NL1030682C2

NL1030682C2 - Systeem en werkwijze voor regeling van energieopslag en energieopwekking met behulp van vliegwielgeneratoren.

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

Description

t >

SYSTEEM EN WERKWIJZE VOOR REGELING VAN ENERGIEOPSLAG EN ENERGIEOPWEKKING MET BEHULP VAN VLIEGWIELGENERATOREN

De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor 5 regeling van energieopslag en energieopwekking.

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.

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.

De onderhavige uitvinding beoogt de bekende systemen te verbeteren.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

1030682 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.

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.

15 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is het systeem voorzien van schakelmiddelen voor het schakelen van meerdere

vliegwielgeneratoren in het systeem om grotere vermogens te 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.

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.

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.

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.

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.

1030682 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.

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.

Uiteraard kunnen ook andere externe energiebronnen worden 25 gebruikt, zoals zonnecellen.

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.

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.

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.

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.

! 1030682

Claims

1. Systeem voor regeling van energieopslag en energieopwekking, omvattende: 5. 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 energietekort; 10. een tweede koppelingsorgaan voor koppeling van de vliegwielgenerator met een elektriciteitsnet; en - een schakelorgaan voor het systeem waarmee geschakeld worden tussen de diverse gebruikstoestanden van het systeem. 15

2. Systeem volgens conclusie 1, waarin het systeem is voorzien van een opslagorgaan voor opslag van energie in perioden van energieoverschot en afgifte van energie in perioden van energietekort. 20

3. Systeem volgens conclusie 2, waarin het opslagorgaan voor middel van elektrolyse waterstof produceert als energiedrager en deze op kan slaan en voor afgifte van deze energie gebruik maakt van een brandstofcel. 25

4. Systeem volgens conclusies 1, 2 of 3, waarin de energiebron een dieselgenerator, windmolen, biobrandstofgenerator of een elektriciteitsnet omvat.

5. Systeem volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1-4, waarin het systeem is voorzien van beveiligingsmiddelen voor te hoge stroom, spanning, draaisnelheden en temperaturen. 1030682

6. Systeem volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1-5, waarin het schakelorgaan is verbonden met de overige componenten van het systeem door middel van glasvezelkabels. 5.

7. Systeem volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1-6, waarin het koppelingsorgaan ten minste één stroomtransformator omvat voor de verbinding met een elektriciteitsnet. 10

8. Systeem volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1-7, waarin telmiddelen zijn voorzien voor het bijhouden van de hoeveelheid energie geleverd aan een elektriciteitsnet, waarbij digitale meetgegevens worden 15 verkregen die door communicatiemiddelen verstuurd worden.

9. Systeem volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1-8, waarin een derde koppelingsorgaan is voorzien voor het koppelen van meerdere vliegwielgeneratoren om 20 grotere vermogens te kunnen opslaan of genereren.

10. Werkwijze voor opslag van energie, omvattende de stappen: - het detecteren van de gewenste gebruikstoestand van 25 een energieopslagsysteem waaronder de leveringstoestand van energie aan een elektriciteitsnet of een opslagorgaan, en de generatie van energie door middel van het gebruik van een energiebron of van het opslagorgaan; - het schakelen van een schakelorgaan voor het 30 realiseren van de gewenste gebruikstoestand; en - het opslaan of genereren van energie. 1030682

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarin voor het opslaan van energie gedurende langere perioden energie wordt omgezet in waterstof door middel van elektrolyse en voor | afgifte van energie de opgeslagen waterstof wordt omgezet 5 door middel van een brandstofcel en een vliegwielgenerator in elektriciteit. j

12. Werkwijze volgens conclusies 10 of 11, waarin de omzetting van overtollige energie in waterstof gebruikt wordt 10 voor productie hiervan. ί i | | ί j ί ί ! | 1 0 3 0 682