ES2598804T3 - Módulo de almacenamiento de energía móvil - Google Patents
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Abstract
Un módulo de almacenamiento de energía móvil (1) para la puesta a disposición de una capacidad de almacenamiento de energía y potencia para tareas de regulación y sistema en redes eléctricas (LS, NS) con una carcasa de módulos encerradora (2) para proteger el contenido de la carcasa de módulos frente a las influencias del exterior durante un transporte o durante el servicio, en donde la carcasa de módulos comprende por lo menos una interfaz de conexión de red (21 a, 21 b, 21 c), por lo menos una interfaz de datos (22a, 22b, 22c) para la recepción (EM) de datos externos (ED) como instrucciones de mando y para el envío de datos de funcionamiento (BD) hacia el exterior, un módulo de volantes (3) con una pluralidad de unidades de almacenamiento de volante (31), que están conectadas por medio de un circuito eléctrico intermedio (32) para la puesta a disposición de una capacidad de almacenamiento de módulo conjunta (MSK) y una potencia de módulo conjunta (ML), con las que se conecta por lo menos una interfaz de conexión de red (21 a, 21 b, 21 c), un módulo de vacío (4) para la generación de un vacío mínimo requerido para el funcionamiento del módulo de volantes (3) en las respectivas unidades de almacenamiento de volante (31) y un sistema de mando de módulo (6) para un control apropiado de los módulos (3, 4, 5,...) en la carcasa de módulos (2) que comprende el módulo de volantes (3) y el módulo de vacío (4), caracterizado porque el módulo de volantes (3) comprende un bastidor común (33) en forma de un rectángulo abierto con varias piezas de bastidor, que al mismo tiempo también soporta los apoyos de cojinete de las unidades de almacenamiento de volante, de tal manera que el bastidor permite un premontaje de las unidades de almacenamiento de volante (31) en el bastidor (33) en el exterior de la carcasa de módulos (2) y la inserción del módulo de volantes junto con el bastidor (33) después del premontaje como un todo en la carcasa de módulos (2), y que está configurado de tal manera que el módulo de volantes (3) también puede volver a extraerse como un todo.
Description
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En una forma de realización adicional, el sistema de mando de módulo en el caso de una recepción perturbada de los datos externos (instrucciones de mando) está previsto para disponer de la capacidad de almacenamiento del módulo y de potencia del módulo exclusivamente para la ejecución de las tareas de regulación y sistema locales en la o las redes eléctricas locales conectadas, hasta que la recepción de datos externos nuevamente sea posible. Para determinar una perturbación en la recepción de datos, el sistema de mando de módulo puede emitir periódicamente señales de prueba hacia el exterior y procesar la falta de una señal de retorno correspondiente como verificación de una perturbación de la recepción. Una señal de prueba de este tipo es, por ejemplo, un así llamado “apretón de manos”, por el que se comprueba la existencia de la conexión de comunicación. La preferencia de las tareas de regulación y sistema locales es ventajosa, debido a que en un caso de fallo de la comunicación hacia el exterior el sistema de mando de módulo ya no recibe ningún acuse de recibo sobre el estado actual de la red eléctrica no local. Si el sistema de mando de módulo en ese caso simplemente continuaría ejecutando las funciones asignadas sin la recepción de datos externos adicionales (instrucciones de mando), ello bajo determinadas circunstancias incluso podría conllevar a un fallo de la red eléctrica debido a sobrecarga. Por esta razón es ventajoso ejecutar solo las tareas de regulación y sistema locales, a las que el módulo de almacenamiento de energía esté obligado y que, dado el caso, él mismo pueda vigilar la idoneidad de dichas funciones locales a través de unidades de medición propias.
En una forma de realización, el módulo de almacenamiento de energía comprende una o varias unidades de medición para la medición de uno o varios datos relevantes en las respectivas redes eléctricas conectadas, y el sistema de mando de módulo está previsto para realizar el control del módulo de almacenamiento de energía para las tareas de regulación y sistema locales en base a los datos externos (instrucciones de mando) en dichas redes eléctricas locales y no locales en base a los datos relevantes medidos. A este respecto, las unidades de medición pueden estar integradas en la red eléctrica local y/o no local, o dispuestas en uno o varios sitios en la red eléctrica local. Las unidades de medición también pueden estar dispuestas en el punto de conexión entre el módulo de almacenamiento de energía y las redes eléctricas locales y/o no locales. Las unidades de medición en el marco de la presente invención son, por ejemplo, sondas de medición para medir la frecuencia de red y la tensión de red como ejemplo para datos relevantes para la red eléctrica local conectada. Otras magnitudes de medición son, por ejemplo, el desarrollo de la tensión en función del tiempo, el ángulo de fase, el punto neutro, la frecuencia de red, la corriente de red y otras magnitudes.
Las personas especializadas en la materia pueden seleccionar unidades de medición o sondas de medición apropiadas en el marco de la presente invención y disponerlas en la posición apropiada. Si la frecuencia de red deseada es, por ejemplo, de 50 Hz y las unidades de medición detectan un descenso de la frecuencia de red, entonces el sistema de mando esclavo alimentará automáticamente, en base a la frecuencia de red actualmente medida (como datos relevantes medidos) y una secuencia de reacción almacenada en el sistema de mando de módulo, la energía necesaria a la red eléctrica local (función de regulación y sistema local), hasta que la frecuencia de red nuevamente se sitúe en el valor deseado. Otros ejemplos son la medición del ángulo de fase en la red eléctrica local para hacer disponible la compensación de potencia reactiva correspondiente, o la medición de la tensión en el caso de una reducción de carga excesiva o insuficiente en la red local para mantener la calidad de la tensión. Para otras tareas de regulación y sistema se almacenan secuencias de reacción diferentes en el sistema de mando de módulo.
En una forma de realización adicional, el módulo de almacenamiento de energía comprende una memoria de tareas para almacenar los datos externos recibidos (instrucciones de mando) en relación a las tareas de regulación y sistema no locales y locales, a la que el sistema de mando de módulo recurre para controlar el módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con las tareas de regulación o sistema no locales y locales. La memoria de tareas puede ser una memoria de datos apropiada en el módulo de almacenamiento de energía. A este respecto, la misma puede estar realizada como parte del sistema de mando de módulo, o ser una memoria separada. En ambos casos, el sistema de mando de módulo está conectado con la memoria de tareas de tal manera que puede acceder a la memoria de tareas en todo momento, el leer las tareas de regulación y sistema locales y no locales almacenadas en ella y controlar de manera correspondiente el módulo de almacenamiento de energía. En el marco de la presente invención, las personas especializadas en la materia pueden configurar apropiadamente, desde el punto de vista técnico de los circuitos, el acceso del sistema de mando de módulo a la memoria de tareas y al módulo de almacenamiento de energía a ser controlado. Las instrucciones (datos externos o instrucciones de mando) relacionadas con las tareas de regulación y sistema no locales y locales pueden ser almacenadas en la memoria de tareas, por ejemplo, como instrucción “Almacenar de la red eléctrica no local “xx” kWh en el día “y” a las zz horas”. En otro ejemplo, la instrucción en la memoria de tareas podría ser “Alimentar hoy a partir de las zz horas xx kW por hora a la red eléctrica local”. El formato de datos concreto de las instrucciones puede ser seleccionado de manera apropiada por las personas especializadas en la materia en el marco de la presente invención. Estas instrucciones (o tareas) en la memoria de tareas pueden referirse, por ejemplo, a una potencia de regulación o a una estabilización de tensión o de corriente. Las instrucciones (o tareas) pueden almacenarse con o sin referencia cronológica. Una instrucción (o tarea) sin referencia cronológica podría ser, por ejemplo, “Suministrar en función de la desviación de frecuencia de la red eléctrica de 50 Hz de manera correspondiente a una curva especificada la potencia de regulación correspondiente”.
En una forma de realización adicional, el sistema de mando de módulo está configurado para detectar y evaluar datos de servicio del módulo de almacenamiento de energía y enviar al exterior, a través de una de las interfaces de
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En una forma de realización, las interfaces de conexión de red de todos los módulos de almacenamiento de energía están unidas en un punto de conexión adicional común para la conexión a una red eléctrica no local y por lo menos una red eléctrica local. De esta manera, las capacidades de almacenamiento de módulo y las potencias de módulo de todos los módulos de almacenamiento de energía se reúnen en un punto para formar una sola capacidad de almacenamiento de la instalación y una sola potencia de la instalación, y todas las redes eléctricas conectadas con el punto de conexión adicional se benefician de las instalaciones de almacenamiento de energía existentes. Además, el punto de conexión adicional permite una conexión rápida y sencilla de otros módulos de almacenamiento de energía adicionales a las redes eléctricas ya conectadas, sin que esas conexiones de red eléctrica tengan que ser modificadas en caso de una ampliación (o al remover un módulo de almacenamiento de energía). Las instalaciones de almacenamiento de energía con tan solo una conexión a una red eléctrica, por ejemplo, a una red eléctrica local, que a su vez está conectada con una red eléctrica no local, normalmente están conectadas por medio de un interruptor con dicha única red eléctrica. En este caso no sería necesario ningún control de un flujo de energía, puesto que toda la energía fluye a dicha única red eléctrica (o a la inversa). El interruptor está previsto para que la instalación de almacenamiento de energía pueda ser separada de la red eléctrica en caso de un fallo de la red.
En otra forma de realización adicional, entre el punto de conexión adicional y las redes eléctricas conectadas se encuentra dispuesta una unidad de regulación que está configurada para regular o controlar un flujo de energía entre dos o más redes eléctricas conectadas y la instalación de almacenamiento de energía. Si las redes eléctricas locales y no locales solo estuvieran conectadas de forma rígida con el punto de conexión adicional de la instalación de almacenamiento de energía, entonces la energía alimentada por la instalación de almacenamiento de energía solo sería alimentada a la red eléctrica que tenga la mayor demanda de energía. En la presente invención, la unidad de regulación además está configurada de tal manera que después de la separación de una red eléctrica las demás redes eléctricas conectadas continúan siendo abastecidas con energía de la manera deseada, ya que la instalación de almacenamiento de energía en el marco de la presente invención debe abastecer simultáneamente una pluralidad de redes eléctricas separadas. La unidad de regulación controla el flujo de energía a las redes conectadas en la forma prevista por el sistema de mando de módulo. En una forma de realización preferente, la unidad de regulación además está prevista para separar en caso de necesidad una o varias de las redes eléctricas conectadas de la instalación de almacenamiento de energía. En caso de fallo de una de las redes eléctricas conectadas, la unidad de regulación bajo determinadas circunstancias separa esa red eléctrica de inmediato en el plazo de pocos milisegundos de la instalación de almacenamiento de energía, para que ésta pueda continuar disponible para las demás redes eléctricas. De lo contrario, dado el caso se podría producir un cortocircuito o una situación de sobrecarga. En otra forma de realización adicional, la unidad de regulación comprende para esta una caja de regulación con por lo menos un elemento de regulación, así como uno o varios interruptores de separación, que son controlados por el elemento de regulación y cuyo número depende del número de redes eléctricas conectadas a la unidad de regulación. A este respecto, la caja de regulación está conectada directamente o a través de la unidad de regulación con el sistema de mando de módulo a través de una línea de datos, por la que el sistema de mando de módulo puede transmitir datos de configuración de la función reguladora al elemento de regulación.
En otra forma de realización adicional, uno de los sistemas de mando de módulo está previsto como sistema de mando maestro y los otros sistemas de mando de módulo como sistemas de mando esclavos, en donde el sistema de mando maestro está previsto para transmitir a los sistemas de mando esclavos instrucciones a través de la red de datos para el control de las unidades de almacenamiento de volante para la ejecución conjunta de las tareas de regulación y sistema a ser cumplidas en las redes eléctricas conectadas. A este respecto, el sistema de mando maestro (sistema de mando de módulo principal) dispone de las capacidades de almacenamiento de módulo y las potencias de módulo de todos los módulos de almacenamiento de energía conectados con el mismo y efectúa las tareas de regulación y sistema no locales en el marco de las partes proporcionales en las capacidades de almacenamiento de la instalación y/o la potencia de la instalación que no se requieren para tareas de regulación y sistema locales. Los sistemas de mando esclavos (también denominados como sistemas de mando subordinados) se refieren a sistemas de mando de módulo que controlan sus respectivos módulos de almacenamiento de energía en función de las instrucciones de un sistema de mando maestro. La comunicación entre el sistema de mando maestro y los sistemas de mando esclavos conectados para el control de la instalación de almacenamiento de energía puede efectuarse, por ejemplo, de manera activa a través de un protocolo de aviso, en donde los sistemas de mando esclavos y/o el sistema de mando maestro después del envío del protocolo de aviso pueden reaccionar con las respuestas o reacciones correspondientes al protocolo de aviso. La comunicación también puede ser iniciada en base a señales de solicitud directas por el sistema de mando de módulo. Los sistemas de mando esclavos controlan y vigilan los estados de funcionamiento de los respectivos módulos de almacenamiento de energía y transmiten al sistema de mando maestro los datos de servicio BD de sus módulos de almacenamiento de energía a través de la línea de datos. Los sistemas de mando esclavos a este respecto son controlados conjuntamente por el sistema de mando maestro, debido a que este último transmite a los sistemas de mando esclavos instrucciones para la ejecución de las tareas de regulación y sistema y los sistemas de mando esclavos traducen las instrucciones en parámetros de máquina correspondientes para sus unidades de almacenamiento de volante. Alternativamente, se podría prescindir de los sistemas de mando esclavos y todas las funciones de los mismos también podrían ser realizadas por el sistema de mando maestro. El control consiste en que el sistema de mando maestro prescribe a los diferentes módulos de almacenamiento de energía, cuánta energía debe ser emitida por frenado de las unidades de almacenamiento de volante o absorbida por aceleración de las distintas unidades de almacenamiento de volante. Para que esta absorción o emisión de energía se pueda efectuar de la manera
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La Fig. 3 muestra una representación esquemática del módulo de almacenamiento de energía 1 de acuerdo con la presente invención con las conexiones internas y conexiones de datos. El módulo de almacenamiento de energía 1, por razones de mayor claridad, en esta forma de realización se representa con tan solo cuatro unidades de almacenamiento de volante 31 para el almacenamiento reversible de energía. Los módulos de almacenamiento de energía 1 para la operación real comprenden, en cambio, un número sustancialmente mayor de unidades de almacenamiento de volante 31. Las unidades de almacenamiento de volante están conectadas en paralelo a través de un circuito intermedio 32, que en este ejemplo está realizado como bus de corriente continua común 32 y que está conectado con uno o varios convertidores de corriente 34 o convertidores de paso 34. Los distintos módulos del módulo de almacenamiento de energía están conectados entre sí a través de una línea de datos 61, por ejemplo, un bus de datos 61. Al módulo de almacenamiento de energía 1 se conecta a través de la interfaz de conexión de red 21 c una red eléctrica local LS y a través de la interfaz de conexión de red 21 b una red eléctrica no local NS. La red eléctrica no local NS adicionalmente está conectada con la interfaz de conexión de red 21 a, para que el módulo de almacenamiento de energía 1 se abastezca con la corriente de servicio necesaria para los módulos (los conductores de corriente internos en este ejemplo no se muestran de forma explícita). Para que la energía Ep emitida desde el módulo de volantes 3 pueda ser alimentada a las dos redes eléctricas conectadas LS, NS con la distribución correcta, el módulo de almacenamiento de energía 1, para dividir el flujo de energía en flujos de energía separados EFg y EFI hacia las redes eléctricas separadas LS y NS, comprende una unidad de regulación 7, que en la Fig. 5 se describe detalladamente. Por lo tanto, la capacidad de almacenamiento de módulo MSK y la potencia de módulo ML entera se puede usar para la absorción En y la emisión Ep de energía a una o varias redes eléctricas NS, LS conectadas al módulo de almacenamiento de energía 1. En el caso de un módulo de almacenamiento de energía 1 que solo está conectado a una red eléctrica local LS conectada con la red eléctrica no local NS, la unidad de regulación 7 comprende por lo menos un interruptor de separación. En este caso no es necesaria la división de los flujos de energía, ya que el flujo de energía total EF desemboca en la red eléctrica local LS.
Alternativamente, el sistema también puede ser equipado con un segundo o con varios convertidores de paso adicionales 34 y con un segundo o con varios interruptores de separación adicionales 7. En este caso, se podría prescindir eventualmente de la caja de regulación 7. El módulo de almacenamiento de energía 1 comprende una interfaz 22a (por razones de claridad, en este ejemplo solo se muestra una de las varias interfaces de datos posibles) para la recepción EM de datos externos ED en relación a las tareas de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS, así como un sistema de mando de módulo 6 para el almacenamiento S y la ejecución AO, ANO de los datos externos (instrucciones de mando). A través de la interfaz de datos 22a también se envían hacia el exterior datos de servicio BD y/o una señal de prueba TS para verificar una conexión de comunicación existente. De manera correspondiente, la interfaz de datos 22a recibe una señal de respuesta correspondiente RS. A este respecto, el sistema de mando de módulo 6 dispone para la ejecución ANO de las tareas de regulación y sistema no locales NORS en la red eléctrica no local NS de las capacidades de almacenamiento de módulo MSK y las potencias de módulo ML únicamente en el marco de las participaciones proporcionales de las capacidades de almacenamiento de módulo MSK y/o de la potencia de módulo ML que no se requieren para la ejecución AO de las tareas de regulación y sistema locales ORS. Para esto, el sistema de mando de módulo 6 comprende un sistema de gestión de prioridades 64 para la ejecución AO, ANO de los distintos datos externos ED (instrucciones de mando), en donde la ejecución AO de los datos externos ED (instrucciones de mando) con respecto a las tareas de regulación y sistema locales ORS en la red eléctrica local LS tiene prioridad frente a la ejecución ANO de los datos externos ED (instrucciones de mando) referidos a tareas de regulación y sistema no locales NORS en la red eléctrica no local NS. Este sistema de gestión de prioridades 64 está realizado, por ejemplo, como memoria de datos con una secuencia de prioridades almacenada en la misma. La secuencia de prioridades puede estar provista en la forma de un archivo que, por ejemplo, puede ser sustituido o modificado in situ. En una forma de realización está previsto que por razones de seguridad de la instalación no se pueda acceder al sistema de gestión de prioridades 64 a través de la interfaz de datos 22a. El control por medio del sistema de mando de módulo 6 consiste, entre otras cosas, en que prescribe a las distintas unidades de almacenamiento de volante 31 cuánta energía debe ser emitida mediante frenado o absorbida mediante aceleración, y en un control apropiado de la unidad de regulación 7 mediante la transmisión de datos de configuración KD para la función de regulación. El sistema de mando de módulo comprende además una memoria de tareas 63, en la que se almacenan los datos externos ED recibidos EM en relación a las tareas de regulación y sistema a ser ejecutadas. El almacenamiento puede ser precedido por una verificación del origen y contenido de los datos externos ED y, dado el caso, si la verificación no tiene éxito, puede ser rechazado. El sistema de mando de módulo 6 puede acceder a la memoria de tareas 63 y establecer un plan de servicio BP de acuerdo con los datos externos ED y las prioridades en el sistema de gestión de prioridades 64. El control del módulo de almacenamiento de energía 1 se efectúa entonces de acuerdo con el plan de servicio establecido BP. El plan de servicio también puede comprender instrucciones para el control del módulo de refrigeración 5 y del módulo de vacío 4. El módulo de vacío está conectado a través del sistema de tubería 42 (representado en color negro) con las carcasas de rotor de las unidades de almacenamiento de volante 31 y generar el vacío de servicio requerido con una etapa de bombeo de vacío 41 conectada al sistema de tubería 42, que puede comprender, por ejemplo, una bomba previa y una bomba turbomolecular. Para la ejecución AO, ANO de las tareas de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS en las redes eléctricas locales y no locales LS, NS, el módulo de almacenamiento de energía 1 mide a través de una o varias unidades de medición 62 los datos relevantes RD en las redes eléctricas conectadas LS, NS y basa la ejecución AO, ANO en estos datos relevantes RD (representado como flecha de línea intermitente hacia el sistema de mando de módulo 6).
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protección de la presente invención.
Lista de caracteres de referencia
1 Módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención
1, 1’, 1” Otros módulos de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención
10 Instalación de almacenamiento de energía con varios módulos de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención
2 Carcasa de módulos
2U Lado inferior de la carcasa de módulos
2S Superficie lateral de la carcasa de módulos
20 Lados superiores de la carcasa de módulos
21 a, 21 b, 21 c Interfaces de conexión de red
22a, 22b, 22c Interfaces de datos
23 Capa de aislamiento
24 Medio de fijación al suelo
3 Módulo de volantes
31 Unidad de almacenamiento de volante
32 Circuito intermedio
33 Bastidor (de montaje) para las unidades de almacenamiento de volante
34 Convertidor de corriente o convertidor de paso
4 Módulo de vacío
41 Etapa de bombeo de vacío
42 Sistema de tubería
5 Módulo de refrigeración
6 Sistema de mando de módulo
6M Sistema de mando maestro (sistema de mando de módulo principal)
6S Sistema de mando esclavo (sistema de mando de módulo subordinado)
61 Bus de datos (en el módulo de almacenamiento de energía o entre diferentes módulos de almacenamiento de energía)
62 Unidad de medición
63 Memoria de tareas
64 Sistema de gestión de prioridades
7 Unidad de regulación (en el módulo de almacenamiento de energía o en la instalación de almacenamiento de energía en el exterior de los módulos de almacenamiento de energía)
71 Caja de regulación
71-1 Miembro de regulación
71-2 Interruptor de separación
8 Red de datos para la conexión de diferentes módulos de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención
9 Punto de conexión adicional
AF Emplazamiento de un número de módulos de almacenamiento de energía en sitios de emplazamiento
AL Potencia de la instalación de la instalación de almacenamiento de energía
ANO Ejecución de las tareas de regulación y sistema no locales
AO Ejecución de las tareas de regulación y sistema locales
AP Adaptación de la instalación de almacenamiento de energía a cambios en la demanda de capacidad de almacenamiento de la instalación y de potencia de la instalación
ASK Capacidad de almacenamiento de la instalación de la instalación de almacenamiento de energía
ASM Conexión de los módulos de almacenamiento de energía a un punto de conexión adicional conjunto
ASS Conexión del punto de conexión adicional a las redes eléctricas
B Suelo, fundamento
BD Datos de funcionamiento
BP Plan de servicio
BS Determinación de la capacidad de almacenamiento de la instalación y de la potencia de la instalación que se requiere
E Remoción de un módulo de almacenamiento de energía de la instalación de almacenamiento de energía
ED Datos externos (instrucciones de mando)
EF Flujo de energía
EFg Parte proporcional del flujo de energía para la red eléctrica no local
EFI Parte proporcional del flujo de energía para la red eléctrica local
EM Recepción de datos (datos externos)
En Absorción de energía de la red eléctrica (energía negativa)
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Ep Emisión de energía a la red eléctrica (energía positiva)
GS Control conjunto de la instalación de almacenamiento de energía
H Adición de uno o más módulos de almacenamiento de energía a la instalación de almacenamiento de energía
KD Datos de configuración de la función reguladora
LS Red eléctrica local
ML Potencia de módulo
MSK Capacidad de almacenamiento de módulo
NORS Tareas de regulación y sistema no locales
NS Red eléctrica no local
ORS Tareas de regulación y sistema locales
RD Datos relevantes
RS Señal de respuesta
TS Señal de prueba
VA Anclaje de la carcasa de módulos en el suelo del sitio de emplazamiento
VB Conexión de los módulos de almacenamiento de energía mediante una red de datos común
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