TW201325003A - 可擴充以儲電為主的整合式微電網系統 - Google Patents

Abstract

一種可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其包含有一能源儲放管理機構；多數與能源儲放管理機構連接之潔淨能源機構；一與能源儲放管理機構連接之轉換機構；一與能源儲放管理機構連接之短期儲能機構；一與能源儲放管理機構連接之長期儲能機構；以及一與轉換機構連接之傳統發電機構。藉此，可使本發明運用於具有多種儲能方式之移動式車廂架構中，以適時釋出電力與市電電網電力合併，提供穩定之電力供應，並利用短期儲能機構與長期儲能機構較高功率密度之優點，提高備用電力儲電容量，避免再生能源之不足，而可短暫釋放較大功率，滿足負載瞬間大功率之需求。

Description

可擴充以儲電為主的整合式微電網系統

本發明是有關於一種可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，尤指一種可使本發明運用於具有多種儲能方式之移動式車廂架構中，以適時釋出電力與市電電網電力合併，提供穩定之電力供應，並利用短期儲能機構與長期儲能機構較高功率密度之優點，提高備用電力儲電容量，避免再生能源之不足，而可短暫釋放較大功率，滿足負載瞬間大功率之需求者。

按，潔淨能源係指無污染、可再生之能源如太陽能、風力、地熱、水力發電等。潔淨能源先天上有產電輸出不穩、產出與使用時機差異或不同步之特性；欲大規模運用再生能源，並有穩定電力供應，使用在儲能裝置適時儲放調節是必要的。

而儲能裝置須有足夠容量，希望能有較高能量密度，以應付再生能源產電量無法滿足負載需求時，長時間釋出已儲存電力，所以儲能裝置須能釋出足夠功率，以應付再生能源無法滿足負載之暫態大功率需求時，短暫釋放較大功率，且儲能裝置亦須考量釋出電力與存入電力之差距，希望能有較高能量儲放效率，以減少儲放能量間，能量損耗，當然使用壽命、成本與環境衝擊常是最終決定的因素。

由於微電網可以包括一個或多個能量來源、電力轉換裝置、儲能裝置，以供應電力給負載，並以與市電電網轉接而獨立供電，但是廠商由市電電網供電，常因快速擴增設備，而有超過契約容量發生，輕則違約罰款，重則可能造成電力輸配系統損壞，導致停電之嚴重後果；況且併網賣電型電力系統並無儲能裝置，使得產電輸出不穩，且僅能併網即時產電賣電，讓市電電網停電時，則即使本地再生能源可產電，本地亦無電可用。

另外獨立之電型電力系統雖具儲能裝置可產電後儲電自用，但常受儲電容量限制，是得儲能裝置充飽後，無法利用再生能源之產電輸出，造成浪費。

又因為由市電電網供電，超過契約容量可能遭受違約罰款、造成停電，甚至於導致損壞電力輸配系統之嚴重後果，再者當起動在地發電機，提供部分負載用電，固然可以解決電力容量問題，但亦產生噪音與空氣污染等環保問題。

有鑑於此，本案之發明人特針對前述習用發明問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的開發出本發明「可擴充以儲電為主的整合式微電網系統」，藉以改善習用之種種問題。

本發明之主要目的係在於，可使本發明運用於具有多種儲能方式之移動式車廂架構中，以適時釋出電力與市電電網電力合併，提供穩定之電力供應，並利用短期儲能機構與長期儲能機構較高功率密度之優點，提高備用電力儲電容量，避免再生能源之不足，而可短暫釋放較大功率，滿足負載瞬間大功率之需求。

為達上述之目的，本發明係一種可擴充以儲電為主的整合式微電網系統其包含有：一能源儲放管理機構；多數與能源儲放管理機構連接之潔淨能源機構；一與能源儲放管理機構連接之轉換機構；一與能源儲放管理機構連接之短期儲能機構；一與能源儲放管理機構連接之長期儲能機構；以及一與轉換機構連接之傳統發電機構。

於本發明之一實施例中，該能源儲放管理機構係具有與轉換機構連接之直流線路，且各潔淨能源機構、短期儲能機構及長期儲能機構係分別與該直流線路連接。

於本發明之一實施例中，各潔淨能源機構係分別包含有太陽能發電機、風力發電機、地熱發電機及水力發電機。

於本發明之一實施例中，該轉換機構係包含有直流/交流雙向換流器、直流/交流換流器、直流/直流轉換器及交流/直流充電器，而該傳統發電機構係與交流/直流充電器連接。

於本發明之一實施例中，該短期儲能機構係包含有蓄電池及超級電容。

於本發明之一實施例中，該長期儲能機構係可為氫燃料電池。

於本發明之一實施例中，該傳統發電機構係可為內燃機。

請參閱『第1及第2圖』所示，係分別為本發明之架構示意圖及本發明轉換機構之連接狀態示意圖。如圖所示：本發明係一種可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其至少包含有一能源儲放管理機構1、多數潔淨能源機構2、一轉換機構3、一短期儲能機構4、一長期儲能機構5以及一傳統發電機構6所構成。

上述所提之能源儲放管理機構1係具有直流線路11。

各潔淨能源機構2係與能源儲放管理機構1之直流線路11連接，而各潔淨能源機構2係分別包含有太陽能發電機21、風力發電機22、地熱發電機23及水力發電機24。

該轉換機構3係與能源儲放管理機構1之直流線路11連接，而該轉換機構3係包含有直流/交流雙向換流器31、直流/交流換流器32、直流/直流轉換器33及交流/直流充電器34。

該短期儲能機構4係與能源儲放管理機構1之直流線路11連接，而該短期儲能機構4係包含有蓄電池41及超級電容42。

該長期儲能機構5係與能源儲放管理機構1之直流線路11連接，而該長期儲能機構5係可為氫燃料電池。

該傳統發電機構6係與轉換機構3之交流/直流充電器34連接連接，而該傳統發電機構6係可為內燃機。如是，藉由上述之設計構成一全新之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統。

當本發明於運用時，係可運用於具有多種儲能方式之移動式車廂架構中(圖未示)，且使轉換機構3之直流/交流雙向換流器31與相關之交流電網70連接，該直流/交流換流器32係與交流負載71連接，而該直流/直流轉換器33係與直流負載72連接，另該交流/直流充電器34係與傳統發電機構6連接；當使用時係透過能源儲放管理機構1盡型操作及控制，而將各潔淨能源機構2之太陽能發電機21、風力發電機22、地熱發電機23及水力發電機24所生產之電力儲存於短期儲能機構4之蓄電池41及超級電容42中，使短期儲能機構4可直接或經由直流/直流轉換器33提供直流負載電力需求，而當獨立供電時，短期儲能機構4可經由直流/交流雙向換流器31，輸出能量以提供交流負載電力需求，另於短期儲能機構4充飽電時，各潔淨能源機構2與長期儲能機構5之多餘產電可用於偏遠、災區、緊急用電、或是前進指揮所之用電。

且本發明可連接市電電網，藉以轉接市電以提供交流負載電力需求，若市電異常時，則切換進入獨立供電模式，亦即不斷電系統(UPS)功能，穩定供電電力品質，以供精密、重要或緊急用電之需，另當負載消耗超過預設值時，直流/交流雙向換流器31開始變流以輸出能量，並與市電合併，提供負載用電；亦即直流/交流雙向換流器31提供部分負載之用電，以削減對電網負荷(Peak Load Shaving)，降低超過契約容量所可能衍生出的額外支出。此外，若本發明有多餘電能時，則可利用該直流/交流雙向換流器31可對電網輸出能量，賣電至市電電網，另外該直流/交流雙向換流器31亦可將市電電力，儲存至短期儲能機構4中，以供調節離峰尖峰時段電力需求之用；藉以使本發明至少達到下列之優點：

1.　本發明可用以儲存再生能源所生產用剩之電力或其他來源之電力，可緩衝單純單一系統電力供應之不確定性，使能適時有效利用再生能源。

2.　本發明可與市電電網併聯，可適時釋出儲存電力。

3.　本發明可配合智慧電表之時間電價機制，於負載尖峰時段，適時釋出電力回饋至市電電網，或自行產製電力而降低需求外部電力供應。

4.　本發明可於負載離峰時段，儲存電網上多餘之電力。

5.　本發明可運用現有架構，本提案系統可與負載併聯，再連接至市電電網。

6.　本發明可讀取對市電電網之總負載消耗，於負載消耗接近契約容量前之關鍵時段，釋出預先儲存電能。

7.　本發明可釋出之電力將與市電電網電力合併，共同提供負載之電力需求，使能避免超過契約容量。

8.　本發明本可提供移動式裝備，可快速運送配置於有超過契約容量廠商市電輸入端，於電力公司尚未整體更新輸配電設施前，解決廠商超過契約容量前之電力需求，提供穩定電力供應。

9.　本發明系統可以運用儲放策略：依據氣象預報、負載消耗之歷史記錄、現有儲電模組之可儲電容量(或放電能量)、時間電價變動趨勢。

10.　本發明係針對不同負載預期消耗輪廓，建立其對應之儲放電監控法則，以有效利用再生能源，提供穩定電力供應，並有最佳成本。

綜上所述，本發明可擴充以儲電為主的整合式微電網系統可有效改善習用之種種缺點，可使本發明運用於具有多種儲能方式之移動式車廂架構中，以適時釋出電力與市電電網電力合併，提供穩定之電力供應，並利用短期儲能機構與長期儲能機構較高功率密度之優點，提高備用電力儲電容量，避免再生能源之不足，而可短暫釋放較大功率，滿足負載瞬間大功率之需求；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．能源儲放管理機構

11．．．直流線路

2．．．潔淨能源機構

21．．．太陽能發電機

22．．．風力發電機

23．．．地熱發電機

24．．．水力發電機

3．．．轉換機構

31．．．直流/交流雙向換流器

32．．．直流/交流換流器

33．．．直流/直流轉換器

34．．．交流/直流充電器

4．．．短期儲能機構

41．．．蓄電池

42．．．超級電容

5．．．長期儲能機構

6．．．傳統發電機構

70．．．交流電網

71．．．交流負載

72．．．直流負載

第1圖，係本發明之架構示意圖。

第2圖，係本發明轉換機構之連接狀態示意圖。

1．．．能源儲放管理機構

11．．．直流線路

2．．．潔淨能源機構

21．．．太陽能發電機

22．．．風力發電機

23．．．地熱發電機

24．．．水力發電機

3．．．轉換機構

31．．．直流/交流雙向換流器

32．．．直流/交流換流器

33．．．直流/直流轉換器

34．．．交流/直流充電器

4．．．短期儲能機構

41．．．蓄電池

42．．．超級電容

5．．．長期儲能機構

6．．．傳統發電機構

Claims (7)

1. 一種可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，包括有：一能源儲放管理機構；多數潔淨能源機構，係與能源儲放管理機構連接；一轉換機構，係與能源儲放管理機構連接；一短期儲能機構，係與能源儲放管理機構連接；一長期儲能機構，係與能源儲放管理機構連接；以及一傳統發電機構，係與轉換機構連接。
2. 依申請專利範圍第1項所述之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其中，該能源儲放管理機構係具有與轉換機構連接之直流線路，且各潔淨能源機構、短期儲能機構及長期儲能機構係分別與該直流線路連接。
3. 依申請專利範圍第1項所述之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其中，各潔淨能源機構係分別包含有太陽能發電機、風力發電機、地熱發電機及水力發電機。
4. 依申請專利範圍第1項所述之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其中，該轉換機構係包含有直流/交流雙向換流器、直流/交流換流器、直流/直流轉換器及交流/直流充電器，而該傳統發電機構係與交流/直流充電器連接。
5. 依申請專利範圍第1項所述之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其中，該短期儲能機構係包含有蓄電池及超級電容。
6. 依申請專利範圍第1項所述之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其中，該長期儲能機構係可為氫燃料電池。
7. 依申請專利範圍第1項所述之可擴充以儲電為主的整合式微電網系統，其中，該傳統發電機構係可為內燃機。