KR20120092569A - 실용 규모 전기 에너지 저장 시스템 - Google Patents

실용 규모 전기 에너지 저장 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20120092569A
KR20120092569A KR1020127006365A KR20127006365A KR20120092569A KR 20120092569 A KR20120092569 A KR 20120092569A KR 1020127006365 A KR1020127006365 A KR 1020127006365A KR 20127006365 A KR20127006365 A KR 20127006365A KR 20120092569 A KR20120092569 A KR 20120092569A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
mass
track
shuttle
shuttle unit
Prior art date
Application number
KR1020127006365A
Other languages
English (en)
Inventor
윌리암 알. 페이츠케
매튜 비. 브라운
윌리암 엘. 에드맨
로버트 티. 스콧
윌리암 에이치. 무어헤드
더글랏 씨. 브로드겟
다비드 아이. 스콧
Original Assignee
어드밴스드 레일 에너지 스토리지, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어드밴스드 레일 에너지 스토리지, 엘엘씨 filed Critical 어드밴스드 레일 에너지 스토리지, 엘엘씨
Publication of KR20120092569A publication Critical patent/KR20120092569A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L55/00—Arrangements for supplying energy stored within a vehicle to a power network, i.e. vehicle-to-grid [V2G] arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B61C17/06—Power storing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B61C3/02—Electric locomotives or railcars with electric accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/14—Synchronous machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Abstract

위치 에너지 저장 시스템은 모터/발전기(102), 구동 보기차(76) 및 구조(88, 90)와 일체형 이송 기구(80, 86, 87)를 갖는 다수의 트랙 장착 셔틀 유닛(22)을 포함해서 에너지 저장 매스를 제 1 하부 상승 저장 야드(12)로부터 제 2 상부 상승 저장 야드(10)로 착탈 가능하게 운반하고 초과 에너지를 전기 그리드로부터 이용하 고 모터를 구동하고, 에너지 저장을 위한 제 2 저장 야드에서 매스를 제거하고, 매스를 검색하고 매스를 제 2 저장 야드로부터 제 1 저장 야드로 반환시키고 전기 에너지를 발전기를 통해 회수한다.

Description

실용 규모 전기 에너지 저장 시스템{UTILITY SCALE ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 전력 저장 및 발생에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하부 저장 시설로부터 상부 저장 시설로의 매스(mass)의 수송을 위한 컨시스트(consists)에 전기 그리드 파워를 이용함으로써, 그리고 가변 및 무효 전력 유지를 포함하는 보조 유지와 조절 업 다운 트리밍 성능으로 상부 저장 시설로부터 하부 저장 시설로의 매스의 수송 동안 컨시스트의 전자기 회생 제동에 의한 전기 그리드에 위치 에너지 회수 및 반환을 이용함으로써, 위치 에너지 저장에 대한 하부 저장 시설과 상부 저장 시설 사이에서 적재 가능 매스(loadable masses)를 획득하는 전기 구동 레일 컨시스트(electrically driven rail consists)(컨시스트는 여기서 다수의 차량 요소로 정의됨)를 이용하는 위치 에너지 저장 시스템을 제공한다.
관련 출원에 대한 참조
본 출원은 실용 규모 전기 에너지 저장 시스템이라는 명칭으로 William R. Peitzke 및 Matt Brown에 의해 2009년 8월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 61/233,052호의 우선권을 주장하며, 그 명세서는 여기에 참조로 포함되어 있다.
전력 그리드는 점점 복잡하고 전력 이용을 갖는 전력 발생 공급의 매칭은 동작 중 안정성을 유지하는 중대한 요소이다. 이 문제는 전력 생산의 일관성을 가져서 본래의 문제를 갖는 풍력 및 태양광과 같은 대체 에너지 발생원의 추가로 보다 복잡해지고 있다. 전원 그리드의 일부로서의 실용 규모 에너지 저장에 대한 요구는 주파수 조절, 전압 제어, 운전 예비, 비운전 예비 및 자력 기동을 포함하는 일간 로드 시프팅(daily load shifting) 및 전력 품질 서비스에 대한 요건을 증가시킴으로써 완수된다. 미국에서의 에너지 저장 전력 요건은 로드 시프팅에 대해서는 200,000 MW에 접근하고 전력 품질 서비스에 대해서는 20,000 MW를 초과하는 것으로 현재 추정된다.
전기 에너지 저장은 전지 기술, 커패시터 저장 시스템, 플라이휠(flywheels)과 같은 운동 에너지 저장 시스템 또는 위치 에너지 저장 시스템을 사용하여 달성될 수 있다. 리튬 이온 전지, 흐름 전지 및 재충전가능 나트륨 유황 전지(NaS)에 대한 전지 기술은 개선되고 있지만 통상 50 MW 이하의 범위에서만 추정된 성능을 제공할 것이다. 마찬가지로, 합리적인 규모에 관한 용량성 저장 시스템은 1 - 10 MW 사이의 가능 출력만을 제공한다. 또한, 플라이휠 저장 시스템은 통상 물리적 크기 및 구조 재료 제한으로 인해 20보다 작은 MW로 한정된다.
종래의 위치 에너지 저장 장치는 중력에 대해 중량을 상승시키는 리프팅 기계 장치 및 중력으로 펌핑되어 올라가는 물의 형태로 에너지를 저장하는 방법인 양수 발전으로 구성된다. 리프팅 기계 장치는 그 높이에 있어서 수백 피트로 한정되므로 상당한 양의 전기 에너지를 저장하기 위해 대량의 매스를 필요로 한다. 이것은 비용을 매우 높게 해서, 이 장치가 고가이고 비경제적이다. 양수 발전에서, 물은 하부 고도 저장소로부터 상부 고도 저장소로 펌핑되고; 그 후 저장된 물은 저장된 에너지를 요구가 있는 즉시 전기로 변환하기 위해 터빈을 통해 방출된다. 그러한 시스템의 왕복 저장 사이클 효율 손실은 통상 25%의 범위에 있고 허용, 건설 및 운영의 어려움은 양수 발전을 실시하기 어렵게 한다. 그러한 시스템을 건설하는 것은 10년 이상 걸릴 수 있다.
그러므로, 위치 에너지 저장에 100 - 2,000 MW의 전력 발생 범위의 가능 출력과 고효율 및 감소된 설치 및 자본 투자 요건을 제공하는 것이 바람직하다.
여기에 개시된 실시예는 고효율적인 실용 규모 에너지 저장 시스템을 제공한다. 대형 매스는 에너지를 저장하기 위해 위로 에너지를 방출하기 위해 아래로 수송된다. 전화된 강철 철도망(electrified steel railway)은 컨시스트에 결합되고 자동 제어 시스템에 의해 동작되는 모터/발전기를 포함하는 전동 셔틀 유닛(electric powered shuttle units)을 통해 다른 상승의 2개의 저장 야드들 사이에서 매스를 수송한다. 예시적 실시예는 시스템에 라우팅되는 트랙을 구성하기 위해 상부 및 하부 저장 야드(upper and lower storage yards)와, 상부 및 하부 야드와 다수의 제어부 사이의 상호 연결 트랙을 갖는 레일 시스템을 포함한다. 셔틀 유닛은 지지 휠에 상호 연결된 전기 모터/발전기를 갖고 매스를 착탈 가능하게 운반하기 위해 지지 구조 및 일체형 이송 기구를 포함한다. 셔틀 유닛 상의 모터/발전기는 전기 그리드(electrical grid)에 상호 연결된다. 전기 그리드, 셔틀 유닛 및 레일 시스템 제어부와 통신하는 제어 시스템은 전기 그리드가 초과 전력을 가질 때 에너지를 저장하는 제 1 제어 시퀀스를 실행하고 추가 전력이 요구될 때 전력을 전기 그리드에 제공하는 제 2 제어 시퀀스를 실행한다. 제 1 제어 시퀀스는 선택된 셔틀 유닛이 하부 저장 야드에 위치된 매스를 검색하게 하고, 전력을 그리드로부터 인출하는 모터로서 모터/발전기를 사용하고, 선택된 셔틀 유닛을 하부 저장 야드로부터 상부 저장 야드로 구동시키고 제어부는 셔틀 유닛을 라우팅하도록 구성된 다음 상부 저장 야드에서 매스를 하역한다(offload). 제 2 제어 시퀀스는 선택된 셔틀 유닛이 상부 저장 야드에 위치된 매스를 검색하게 하고, 그리드에 전력을 공급하는 발전기로서 모터/발전기를 사용하여 선택된 셔틀 유닛을 상부 저장 야드로부터 하부 저장 야드로 회생 제동시키고, 제어부는 선택된 셔틀 유닛을 라우팅하도록 구성된 다음 하부 저장 야드에서 매스를 하역한다.
예시적 실시예에 있어서, 매스는 저장 야드 트랙 상에 매달린 상부 및 하부 저장 야드에 저장되고 각 셔틀 유닛은 선택된 매스 아래에 수용된다. 이송 기구는 롤을 적재 하에 제공하기 위해 각 셔틀 유닛 상의 구조에 의해 운반되고, 저장될 시 매스 아래에 수용되는 지지 요소를 포함한다.
예시적 실시예에 있어서, 변전소는 고전압 전력을 수용하기 위해 그리드에 연결되고 트랙사이드 전기 배전 시스템(trackside electrical distribution system)은 선택된 간격으로 전기 배전 시스템에 연결된 변압기를 갖는 변전소에 연결된다. 전원 레일은 각 전원 레일이 레일 시스템에서 트랙과 결합된 상태에서 변압기에 연결된다. 각 셔틀 유닛은 전원 레일 및 트랙션 제어 유닛(traction control unit, TCU)의 연결을 위해 접촉기를 포함한다. TCU는 모터/발전기에 연결되고 전력 제어를 하는 정류기/인버터 회로, 및 모터/발전기의 가속, 감속 및 안정 상태 동작을 위해 정류기/인버터 회로를 제어하는 제어 보드를 포함한다. 제 1 유틸리티 측 정류기/인버터 및 제 2 모터/발전기 측 정류기/인버터는 전기 그리드의 무효 전력(VAR) 조정을 위한 유틸리티 측 정류기/인버터에서 무효 전력을 제어하는 제어 보드에 의해 이용된다.
특정 실시예에 있어서, 역 바이패스 커넥터(reversing bypass connectors)는 셔틀 유닛의 가속/감속 후에 동기 동작에 대한 전원 레일에 선택된 연결 파워 트랙 상의 셔틀 유닛에 대한 모터/발전기를 직접 연결하여 정류기 인버터 회로를 선택적으로 바이패스하도록 제어 보드로부터의 신호에 응답한다. 조절 업 또는 조절 다운을 위한 유틸리티 신호에 응답하는 시스템에서의 전압 조정은 비동기 동작을 갖는 각 셔틀 유닛에서 달성된다.
개시된 실시예는 전기 그리드에 연결된 레일 시스템 및 셔틀 유닛을 사용하여 실용 규모 보조 서비스(utility scale ancillary services)를 제공하는 방법을 허용한다. 보조 서비스 명령을 수신할 시에, 선택된 셔틀 유닛 세트는 보조 서비스 명령의 이행으로 전기 그리드와 상호 작용하도록 무효 전력, 가속 및 감속에 대해 제어된다. 보조 서비스 명령이 VAR 명령이면, 셔틀 유닛은 전력을 모터/발전기에 제공하기 위해 정류기/인버터 회로를 갖고, 전기 그리드의 VAR 제어 조정을 위한 정류기/인버터 회로에서 무효 전력을 제어한다. 보조 서비스 명령이 조절 업/조절 다운 명령이면, 연결 트랙에서의 적어도 1개의 파워 트랙은 비동기 동작을 위해 선택되고 선택된 파워 트랙을 횡단하는 셔틀 유닛 상의 모터/발전기는 그리드에 공급되거나 그리드로부터 저장되는 전력의 조절 업 또는 조절 다운을 위해 제어된다.
도 1은 본 에너지 저장 시스템의 실시예의 개략적 사시도이며;
도 2는 도 1에 개시된 바와 같이 에너지 저장 시스템에 이용가능한 다수의 셔틀 유닛 및 저장 매스를 갖는 컨시스트를 동작시키는 제 1 예시적 실시예의 사시도이며;
도 3은 수송을 위한 매스를 체결하고 상승시킨 제 1 실시예의 하나의 셔틀 유닛의 측면도이며;
도 4는 수송을 위한 매스를 체결하는 위치에 있어서의 도 3의 셔틀 유닛의 측면도이며;
도 5는 셔틀 유닛 및 저장 매스의 제 2 예시적 실시예에 있어서 컨시스트를 동작시키는 사시도이며;
도 6은 수송 위치에 있어서 매스와 제 2 실시예의 하나의 셔틀 유닛의 측면도이며;
도 7a는 도 6의 셔틀 유닛의 엔드 뷰이며(end view);
도 7b는 셔틀 유닛 및 트랙사이드 구성요소의 부분 측면 사시도이며;
도 8은 저장을 위한 회전 전이에 있어서 매스와 제 2 실시예의 하나의 셔틀 유닛의 사시도이며;
도 9는 저장을 위해 회전된 매스와 제 2 실시예의 셔틀의 엔드 뷰이며;
도 10a는 도 6에 정의된 바와 같이 셔틀 상에서 취급되는 매스를 위한 회전 지지 시스템의 상세한 등각도이며;
도 10b는 구동축과 함께 사용하기 위한 예시적 트랜스미션의 단면도이며:
도 11a는 에너지 저장 시스템의 실시예에 사용되는 예시적 멀티 트랙 파워 및 반환 레이아웃의 투시도이며;
도 11b는 에너지 저장 시스템에 대한 예시적 상부 저장 야드 레이아웃이며;
도 11c는 예시적 하부 저장 야드 레이아웃이며;
도 11d는 추가 상부 및 하부 저장 야드 확장에 대한 예시적 레이아웃이며;
도 12는 시스템의 실시예에 대한 트랙사이드 파워 개략도이며;
도 13a-d는 에너지 저장 시스템의 개시된 실시예에 대한 예시적 동작 시나리오의 플로우차트이며;
도 14는 시스템의 실시예에 대한 셔틀 유닛 파워 개략도이며;
도 15a는 셔틀 유닛 파워 컨트롤러에 대한 동작 특징의 플로우차트이며;
도 15b는 시스템에 의한 VAR 유지에 대한 예시적 동작의 플로우차트이고;
도 15c는 시스템에 의한 조절 업 또는 조절 다운에 대한 예시적 트리밍 동작의 플로우차트이다.
이제 각종 실시예의 설명을 위한 도면을 보다 상세히 참조하면, 도 1은 상부 저장 야드(10), 하부 저장 야드(12) 및 연결 트랙(14 및 16)을 갖는 진보된 레일 에너지 저장(ARES) 시스템의 실시예를 도시한다. 단일 파워 및 반환 트랙만이 도 1에 도시되어 있을지라도, 다수의 트랙은 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 시스템 요건에 따라 사용될 수 있다. 다량의 매스(18)는 에너지를 저장 또는 방출하는 트랙(14, 16)에 의해 생성되는 전화된 강철 철도망(24) 상에 1개 이상의 셔틀 유닛(22)을 갖는 다수의 유닛 요소인 전동 컨시스트(20)에 의해 저장 야드(10 및 12) 사이에서 수송된다. 빈 셔틀 유닛(22'로 지시됨)은 전화된 강철 철도망(24) 상에 반환된다. 강철 철도망은 적재되고 비워진 셔틀 유닛의 양방향 이동을 허용하는 다수의 연결 트랙 세트를 포함한다. 저장 또는 방출의 기간 동안 전동 셔틀 유닛 컨시스트의 연속적인 흐름은 저장 야드 사이에서 매스를 운반한다. 강철 철도망은 변전소(28)에 연결된 와이어(26)를 통해 국부 전기 그리드에 연결되고 전력 상호 연결을 전원 레일 또는 "제 3 레일"에 대략 1,060' 간격으로 제공하는 트랙사이드 AC 전기 분배선(30) 및 변압기(32)를 통해 분배되며, 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이, 이는 전력 트랜스미션 동안 저항 손실을 회피하기 위해 알루미늄 또는 구리와 같은 고 전도성 재료를 그 길이에 걸쳐 포함한다. 철도망은 셔틀 유닛에 대한 저장 및 수리 요소(35)를 포함할 수 있다.
각 컨시스트(20)에서 선택된 수의 셔틀 유닛(22)은 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 전화된 소형 기관차 또는 슬러그(slugs)와 같이 전동화되고 자동 제어 시스템(34)에 의해 제어된다. 각각 전화된 소형 기관차는 하부 저장 야드로부터 상부 저장 야드로 매스를 운반하는 트랙션 모터로 그리고 상부 저장 야드로부터 하부 저장 야드로 매스를 운반하는 동안 동적 제동을 위한 발전기로 가역 전기 모터/발전기를 사용하는 디젤 전기 기관차에 현재 사용되는 것과 필적되는 언더캐리지용 트럭(undercarriage trucks)을 이용한다. 이 적용에서, 그 휠에 전원 공급하는 전기 트랙션 모터/발전기는 모터 모드에서 올라가는 매스를 상승시키는 동안 위치 에너지를 저장하고, 내려가는 매스를 하강시키는 동안 동적 제동 모드에서 발전을 통해 에너지를 전달하고 있다. 여기에 기재된 예시적 실시예에 대해서는, 셔틀 유닛은 자기조향 레이디어 보기차(Self-Steering Radial Bogie)라는 명칭으로 2010년 1월 21일자로 공개된 미국 특허 공개 US 2010/0011984 A1호에 기재된 바와 같이, 일렉트로 모티브 디젤사(Electro-Motive Diesel)에 의해 제조된 3축 레이디얼 보기차(3-axle radial bogies)와 같은 표준 철도 보기차를 이용한다. 각 트럭은 ARES 시스템 철도망의 강철 레일을 체결하기 위해 다수의 휠을 갖고 공통 캐리어 레일 라인과 호환성을 위한 종래의 게이지이다.
도 1 및 도 2에 개시된 실시예는 철도망에서 레일(39) 상에 탑승되는 다수의 휠(38)을 각각 갖는 보기차(36)와 셔틀 유닛(22)을 도시한다. 각 셔틀 유닛은 콘크리트(강화 및/또는 포스트 텐션 콘크리트(post tensioned concrete)와 같은 또는 타코나이트(taconite)와 같은 광석 재료로 이루어진 강화 및/또는 포스트 텐션 헤비 콘크리트(post tensioned heavy concrete)로 제조되는)로 제조되거나 고강도 플라스틱, 금속, 목재 등과 같은 어떤 다른 충분한 강성 및 강한 재료로 제조될 수 있는 매스(18)를 운반하기 위해 이후 더 상세히 설명되는 지지 구조를 포함한다. 매스는 강화 콘크리트와 같은 베이스 재료로 제조된 고체일 수 있거나 또는 중공이고 현장 굴착 동안 바람직하게 생산되는 진흙, 바위, 물, 젖은 모래, 젖은 자갈, 젖은 현무암, 철광석 또는 어떤 다른 충분한 고밀도 재료와 같은 짐(42)으로 채워진다. 예시적 실시예에 대해서는, 각 매스는 높이 17', 폭 17', 길이 19.5'의 외부 치수를 갖는 프리캐스트(pre-cast), 포스트 텐션 또는 강화 콘크리트 패널로 구성되는 강화 콘크리트 컨테이너이다. 매스의 측벽 및 베이스는 18" 두께이며, 5,636 입방 피트의 전체 용적을 생성한다. 컨테이너 재료의 입방 피트 당 대략 150 lbs 및 유사한 밀도의 짐에 있어서, 각 매스에 대한 전체 중량은 424 톤에 근접할 수 있다. 각 매스에는 밀폐된 재료가 물 또는 공기 주입에 의해 가능하게 되어 매스 중량 또는 중력 중심을 조정할 필요가 있는 경우에 또는 매스 밀도를 트리밍하기 위해(trim) 저장 매체를 젖게 할 경우에 그 화물칸 내용물이 용이하게 제거 및 교체되게 하도록 다수의 튜브가 구비될 수 있다.
셔틀 유닛(22)은 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 저장 야드 트랙 상에 매달린 상부 저장 야드와 하부 저장 야드에 저장되는 채워진 매스 아래에 롤링될 수 있도록 저자세를 취한다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예의 저장 이송 기구는 셔틀 유닛(22)의 제 1 보기차(54)로부터 연장되는 스탠션(52)의 제 1 단부에서 피봇 핀(56)으로 장착되는 레버 베이스(50)를 포함한다. 절첩식 힌지(collapsible hinge)(58)는 셔틀 유닛의 제 2 보기차(60)의 제 2 단부에 근접한 레버 베이스(lever base)를 부착한다. 도 4에 도시된 레버 베이스(50)의 절첩 위치에서, 셔틀 유닛(22)은 매스(18) 아래에서 자유롭게 롤링될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 레버 베이스(50)를 들어올리기 위해(lift) 유압 램(61)과 절첩식 힌지(58)를 연장시키는 것은 매스를 도 3 및 4에 도시된 레스팅 피어(resting piers)(62)로부터 들어올리거나 도 2에 도시된 바와 같이 일체형 다리 지지대(64)에서 떨어져서 들어올린다. 이 동작은 매스를 올리고 내리는 상부 저장 야드와 하부 저장 야드에서 가역적으로 반복된다. 도시된 실시예에 대해서는, 레버 베이스는 하강된 위치에서의 핀/스탠션(pin/stanchion) 장착 시에 제 1 단부의 클리어런스(clearance)를 허용하도록 아치형이다. 매스의 리프팅에 따라 가해진 스트레스로 인하여 레버 베이스의 관련 스트레이트닝(straightening)과 레버 베이스의 빔 구조의 프리스트레싱(pre-stressing)은 필요한 아치형을 적재되지 않은 절첩 조건에서 제공한다. 레버 베이스 상의 체결 핀(66)은 절첩식 힌지의 연장에 따라 레버 베이스에 관한 이동에 대해 매스를 고정하기 위해 매스(18) 내의 메이팅 릴리프(mating relief)(68)에 수용된다.
도 3 및 4의 실시예에 대해서는, 피어(62)는 관련 피어 상의 한 코너에서 지지된 각 매스와 4개의 직사각형 매스를 수용하기 위해 위치된다. 대체 실시예에 있어서, K-레일 또는 유사한 직립 지지 요소는 정렬 공차 요건을 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 도 2에 개시된 자립 다리 실시예에 있어서, 매스에 대한 그라운드 레벨 지지를 갖는 것은 유지를 위한 저장 야드에서 저장 트랙(65)의 레일(39)에 접근을 허용한다. 마찬가지로, K-레일, 가동 지지 피어 또는 유사한 가동 지지 구조의 사용은 유지 접근을 허용한다.
매스 밑에서 롤링될 수 있는 셔틀 유닛을 가짐으로써 저장 야드에서 정밀하게 순차적으로 개별 매스를 픽업해서 쌓는 것이 가능해진다. 이는 ARES 시스템이 저장 야드에 개별 매스를 밀접하게 위치되서 저장 목적에 요구되는 전화된 레일 시스템의 길이를 크게 감소시킨다. 또한, 이 특징은 개별 매스가 전기 셔틀 유닛에 제공되는 큰 공간을 갖게 함으로써 이동 시에 매스 당 다수의 휠 보기차를 허용하므로; 보다 적은 저장 트랙을 필요로 하는 더 무거운 매스의 전체 수송에 대한 능력을 생성한다. 이와 같이 전체 시스템의 에너지 저장 밀도 및 경제적 실행가능성이 크게 개선된다.
컨시스트에 대한 제 2 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 셔틀 유닛 및 운반된 매스를 이용한다. 실시예에 있어서 각 컨시스트(70)는 4개의 셔틀 유닛(72)을 포함한다. 예시적 실시예에 있어서, 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이, 컨시스트 내의 셔틀 유닛 중 2개는 전원 공급된 소형 기관차이고, 2개의 셔틀 유닛은 전원 공급되어 있지 않다. 매스(74)는 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 횡단면이 직사각형이므로 매스의 풋 프린트(foot print)가 셔틀 유닛의 구조에 의해 주위에서 지지되게 한다. 도 6 및 7a에 도시된 바와 같이, 각 매스(74)는 철도망 내에서의 수송을 위한 셔틀 유닛(72)에 대해 종 방향으로 운반된다. 각 셔틀 유닛은, 도시된 실시예에 대해서, 지지 구조(78)를 지닌 2개의 3축 레이디얼 보기차(76)를 이용한다. 이는 축 당 대략 50 톤의 중량 적재물을 허용할 수 있다. 각 셔틀 유닛은 이후 더 상세히 기재된 저장 이송 기구를 포함하며, 이는 매스(74)가 도 8에 도시된 바와 같이 측면 또는 횡단 방향으로 들어 올려지게 되어 회전되게 한다. 도 9에 도시된 바와 같이 완전히 회전될 때, 매스는 저장 트랙(65)에 수직이고 피어 또는 지지 레일(76) 상에 지지될 이송 기구에 의해 하강된다. 이전 실시예에 대해 기재된 바와 같이, 매스 저장에 대한 지지 레일로 이용되는 가동 K-레일은 용이한 유지를 위해 저장 야드 트랙에 방해 없는 접근을 허용한다. K-레일은 통상 교통 장벽으로 사용된다. 도시된 실시예에 대해서는, 단면에 있어서의 K-레일은 그 베이스에서 대략 6'로 넓어지고 상부 폭이 2'로 좁아진다. 각 지지 레일의 상부 표면은 강화 고무 완충의 층이다. 지지 레일은 주요 석분 밸러스트(crushed rock primary ballast)에서 화물칸 트랙사이드이다.
제 1 실시예와 같이, 상술한 예시적 대규모 ARES 시스템에서의 위치 에너지는 대략 14,000 매스로 저장되고, 각각은 대략 240 톤이 나가고, 각 매스는 높이가 13', 폭이 39', (트랙) 길이가 6.6'인 외부 치수를 갖는 프리캐스트, 포스트 텐션 또는 강화 콘크리트 패널로 구성된 강화 콘크리트 컨테이너이다. 매스의 측벽 및 베이스는 두께가 대략 18"이므로, 3,350 입방 피트의 전체 매스 체적을 생성한다. 각 매스의 체적은 현장 굴착 동안 바람직하게 생산되는 모래가 묻힌 현무암과 같은 중석으로 채워지며, 특정 위치에 따라 이 재료의 혼합물은 입방 피트 당 대략 143 파운드의 중량을 제공할 것이다. 또한, 콘크리트 컨테이너 구조의 중량은 입방 피트 당 대략 143 파운드이다. 이전에 기재된 바와 같이 매스는 가동 강화 콘크리트 지지 레일 상의 저장 트랙에 수직으로 저장되며, 이는 저장 야드에서 트랙에 평행해서 공간 요구를 최소화하고 셔틀 유닛으로 신속한 적재를 용이하게 한다. 각 매스에는 밀폐된 재료가 물 또는 공기 주입에 의해 가능하게 되어 매스 중량 또는 중력 중심을 조정할 필요가 있는 경우에 또는 매스 밀도를 트리밍하기 위해 저장 매체를 젖게 할 경우에 그 화물칸 내용물이 용이하게 제거 및 교체되게 하도록 다수의 튜브가 구비될 수 있다. 대체 실시예에 있어서 매스는 인터로킹 재료 층으로 구성되어 층 또는 단면에서 매스의 크레인 제거 또는 전달을 허용한다. 저장 트랙에 걸쳐 그 수직 저장을 허용하는 매스의 높은 직사각형 외관은 소정 용량의 ARES 시스템에 요구되는 저장 트랙의 마일을 크게 감소시키고 적재될 때 그리고 이동 시에 셔틀 유닛의 극 관성 모멘트의 상당한 감소를 제공해서 신뢰성을 개선시키고 휠 마모를 감소시킨다. 제 2 실시예의 직사각형 매스는 제한된 교체 서비스 화물에 대한 AREMA(American railway Engineering and Maintenance-of-Way Association) 치수에 합치하도록 크기가 정해져서, ARES 시설에 사용되는 빈 매스 컨테이너의 레일에 의한 출하를 허용할 수 있다.
도 10a의 추가 참조와 함께 도 5로 가면, 4-셔틀 유닛 컨시스트(70) 내의 각 셔틀 유닛(72)에는 서보 솔레노이드(servo solenoid), 또는 다른 종래의 제어 장치에 의해 작동되고, 컨시스트에 제공되는 유압 펌프(82)에 의해 전원 공급되는 다수의 유압 램(80)을 이용하는 이송 기구가 구비되어 있다. 유압 펌프는 그 전력을 제 3 레일로부터 인출한다. 또한, 이송 기구는 회전 체결 테이블(87)을 포함하고, 매스가 안착되고, 지지 구조(78)에 포함된 종 방향 구조 요소(88) 및 횡 방향 구조 요소(90)에 의해 지지되는 셔틀 유닛의 중앙에 위치되고, 동작 동안 매스 중량 및 어떤 발생된 팁핑 모멘트(tipping moments)를 수용하도록 필요한 대로 크기가 정해진 유압 리프트(86)를 포함한다.
컨시스트가 제 1 매스를 픽업하기 위해 위치될 때, 리프트가 작동되고 체결 테이블이 들어 올려지고 매스가 지지 레일에서 떨어져서 클리어런스 높이로 상승된다. 그 다음, 컨시스트는 제 2 매스가 픽업을 위해 제 2 셔틀 유닛에 걸쳐 위치될 때까지 저장된 매스로부터 떨어져서 이동한다. 제 2 매스가 들어올려지고 있는 동안, 제 1 매스 및 체결 테이블은 매스가 트랙과 평행할 때까지 유압 램(80)에 의해 회전된다. 이어서, 매스는 셔틀 유닛의 2개의 보기차보다 높은 지지 구조(78)로 하강된다. 이 동작은 컨시스트의 제 3 및 제 4 셔틀 유닛 상의 매스의 적재를 위해 반복된다. 그 다음, 컨시스트는 디스패치를 위해 파워 레일 상에 준비된다.
도착 저장 야드의 매스의 하역은 설명된 프로세스를 가역시킴으로써 달성된다. 컨시스트는 저장 트랙에 들어가고 마지막 매스는 들어올려지고 종 방향 위치로부터 횡 방향 위치로 회전되어 저장 지지 K-레일 상의 스페이싱 배치를 감소시킨다. 컨시스트가 제 1 매스를 위치하기 위해 전방으로 이동하므로, 컨시스트에서의 인접한 매스는 이때 들어올려지고, 회전된 다음, 순차적으로 지지 레일 상에 하강된다. 그 다음, 이 단계는 저장된 매스의 열 밑에서 통과된 후 원래 저장 야드의 반환 트랙 상으로 전환되기 위해 방출되는 컨시스트 상의 제 3 및 제 4 매스에 대해 반복된다.
도 11a는 파워 및 반환 트랙 시스템의 개시 트랙부의 예시적 구현의 상세를 도시한다. 각 ARES 시스템 시설의 특정 요소는 그 의도된 저장과 발전 용량, 상부 야드와 하부 야드 사이의 상승 차이 및 경사도에 따라 변화될 것이다. 상부 저장 야드와 하부 저장 야드 사이의 3,600 피트 상승 차이 및 7.5%의 평균 야드간 경사도를 갖는 ARES 시설은 순 에너지 저장의 8000MWh를 제공하는 동안 1,000 MW에서 충전 또는 방전할 수 있을 것이다. 그러한 그리고 예시적 실시예는 이하의 고정 요소를 포함할 수 있다.
2개의 파워 트랙(14a 및 14b), 2개의 반환 트랙(16a 및 16b) 및 1개의 대기 트랙(17)으로 구성되는 5개의 평행 전화된 메인 트랙은 어느 하나의 모드에서 동작할 수 있고; 길이가 대략 8.1 마일인 각 메인 트랙은 상부 저장 야드와 하부 저장 야드 사이를 연결한다. 대체 실시예에 있어서, 추가적인 파워 및 반환 트랙은 파워 조건을 맞추기 위해 ARES 시스템의 크기에 이용될 수 있다. 4개의 파워 트랙 및 2개의 반환 트랙을 이용하는 실시예에 있어서, 메인 트랙은 연속적인 동작에서 충전 또는 방전 및 반환되도록 203 이상의 컨시스트에 대한 용량을 제공한다. 파워 트랙에 관한 컨시스트 동작 속도는 이후 설명되는 바와 같이 동기 동작에서의 전화된 셔틀 유닛에 대한 내장 파워 시스템의 경우에 대략 35 mph이지만, 파워 입력 또는 출력의 변화에 대한 소망의 대체 속도로 제어될 수 있다. 동기 제어 속도는 상당한 효율 절감을 갖는 AC 트랙사이드 시스템으로의 셔틀 유닛의 트랙션 모터/발전기의 직접적인 연결을 허용한다. 반환 트랙에 관한 빈 컨시스트 속도는 시스템에서 전체 수의 컨시스트의 함수이지만; 근사한 반환 속도는 60 - 70 mph일 수 있다. 이 구성에서, 전체 파워 트랙 길이의 대략 14 퍼센트는 컨시스트를 이동시킴으로써 점유되고, 그것은 4개의 트랙이 충전/방전에 이용되고 2개가 반환 컨시스트에 이용될 때 대략 1,300 피트 간격으로 동작 중에 이격되어 있다. 상부 저장 야드와 하부 저장 야드 사이의 6개의 동작 트랙의 결합된 길이는 48.6 마일이다. 대기 트랙은 시스템 유지를 허가하고 동작 신뢰성을 증대시키기 위해 필요에 따라 파워 트랙 또는 반환 트랙 중 어느 하나로 대용될 수 있다. 파워, 반환 및 대기 트랙은 어느 하나의 용량에서 모두 완전히 작동할 수 있고 일상적인 트랙 유지 및 심지어 트랙 마모의 분포 동안 회전을 허용하기 위해 서로 대용될 수 있다.
상부 저장 야드(10) 및 하부 저장 야드(12)는 도 11b 및 11c에 도시되어 있고, 예시적 실시예에 대해서는 각각 대략 16개의 1.2 마일 길이의 저장 트랙(65)을 포함한다. 각 저장 야드는 길이가 대략 1.7 마일이고 폭이 800'이며; 여분의 길이는 개별 저장 트랙이 각 트랙의 시작과 끝에서 전환을 허용하는 사다리꼴 풋프린트로 엇갈리게 된다. 다수의 상호 연결 라인 및 스위치는 앞서 지시된 바와 같이 저장 야드 외부로 진행되고 적재되는 컨시스트가 컨시스트들 사이의 공간으로 7.4 초마다 메인 트랙 중 하나 상에서 시작되게 하는 것이 가능하다. 다수의 절연된 전원 레일(84)은, 이전에 기재된 바와 같이, 메인 트랙, 대기 트랙 및 저장 야드 트랙 상에 동작하는 컨시스트에서 트랙사이드 AC 전력을 소형 기관차 셔틀 유닛에 제공한다. 이 전원 레일은 저장 야드에서의 동작 동안 그리고 메인 트랙 상에서의 발전 또는 방전 동안 컨시스트로 또는 컨시스트로부터 전력을 송신하는 트랙사이드 2,300V AC 배전 시스템에 적절한 간격으로 연결된다. 도 7a는 컨시스트에서 전원 공급된 소형 기관차의 구조에 장착된 전원 레일(84) 및 관련 접촉기(89)에 대한 예시적 구성을 도시한다. 도시된 실시예에 대해서는, 3상 배치에서 공급 레일을 운반하는 직립 지지(91)가 도시되어 있다. 대체 실시예에 있어서 트랙사이드 파워는 셔틀 유닛에 제공되는 적절한 AC 전력 변환으로 3kV DC 전원 레일을 통해 셔틀 유닛으로 및 셔틀 유닛으로부터 공급된다.
추가적인 저장 트랙은 고장의 경우에 즉시 배치를 위해 저장 야드로의 신속한 접근을 백업 컨시스트에 제공하기 위해 적절한 것으로 생각되므로 포함될 수 있다. 적절한 것으로 생각되는 추가적인 매스는 예비로 유지되기 위해 제공될 수 있다. 예비 셔틀 유닛 및 예비 매스는 동일 백업 슬라이딩 상에 저장될 수 있다. 스퍼 트랙(93)(도 11a에 도시된)은 접근을 ARES 시설로부터 공통 캐리어 레일 라인으로 제공하기 위해(원래의 구조, 셔틀 유닛의 전달 및 유지와 수리 항목의 전달을 용이하게 하기 위해) 포함된다. 셔틀 유닛은 피크 영역 저장 요구의 기간을 비용 효율적으로 수용하기 위해 상이한 위치의 ARES 시설 중에서 교환가능하다. 셔틀 유닛에 대한 표준 게이지 보기차는 상업적인 철도망을 통해 어떤 소망의 위치로의 수송을 허용한다.
도 11d는 상부 및 하부 야드(10 및 12) 내에 네스트된 추가 상부 및 하부 저장 야드(10' 및 12')를 도시한다. 이 구성은 철도 시스템에서 파워, 반환 및 대기 트랙으로의 용이한 전환 접근을 유지하는 동안 보다 큰 저장 능력을 추가한다.
도시된 실시예에 대해서는, 저장 야드 트랙을 포함하는 ARES 시스템 시설에서의 모든 트랙은 연속적인 AC 전원 공급을 셔틀 유닛에 제공하는 평행 전원 레일과 전화된다. 트랙은 무거운(1361b./yard) 경두 표준 게이지 레일이다. 트랙은 다운 슬로프 트랙 크리프(down-slope track-creep)를 방지하기 위해 도시된 예시적 실시예에 대해서는 대략 620' 간격으로 이격된 강화 콘크리트 앵커에 직접적인 트랙 고정을 사용하여 강화된 대용량 노반 상에 놓인다. 노반 매트릭스는 다수의 서브 밸러스트 층, 통상 가열 아스팔트 바닥 밑판에 있어서의 주요 암석 밸러스트로 구성된다. 저장 야드는 다수의 평행 저장 트랙을 포함하므로 각 매스의 디스패치에 대한 시간 여유는 그 각각의 적재물을 위치시키고 체결하기 위해 셔틀 유닛의 단일 열에 필요한 시간에 의해 한정되지 않는다.
도 12는 본 실시예에 대한 트랙사이드 파워 시스템을 설명한다. 도 1에 대하여 이전에 기재된 바와 같이, 고전압 전력선에 연결되는 변전소(28)는 이용가능한 전력을 34.5KV로 변압한다. 트랙사이드 전기 분배선(30)은 도 12의 파워 트랙(14) 및 반환 트랙(16)으로 나타낸 시스템에서의 트랙을 따라 전력을 분배하거나 반환된다. 퓨즈 차단기(90)는 34.5 KV와 2300VAC 동작 전압 사이의 전압 조정을 위해 전기 분배선을 변압기(32)에 연결시킨다. 회로 차단기(92)는 상호 연결을 위한 각 트랙과 관련된 3상 전원 레일(84a 또는 84b)을 컨시스트에서 전화된 소형 기관차 상의 접촉기에 연결시킨다. 효율을 증가시키기 위해, 파워 트랙 또는 반환 트랙 중 어느 하나의 제동 회생으로부터 유도되는 전력은 관련된 변전소 및 현장 변압기 및 트랜스미션 손실을 회피하기 위해 높은 곳으로 이동하는 컨시스트에 바람직한 전력을 제공하는데 사용되는 트랙 전원 레일들 사이에서 상호 연결(94)과의 직접 연결을 통해 제공된다.
광범위한 실시예에 있어서, 본 발명은 고효율적이고 저비용의 위치 에너지 저장 시스템이다. 입력 및 출력의 비율은 동작 중의 전동 셔틀 유닛의 속도 및 또는 품질을 제어함으로써 상당히 변화될 수 있다. 표준 마찰 제동은 고장의 경우에 전동 셔틀 유닛을 위치시켜 이를 정지시키는데 사용될 수 있다.
감시 제어 및 데이터 획득(SCADA) 소프트웨어를 실행시키는 자동 제어 시스템(34)에 수용된 컴퓨터 또는 컴퓨터들은 에너지 저장 시스템 동작을 제어하는데 사용될 것이다. 이하의 것은 예시적 실시예에 대해 설명된 바와 같이 ARES 시스템을 제어하는데 사용될 수 있는 컴퓨터 센서, 액추에이터 및 예시적 알고리즘의 설명이다. 이것은 단지 컴퓨터 센서, 액추에이터 및 프로세스의 일예이고 에너지 저장 시스템 동작은 컴퓨터 센서, 액추에이터 및 프로세스에 한정되지 않는다.
ARES 시스템은 에너지를 저장 또는 방출하는 요건, 저장 또는 방출되는 전력의 비율, 보조 서비스의 범위와 같은 그러한 요인에 의존하는 소정의 방식으로 동작되고 상기 시스템은 그리드, 기상 조건 등에 제공되고 있다. 그것은 개별 컨시스트 위치, 속도, 가속도, 매스 위치, 휠 속도와 슬립, 전기 부품 전류량 인출, 전기 부품 전압, 전기 부품 온도, 기계 부품 온도, 레일 전환 위치 등을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 센서를 사용한다. 이 센서 및 통신 부품은 각종 통신 시스템 및 프로토콜과 유선 또는 무선으로 구현될 수 있다. 제어 시스템은 컨시스트 마찰 제동, 트랙 전환 동작, 전기 및 전자 스위치, 컨시스트 매스 리프트 기구 등을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 컨트롤러를 사용할 수 있다. 이 컨트롤러는 전자 기계적, 공압적 또는 유압적일 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이 메인 트랙 쪽에 50 피트마다 위치된 트랙사이드 위치 태그(95)(전원 레일에 대한 스탠션에 예시된 바와 같이 연결된)는 컨시스트 상의 센서(96)에 신호로 통신해서 각 컨시스트의 위치 및 속도를 기록할 것이다. 이 정보를 사용하면, SCADA 시스템은 동작 중의 모든 셔틀 유닛의 이동을 제어할 것이다. 저장 야드에서, 위치 태그는 매스 픽업을 위해 컨시스트를 위치시키는데 조력하기 위해 훨씬 더 가까운 공간으로 위치될 것이다. 또한, 위치 태그 자체는 최종 픽업 위치 결정을 위해 매스 상에 배치될 수 있다. 또한, 컨시스트 상의 차분 GPS 트랜스폰더(97)는, 위치 센서/위치 태그에 대한 백업으로서, 셔틀 유닛 위치를 제어 센터 내의 실시간 디스플레이에 송신할 수 있다. ARES 시설 상의 또는 근방의 온-사이트 차분 GPS 송신기는 제어 센터에서 수신된 셔틀 유닛 데이터의 정밀도를 증대시키는데 이용될 것이다. 각 컨시스트 상의 추가 센서는 SCADA 시스템의 제어 하에 정류기/인버터 기능, 백업 전지 상태, 모터/발전기 상태, 리프트 기구 기능, 제동 기능, 트랙 조건, 및 유압 유체 출력을 감시 및 제어할 것이다. 예시적 실시예에 대해서는, 다중 원격 측정 시스템은 고유 명령을 위치 센서에 라우팅된 백업 통신 시스템을 사용하여 각 컨시스트에 전송할 수 있는 레일을 통해 동작한다.
에너지 저장 시스템을 시작, 동작 및 정지시키는 프로세스는 부품이 행하는 사전 계획된 단계 세트일 수 있다. 또한, 파워 입력이나 출력을 변경하고, 컨시스트를 수리 등을 위해 프로세스로부터 제거하는 사전 계획된 단계가 존재할 수 있다. 프로세서에서의 각 단계는 단일 또는 다수의 센서 및 또는 액추에이터에 의해 달성될 수 있다. 게다가, 각 컨시스트는 다른 컨시스트에 관한 위치 및 전환 설정에 대한 사전 프로그램된 방식으로 제어 센터로부터 수신되는 동작 요건에 응답하는 ad hoc 메쉬 네트워크 시스템(ad hoc meshed network system)의 부재로서 역할을 하도록 프로그램될 수 있다. 동작 흐름의 예는 도 13a-d에 도시되어 있다.
초과 그리드 전력은 단계 1302에서 검출되고 ARES 시스템은 에너지를 저장하기 위해 개시된다(engaged). 참조 목적을 위해 기재된 제 2 실시예 및 가상 컨시스트 넘버링, 매스 넘버링 및 저장 위치를 갖는 예시적 실시예를 사용하면, 단계 1304에서 컨시스트 #178은 그리드에 연결되고 위치 4L-128(저장 트랙 4 하부 야드 저장 위치 128)에서의 매스 #1584 아래의 위치로 이동된다. 컨시스트는 단계 1306에서 적재되고; 컨시스트 #178의 제 1 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1584를 체결하기 위해 연장되고, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 2 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1585를 체결하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 3 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1586을 체결하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 4 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1587을 체결하기 위해 연장된다. 레일 스위치 #L47은 단계 1308에서 선택된 파워 트랙 상에서 오르막 우측 통로에 대한 저장 트랙 #4를 전환시킨다. 이 적재 프로세스는 순차적으로 반복된다. 예에 대해서는 컨시스트 #179는 이때 위치 4L-132(트랙 4 하부 야드 파일론 위치 132)에서의 매스 #1588 아래의 위치 등으로 이동한다.
컨시스트 #178은 단계 1310에서 오르막 우측 통로에서 저장 트랙 #4를 따라 진행하고 그리드 파워를 이용한다. 내장 제어는 단계 1312에서 컨시스트를 동기 속도로 가속시킨 다음, 단계 1314에서 직접 동기 동작으로 전환된다. ARES 시스템은 이때 단계 1316에서 트리밍(유틸리티 또는 ISO로부터의 조절 업/조절 다운 요건)을 감시하고, 단계 1318에서 VAR 요건을 감시한다. 레일 스위치(U21)는 단계 1320에서 상부 저장 야드에서 저장 트랙 #8 상에서 오르막 우측 통로를 전환시킨다. 내장 제어는 단계 1322에서 컨시스트를 동기 속도로부터 감속시키기 위해 직접 동기 동작으로부터 전환된다. 컨시스트 #178은 단계 1324에서 위치 8U-275(트랙 8 상부 야드 파일론 위치 275)에 매스 #1584를 위치시킨다. 컨시스트는 이때 단계 1326에서 매스를 내리며; 컨시스트 #178의 제 1 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1584를 위치 8U-275에서 하역하기 위해 연장되고, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 2 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1585를 하역하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 3 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1586을 하역하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 4 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1587을 하역하기 위해 연장된다. 그 다음, 단계 1328에서 추가 매스 수송을 위해 #178을 상부 야드에 저장하거나 하부 야드로 반환시키는 지에 대한 판단이 이루어진다. 반환되면, 레일 스위치(U21)는 단계 1330에서 선택된 반환 트랙 상에 내리막 우측 통로에 대한 저장 트랙 #8을 전환시키고, 컨시스트 #178은 단계 1332에서 트랙 #8로부터 하부 야드로 하강된다. 저장되면, 스위치(U21)는 단계 1333에서 저장 트랙 #8을 상부 저장 야드 슬라이딩으로 전환시키고, 컨시스트 #178은 단계 1334에서 오프 트랙 #8을 상부 저장 야드 슬라이딩으로 이행한다. 저장 레일 요건에 따라, 컨시스트는 매스 아래의 위치에 저장될 수 있다. 단계는 유틸리티 또는 ISO에 의해 통신되는 파워 저장 요건이 완료될 때까지 추가 저장 매스에 대해 순차적으로 반복된다.
파워 요구가 유틸리티 또는 ISO로부터 수신될 때, 스위치(U21)는 단계 1336에서 상부 저장 야드 슬라이딩을 상부 저장 트랙 #8에 연결하고, 컨시스트 #178은 단계 1338에서 그리드에 연결되고, 단계 1340에서 위치 8U-275(트랙 8 상부 야드 파일론 위치 275)에서 매스 #1587 아래의 위치로 이동되어 적재된다. 컨시스트를 적재하기 위해 컨시스트 #178의 제 1 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1587을 위치 8U-275에서 적재하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 2 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1586을 적재하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 3 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1585를 적재하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동괴고 제 4 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1584를 적재하기 위해 연장된다. 레일 스위치 #U21은 단계 1344에서 내리막 우측 통로에 대한 트랙 #8을 전환시킨다. 컨시스트 #178은 단계 1346에서 하부 야드에 도달하는 동안 그리드에 발생된 전력을 전송하는 속도 제어를 위해 내리막 우측 통로 상에서 트랙 #8을 따라 진행되고 보기차 발전기를 이용한다. 이 동작은 추가 컨시스트에 대해 순차적으로 반복된다. 컨시스트 #177은 위치 8U276에서 매스 #1583 아래의 위치 등으로 이동된다.
내장 제어는 단계 1348에서 컨시스트 #178을 동기 속도로 가속시킨 다음, 직접 동기 동작으로 전환된다. 시스템은 이때 단계 1350에서 트리밍(조절 업/조절 다운 요건)을 감시하고, 단계 1352에서 VAR 요건을 감시한다. 하부 저장 야드에 접근하자 마자, 레일 스위치(L47)는 단계 1354에서 하부 저장 트랙 #4 상에 내리막 우측 통로를 전환시킨다. 내장 제어는 단계 1356에서 컨시스트를 동기 속도로부터 감속시키기 위해 직접 동기 동작으로부터 전환된다. 컨시스트 #178은 단계 1358에서 매스 #1587을 위치 4L-128에 위치시킨다. 컨시스트는 이때 단계 1360에서 매스를 하역하며; 컨시스트 #178의 제 1 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1587를 위치 4L128에서 하역하기 위해 연장되고, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 2 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1586을 하역하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 3 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1585를 하역하기 위해 연장되며, 컨시스트는 한쪽 위치로 이동되고 제 4 셔틀 상의 이송 기구는 매스 #1584를 하역하기 위해 연장된다. 그 다음, 단계 1362에서 추가 매스 수송을 위해 컨시스트 #178을 하부 야드에 저장하거나 상부 야드로 반환시키는 지에 대한 판단이 이루어진다. 반환되면, 레일 스위치(U21)는 단계 1364에서 선택된 반환 트랙 상에 오르막 우측 통로에 대한 트랙 #8을 전환시키고, 컨시스트 #178은 단계 1366에서 저장 트랙 #8로부터 상부 야드로 상승된다. 하부 저장 야드에서 유지되면, 단계 1368에서 컨시스트 위치가 유지되거나 저장 트랙이 슬라이딩으로 전환되고, 단계 1370에서 컨시스트는 슬라이딩 상에 이동된다.
도 10a로 가면, 전체 6개의 축(101)을 제공하는 2개의 3축 레이디얼 보기차(76)를 각각 갖는 각 컨시스트 내의 셔틀 유닛 중 2개는 컨시스트를 내리막으로 제공하기에 충분한 견인 작용력을 발생시키기 위해 AC 매립 영구 자석 동기 모터/발전기(102)에 의해 전원 공급된다. 이 동기 모터/발전기는 철도 산업에 현재 사용되는 비동기 모터/발전기를 대체한다. 나머지 셔틀 유닛은 적재 및 적재 내림 동안 적재된 매스로부터 최대 부착을 달성하기 위해 트랙션 구동축에 의해 전원 공급되지 않고 컨시스트에서 소형 기관차 중간에 교대로 이격되어 있다. 대체 실시예에 있어서, 전체 수의 파워 축 및/또는 셔틀 유닛은 동작 요건에 따라 변화될 수 있다.
이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 모터/발전기의 토크는 기계적 기어박스(104)를 통해 구동축으로 그리고 구동축으로부터 전달되고 구동 휠의 속도는 각 소형 기관차에 제공되는 모터/발전기에서의 극의 수, 기어박스의 고정 기어비 및 트랙션 제어 유닛(TCU)(106)의 구동 주파수에 의해 결정된다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 트랙사이드 배전 시스템과 동기적으로 컨시스트의 동작은 기어박스(104) 내의 트랜스미션 요소의 사용에 의해 증대된다. 기어열(107a 및 107b) 사이에서 동작하는 도그 클러치(dog clutch)(105)는 적재된 컨시스트 내의 셔틀 유닛의 파워 트랙 동작의 제 1 동기 속도 및 적재되지 않은 상태에서의 컨시스트의 반환 동작의 제 2 동기 속도에 대한 선택을 허용한다.
컨시스트의 속도는 제어 센터 SCADA 시스템으로부터의 명령에 응답하여 동기 모터/발전기가 동작하는 주파수, 및 따라서 컨시스트 내의 셔틀 유닛의 속도를 결정하는 TCU에 의해 결정된다.
개시된 실시예에 대해서는, 컨시스트에서 전화된 소형 기관차로서 전원 공급되는 2개의 셔틀 유닛은 2 쌍의 레이디얼 3축 디젤 전기 기관차 보기차 상에 각각 탑승되어 있다. 이 구성은 각각의 칸에 6개의 축을 제공하고 적재된 컨시스트에 50,000lb(축 당 50 톤)의 휠 적재물을 제공한다. 개시된 실시예의 예시적 구현에 대해서는, 개시된 실시예의 각 회생 트랙션 모터/발전기는 이전에 기재된 바와 같이 감소하는 트랜스미션 기어박스에 있어서 축에 연결된 1.25 MW의 피크 파워 용량을 갖는다. 7.5% 등급 상의 35 mph에서 각각 모터/발전기 구비 축은 동작 중의 각 컨시스트에 의해 운반되는 매스의 위치 에너지로부터 .74MW의 그리드(시스템 효율 손실 후)에 순출력을 발생시킬 것이다. 피크 소형 기관차 축 파워 요건은 컨시스트(12) 당 파워 축의 수로 나누어진 35 mph(12.5MW)에서 동작 중의 컨시스트의 매스의 파워 곱하기 가속/감속(1.2)의 20%의 예비 파워에 기초한다.
그리드에 대한 순 소형 기관차 축 파워는 컨시스트(12) 당 축 파워의 수로 나누어진 컨시스트 중량비(1.26)에 대한 매스로 나누어지는 35mph(12.5MW)에서 동작 중의 적재된 컨시스트의 파워 곱하기 일방향 시스템 효율 손실(.89)로 계산되고; .74MW와 같다.
2개의 소형 기관차 플러스 12개의 파워 축을 제공하는 2개의 언파워 셔틀 유닛인 예시적 실시예의 각 컨시스트는 7.5% 등급 상의 35 mph의 속도에서 그리드로 직접 동기화될 때 대략 8.8 순 메가와트 파워를 발생시킬 것이다. 특정 ARES 시설 내에서의 등급의 변화는 최대 슬로프 출력 플러스 그러한 슬로프에 충분한 가속 또는 감속의 예비 파워 부품에 응하도록 각 축에 모터/발전기 유닛 및/또는 기어박스를 크기 조정함으로써 수용된다. 다른 ARES 장소에서의 슬로프의 변화는 피크 등급이 얕으면(shallower) 보다 많은 언파워 축을 갖거나, 슬로프가 가파르면 파워 축의 수를 증가시킴으로써 수용될 수 있다. 교대로, 다른 ARES 장소에서의 슬로프의 변화는 컨시스트 내의 언파워 셔틀 유닛에 대한 소형 기관차의 비를 변경시킴으로써; 또는 2개의 수단의 조합에 의해 수용될 수 있다.
1,00OMW ARES 시설의 경우를 풀 레이트 파워에서 사용하면 소정 시간에 6개의 파워 트랙에 관한 동작 중의 114 매스 적재 컨시스트에서 1,326 축 장착 모터/발전기 내장 227 소형 기관차가 존재할 것이다. 다른 106 컨시스트는 매스의 다음 적재물을 적재하기 위해 적재 저장 야드로 또는 그 적재물을 시퀀싱 프로세스로 되돌아간다. 적재내림 컨시스트를 가지면 파워 트랙에 관한 대략 2배의 적재 제어 속도(동기 반환 동작을 허용하는 현재 실시예에서의 트랜스미션 기어비 변화에 의해)로 반환 트랙 상에 적재하는 반환은 효율에 최소 영향으로 시스템 원래 비용을 크게 감소시킨다.
소정 시스템에 관한 등급의 변화는 파워 요건이 소정 포인트에서 트랙 등급의 위치 에너지를 일치시도록 레일의 가장 가파른 부분의 파워 요건으로 모터/발전기의 크기를 조정하고 소정의 셔틀 유닛 또는 컨시스트 상에 사용된 모터/발전기의 수를 감소시킴으로써 수용될 수 있다. 이는 각 컨시스트가 직접 동기화를 늦추지 않고 세트 그리드 동기화 속도를 유지하게 한다. 실제에 있어서 모터/발전기의 제어 주파수를 변경시키는 것보다는 오히려 트랙 등급을 일치시키는 온라인 모터/발전기의 수를 변경시킴으로써 컨시스트를 조절한다.
필요한 동작 특징을 파워 셔틀 유닛에 제공하기 위해서는 도 14에 도시된 내장 파워 시스템이 이용된다. 트랙사이드 파워 시스템(3상 2300VAC인 도시된 실시예에 대한)은 전원 레일(84)에 대한 이격된 메인 회로 차단기(92)를 통해 전화된 셔틀 유닛 또는 소형 기관차에 연결된다. 셔틀 유닛 상의 접촉기(89)는 트랙션 제어 유닛(TCU)(106)에 연결된다. 이후 더 상세히 기재된 TCU 제어 보드(108)에 의해 제어되는 메인 라인 접촉기(107)는 제 1 유틸리티 측 3 레벨 활성 정류기/인버터(112)에 대한 AC 라인 필터(110)를 통해 파워 조절로 전원 레일 접촉기에 상호 연결된다. 도시된 실시예에 대해서는, 절연 게이트 양극성 트랜지스터는(IGBT) 회로가 이용된다. 제 2 발전기 측 3 레벨 활성 정류기/인버터(114)는 파워를 모터/발전기(102)에(또는 로부터) 전송한다. 또한, 제어 보드에 의해 지배되는 버스 프리차지 회로(116)가 제공된다. 전류 센서(120a 및 120b) 및 전압 센서(122a, 122b 및 122c)는 정류기 인버터의 트랙사이드 파워 시스템 측의 감지 및 제어를 위한 제어 보드에 의해 이용되고 전류 센서(126a 및 126b) 및 전압 센서(128a, 128b 및 128c)는 모터/발전기 파워의 감지 및 제어를 위한 제어 보드에 의해 이용된다. 제어 보드는 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 모터/발전기의 가속, 감속 및 트리밍 제어를 제공한다.
역 바이패스 접촉기(130)는 셔틀 유닛의 소정의 제어 속도로 동기 동작의 트랙사이드 파워 시스템에 모터/발전기의 직접 연결을 위해 제공된다. 제어 속도로 셔틀 유닛의 가속은 그 때 IGBT 정류기/인버터 회로를 통해 달성되고, 트리밍 제어 요건이 없을 때는, 제어 보드는 동기 동작에 대한 적절한 역 바이패스 접촉기를 사용한다. 필요할 때, 제어 보드는 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이 셔틀 유닛의 감속을 위해 IBGT 정류기/인버터 회로를 다시 사용하고(reengage), 역 바이패스 접촉기를 연결 해제한다.
제어 센터에서 SCADA 소프트웨어에 의한 제어 상호 연결은 이전에 기재된 바와 같이 각 셔틀 유닛 제어 보드로 달성된다. 셔틀 유닛의 동작 제어는 TCU 제어 보드(108)에 의해 달성된다. 제어 보드는 발전기 측 정류기/인버터 및 유틸리티 측 정류기/인버터 둘 다에 대한 무효 전력으로부터 실전력을 분리한다. 분리는 문헌에 잘 알려진 바와 같이 정지 대 회전 변압을 사용함으로써 달성된다. 발전기 측 정류기/인버터(114)(도 14에 도시된)에서, 무효 전력은 발전기의 직축과 정렬된다. 유틸리티 측 정류기/인버터(112)(도 14에 도시된)에서, 실전력 축은 유틸리티 전압과 정렬되며, 무효 전력으로서 성분은 유틸리티 전압의 위상으로부터 90도이다. 실 및 무효 전력의 분리는 가속 및 감속 레이트, 및 셔틀 칸 파워 레이트가 셔틀 유닛에 의해 제공되는 무효 전력으로부터 개별적으로 그리고 독립적으로 제어되게 한다. 이는 심지어 제로 속도 및 제로 가속에서 정확하며, 여기서 실전력은 제로이지만, 무효 전력은 유틸리티 지원을 위해 선택가능하고 이용가능하다.
도 15a에 상세히 도시된 바와 같이 정류기/인버터(112, 114) 각각의 제어를 위해, 전압 센서(128a, 128b 및 128c)로부터의 3개의 상 전압(Va, Vb 및 Vc)(필요에 따라 정해지는)은 2개의 상 전압 출력(Vx 및 Vy)을 제공하는 제 1 위상 변환기(140)에 수신된다. 위상각 계산기(142)는 실수 전압 성분(Vdf) 및 허수 전압 성분(Vqf)의 출력을 제공하는 제 1 정지 대 회전 변압기(144)에 위상각(θ)(θ = tan-1(Vx/Vy)로 계산되는)을 제공한다. 마찬가지로, 3개의 상 전류 값(ia, ib 및 ic)은 2개의 상 전류 출력(Ix 및 Iy)을 제공하는 제 2 변환기(146)에 대한 입력으로서 전류 센서(126a 및 126b)로부터 유도된다. 제 2 위상각 계산기(148)는 실수 전류 성분(Id) 및 허수 전류 성분(Iq)의 출력을 제공하는 제 2 정지 대 회전 변압기(150)에 위상각(θ)(θ = tan-1(Ix/Iy)로 계산되는)을 제공한다. 가속/감속 요건 및 다른 시스템 요건에 기초하여 이후 더 상세히 기재되는 바와 같이, 제어 센터 SCADA는 id 출력을 제 2 정지 대 회전 변압기(150)로부터 수신하는 인버터 정류기 컨트롤러(154)의 제 1 합산기(152)에 수신되는 실전력 명령(지시된 id*)을 제공한다. 무효 전력 명령(지시된 iq*)은 iq 출력을 제 2 정지 대 회전 변압기로부터 수신하는 정류기/인버터 컨트롤러 내의 제 2 합산기(156)에 SCADA에 의해 제공된다. 합삽된 실전력 성분은 제 1 보상기(158)에 제공되고 합산된 무효 전력 성분은 제 2 보상기(160)에 제공된다. 제 1 보상기의 출력은 실 전압 명령(Vd*)을 제공하기 위해 제 1 정지 대 회전 변압기로부터 Vdf를 수신하는 합산기(162)에 제공되고 제 2 보상기의 출력은 리액티브 전압 명령(Vq*)을 제공하기 위해 제 1 정지 대 회전 변압기로부터 Vqf를 수신하는 합산기(164)에 제공된다. Vd* 및 Vq*는 전력 제어를 위해 디지털 스위칭 신호(SA, SA, 그 반대, SB, SB, 그 반대 및 SC, SC, 그 반대)를 정류기/인버터에 제공하는 벡터 변조기(166)에 입력으로서 제공된다. 유틸리티 측 정류기/인버터(112)에 대한 정류기/인버터 컨트롤러는 실 및 무효 전력 명령 둘 다를 SCADA로부터 수신하는 한편 발전기 측 정류기/인버터(114)에 대한 정류기/인버터 컨트롤러는 제로에 설정된 무효 전력 명령을 갖는다.
현재 개시된 실시예에 있어서, 정류기/인버터는 시스템 내의 모든 파워 셔틀 유닛의 결합 IGBT 무효 전력 제어의 사용을 ARES 시스템에 연결된 유틸리티 또는 독립 시스템 오퍼레이터(ISO)의 볼트 암페어 리액티브(Voltage-Ampere Reactive, VAR) 파워 지원에 허용하기 위해 모터/발전기 요건에 기초하여 부분적으로 평가된다. 각 셔틀 유닛 내의 적어도 1개의 IGBT는 도 12 및 14에 대해 도시되고 기재된 바와 같이 내장 및 트랙사이드 전기 시스템을 통해 고전압 트랜스미션 시스템에 연결된다. TCU 제어 보드로부터의 실전력 명령(P 성분)은 셔틀 유닛의 필요한 가속 및 감속 동작을 제공한다. 정류기/인버터 IGBT에 이용가능한 무효 전력(Q 성분)은 상술한 바와 같이 고전압 시스템으로부터의 무효 전력 입력/흡수에 대해 제어될 수 있다. 어떤 실전력(적재 또는 트랜싯의 대기를 정지시킨)을 생성하지 않는 모든 셔틀 유닛에 대하여 TCU 내의 IGBT의 전체 전력 능력은 무효 전력에 이용가능하다. 명령에 따라, 제어 보드에 의해 정류기/인버터 IGBT를 통해 전송되는 무효 전류(전압 입력을 갖는 위상으로부터의)는 전기 그리드 시스템에서 전압에 큰 영향을 주기 위해 이용될 수 있다. 전압 측정 및 VAR 명령 입력은 ARES 시스템으로부터 지리적으로 분리된 소망의 위치에서 전기 그리드 제어 센터 전압 측정으로부터 유도될 수 있다.
예시적 실시예에 대해서는, 가속/감속의 동작 또는 선택된 셔틀 유닛을 비동기적으로 동작시킬 시에 IGBT를 심지어 100% VAR 제어하기 위해, 대략 4 % 보다 큰 용량의 인버터가 이용됨으로써 VAR 요청/요건에 응답하여 무효 전력 제어에 대한 정격 전력 유용성의 25%를 허용한다.
VAR 명령은 3개의 실제 방법 중 하나로 생성될 수 있다. 첫번째는 에너지 저장 시스템이 VAR 레벨을 간단히 요구하는 것을 포함한다. 이것은 단일 역률로 시스템을 동작시키기 위해 변경 또는 고정될 수 있고, 제로로 종종 설정된다. 제 2 접근 VAR 레벨은 외부 운영자, 종종 그리드 트랜스미션 시스템 운영자에 의한 명령이다. 이 운영자는 필요에 따라 하루 동안 또는 계절적으로 다른 VAR 레벨을 수동으로 요구할 것이다. 제 3 접근은 전압 설정점이 운전 설비에 대해 결정되고 이것이 실제 동작 전압과 비교되는 전압 조절 루프를 폐쇄하는 것이다. 이 2개의 레벨 사이의 차이는 이때 명령 VAR을 요구하는데 사용될 수 있는 에러 신호를 생성한다. 도 14에 도시된 자동 제어 시스템에서 동작되는 SCADA 시스템은 기재된 실시예에 대한 이 조절 능력을 포함한다. 이와 같이 공통 또는 개별 명령은 필요한 VAR 조정을 달성하는데 필요한 선택된 수의 셔틀 유닛 정류기/인버터에 송신될 수 있다.
VAR 명령은 도 15b에 도시된 셔틀 유닛 정류기/인버터에 의해 처리된다. VAR 레벨 명령은 단계 1502에서 전기 그리드 제어 센터로부터 ARES 제어 시스템에 수신된다. SCADA는 단계 1504에서 정지된 셔틀 유닛의 수를 결정하고, 단계 1506에서 필요한 전체 VAR까지 최대 무효 전력 변경을 위해 그 셔틀 유닛에서 제어 보어에 명령을 발행한다. 그 셔틀 유닛 내의 명령된 셔틀 유닛 정류기/인버터 유닛의 제어 보드는 단계 1508에서 유틸리티 측 정류기 인버터에 의해 생성도록 전체 무효 전력에 대한 Iq* 명령을 발행한다. 단계 1510에서 정지 셔틀 유닛에 의해 제공될 수 있는 추가 VAR이 요구되면, SCADA는 단계 1512에서 각 동작 셔틀 유닛에 관한 실전력 레벨, 및 단계 1514에서 필요한 전체 VAR까지의 동작 중의 셔틀 유닛에 대하여 상술한 바와 같이 정류기/인버터의 전체 정격 전력까지의 명령 무효 전력을 결정한다. SCADA에 의해 명령된 각 셔틀 유닛의 제어 보드는 단계 1516에서 셔틀 유닛의 동작 시에 실전력을 위해 명령되는 Id*와 일관된 전체 정격 전력까지의 Iq* 명령을 발행한다.
마찬가지로, 전체 ARES 시스템에서의 가장 큰 효율이 파워 트랙 상의 전화된 셔틀 유닛의 동기 동작으로 달성될 수 있을지라도, 저장 또는 발생되는 그리드 조절 업 또는 또는 조절 다운 및 트리밍은 도 14 및 도 15a에 관하여 기재된 바와 같이 TCU와 선택된 유닛을 비동기적으로 동작시키고, 모터/발전기 유닛을 특정 소망의 전력에서 구동 또는 제동시킴으로써 달성될 수 있다. 1개 이상의 선택된 파워 트랙의 제공은, 요구된 조절 업/조절 다운 또는 트리밍의 양을 제공할 시의 사용에 요구되는 바와 같이, 선택된 레일 상의 컨시스트의 비동기 동작을 통해, 동작 중의 컨시스트들 사이에서 분리를 유지하는 동안 그리고 저장 야드로 그리고 저장 야드로부터의 시퀀싱을 위해 소정 레일 상의 모든 컨시스트의 속도가 제어되게 한다. 나머지 파워 트랙을 동기 동작 모드에서 유지시키는 것은 전원 공급된 셔틀 유닛을 시스템에 잔존시키기 위해 높은 전체 효율을 유지한다.
시스템의 발전 동작 동안, 신속한 조절 다운 요건은 파워 서지가 되는 선택된 파워 트랙 상에 컨시스트의 초기 추가 제공을 필요로 할 것이다. 이 서지를 그리드 상에 배치하는 것을 회피하기 위해, 도 12에 도시된 트랙사이드 파워 시스템은 전력이 속도를 증가시키는 반환 셔틀 유닛으로 SCADA 명령에 의해 흡수되게 함으로써 보다 큰 에너지 사용량을 초래한다. 어떤 파워 서지를 흡수하기 위한 컨시스트를 반환시키는 사용은 즉각적인 조절 다운 명령이 ARES 시스템의 동작 상태에 개의치 않고 영향 없이 구현되게 한다.
조절 업 또는 조절 다운 및 트리밍의 동작은 도 15c에 도시되어 있다. 단계 1550에서 조절 명령이 컨트랙팅(contracting) 유틸리티 또는 ISO의 전기 그리드 제어 센터로부터 수신될 때, 단계 1552에서 1개의 파워 트랙이 비동기 모드에서 동작되고 있으면 판단이 이루어진다. 그렇지 않으면, 단계 1554에서 SCADA는 정류기/인버터 동작을 전환하기 위해 선택된 트랙 상의 컨시스트를 명령한다. 전환 후에, 또는 1개의 파워 트랙이 비동기 모드에서 이미 동작하고 있었으면, SCADA는 단계 1556에서 프로그램된 프로파일에 관하여 가속 또는 감소하기 위해 선택된 트랙 상의 컨시스트에 명령을 발행하며, 전력 소비 변동은 명령된 조절 업 또는 조절 다운과 같다. 감속이 그 트랙에 대한 전력 소비에서 스파이크를 다르게 생성하는 조절 다운 요청에 있어서, 이전에 기재된 파워 트랙의 상호 연결은 초과 전력이 반환 트랙 상의 반환 셔틀 유닛 컨시스트를 전원 공급하는데 이용되게 한다. 컨시스트는 이때 소망의 전력 소비를 위해 변경된 속도로 정류기 인버터 파워에 관한 일정한 속도 동작을 다시 시작한다. 불충분한 조절 업 또는 조절 다운이 1개의 파워 트랙을 비동기 동작으로 전환시킴으로써 달성되면, SCADA는 정류기/인버터 파워를 변환하기 위해 제 2 파워 트랙 상의 컨시스트를 명령할 것이다.
트리밍 동작은 컨시스트에 의해 특정 전력 소비를 위한 비동기 동작으로 1개 이상의 트랙을 조정함으로써 특정 출력 또는 에너지 저장을 제공하기 위해 ARES 시스템 내에서 달성된다. 장기 트리밍 조정은 소정 파워 트랙 상에서 컨시스트의 디스패치 레이트를 변경함으로써 수용될 수 있다.
기재된 본 실시예는 단일 시스템에서 VAR, 조절 업 및 조절 다운과 같은 보조 서비스뿐만 아니라 전력 저장 및 공급의 능력을 제공한다.
본 발명의 이하의 기재된 설명은 당업자가 최상의 모드인 현재 고려되는 것을 이루고 사용하는 것을 가능하게 할지라도, 당업자는 여기서 변화의 존재와, 조합과, 특정 실시예, 방법, 및 예의 등가를 이해하고 인식할 것이다. 그러므로, 본 발명은 상술한 실시예, 방법, 및 예에 의해 한정되는 것이 아니라, 청구된 본 발명의 범위 및 정신 내의 모든 실시예 및 방법에 의해 한정된다.

Claims (21)

  1. 레일 시스템에서 라우팅되는 트랙을 구성하기 위해, 상부 저장 야드 및 하부 저장 야드(10, 12)를 갖고, 상기 상부 저장 야드, 상기 하부 저장 야드, 및 복수의 제어부(30)를 연결하는 상호 연결 트랙(14, 16)을 갖는 레일 시스템(24);
    지지 휠에 상호 연결된 전기 모터/발전기(102)를 갖는 복수의 셔틀 유닛으로서, 매스(74)를 착탈 가능하게 운반하도록 지지 구조(78) 및 일체형 이송 기구(80, 86, 87)를 더 갖는 복수의 셔틀 유닛(22);
    상기 전기 모터/발전기(78)와 전기 그리드(26)를 전기적으로 상호 연결하는 전기적 상호 연결 수단; 및
    상기 전기 그리드, 상기 복수의 셔틀 유닛 및 상기 레일 시스템의 제어부와 통신하는 제어 시스템으로서, 상기 전기 그리드가 초과 전력을 가질 때 에너지를 저장하는 제 1 제어 시퀀스를 실행하는 수단, 및 추가 전력이 요구될 때 전력을 상기 전기 그리드에 제공하는 제 2 제어 시퀀스를 실행하는 수단을 갖는 제어 시스템(34)을 포함하고,
    상기 제 1 제어 시퀀스는 선택된 셔틀 유닛이 상기 하부 저장 야드에 위치된 매스를 검색하게 하고, 상기 전기 그리드로부터 전력을 인출하는 모터로서 상기 모터/발전기를 사용하여 상기 선택된 셔틀 유닛을 상기 하부 저장 야드로부터 상기 상부 저장 야드로 구동시키고,
    상기 제어부는 상기 선택된 셔틀 유닛을 라우팅하도록 구성되고, 상기 선택된 셔틀 유닛이 상기 상부 저장 야드에서 상기 매스를 하역하게 하고,
    상기 제 2 제어 시퀀스는 선택된 셔틀 유닛이 상기 상부 저장 야드에 위치된 매스를 검색하게 하고, 상기 전기 그리드에 전력을 공급하는 발전기로서 상기 모터/발전기를 사용하여 상기 선택된 셔틀 유닛을 상기 상부 저장 야드로부터 상기 하부 저장 야드로 회생 제동시키고,
    상기 제어부는 상기 선택된 셔틀 유닛을 라우팅하도록 구성되고, 상기 선택된 셔틀 유닛이 상기 하부 저장 야드에서 상기 매스를 하역하게 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매스(74)는, 저장 야드 트랙(65) 상에 매달린 상기 상부 저장 야드 및 하부 저장 야드(10, 12)에 저장되고,
    각 셔틀 유닛은 선택된 매스 아래에 수용되고,
    상기 이송 기구는 각 셔틀 유닛 상의 구조물에 의해 운반되고, 저장될 시에 상기 매스 아래에 수용되는 지지 요소(87)를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이송 기구는 매달린 저장 위치로부터 상기 매스를 들어올리고 회전시키는 에너지 저장 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 상호 연결 수단은:
    고전압 전력을 받기 위해 전기 그리드(26)에 연결된 변전소(28);
    상기 변전소에 연결된 트랙사이드 전기 배전 시스템(30);
    선택된 간격으로 상기 전기 배전 시스템에 연결된 복수의 변압기(32); 및
    상기 변압기에 연결되는 복수의 전원 레일로서, 각각의 전원 레일이 상기 레일 시스템의 트랙과 결합되는 복수의 전원 레일(84)을 포함하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 셔틀 유닛 각각은,
    상기 전원 레일(84)에 연결되는 접촉기(89); 및
    트랙션 제어 유닛(TCU)(106)을 더 포함하고,
    상기 트랙션 제어 유닛은:
    상기 모터/발전기(102)에 연결되고, 전력 제어를 하는 정류기/인버터 회로(112, 114);
    상기 모터/발전기의 가속, 감속 및 안정 상태 동작을 위해, 상기 정류기/인버터 회로를 제어하는 제어 보드(108)를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 TCU는,
    동기 동작을 위해, 전원 레일에 상기 모터/발전기를 직접 연결하여 상기 정류기/인버터 회로를 선택적으로 바이패스하도록 상기 제어 보드로부터의 신호에 응답하는 역 바이패스 커넥터(130)를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 정류기/인버터 회로는 제 1 유틸리티 측 정류기/인버터(112) 및 제 2 모터/발전기 측 정류기/인버터(114)를 포함하고,
    제어 보드는 상기 전기 그리드의 VAR 조정을 위해 상기 제 1 유틸리티 측 정류기/인버터에서 무효 전력(154)을 제어하는 수단을 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 조절 업 또는 조절 다운을 위한 유틸리티 신호에 응답하여 상기 에너지 저장 시스템에서 전압 조정을 신호로 전송하는(signaling) 수단을 포함하고,
    각 셔틀 유닛의 TCU는 비동기 동작을 위해 상기 제어 시스템으로부터의 조정 신호에 응답하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상호 연결 트랙은 복수의 파워 트랙(14a, 14b) 및 적어도 1개의 반환 트랙(16a)을 포함하고,
    상기 복수의 파워 트랙 중 적어도 1개는 상기 제어 시스템에 의한 전압 조정 신호에 응답하여, 적어도 1개의 선택된 트랙 상의 셔틀 유닛의 비동기 동작을 위해 선택되는 에너지 저장 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 일체형 이송 기구는:
    제 1 단부에서, 피봇 핀(56)을 이용하여, 각 셔틀 유닛의 제 1 보기차(54)로부터 연장되는 스탠션(52)에 장착되는 레버 베이스(50); 및
    상기 셔틀 유닛의 제 2 보기차(60)의 제 2 단부에 근접하여 상기 레버 베이스에 부착되고, 상기 레버 베이스의 제 1 절첩 위치로부터 가동되는 절첩식 힌지(58)를 포함하고,
    상기 셔틀 유닛은 선택된 매스 아래에서 상기 레버 베이스를 들어올리는 제 2 연장 위치로 자유롭게 롤링될 수 있고, 상기 매스는 상기 저장 위치로부터 들어올려지게 되는 에너지 저장 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 일체형 이송 기구는,
    다수의 유압 램(80), 및
    상기 셔틀 유닛의 중앙에 위치된 회전 체결 테이블(87)을 구비하는 유압 리프트(86)를 포함하고,
    상기 유압 리프트는 매스를 저장 위치로부터 들어올리도록 제 1 위치로부터 제 2 위치로 연장 가능하고,
    상기 유압 램은 상기 매스를 상기 셔틀 유닛과 종 방향으로 정렬시키는 상기 체결 테이블을 회전시키기 위해 제 1 위치로부터 제 2 위치로 가동되고, 상기 유압 리프트는 상기 제 1 위치로 후퇴 가능하고,
    상기 유압 리프트는 상기 체결 테이블 상의 매스와 함께 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 더 연장 가능하고,
    상기 유압 램은 상기 셔틀 유닛에 대해 횡 방향으로 상기 매스를 향하게 하기 위해 상기 제 2 위치로부터 상기 제 1 위치로 가동되고,
    상기 유압 리프트는 상기 매스를 저장 위치에 안착시키기 위해 상기 제 1 위치로 후퇴 가능한 에너지 저장 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은, 전원 공급에 무관한 셔틀 유닛과 함께, 컨시스트(20)를 형성하는 상기 제 1 복수의 셔틀 유닛에 선택적으로 맞물리고 전원 공급이 없는 제 2 복수의 셔틀 유닛(22')을 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  13. 레일 시스템에서 라우팅되는 트랙을 구성하기 위해, 상부 저장 야드 및 하부 저장 야드를 갖고, 상기 상부 저장 야드, 상기 하부 저장 야드, 및 복수의 제어부를 연결하는 상호 연결 트랙을 갖는 레일 시스템을 제공하는 단계;
    지지 휠에 상호 연결된 전기 모터/발전기를 갖는 복수의 셔틀 유닛을 제공하는 단계로서, 상기 셔틀 유닛은 매스를 착탈 가능하게 운반하도록 지지 구조 및 일체형 이송 기구를 더 갖는 제공 단계;
    상기 레일 시스템을 전기 그리드에 연결하는 단계;
    에너지 저장 명령을 수신할 시에, 상기 하부 저장 야드의 선택된 저장 트랙으로부터 매스를 각각 적재하도록, 선택된 복수의 셔틀 유닛 세트를 제어하는 단계;
    상기 저장 트랙을 파워 트랙에 연결하는 단계;
    상기 매스를 상기 상부 저장 야드에 대해 상기 파워 트랙 위로 들어올리도록, 각 셔틀 유닛 상에서 상기 모터/발전기를 구동하는 단계;
    상기 매스를 상기 상부 저장 야드의 선택된 저장 트랙으로 내리도록, 선택된 셔틀 유닛을 제어하는 단계;
    에너지 반환 명령을 수신할 시에, 상기 상부 저장 야드의 선택된 저장 트랙으로부터 매스를 각각 적재하도록, 선택된 셔틀 유닛 세트를 제어하는 단계;
    상기 저장 트랙을 파워 트랙에 연결하는 단계;
    상기 매스를 상기 하부 저장 야드에 대해 상기 파워 트랙 아래로 운반하도록, 각 셔틀 유닛 상에서 상기 모터/발전기를 제동시키는 단계; 및
    상기 매스를 상기 하부 저장 야드의 선택된 저장 트랙으로 내리도록, 상기 셔틀 유닛을 제어하는 단계를 포함하는 실용 규모 에너지 저장 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 레일 시스템을 전기 그리드에 연결하는 단계는 상기 레일 시스템의 트랙과 결합된 전원 레일을 포함하는 트랙사이드 파워 시스템을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 셔틀 유닛을 제공하는 단계는 전력을 상기 모터/발전기에 제공하도록 상기 셔틀 유닛에 정류기/인버터 회로를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 모터/발전기를 구동하는 단계는:
    상기 모터/발전기를 동기 동작 속도로 가속시키는 단계;
    상기 정류기/인버터 회로를 바이패스하는 단계; 및
    동기 동작을 위해, 상기 모터/발전기를 공급 레일에 직접 연결하는 단계를 더 포함하는 실용 규모 에너지 저장 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레일 시스템을 제공하는 단계는 상기 상부 저장 야드 및 상기 하부 저장 야드에 개재되는 복수의 파워 트랙을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 모터/발전기를 구동하는 단계는:
    비동기 동작을 위해 적어도 1개의 파워 트랙을 선택하는 단계; 및
    상기 전기 그리드에 공급되거나 상기 전기 그리드로부터 저장되는 전력의 트리밍 및 조절 업 또는 조절 다운을 위해, 적어도 1개의 파워 트랙을 횡단하는 셔틀 유닛 상에서 상기 모터/발전기를 제어하는 단계를 더 포함하는 실용 규모 에너지 저장 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 실용 규모 에너지 저장 방법은:
    상기 전원 레일을 상기 레일 시스템의 모든 트랙에 상호 연결하는 단계;
    조절 다운 동안 과도 제어(transient control)를 위해 전력을 상기 모터/발전기로부터 얻는 반면, 전력을 상호 연결된 전원 레일을 통하여 반환 셔틀 유닛으로 보상함으로써, 상기 전기 그리드에 전력을 공급하는 단계; 및
    발전 모드에서의 반환 셔틀 유닛으로부터, 모터 모드에서의 셔틀 유닛을 전원 공급하는 단계를 더 포함하는 실용 규모 에너지 저장 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    복수의 셔틀 유닛을 제공하는 단계는 전력을 상기 모터/발전기에 제공하도록, 상기 셔틀 유닛에 정류기/인버터 회로를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 전기 그리드의 VAR 제어 조정을 위해 상기 정류기/인버터 회로에서 무효 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는 실용 규모 에너지 저장 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    트랙 등급의 변경에 응답하여 전원 공급되도록 선택된 축을 변경함으로써, 동기화가 유지되는 실용 규모 에너지 저장 방법.
  19. 레일 시스템에서 라우팅되는 트랙을 구성하기 위해, 상부 저장 야드 및 하부 저장 야드를 갖고, 상기 상부 저장 야드, 상기 하부 야드, 및 복수의 제어부를 연결하는 복수의 상호 연결 트랙을 갖는 레일 시스템을 제공하는 단계,
    지지 휠에 상호 연결된 전기 모터/발전기를 갖고 매스를 운반하는 복수의 셔틀 유닛을 제공하는 단계,
    상기 레일 시스템을 전기 그리드에 연결하는 단계, 및
    보조 서비스 명령을 수신할 시에, 상기 보조 서비스 명령의 이행으로 상기 전기 그리드와 상호 작용하도록, 선택된 복수의 셔틀 유닛 세트를 무효 전력, 가속 및 감속에 대해 제어하는 단계를 포함하는 실용 규모 보조 서비스 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 보조 서비스 명령은 VAR 명령이고,
    상기 복수의 셔틀 유닛을 제공하는 단계는 전력을 상기 모터/발전기에 제공하도록 상기 셔틀 유닛에 정류기/인버터 회로를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 전기 그리드의 VAR 제어 조정을 위한 상기 정류기/인버터 회로에서 무효 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는 실용 규모 보조 서비스 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 보조 서비스 명령은 조절 업/조절 다운 명령이고,
    상기 실용 규모 보조 서비스 방법은:
    비동기 동작을 위해 적어도 1개의 파워 트랙을 선택하는 단계; 및
    상기 전기 그리드에 공급되거나 상기 전기 그리드로부터 저장되는 전력의 조절 업 또는 조절 다운을 위해, 적어도 1개의 파워 트랙을 횡단하는 셔틀 유닛 상에서 모터/발전기를 제어하는 단계를 더 포함하는 실용 규모 보조 서비스 방법.
KR1020127006365A 2009-08-11 2010-08-08 실용 규모 전기 에너지 저장 시스템 KR20120092569A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23305209P 2009-08-11 2009-08-11
US61/233,052 2009-08-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120092569A true KR20120092569A (ko) 2012-08-21

Family

ID=43586407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127006365A KR20120092569A (ko) 2009-08-11 2010-08-08 실용 규모 전기 에너지 저장 시스템

Country Status (14)

Country Link
US (2) US8593012B2 (ko)
EP (1) EP2464553B1 (ko)
JP (1) JP2013501682A (ko)
KR (1) KR20120092569A (ko)
CN (1) CN102498023A (ko)
AU (1) AU2010282738B2 (ko)
BR (1) BR112012002886B1 (ko)
CA (1) CA2770318C (ko)
IL (1) IL218014A (ko)
MA (1) MA33570B1 (ko)
MX (1) MX2012001750A (ko)
RU (1) RU2529123C2 (ko)
WO (1) WO2011019624A1 (ko)
ZA (1) ZA201201744B (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8334603B2 (en) * 2010-08-18 2012-12-18 Daya Arvind A Railway actuated energy generating device
WO2012145332A1 (en) * 2011-04-18 2012-10-26 Advanced Rail Energy Storage, Llc Combined synchronous and asynchronous power supply for electrically powered shuttle trains
US8742616B1 (en) 2011-06-04 2014-06-03 Dehlsen Associates, Llc. Bulk energy storage and frequency regulation of electrical power
US10259444B2 (en) * 2011-06-13 2019-04-16 Ge Global Sourcing Llc Vehicle control system and method
US8674541B2 (en) * 2011-08-16 2014-03-18 Advanced Rail Energy Storage, Llc Rail based potential energy storage for utility grid ancillary services
JP5922555B2 (ja) * 2012-10-31 2016-05-24 株式会社日立製作所 運行管理システム
US9050896B2 (en) * 2012-11-22 2015-06-09 Paramount Pictures Corporation Regenerative energy system for ground transportation vehicles
AU2013400347B2 (en) * 2013-09-12 2016-03-24 Kazuo Nakasone Power generation method
US9605694B2 (en) 2013-12-20 2017-03-28 Georgia Tech Research Corporation Energy recapture system for hydraulic elevators
TW201525283A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 Jun Fu Clean Energy Co Ltd 循環發電裝置
US10840737B2 (en) 2014-07-04 2020-11-17 Teraloop Oy System and method for storing high capacity electric energy
WO2016035911A1 (ko) * 2014-09-05 2016-03-10 정기영 전력저장장치
US10050491B2 (en) 2014-12-02 2018-08-14 Management Services Group, Inc. Devices and methods for increasing energy and/or power density in composite flywheel energy storage systems
US20150330489A1 (en) * 2015-06-05 2015-11-19 Francisco Guzman Centrifugal electric genrator apparatus
US10418916B2 (en) * 2015-12-23 2019-09-17 Daming Zhang Circuits of voltage source DC/AC converter with LCCL or LCC filter and other modified forms, and operation of microgrid with such circuits
AU2017225864B2 (en) * 2016-02-29 2022-02-17 Advanced Rail Energy Storage, L.L.C. Ridgeline cable drive electric energy storage system
EP3545602A4 (en) * 2016-11-22 2020-04-01 Daming Zhang SOLID ENERGY STORAGE SYSTEM WITH VERTICAL OR CLOSE TO VERTICAL MOVEMENT OF HEAVY DIMENSIONS
US10787321B1 (en) 2018-02-28 2020-09-29 Conveyor Dynamics, Inc. Bi-way conveyor system for power storage
RU2699855C1 (ru) 2018-06-29 2019-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Энергозапас" Промышленная система накопления энергии
US10784744B2 (en) * 2018-08-10 2020-09-22 Russell Wayne Crawford Gravity line power generation system including an overhead trolley mechanism to harvest kinetic energy from a wheeled vehicle moving down a slope
WO2020040717A1 (ru) * 2018-08-22 2020-02-27 Сергей Леонтьевич ОСИПОВ Способ аккумулирования и рекуперации электроэнергии
AU2019201920A1 (en) * 2019-03-20 2020-10-08 Daming Zhang A massive energy storage system with distributed rotor or mover structure and transitional rotor pulse current
AU2020202830B2 (en) * 2020-04-29 2022-02-17 Zhang, Daming DR Bi-directional Heavy Mass Energy Storage System
CN111525412B (zh) * 2020-05-19 2021-09-24 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 一种环保型电力设备
CN113726020B (zh) * 2021-09-06 2023-09-29 哈尔滨工业大学 大规模重力储能系统
CN113978489B (zh) * 2021-12-07 2022-09-30 西安华吉祥商贸有限公司 一种轨道运输储能系统及其运行方法
WO2023108062A1 (en) * 2021-12-08 2023-06-15 Intramotev Inc. Self-propelled railcar
US20240092406A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-21 Matthew Younkins Method to Manage Autonomous Vehicle Energy

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5853523A (ja) * 1981-09-25 1983-03-30 Mitsubishi Electric Corp 電気車の電力蓄勢機構
JPS59223626A (ja) * 1983-05-27 1984-12-15 Toshiba Corp 航空コンテナ取扱い装置
US4858513A (en) * 1983-12-21 1989-08-22 Westinghouse Electric Corp. Electromagnetic launcher with improved rail energy recovery or dissipation
RU2009053C1 (ru) * 1990-12-06 1994-03-15 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Система тягового электроснабжения постоянного тока
CA2114835A1 (en) 1991-08-01 1993-02-18 Ross Martin Green Battery powered electric vehicle and electrical supply system
JPH0591794A (ja) * 1991-09-25 1993-04-09 Hitachi Ltd 電動機の定速制御方式
JPH06335107A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Hitachi Ltd 車両制御装置
JP3167855B2 (ja) * 1994-02-28 2001-05-21 日本鉄道建設公団 交流き電回路およびそれを使用する在来線新幹線切替工事方法
JP3465643B2 (ja) * 1999-08-26 2003-11-10 株式会社ダイフク 給電装置
US6990906B2 (en) 2001-03-26 2006-01-31 James Russell Powell Electrical power storage and delivery using magnetic levitation technology
US7430967B2 (en) * 2001-03-27 2008-10-07 General Electric Company Multimode hybrid energy railway vehicle system and method
US7231877B2 (en) * 2001-03-27 2007-06-19 General Electric Company Multimode hybrid energy railway vehicle system and method
US20060005739A1 (en) * 2001-03-27 2006-01-12 Kumar Ajith K Railroad system comprising railroad vehicle with energy regeneration
CN1378323A (zh) * 2001-04-05 2002-11-06 孟震峰 存储电能的装置
RU2259284C2 (ru) * 2003-02-18 2005-08-27 Быкадоров Александр Леонович Тяговая подстанция постоянного тока со сверхпроводниковым индуктивным накопителем энергии
US20050173601A1 (en) 2003-10-28 2005-08-11 Hestand Larry D. System for displaying a motor vehicle, apparatus and related methods
WO2005084335A2 (en) * 2004-03-01 2005-09-15 Railpower Technologies Corp. Cabless hybrid locomotive
JP2005304156A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Toshiba Corp 電力変換装置
JP4533852B2 (ja) * 2006-01-27 2010-09-01 三菱重工業株式会社 架線レス交通システム及び該架線レス交通システムの充電方法
US20080021602A1 (en) * 2006-05-24 2008-01-24 Ise Corporation Electrically Powered Rail Propulsion Vehicle and Method
US20080000381A1 (en) * 2006-05-24 2008-01-03 Bartley Thomas L Rail car braking regeneration and propulsion system and method
JP2008104265A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Fuji Electric Systems Co Ltd 永久磁石形電動機駆動鉄道車両の制御方式
FR2915435B1 (fr) * 2007-04-25 2009-08-07 Alstom Transport Sa Systeme, sous-station et procede de recuperation de l'energie de freinage de vehicules ferroviaires, vehicules ferroviaires pour ce systeme.
US7973420B2 (en) 2008-04-26 2011-07-05 ViewTek2 LLC Energy storage
US7928596B2 (en) * 2008-10-06 2011-04-19 General Electric Company Systems and methods for the utilization of energy generated by a powered vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
IL218014A0 (en) 2012-04-30
JP2013501682A (ja) 2013-01-17
IL218014A (en) 2016-07-31
EP2464553A1 (en) 2012-06-20
AU2010282738B2 (en) 2015-09-03
US8593012B2 (en) 2013-11-26
MA33570B1 (fr) 2012-09-01
AU2010282738A1 (en) 2012-03-15
CA2770318C (en) 2017-08-29
BR112012002886B1 (pt) 2020-09-29
WO2011019624A1 (en) 2011-02-17
US20110037275A1 (en) 2011-02-17
EP2464553B1 (en) 2020-05-06
EP2464553A4 (en) 2017-01-25
CN102498023A (zh) 2012-06-13
US20140042805A1 (en) 2014-02-13
BR112012002886A2 (pt) 2017-09-26
MX2012001750A (es) 2012-07-03
ZA201201744B (en) 2012-11-28
RU2012107824A (ru) 2013-09-20
US8952563B2 (en) 2015-02-10
RU2529123C2 (ru) 2014-09-27
CA2770318A1 (en) 2011-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2464553B1 (en) Utility scale electric energy storage system
CN109072887B (zh) 脊线缆索驱动电能储存系统
CN103891080B (zh) 基于轨道的市电电网辅助服务势能存储
CN103502044B (zh) 用于电力供电往返列车的组合式同步及异步动力供应
WO2020040717A1 (ru) Способ аккумулирования и рекуперации электроэнергии
Cava et al. Advanced rail energy storage: green energy storage for green energy
CN113653612A (zh) 一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统
CN112096580A (zh) 一种基于传送链的高效重力储能系统
US8742616B1 (en) Bulk energy storage and frequency regulation of electrical power
CN113417817A (zh) 固体重力流运载设备及储能系统
CN216044213U (zh) 一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统
CN115013266B (zh) 一种矩阵式重力储能系统控制方法
US20210347388A1 (en) Gravitational potential energy storage systems and methods
CN115360733A (zh) 一种模块化重力储能系统
CN117886198A (zh) 一种竖井式重力储能系统及其运行、设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application