NL1030682C2

NL1030682C2 - Energy storage and generation control system, uses fly wheel generator to store excess energy and release it during periods of energy shortage

Info

Publication number: NL1030682C2
Application number: NL1030682A
Authority: NL
Inventors: Henri-Leonaard Hennequin
Original assignee: Hennequin Beheer B V
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-19

Abstract

A first coupling means connects an energy source used to generate energy to the system, a fly-wheel generator (10, 12, 14, 16) is used to store energy during periods of excess energy and release energy during periods of energy shortage and a switching device is used to switch the system between different operating states.

Description

t >t>

SYSTEEM EN WERKWIJZE VOOR REGELING VAN ENERGIEOPSLAG EN ENERGIEOPWEKKING MET BEHULP VAN VLIEGWIELGENERATORENSYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF ENERGY STORAGE AND ENERGY GENERATION WITH THE help of FLY-WHEEL GENERATORS

De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor 5 regeling van energieopslag en energieopwekking.The invention relates to a system for control of energy storage and energy generation.

Toegepaste systemen voor energietoevoer aan afnemers ondervinden vaak fluctuaties aan zowel leverings- als afnemerszijde. Deze fluctuaties zijn aan de leveringzijde bijvoorbeeld het gevolg van windstilte bij een windmolen en 10 aan de afnemerszijde bijvoorbeeld het gevolg van het opstarten van installaties. Hierdoor kunnen problemen ontstaan aan de installatie alsook bij de procesvoering. Een systeem dat gedeeltelijk tegemoet komt aan het probleem van deze fluctuaties maakt gebruik van een vliegwielgenerator. In 15 geval van een vermogenspiek aan leveringszijde wordt deze piek gebruikt om de energie op te slaan in een vliegwiel en deze terug te winnen in geval van een energietekort.Applied systems for energy supply to customers often experience fluctuations on both the supply and customer side. On the supply side, these fluctuations are, for example, the result of wind silence at a windmill and on the customer side, for example, the result of starting up installations. This can cause problems with the installation as well as with the process. A system that partially addresses the problem of these fluctuations uses a flywheel generator. In the case of a power peak on the supply side, this peak is used to store the energy in a flywheel and to recover it in the event of an energy shortage.

Bij de in de praktijk bekende systemen worden sommige fluctuaties weliswaar gedeeltelijk opgevangen, echter deze 20 systemen voorzien niet in een efficiënt bedrijf waarin behalve opslag van energie ook energie opgewekt kan worden.With the systems known in practice, while some fluctuations are partially absorbed, these systems do not provide for efficient operation in which, in addition to storing energy, energy can also be generated.

De onderhavige uitvinding beoogt de bekende systemen te verbeteren.The present invention has for its object to improve the known systems.

De onderhavige uitvinding verschaft een systeem voor 25 regeling van energieopslag en energieopwekking, omvattende: - een eerste koppelingsorgaan voor koppeling van een energiebron voor het genereren van energie aan het systeem; - één vliegwielgenerator voor opslag van energie in perioden van energieoverschot en afgifte in perioden van 30 energietekort; - een tweede koppelingsorgaan voor koppeling van de vliegwielgenerator met een standaard elektriciteitsnet; en 1030682 2 - een schakelorgaan voor het systeem waarmee geschakeld worden tussen de diverse gebruikstoestanden van het systeem.The present invention provides a system for control of energy storage and energy generation, comprising: - a first coupling member for coupling an energy source for generating energy to the system; - one flywheel generator for energy storage in periods of energy surplus and release in periods of energy shortage; - a second coupling member for coupling the flywheel generator to a standard electricity network; and 1030682 2 - a switching member for the system with which switching is made between the various operating states of the system.

In het geval van een vermogensdal aan de 5 leveringszijde of een piek in de vraag aan de afnemerszijde wordt de opgeslagen energie in het vliegwiel onttrokken aan het vliegwiel. Hiermee wordt bereikt dat fluctuaties aan zowel de leverings- als de afnemerszijde worden ondervangen. Hiermee wordt schade aan apparatuur en gebrekkige 10 procesvoering voorkomen. Bijkomend kan door middel van het eerste koppelingsorgaan het systeem gekoppeld worden aan een externe energiebron, zoals bijvoorbeeld een windmolen of dieselgenerator, waarmee energie gegenereerd kan worden gebruikmakend van de vliegwielgenerator en dit geleverd kan 15 worden aan een elektriciteitsnet.In the case of a power fall on the supply side or a peak in demand on the customer side, the energy stored in the flywheel is extracted from the flywheel. This ensures that fluctuations on both the supply and the customer side are overcome. This prevents damage to equipment and defective litigation. Additionally, by means of the first coupling member, the system can be coupled to an external energy source, such as for instance a windmill or diesel generator, with which energy can be generated using the flywheel generator and this can be supplied to an electricity grid.

Voorts wordt opgemerkt dat gedurende relatief langere perioden van energieoverschot danwel energietekort fluctuaties aan de leverings- en/of de afnemerszijde niet voldoende opgevangen kunnen worden door de beperkte 20 capaciteit van de vliegwielgenerator. Dit kan leiden tot schade aan apparatuur en procesvoering.It is further noted that during relatively longer periods of energy surplus or energy shortage, fluctuations on the supply and / or customer side cannot be adequately absorbed by the limited capacity of the flywheel generator. This can lead to damage to equipment and litigation.

Dit wordt opgelost met de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding, waarin het systeem is voorzien van een opslagorgaan voor opslag van energie in 25 perioden van energieoverschot en afgifte van energie in perioden van energietekort. Het opslagorgaan produceert hiertoe door middel van elektrolyse waterstof dat fungeert als energiedrager en slaat deze op in perioden van energieoverschot en staat deze af in perioden van 30 energietekort waarbij gebruik wordt gemaakt van ondermeer een brandstofcel. Hiermee wordt bereikt dat ook gedurende langdurige fluctuaties of verstoringen van de elektriciteitsvoorziening of bij een relatief langdurige 1030682 3 extra energievraag van een afnemer er voldoende energie geleverd kan worden. Het systeem als geheel kan ondanks deze fluctuaties dan toch efficiënt bedreven worden. Een bijkomend voordeel is dat het systeem met het opslagorgaan ook gebruikt 5 kan worden voor de productie van waterstof voor externe doeleinden.This is solved with the preferred embodiment according to the present invention, wherein the system is provided with a storage device for storage of energy in periods of energy surplus and release of energy in periods of energy shortage. To this end, the storage device produces hydrogen which acts as an energy carrier by means of electrolysis and stores it in periods of energy surplus and relinquishes it in periods of energy shortage using, among other things, a fuel cell. This achieves that sufficient energy can also be supplied during long-term fluctuations or disruptions in the electricity supply or with a relatively long-term extra energy demand from a customer. Despite these fluctuations, the system as a whole can still be operated efficiently. An additional advantage is that the system with the storage device can also be used for the production of hydrogen for external purposes.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de energiebron een dieselgenerator, een windmolen, biobrandstofgenerator of een 10 standaard elektriciteitsnet. Bij voorkeur wordt een schakelmiddel voorzien voor het schakelen tussen de verschillende externe energiebronnen. Hierdoor wordt het mogelijk gemaakt het systeem te gebruiken voor energie opwekking door middel van één of meer van dergelijke externe 15 energiebronnen. Dit heeft als bijkomend voordeel dat in het systeem volgens de uitvinding fluctuaties bij deze opwekking op dezelfde wijze opgevangen kunnen worden door gebruik te maken van het vliegwiel. Hierdoor wordt een efficiënt systeem verkregen.In a further preferred embodiment according to the present invention, the energy source comprises a diesel generator, a windmill, biofuel generator or a standard electricity grid. A switching means is preferably provided for switching between the different external energy sources. This makes it possible to use the system for energy generation by means of one or more of such external energy sources. This has the additional advantage that in the system according to the invention, fluctuations in this generation can be absorbed in the same way by using the flywheel. This results in an efficient system.

20 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is het systeem voorzien van beveiligingsmiddelen voor te hoge stroom, spanning, draaisnelheden en temperaturen. Door middel van deze beveiligingsmiddelen wordt schade aan het systeem voorkomen 25 ten gevolge fluctuaties of te hoge vermogens.In a further preferred embodiment according to the present invention, the system is provided with protection means for too high a current, voltage, rotational speeds and temperatures. By means of these protection means, damage to the system is prevented as a result of fluctuations or excessive power.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is een schakelorgaan verbonden met de overige componenten van het systeem door middel van glasvezelkabels. Hiermee wordt bereikt dat het systeem snel 30 reageert op wisselende omstandigheden en dat signalen eenvoudig over grotere afstanden verstuurd kunnen worden. Hierdoor wordt aansturing en bediening vereenvoudigd.In a further preferred embodiment according to the present invention, a switch member is connected to the other components of the system by means of fiber optic cables. This achieves that the system responds quickly to changing circumstances and that signals can easily be sent over greater distances. This simplifies control and operation.

1030682 41030682 4

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat het koppelingsorgaan ten minste één stroomtransformator voor de verbinding met een elektriciteitsnet. Tevens is het systeem bij voorkeur 5 voorzien van telmiddelen voor het bij houden van de hoeveelheid energie geleverd aan een dergelijk elektriciteitsnet, waarbij digitale meetgegevens worden verkregen die door communicatiemiddelen verstuurd worden.In a further preferred embodiment according to the present invention, the coupling member comprises at least one current transformer for connection to an electricity grid. The system is also preferably provided with counting means for keeping track of the amount of energy supplied to such an electricity grid, whereby digital measurement data are obtained that are sent by communication means.

Hierdoor kan op eenvoudige wijze worden geconstateerd in 10 welke gebruikstoestand het systeem zich bevindt en hoeveel energie geleverd wordt aan het elektriciteitsnet. Dit kan door gebruik van deze middelen gebeuren op een relatief grote afstand. Hiermee wordt een gebruiksvriendelijke toepassing van het systeem volgens de uitvinding bereikt.As a result, it can be established in a simple manner in which state of use the system is and how much energy is supplied to the electricity grid. This can be done by using these means at a relatively large distance. A user-friendly application of the system according to the invention is hereby achieved.

15 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is het systeem voorzien van schakelmiddelen voor het schakelen van meerdereIn a further preferred embodiment according to the present invention, the system is provided with switching means for switching a plurality of switches

vliegwielgeneratoren in het systeem om grotere vermogens te Iflywheel generators in the system for greater power I

kunnen opslaan of genereren. Hierdoor wordt bereikt dat het 20 vermogen dat kan worden gegenereerd niet beperkt blijft tot ! het maximale vermogen van één vliegwielgenerator, maar ook grotere vermogens gerealiseerd kunnen worden zonder een enorme opschaling van bestaande vliegwielgeneratoren te vereisen.can save or generate. This achieves that the power that can be generated is not limited to! the maximum power of one flywheel generator, but also larger powers can be realized without requiring an enormous upscaling of existing flywheel generators.

25 De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor opslag van energie, omvattende de stappen: - het detecteren van de gewenste gebruikstoestand van i een energieopslagsysteem waaronder de leveringstoestand van energie aan een elektriciteitsnet of een opslagorgaan, en de 30 generatie van energie door middel van het gebruik van een energiebron of van het opslagorgaan; - het schakelen van een schakelorgaan voor het realiseren van de gewenste gebruikstoestand; en 1030682 _______ 5 - het opslaan of genereren van energie.The invention also relates to a method for storing energy, comprising the steps of: - detecting the desired state of use of an energy storage system including the state of supply of energy to an electricity grid or a storage device, and the generation of energy by means of the use from an energy source or from the storage device; - switching a switching member for realizing the desired operating condition; and 1030682 _______ 5 - storing or generating energy.

Door middel van deze werkwijze kunnen niet enkel fluctuaties aan leveringszijde alsook afnemerszijde worden opgevangen, maar kan ook opgewekte energie worden toegevoerd 5 aan een elektriciteitsnet. Hiermee wordt een efficiënt systeem verkregen.By means of this method, fluctuations on the supply side as well as the customer side can not only be absorbed, but also generated energy can be supplied to an electricity grid. This results in an efficient system.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: 10 figuur 1 een weergave van een systeem voor het opvangen van fluctuaties in een verder standaard elektriciteitsvoorziening; figuur 2 een weergave van het systeem in figuur 1 aangevuld met een opslagorgaan; 15 figuur 3 een weergave van een schakeling voor koppeling van het systeem in figuur 1 aan één of meerdere externe energiebronnen; figuur 4 een weergave van een schakeling voor i koppeling van interne energieopslag ten behoeve van 20 energielevering aan bijvoorbeeld het systeem in figuur 1; en figuur 5 een weergave van een voorkeursuitvoering van het systeem volgens de uitvinding.The invention is now elucidated on the basis of a number of examples, with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a system for absorbing fluctuations in a further standard electricity supply; Figure 2 shows the system in Figure 1 supplemented with a storage device; Figure 3 shows a circuit for coupling the system in figure 1 to one or more external energy sources; figure 4 shows a circuit for coupling internal energy storage for energy supply to, for example, the system in figure 1; and figure 5 shows a preferred embodiment of the system according to the invention.

Figuur 1 toont een elektriciteitsnetwerk 2 met een leveringszijde 4 en een afnemerszijde 6 met daaraan gekoppeld 25 door middel van transformator 8 een aantal vliegwielgeneratoren, elk bestaande uit een generator 10, omzetter 12 en motor 14 welke is gekoppeld aan een vliegwiel 16. Het in deze figuur getoonde systeem dient voor opvang van fluctuaties in een elektriciteitsnetwerk. Daarnaast kan door 30 aandrijving van de motor 14 elektriciteit worden opgemaakt en via transformators 8 worden geleverd aan dit zelfde standaard elektriciteitsnetwerk 2.Figure 1 shows an electricity network 2 with a supply side 4 and a customer side 6 coupled thereto by means of transformer 8 a number of flywheel generators, each consisting of a generator 10, converter 12 and motor 14 which is coupled to a flywheel 16. In this case The system shown in the figure serves to accommodate fluctuations in an electricity network. In addition, electricity can be generated by driving the motor 14 and supplied via transformers 8 to this same standard electricity network 2.

1030682 61030682 6

Het boven beschreven systeem is in figuur 2 uitgebreid met twee één-weg-doorlaatmiddelen thyristors 20 en 22 voor het toevoeren van opgewekte energie met behulp van één of meerdere vliegwielgeneratoren aan het 5 elektriciteitsnetwerk 2, respectievelijk het toevoeren van opgewekte energie aan een opslagvat. De stroombegrenzers 20 en 22 kunnen desgewenst ook per generator afzonderlijk worden voorzien. Dit opslagvat 28 slaat waterstof op dat door middel van elektrolyse wordt gevormd in stap 24 waarna het wordt 10 getransporteerd door middel 26.The system described above has been expanded in figure 2 with two one-way transmission means thyristors 20 and 22 for supplying generated energy with the aid of one or more flywheel generators to the electricity network 2 and supplying generated energy to a storage vessel. The current limiters 20 and 22 can also be provided separately per generator if desired. This storage vessel 28 stores hydrogen which is formed by electrolysis in step 24 after which it is transported by means 26.

In geval van opwekking van energie met gebruikmaking van één of meerdere vliegwielgeneratoren kan dit vliegwiel worden aangedreven door een externe energiebron. Een schakeling 30 hiervoor wordt getoond in figuur 3. De 15 schakelaar 30 schakelt tussen mogelijke externe energiebronnen waarbij gebruik wordt gemaakt van een biobrandstofgenerator 32, windmolen 34 dan wel een dieselgenerator 36. De schakelaar 30 wordt bestuurd door het besturingsignaal 38. De generator wordt pulserend voorzien 20 van energie uit één of meer externe energiebronnen in geval van een energievraag van de generator. Deze besturing en eventuele beveiligingen, zoals tegen kortsluitstromen, wordt bereikt met regelorgaan 60, als getoond in figuur 5.In the case of energy generation using one or more flywheel generators, this flywheel can be driven by an external energy source. A circuit 30 for this is shown in Figure 3. The switch 30 switches between possible external energy sources using a biofuel generator 32, windmill 34 or a diesel generator 36. The switch 30 is controlled by the control signal 38. The generator is pulsed providing energy from one or more external energy sources in the event of an energy demand from the generator. This control and any protections, such as against short-circuit currents, are achieved with control member 60, as shown in Figure 5.

Uiteraard kunnen ook andere externe energiebronnen worden 25 gebruikt, zoals zonnecellen.Of course, other external energy sources can also be used, such as solar cells.

Een schakelaar 40, zoals getoond in figuur 4, wordt gestuurd door middel van stuursignaal 42. Hiermee kan energie aan het opslagorgaan 28 worden onttrokken ten behoeve van de aandrijving van het vliegwiel voor de opwekking van energie 30 en levering vervolgens daarvan aan een standaard elektriciteitsnet 2. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een brandstofcel 44. Alternatief is het gebruik van opgeslagen energie dat, zoals weergegeven in figuur 4, vanuit i 1030682 i 7 opslagmiddel 48 en spoel 46 voor het aandrijven van de generator. Als opslagmiddel kan hierbij gebruik worden gemaakt van een extra vliegwiel.A switch 40, as shown in Figure 4, is controlled by means of control signal 42. With this energy can be extracted from the storage device 28 for the purpose of driving the flywheel for generating energy 30 and subsequently supplying it to a standard electricity network 2. Use is herein made of a fuel cell 44. Alternatively, the use of stored energy is provided, as shown in Figure 4, from storage means 48 and coil 46 for driving the generator. An additional flywheel can be used as storage means.

De koppeling van zowel het deelsysteem getoond in 5 figuur 3 als het deelsysteem getoond in figuur 4, is weergegeven in figuur 5 en wordt uitgevoerd door middel van een aan één kant regelbare inductiekoppeling 50. Waterstof uit het opslagorgaan 28 kan door middel van een afsluiter 52 en bijbehorend stuurmiddel 54 naar brandstofcel 44 worden 10 gevoerd alwaar het met behulp van verdere hulpstoffen en hulpmiddelen (niet getoond) in energie wordt omgezet.The coupling of both the subsystem shown in Figure 3 and the subsystem shown in Figure 4 is shown in Figure 5 and is carried out by means of an induction coupling 50 which can be controlled on one side. Hydrogen from the storage member 28 can be supplied by means of a valve 52. and associated control means 54 are fed to fuel cell 44 where it is converted into energy with the aid of further auxiliaries and auxiliaries (not shown).

De schakelaars 30 en 40 kunnen desgewenst worden geschakeld dat gelijktijdig meerdere energiebronnen gebruikt kunnen worden voor aandrijving van de generator. Zo kan 15 bijvoorbeeld een windmolen 34 worden gekoppeld, in geval van beperkte wind, samen met een dieselgenerator 36 en/of een brandstofcel 44.The switches 30 and 40 can be switched, if desired, that several energy sources can be used simultaneously for driving the generator. For example, a windmill 34 can be coupled, in the case of limited wind, together with a diesel generator 36 and / or a fuel cell 44.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen; de gevraagde 20 rechten, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn, worden bepaald door de navolgende conclusies.The present invention is by no means limited to the preferred embodiments described above; the rights sought, within the scope of which many modifications are conceivable, are determined by the following claims.

! 1030682! 1030682

Claims

A system for controlling energy storage and energy generation, comprising: 5. a first coupling member for coupling an energy source for generating energy to the system; - one flywheel generator for energy storage in periods of energy surplus and release in periods of energy shortage; 10. a second coupling member for coupling the flywheel generator to an electricity network; and - a switching member for the system with which switching is made between the various operating states of the system. 15

A system according to claim 1, wherein the system is provided with a storage means for storing energy in periods of energy surplus and delivering energy in periods of energy shortage. 20

A system according to claim 2, wherein the electrolysis means means produces hydrogen as an energy carrier and can store it and uses a fuel cell to release this energy. 25

A system according to claims 1, 2 or 3, wherein the energy source comprises a diesel generator, windmill, biofuel generator or an electricity grid.

System as claimed in one or more of the foregoing claims 1-4, wherein the system is provided with protection means for too high a current, voltage, rotational speeds and temperatures. 1030682

6. System as claimed in one or more of the foregoing claims 1-5, wherein the switching member is connected to the other components of the system by means of fiber optic cables. 5.

7. System as claimed in one or more of the foregoing claims 1-6, wherein the coupling member comprises at least one current transformer for connection to an electricity network. 10

8. System as claimed in one or more of the foregoing claims 1-7, wherein counting means are provided for keeping track of the amount of energy supplied to an electricity grid, wherein digital measurement data are obtained that are sent by communication means.

9. System as claimed in one or more of the foregoing claims 1-8, wherein a third coupling member is provided for coupling a plurality of flywheel generators in order to be able to store or generate larger powers.

10. Method for storing energy, comprising the steps of: - detecting the desired state of use of an energy storage system including the state of supply of energy to an electricity grid or a storage device, and the generation of energy through the use of an energy source or of the storage device; - switching a switching member for realizing the desired operating condition; and - storing or generating energy. 1030682

A method according to claim 10, wherein for storing energy for longer periods of time energy is converted into hydrogen by means of electrolysis and for | release of energy the stored hydrogen is converted into electricity by means of a fuel cell and a flywheel generator. j

12. A method according to claim 10 or 11, wherein the conversion of excess energy into hydrogen is used for production thereof. ί i | | ί j ί ί! | 1 0 3 0 682