia storage and the electrical network could be realized.
Ferner wird eine gewinnbringende Ausgestaltung der Erfindung dadurch beschrieben, dass in einem - ersten oder zweiten - Lastzustand des Netzwerks, in welchem ein Überschuss an dem Netzwerk bereitgestellter Leistung respektive ins Netzwerk eingespeister Energie vorliegt, und/oder in einem - zweiten - Betriebszustand des Speicherkraftwerks, in welchem eine hohe Menge an im Speicherkraftwerk, hierbei insbesondere im Rotationsträgheitsspeicher gespeicherter, insbesondere mechanischer Energie vorliegt, über die zweite elektrische Maschine - mechanische - Energie aus dem Rotationsträgheitsspeicher und/oder - elektrische - Energie aus dem Netzwerk in die weitere Energiespeichereinrichtung übertragen wird. Dies führt dazu, dass trotz der bereits hohen Menge an im Rotationsträgheitsspeicher gespeicherter Energie weitere überschüssige Energie aus dem elektrischen Netzwerk in das Speicherkraftwerk übertragen und eine ansonsten notwendige Minimierung der dem Netzwerk durch das Kraftwerk bereitgestellten Leistung vermieden werden kann. Eine Übertragung von Energie in die weitere Energiespeichereinrichtung unter Umgehung des Rotationsträgheitsspeichers wäre ebenso möglich. Es sei erwähnt, dass eine hohe Menge an im Speicherkraftwerk gespeicherter Energie dann vorliegt, wenn im Rotationsträgheitsspeicher bereits eine im Rotationsträgheitsspeicher speicherbare Maximalmenge an Energie oder zumindest 80 Prozent, bevorzugt zumindest 90 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 95 Prozent dieser Maximalmenge gespeichert ist. Diese Maximalmenge an im Rotationsträgheitsspeicher speicherbarer Energie ist hierbei insbesondere dann erreicht, wenn die Drehzahl des Rotationsträgheitsspeichers einer zulässigen Höchstdrehzahl des Rotationsträgheitsspeichers entspricht.Furthermore, a profitable embodiment of the invention is described in that in a - first or second - load state of the network, in which there is an excess of power provided to the network or energy fed into the network, and / or in a - second - operating state of the storage power plant, in which a high amount of in particular mechanical energy stored in the storage power plant, here in particular in the rotational inertia storage, is transmitted via the second electrical machine - mechanical - energy from the rotational inertia storage and / or - electrical - energy from the network into the further energy storage device. This means that, despite the already high amount of energy stored in the rotational inertial storage, additional excess energy can be transferred from the electrical network to the storage power plant and an otherwise necessary minimization of the power provided to the network by the power plant can be avoided. A transfer of energy to the further energy storage device bypassing the rotational inertia storage would also be possible. It should be mentioned that a high amount of energy stored in the storage power plant is present when a maximum amount of energy that can be stored in the rotational inertia storage or at least 80 percent, preferably at least 90 percent, particularly preferably at least 95 percent of this maximum amount is already stored in the rotational inertia storage. This maximum amount of energy that can be stored in the rotational inertia storage is achieved in particular when the speed of the rotational inertia storage corresponds to a maximum permissible speed of the rotational inertia storage.
Eine Weiterbildung der Erfindung erweist sich zudem dann als gewinnbringend, wenn in einem - dritten - Betriebszustand des Speicherkraftwerks, in welchem ein hohes Defizit an über den Rotationsträgheitsspeicher im Speicherkraftwerk gespeicherter, insbesondere mechanischer Energie vorliegt, eine Bereitstellung von - elektrischer - Leistung und/oder eine Übertragung von - elektrischer - Energie zwischen dem respektive über das Netzwerk und der weiteren Energiespeichereinrichtung des Speicherkraftwerks - ausschließlich - über die zweite elektrische Maschine erfolgt. Dies ermöglicht es in gewinnbringender Weise, unter Umgehung des Rotationsträgheitsspeichers Energie zwischen der weiteren Energiespeichereinrichtung und dem elektrischen Netzwerk zu übertragen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Defizit an dem elektrischen Netzwerk durch das Kraftwerk bereitgestellter Leistung und/oder in das Netzwerk eingespeister Energie vorliegt, keine oder lediglich eine geringe Menge an Energie im Rotationsträgheitsspeicher gespeichert ist und dem Netzwerk somit zum Ausgleich des Defizits Leistung durch das Speicherkraftwerk bereitgestellt und/oder Energie in das Netzwerk eingespeist werden muss.A further development of the invention also proves to be profitable if, in a - third - operating state of the storage power plant, in which there is a high deficit of energy, in particular mechanical energy, stored in the storage power plant via the rotational inertia storage, there is a provision of - electrical - power and / or a Transmission of - electrical - energy between or via the network and the further energy storage device of the storage power plant takes place - exclusively - via the second electrical machine. This makes it possible to profitably transfer energy between the further energy storage device and the electrical network, bypassing the rotational inertia storage device. This is particularly advantageous if there is a deficit in the power provided to the electrical network by the power plant and/or energy fed into the network, if no or only a small amount of energy is stored in the rotational inertia storage and thus in the network to compensate for the deficit in power provided by the storage power plant and/or energy must be fed into the network.
Insbesondere im Zusammenhang mit der vorstehend ausgeführten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch ebenso im Allgemeinen ist eine Ausführungsform der Erfindung als überaus vielversprechend anzusehen, bei welcher - insbesondere im dritten Betriebszustand - zur Bereitstellung von Leistung und/oder einer Übertragung von Energie zwischen der weiteren Energiespeichereinrichtung des Speicherkraftwerks und dem elektrischen Netzwerk über die zweite elektrische Maschine der Rotationsträgheitsspeicher insbesondere mittels der dem Rotationsträgheitsspeicher zugeordneten Bremseinrichtung und/oder dem zugeordneten Feststellelement zumindest temporär gebremst und/oder festgestellt wird. So ließe sich wiederum durch ein zumindest temporäres Bremsen bis zum Stillstand und/oder ein zumindest temporäres Festlegen des Rotationsträgheitsspeichers ein Kupplungsbetrieb der zweiten elektrischen Maschine unterbinden und ein optimaler Motor- und/oder Generatorbetrieb gewährleisten. Dies führt vorteilhaft zu einer maximal möglichen Bereitstellung von Leistung und/oder einer maximal möglichen Übertragung von Energie zwischen der weiteren Energiespeichereinrichtung und dem elektrischen Netzwerk.Particularly in connection with the above-mentioned development of the method according to the invention, but also in general, an embodiment of the invention is to be viewed as extremely promising, in which - especially in the third operating state - for the provision of power and / or a transmission of energy between the further energy storage device of the Storage power plant and the electrical network via the second electrical machine of the rotational inertia storage is at least temporarily braked and / or determined in particular by means of the braking device assigned to the rotational inertia storage and / or the assigned locking element. In this way, clutch operation of the second electric machine could be prevented and optimal engine and/or generator operation could be ensured by at least temporarily braking to a standstill and/or at least temporarily fixing the rotational inertia storage. This advantageously leads to a maximum possible provision of power and/or a maximum possible transmission of energy between the further energy storage device and the electrical network.
Es sei zudem erwähnt, dass eine Übertragung von Energie zwischen dem Netzwerk und dem Speicherkraftwerk im vorstehenden Zusammenhang insbesondere als eine Übertragung von Energie zwischen dem zumindest einen Kraftwerk und dem Speicherkraftwerk und/oder dem Speicherkraftwerk und an das elektrische Netzwerk angeschlossenen Verbrauchern des Verbunds über das elektrischen Netzwerk zu verstehen ist.It should also be mentioned that a transmission of energy between the network and the storage power plant in the above context is in particular as a transmission of energy between the at least one power plant and the storage power plant and / or the storage power plant and consumers of the network connected to the electrical network via the electrical Network is to be understood.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
-
1 eine vereinfachte Übersichtsdarstellung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verbunds mit einer ersten Ausführungsform eines Speicherkraftwerks respektive eines elektromechanischen Wandlers; -
2 eine zweite Ausführungsform eines Speicherkraftwerks respektive eines elektromechanischen Wandlers.
-
1 a simplified overview of a development of the composite according to the invention with a first embodiment of a storage power plant or an electromechanical converter; -
2 a second embodiment of a storage power plant or an electromechanical converter.
In der
Das dargestellte Speicherkraftwerk 3 weist nunmehr den elektromechanischen Wandler 4 und der elektromechanische Wandler 4 wiederum die zwei rotierenden elektrischen Maschinen 5, 6 sowie den Rotationsträgheitsspeicher 7 auf. Jede der elektrischen Maschinen 5, 6 wird dabei über einen separaten Frequenzumrichter 17, 18 betrieben und ist folglich über diesen mit dem elektrischen Netzwerk 1 elektrisch verbunden. Die beiden Frequenzumrichter 17, 18 werden dabei ihrerseits über die Steuereinheit 20 gesteuert respektive geregelt, sodass zwischen den beiden elektrischen Maschinen 5, 6 z. B. ein Frequenz- und/oder Phasenversatz einstellbar ist.The
Wie der Weiterbildung des elektromechanischen Wandlers 4 der
Ferner weist eine der elektrischen Maschinen 5, 6, hier die zweite elektrische Maschine 6, hingegen zwei gegenüber einander drehbar ausgeführte Rotoren 9, 10 auf. Um dabei eine Drehung des äußeren Rotors 10 gegenüber dem inneren Rotor 9 der zweiten elektrischen Maschine 6 zu verwirklichen, ist der äußere Rotor 10 über die Drehlagereinheit 22 drehbar gelagert. Wiederum ist der innere Rotor 9 hierbei permanentmagneterregt ausgeführt und weist folglich ebenfalls ein Blechpaket mit in diesem Blechpaket integrierten Permanentmagneten auf. Eine der Erregung sowie der Induktion dienende Spulenanordnung der zweiten elektrischen Maschine 6 ist entsprechend im drehbar gelagerten äußeren Rotor 10 ausgeführt, wodurch die elektrische Maschine 5, 6 in einem Motorbetrieb, in einem Generatorbetrieb und/oder in einem Kupplungsbetrieb betreibbar ist. Um dabei einen elektrischen Kontakt zwischen dem drehbar gelagerten äußeren Rotor 10 der zweiten elektrischen Maschine 6 und dem Frequenzumrichter 18 respektive dem elektrischen Netzwerk 1 zu ermöglichen, weist die zweite elektrische Maschine 6, hierbei insbesondere der äußere Rotor 10, die Schleifkontaktierung 23 auf. In anderen Ausgestaltungen ist eine solche Schleifkontaktierung der Rotoren 9, 10 und/oder des Rotors 12 auch über den Rotationsträgheitsspeicher 7 denkbar.Furthermore, one of the
Wie der
Neben dem Rotationsträgheitsspeicher 7 des elektromechanischen Wandlers 4 weist das Speicherkraftwerk 3 zur Erhöhung einer im Speicherkraftwerk 3 speicherbaren Menge an Energie die weitere Energiespeichereinrichtung 16 auf, welche über das Abtriebs- und/oder Antriebselement 13 mit dem elektromechanischen Wandler 4 verbunden ist, sodass zwischen der Energiespeichereinrichtung 16 und dem Rotationsträgheitsspeicher 7 des elektromechanischen Wandlers 4 durch eine Drehbewegung - mechanische - Energie übertragbar ist, wofür die zweite elektrische Maschine 6 zumindest teils in einem Kupplungsbetrieb betrieben würde. Das Abtriebs- und/oder Antriebselement 13 ist hierbei im Speziellen am äußeren Rotor 10 der zweiten elektrischen Maschine 6 ausgeführt, wobei die weitere Energiespeichereinheit 16 über die Kupplung 19 an das Abtriebs- und/oder Antriebselement 13 gekoppelt ist.In addition to the
Um nun eine durch die Kraftwerke 2 bedingte, fluktuierende Bereitstellung von elektrischer Leistung im elektrischen Netzwerk 1 des Verbunds auszugleichen, ist vorgesehen, dass in sich insbesondere voneinander unterscheidenden Lastzuständen des elektrischen Netzwerks 1 und/oder sich insbesondere voneinander unterscheidenden Betriebszuständen des Speicherkraftwerks 3 eine Bereitstellung von Leistung respektive eine Übertragung von Energie zwischen dem elektrischen Netzwerk 1 und dem Speicherkraftwerk 3 über die erste elektrische Maschine 5, die zweite elektrische Maschine 6 oder beide elektrischen Maschinen 5, 6 des elektromechanischen Wandlers 4 des Speicherkraftwerks 3 erfolgt. In diesem Zusammenhang ist ebenfalls vorgesehen, dass in Abhängigkeit dieser Lastzustände des elektrischen Netzwerks 1 und/oder diesen Betriebszuständen des Speicherkraftwerks 3 Leistung zwischen dem Rotationsträgheitsspeicher 7 des elektromechanischen Wandlers 4 und der weiteren Energiespeichereinrichtung 16 über die zweite elektrische Maschine 6 bereitgestellt respektive Energie übertragen wird.In order to compensate for a fluctuating provision of electrical power in the
Im Rahmen der fluktuierenden Bereitstellung von Leistung durch die Kraftwerke 2 kann einerseits ein Lastzustand des Netzwerks 1 bestehen, in welchem ein Defizit an Leistung im Netzwerk vorliegt und somit im Grunde positive Regelleistung bereitgestellt werden muss. Anderseits kann zudem ein Lastzustand des Netzwerks 1 bestehen, in welchem dem Netzwerk 1 ein Überschuss an Leistung durch die Kraftwerke 2 bereitgestellt wird. Dabei besteht gerade bei insbesondere geringen oder moderaten Defiziten respektive Überschüssen die Möglichkeit, dass Leistung lediglich über eine der elektrischen Maschinen 5, 6 zwischen dem Netzwerk und dem Speicherkraftwerk 3 bereitgestellt wird. So wird die elektrische Energie aus den Kraftwerken 2 entweder über die erste elektrische Maschine 5 oder die zweite elektrische Maschine 6 des elektromechanischen Wandlers 4 in mechanische Energie des Speicherkraftwerks 3, hierbei insbesondere in kinetische Energie des Rotationsträgheitsspeichers 7 und/oder kinetische und/oder potenzielle Energie der weiteren Energiespeichereinrichtung 16 gewandelt und/oder umgekehrt.As part of the fluctuating provision of power by the
Besteht jedoch ein Lastzustand des Netzwerks 1, in welchem ein Überschuss an dem Netzwerk 1 durch die Kraftwerke 2 bereitgestellter Leistung respektive eingespeister Energie vorliegt, sowie ein Betriebszustand des Speicherkraftwerks 3, in welchem ein hohes Defizit an im Speicherkraftwerk 3 gespeicherter Energie vorliegt, so wird solch überschüssige Energie im Rahmen dieser Weiterbildung des Verfahrens über die erste elektrische Maschine 5 und die zweite elektrische Maschine 6 in das Speicherkraftwerk 3 übertragen, um das Defizit möglichst kurzfristig zu minimieren. Ferner wird bei einem in diesem Zusammenhang vorliegenden Stillstand oder einer - aktuell - geringen Rotation des Rotationsträgheitsspeichers 7, beispielsweise in einer Anlaufphase des Rotationsträgheitsspeichers 7, die überschüssige Energie ausschließlich in den Rotationsträgheitsspeicher 7 übertragen, da dieser als Hauptenergiespeicher des Speicherkraftwerks 3 dient. Bei der in diesem Betriebszustand erfolgenden Übertragung der Energie aus dem elektrischen Netzwerk 1 in den Rotationsträgheitsspeicher 7 des Speicherkraftwerks 3 über die zweite elektrische Maschine 6 wird der äußere Rotor 10 der zweiten elektrischen Maschine 6, sollte noch eine Restrotation vorliegen, gegebenenfalls temporär gebremst und anschließend temporär drehfest respektive gestellfest festgelegt. Hierfür weist das Speicherkraftwerk 3, im Genauen der elektromechanische Wandler 4, die dem äußeren Rotor 10 zugewiesene und in der Weiterbildung der
Neben der dem äußeren Rotor 10 zugeordneten Bremseinrichtung 14 weist das Speicherkraftwerk 3, hierbei wiederum der elektromechanische Wandler 4, die weitere, dem Rotationsträgheitsspeicher 7 zugeordnete Bremseinrichtung 14 auf. Diese weist hierbei wiederum auch das Feststellelement 15 auf, wobei der Rotationsträgheitsspeicher 7 in einem zweiten Betriebszustand des Speicherkraftwerks 3 über die Bremseinrichtung 14 gegebenenfalls temporär gebremst und anschließend temporär dreh- respektive gestellfest festgelegt wird; dies vor dem Hintergrund, das in diesem zweiten Betriebszustand des Speicherkraftwerks 3 im Gegensatz zu dem vorstehend erläuterten ersten Betriebszustand beim Vorliegen eines wiederum hohen Defizits an über den Rotationsträgheitsspeicher 7 im Speicherkraftwerk 3 gespeicherter Energie, eine Bereitstellung von Leistung zwischen dem elektrischen Netzwerk 1 und der weiteren Energiespeichereinrichtung 16 des Speicherkraftwerks 3 über die zweite elektrische Maschine 6 erfolgt. Dabei kann aufgrund des Bremsens und/oder Festlegens des Rotationsträgheitsspeichers 7 eine quasi optimale Übertragung von Energie zwischen dem elektrischen Netzwerk 1 und der weiteren Energiespeichereinrichtung 16 gewährleistet werden. Die zweite elektrische Maschine 6 wird dabei im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben.In addition to the
Besteht im Rahmen der Weiterbildung des Verfahrens ferner ein dritter Betriebszustand des Speicherkraftwerks 3, welcher dadurch bestimmt ist, dass eine hohe Menge an im Rotationsträgheitsspeicher 7 des Speicherkraftwerks 3 gespeicherter Energie vorliegt, so wird im Fall eines Lastzustands des Netzwerks 1, in welchem erneut ein Überschuss an dem Netzwerk 1 bereitgestellter Leistung respektive ins Netzwerk 1 eingespeister Energie vorliegt, über die zweite elektrische Maschine 6 Energie aus dem Rotationsträgheitsspeicher 7 und/oder Energie aus dem Netzwerk 1 in die weitere Energiespeichereinrichtung 16 übertragen. Hierbei kann die Energie einerseits ausschließlich aus dem Rotationsträgheitsspeicher 7 in die weitere Energiespeichereinrichtung 16 übertragen werden, wofür die zweite elektrische Maschine 6 im - reinen - Kupplungsbetrieb betrieben wird. Aufgrund der Permanentmagneterregung und der Rotation des inneren Rotors 9 der zweiten elektrischen Maschine 6 wird in der Spulenanordnung des äußeren Rotors 10 der zweiten elektrischen Maschine 6 ein wiederum ein Magnetfeld erzeugender Strom induziert, sodass der äußere Rotor 10 dem inneren Rotor folgt und die dadurch hervorgerufene Drehbewegung über das Abtriebs- und/oder Antriebselement 13 auf die weitere Energiespeichereinrichtung 16 übertragen wird. Diese ist dabei über die Kupplung 19 an das Abtriebs- und/oder Antriebselement 13 gekoppelt. Hierbei nähert sich die Drehzahl des äußeren Rotors 10 der Drehzahl des inneren Rotors 9 an, wobei jedoch zwischen den Rotoren 9, 10 stets ein Schlupf ausgebildet ist. Durch die Übertragung von Energie aus dem Rotationsträgheitsspeicher 7 minimiert sich die im Rotationsträgheitsspeicher 7 gespeicherte Energie, wobei die Drehzahl des Rotationsträgheitsspeichers 7 folglich sinkt. So kann z. B. über die erste elektrische Maschine 5 erneut Energie aus dem elektrischen Netzwerk 1 in den Rotationsträgheitsspeicher 7 übertragen werden. If, as part of the development of the method, there is also a third operating state of the
Anstatt einer Übertragung von Energie aus dem Rotationsträgheitsspeicher 7 kann jedoch die überschüssige Energie auch - unmittelbar - über die zweite elektrische Maschine 6 in die weitere Energiespeichereinrichtung 16 übertragen werden. Hierfür würde die Spulenanordnung des äußeren Rotors 10 der zweiten elektrischen Maschine 6 mit einem Strom erregt, welcher zumindest eine der Drehzahl des Rotationsträgheitsspeichers 7 entsprechende Frequenz aufweist. Auch eine höhere Frequenz ist entsprechend denkbar. Um dabei eine weitere Übertragung von Energie in den Rotationsträgheitsspeicher 7 und eine damit gegebenenfalls verbundene Überschreitung der zulässigen Höchstdrehzahl des Rotationsträgheitsspeichers 7 zu vermeiden, kann dieser einerseits über die dem Rotationsträgheitsspeicher 7 zugeordnete Bremseinrichtung 14 abgebremst werden. Um dabei eine Verringerung des Wirkungsgrads zu vermeiden, wäre die Bremseinrichtung 14 als eine Rekuperationsbremse ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich ließe sich der Rotationsträgheitsspeicher 7 auch durch ein Übertragen von Energie aus diesem in das elektrische Netz 1 über die erste elektrische Maschine 5 bremsen, sodass die erste elektrische Maschine 5 ebenfalls als Bremseinrichtung 14 wirkt.However, instead of transferring energy from the rotational
Der
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 11
- elektrisches Netzwerkelectrical network
- 22
- Kraftwerkpower plant
- 33
- SpeicherkraftwerkStorage power plant
- 44
- elektromechanischer Wandlerelectromechanical converter
- 55
- erste elektrische Maschine first electric machine
- 66
- zweite elektrische Maschinesecond electric machine
- 77
- RotationsträgheitsspeicherRotational inertia storage
- 88th
- DrehschwungmasseRotary flywheel
- 99
- Rotorrotor
- 1010
- Rotor rotor
- 1111
- Statorstator
- 1212
- Rotorrotor
- 1313
- Abtriebs- und/oder AntriebselementOutput and/or drive element
- 1414
- BremseinrichtungBraking device
- 1515
- FeststellelementLocking element
- 1616
- EnergiespeichereinrichtungEnergy storage device
- 1717
- Frequenzumrichterfrequency converter
- 1818
- Frequenzumrichterfrequency converter
- 1919
- Kupplungcoupling
- 2020
- Steuereinheit Control unit
- 2121
- Halterungbracket
- 2222
- DrehlagereinheitPivot bearing unit
- 2323
- SchleifkontaktierungSliding contact
- 2424
- DistanzstückSpacer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1485978 A2 [0004]EP 1485978 A2 [0004]
- DE 19811966 A1 [0006]DE 19811966 A1 [0006]
- US 7535143 B2 [0007]US 7535143 B2 [0007]
- EP 1524756 A1 [0008]EP 1524756 A1 [0008]
- EP 0359027 A1 [0009]EP 0359027 A1 [0009]
- AU 5840173 A [0010]AU 5840173 A [0010]
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---|---|---|---|
DE102022106633.9A DE102022106633A1 (en) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | Composite of an electrical network, a power plant and a storage power plant as well as methods for balancing the fluctuating power supply of the power plant |
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2022
- 2022-03-22 DE DE102022106633.9A patent/DE102022106633A1/en active Pending
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Representative=s name: CREUTZBURG, TOM, DIPL.-ING., DE |