專利名稱：能量系統(tǒng)、能量裝置、能量利用方法及能量傳送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在各種實施例中，本發(fā)明涉及能量系統(tǒng)、能量裝置、能量利用方法及能量傳送方 法。
背景技術(shù)：
存在產(chǎn)生交流(AC)電力的裝置。這些裝置中的一些裝置經(jīng)設(shè)計以在AC電力網(wǎng) (例如，由電氣公用事業(yè)公司運營的AC電力網(wǎng))不操作時產(chǎn)生AC電力。舉例來說，通常使 用柴油發(fā)電機來向建筑住宅計算機及/或電信設(shè)備提供緊急AC電力。在發(fā)生電力網(wǎng)故障 的情況下，還通常使用具有蓄電池及換流器的小裝置來向計算機提供AC電力。此類裝置經(jīng) 配置以在電力網(wǎng)不操作時提供AC電力。其它裝置經(jīng)配置以在電力網(wǎng)操作時將從風(fēng)能或太陽能獲得的AC電力傳送到電力 網(wǎng)。這些裝置通常使用換流器來獨立于電力網(wǎng)產(chǎn)生AC電壓且接著將獨立產(chǎn)生的電力同步 地饋送到電力網(wǎng)中。
下文參考以下附圖描述本發(fā)明的實施例。圖1是根據(jù)一個實施例的能量系統(tǒng)的框圖。圖2是根據(jù)一個實施例的能量裝置網(wǎng)絡(luò)的說明性圖示。圖3是根據(jù)一個實施例的能量裝置的框圖。圖3A是根據(jù)一個實施例的能量裝置的框圖。圖;3B是根據(jù)一個實施例的能量裝置的框圖。圖3C是根據(jù)一個實施例的能量裝置的框圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一些方面，一種能量系統(tǒng)可在電力網(wǎng)不操作時向所述電力網(wǎng)提供電 力。在一個實施例中，所述能量系統(tǒng)可包含具有軸及定子的感應(yīng)發(fā)電機。所述感應(yīng)發(fā)電機 可連接到所述電力網(wǎng)，使得所述電力網(wǎng)為所述感應(yīng)發(fā)電機供應(yīng)勵磁電壓及感應(yīng)電流。在一 個實施例中，所述能量系統(tǒng)還可包含馬達。在一個實施例中，所述馬達可使用由能量存儲裝 置存儲的能量來使耦合到所述感應(yīng)發(fā)電機的軸的轉(zhuǎn)子以大于所述感應(yīng)發(fā)電機的同步速度 的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。因此，所述感應(yīng)發(fā)電機可經(jīng)由所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的感應(yīng)磁性耦合 產(chǎn)生傳送到所述電力網(wǎng)的AC電力。在一些實施例中，所述能量系統(tǒng)可補充所述能量存儲裝置中所存儲的能量。在一 些實施例中，所述能量系統(tǒng)可在所述能量存儲裝置中存儲能量且稍后使用所存儲的能量來 產(chǎn)生AC電力并將所產(chǎn)生的AC電力傳送到所述電力網(wǎng)。在一些實施例中，所述能量系統(tǒng)可在電力可以第一價格購得時的時間期間從所述 電力網(wǎng)汲取所述電力且將所述電力轉(zhuǎn)換成由所述能量存儲裝置存儲的能量。稍后，所述能量系統(tǒng)可將所存儲的能量轉(zhuǎn)換成AC電力且在所述電力可以高于所述第一價格的第二價格 出售給運營所述電力網(wǎng)的實體時的時間期間向所述電力網(wǎng)提供所述AC電力。下文在說明 性實施例中描述本發(fā)明的額外方面。參考圖1，其圖解說明根據(jù)一個實施例的能量系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包含電力網(wǎng)12、能 量裝置14及控制電路24?？赡苡邪?、更少及/或替代組件的系統(tǒng)10的其它實施例。 在一個實施例中，能量裝置14包含能量存儲裝置16。電力網(wǎng)12可經(jīng)由多個電產(chǎn)生設(shè)施、傳輸線及其它基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)將交流電力提供到地 理區(qū)域。在一些實施例中，電力網(wǎng)12可由電氣公用事業(yè)公司運營。由電力網(wǎng)12提供的電 力可具有特定頻率(例如，60Hz)。在一些實施例中，所述特定頻率可隨時間改變。能量裝置14可在多種不同模式中的一者中操作。在能量存儲模式中，能量裝置14 可經(jīng)由連接18從電力網(wǎng)12汲取電力(或在一些實施例中，從除了電力網(wǎng)12以外的電力源 汲取電力)并將所述電力轉(zhuǎn)換成適合于存儲在能量存儲裝置16中的能量。在能量釋放模 式中，能量裝置14可將存儲在能量存儲裝置16中的一些或所有能量轉(zhuǎn)換成適合于傳送到 電力網(wǎng)12的電力且接著經(jīng)由連接18將經(jīng)轉(zhuǎn)換的電力傳送到電力網(wǎng)12。在能量裝置14中存儲能量且稍后使用所述能量來產(chǎn)生適合于傳送到電力網(wǎng)12的 電力可具有經(jīng)濟吸引力，因為在一些情況下由能量裝置14在處于能量釋放模式中時傳送 到電力網(wǎng)12的電力對于運營電力網(wǎng)12的公用事業(yè)公司來說可能比能量裝置14在處于能 量存儲模式中時從電力網(wǎng)12汲取的電力更有價值。在一個實施例中，AC電力網(wǎng)(例如電力網(wǎng)12)可在二十四小時周期期間向消費者 提供不同的電力量。所提供的電力量可在所述二十四小時周期的第一部分期間為最大。此 第一部分可以是在建筑物照明、HVAC系統(tǒng)、計算機、制造設(shè)備等的使用是最大時的典型工作 小時期間。相比之下，在所述二十四小時周期的第二部分期間的電力消耗可顯著低于在所 述第一部分期間的消耗。所述第二部分可以是在大多數(shù)人在睡覺時的夜晚小時。通常，電力網(wǎng)具有滿足二十四小時周期的第一部分的需要的電力產(chǎn)生容量。然而， 具有此電力產(chǎn)生容量可能是效率低下的，因為所述容量的許多在所述二十四小時周期的第 二部分期間可能得不到利用。因此，一些電力網(wǎng)運營商提供兩種不同的電費率以試圖將電 力消耗從所述二十四小時周期的第一部分轉(zhuǎn)移到第二部分。舉例來說，在所述第一部分期 間，可以第一費率收取電費且在所述第二部分期間，可以較便宜的第二費率收取電費。此費 率結(jié)構(gòu)可鼓勵電消費者將其消耗轉(zhuǎn)移到其中可能減少支付電費的金錢數(shù)額的第二部分。在一個實施例中，能量裝置14可在電力以第二費率出售時的夜晚配置于能量存 儲模式中且可在由能量裝置14產(chǎn)生的電力可以較昂貴的第一費率回售給電力網(wǎng)12的運營 商時的白天期間配置于能量釋放模式中。雖然電力網(wǎng)12的運營商在此交易中可能損失金 錢，但所述交易對于電網(wǎng)運營商來說可仍為有益的，因為能量裝置14可在電網(wǎng)運營商極其 需要額外電力時的峰值使用周期期間將電力提供到電力網(wǎng)12。在沒有能量裝置14所提供的電力的情況下，電網(wǎng)運營商可需要起動較昂貴或低 效的產(chǎn)生設(shè)施或從另一公用事業(yè)購買電力以滿足白天期間的峰值電力需求。另外或替代 地，電網(wǎng)運營商可需要建造額外電力產(chǎn)生設(shè)施(例如，天然氣或燃油電廠)以滿足峰值需 求。能夠從能量裝置14接收電力可比用以滿足峰值電力需求的這些傳統(tǒng)方法更高效且更 具成本效益。
以上說明已假定除了電力網(wǎng)12以外的實體可從能量裝置14中受益?；蛘?，在一 個實施例中，電力網(wǎng)12的運營商可擁有并操作一個或一個以上能量裝置14以提供峰值需 求周期期間的額外電力。在一個實施例中，控制電路對可控制能量裝置14的操作。舉例來說，控制電路M 可在二十四小時周期的第一部分期間(例如，在白天期間)將能量裝置14配置于能量釋放 模式中且在二十四小時周期的第二部分期間(例如，在夜晚)將能量裝置14配置于能量存 儲模式中。在一個實施例中，控制電路M可確定對電力的需求何時接近電力網(wǎng)12的容量 且作為響應(yīng)將能量裝置14配置于能量釋放模式中以將額外電力提供到電力網(wǎng)12。在至少一個實施例中，控制電路M可包括經(jīng)配置以實施由適當(dāng)媒體提供的所要 編程的電路。舉例來說，控制電路M可實施為經(jīng)配置以執(zhí)行可執(zhí)行指令(舉例來說，包含 軟件及/或固件指令及/或硬件電路)的處理器及/或其它結(jié)構(gòu)中的一者或一者以上?？?制電路M的實例性實施例包含硬件邏輯、PGA、FPGA、ASIC、狀態(tài)機及/或單獨的或與處理 器組合的其它結(jié)構(gòu)?？刂齐娐稭的這些實例用于說明；可能有其它配置。在一個實施例中，控制電路M可以是能量裝置14的一部分?；蛘?，控制電路M 可位于能量裝置14遠處。在一個實施例中，控制電路M的一個部分可以是能量裝置14的 一部分且控制電路M的另一部分可位于能量裝置14遠處。在一個實施例中，連接18可以是單相連接，借此能量裝置14可將單相AC電力傳 送到電力網(wǎng)12及/或從電力網(wǎng)12接收單相AC電力。在另一實施例中，連接18可以是多 相連接(例如，三相連接)，借此能量裝置14可將多相AC電力傳送到電力網(wǎng)12及/或從電 力網(wǎng)12接收多相AC電力。能量裝置14可將由能量存儲裝置16存儲的能量中的一些或所有能量轉(zhuǎn)換成適合 于傳送到電力網(wǎng)12的格式。舉例來說，在一個實施例中，能量存儲裝置16可包含經(jīng)配置以 供應(yīng)直流(DC)電力的多個蓄電池且能量裝置14可將來自所述蓄電池的DC電力中的一些 或所有電力轉(zhuǎn)換成單相AC電力或多相AC電力并經(jīng)由連接18將所述AC電力提供到電力網(wǎng) 12。此外，能量裝置14可通過將能量轉(zhuǎn)換成適合于能量存儲裝置16的格式來增加由 能量存儲裝置16存儲的能量的量且接著將經(jīng)轉(zhuǎn)換的能量提供到能量存儲裝置16以供存 儲。舉例來說，在一個實施例中，能量存儲裝置16可包含多個蓄電池且能量裝置14可向能 量存儲裝置16提供電流以給所述多個蓄電池充電。在一個實施例中，能量裝置14可在給 所述蓄電池充電時消耗來自電力網(wǎng)12的電力。在一些實施例中，可使用多個能量裝置(例如，能量裝置14)來向電力網(wǎng)12提供 電力。參考圖2，其圖解說明根據(jù)一個實施例的能量裝置14的系統(tǒng)20。系統(tǒng)20包含電力 網(wǎng)12及多個能量裝置14。能量裝置14經(jīng)由連接18連接到電力網(wǎng)12。可能有包含更多、 更少及/或替代組件的系統(tǒng)20的其它實施例。系統(tǒng)20還包含通信網(wǎng)絡(luò)22。能量裝置14可經(jīng)由鏈路沈連接到通信網(wǎng)絡(luò)22。在 一個實施例中，鏈路26可以是有線鏈路(例如，電話線、光纖線等)或無線鏈路(例如，紅 外鏈路、射頻鏈路等)或有線與無線鏈路的組合。控制電路M可經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)22及鏈路沈控制能量裝置14。舉例來說，控制電路24可將能量裝置14配置于能量釋放模式、能量存儲模式中或另一模式中。在一個實施例中，控制電路M可獲得描述電力網(wǎng)12的狀態(tài)的數(shù)據(jù)，例如描述電力 網(wǎng)12的電特性的數(shù)據(jù)。舉例來說，控制電路對可知曉由電力網(wǎng)12提供的AC電力的頻率。 控制電路M可使用所述數(shù)據(jù)來確定何時將能量裝置14中的一者或一者以上配置于能量釋 放模式中。舉例來說，控制電路M可確定電力網(wǎng)12的頻率正減小，因為對來自電力網(wǎng)12的 電力的需求正增加。作為響應(yīng)，控制電路M可將能量裝置14中的幾個能量裝置配置于能 量釋放模式中以向電力網(wǎng)12供應(yīng)額外電力。如果電力網(wǎng)12的頻率增加，那么作為響應(yīng)，控 制電路M可不將能量裝置14中的額外能量裝置配置于能量釋放模式中。然而，如果電力 網(wǎng)12的頻率繼續(xù)減小，那么控制電路M可將能量裝置14中的額外能量裝置配置于能量釋 放模式中。雖然圖2中僅描繪了四個能量裝置14，但在一些實施例中，網(wǎng)絡(luò)20可包含連接到 電力網(wǎng)12的數(shù)千個或數(shù)百萬個能量裝置14。此大數(shù)目的能量裝置可能夠向電力網(wǎng)12提 供大量的電力。舉例來說，在一些實施例中，可向電力網(wǎng)12提供數(shù)千千瓦電力，在一些情況 下，如果電力網(wǎng)12的電力產(chǎn)生設(shè)施(例如，電廠)中的一者或一者以上出故障，那么此可足 以使電力網(wǎng)12暫時保持穩(wěn)定達一時間周期。參考圖3，其圖解說明根據(jù)一個實施例的能量裝置14。能量裝置14包含具有軸40 的馬達34、具有軸38及定子36的發(fā)電機32及能量存儲裝置16。在一些實施例中，能量裝 置14還包含能量適配器46。還可能有包含更多、更少及/或替代組件的其它實施例。
軸40可經(jīng)由耦合件42耦合到軸38，使得當(dāng)軸40旋轉(zhuǎn)時軸38也旋轉(zhuǎn)，且相反當(dāng)軸 38旋轉(zhuǎn)時軸40也旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，耦合件42可以是柔性耦合件。馬達34可使用來自能量存儲裝置16的能量使軸40旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，馬達 34可直接使用來自能量存儲裝置16的能量。舉例來說，馬達34可以是DC馬達且能量存儲 裝置可以是蓄電池。或者，能量裝置14可包含能量適配器46，其可將來自能量存儲裝置16 的能量轉(zhuǎn)換成可由馬達34使用的形式。舉例來說，馬達34可以是AC馬達，能量存儲裝置 16可包含蓄電池，且能量適配器46可以是經(jīng)配置以將來自所述蓄電池的DC電流轉(zhuǎn)換成可 由馬達34使用的AC電力的換流器。還可能有馬達34及能量存儲裝置16的其它實施例。在一個實施例中，馬達34可 以是氣動馬達且能量存儲裝置16可存儲壓縮空氣或壓縮氣體。在另一實施例中，馬達34 可以是液壓馬達且能量存儲裝置16可存儲加壓或未加壓的液體。在又一實施例中，馬達34 可以是DC電馬達，能量存儲裝置16可存儲氫氣，且能量適配器46可以是使用所存儲的氫 氣產(chǎn)生DC電流的燃料電池。還可能有馬達34的其它實施例。馬達34可使軸40旋轉(zhuǎn)。由于軸40可經(jīng)由耦合件42耦合到軸38，因此除了使軸 40旋轉(zhuǎn)以外馬達34還可使軸38旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機32可以是感應(yīng)發(fā)電機且可以是單相感應(yīng)發(fā)電機或多相(例如，三相)感應(yīng) 發(fā)電機。因此，發(fā)電機32可包含軸38、耦合到軸38的轉(zhuǎn)子(未圖解說明)及定子36。定 子36可鄰近于軸38且在一個實施例中可至少部分地環(huán)繞軸38及所述轉(zhuǎn)子。當(dāng)將交流勵 磁電壓施加到定子36時，定子36可在所述轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流。所述電流可在所述轉(zhuǎn)子中 導(dǎo)致磁場，所述磁場與定子36中存在的磁場相互作用以使軸38旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，不
9將電流直接供應(yīng)到所述轉(zhuǎn)子。而是，施加到所述定子的勵磁電壓在所述轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流。 在一個實施例中，所述發(fā)電機可稱為異步的。定子36可電連接到電力網(wǎng)12使得電力網(wǎng)12將勵磁電壓供應(yīng)到定子36。所述勵 磁電壓可以是AC電壓。在一個實施例中，所述馬達與所述發(fā)電機可共用單個軸。所述馬達在被供應(yīng)能量 時可使所述軸旋轉(zhuǎn)，例如通過使附接到所述單個軸且與所述馬達相關(guān)聯(lián)的第一轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 所述發(fā)電機可在附接到所述單個軸且位于鄰近于所述發(fā)電機的定子處的第二轉(zhuǎn)子(與所 述發(fā)電機相關(guān)聯(lián))通過所述馬達旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電力且可將所產(chǎn)生的電力傳送到電力網(wǎng)。在一 個實施例中，所述馬達、所述發(fā)電機及所述單個軸可位于單個外殼內(nèi)。發(fā)電機32可具有與由電力網(wǎng)12提供的勵磁電壓的頻率及定子36中的極的數(shù)目 有關(guān)的相關(guān)聯(lián)同步速度。在一個實施例中，定子36具有兩個極且同步速度在每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù) 上為勵磁電壓的頻率乘以六十。舉例來說，如果勵磁電壓的頻率為60Hz，那么同步速度為 3600rpm。在一些實施例中，由電力網(wǎng)12供應(yīng)的勵磁電壓的頻率可隨時間改變。因此，在勵 磁電壓的頻率改變時，發(fā)電機32的同步速度可隨時間對應(yīng)地改變。在一個配置中，可阻止來自能量存儲裝置16的能量到達馬達34，舉例來說，因為 關(guān)斷了開關(guān)或閥門。在此配置中，馬達34不使軸40旋轉(zhuǎn)。然而，在此配置中，電力網(wǎng)12可 將勵磁電壓供應(yīng)到定子36且發(fā)電機32可起到使軸38轉(zhuǎn)動的馬達的作用。由于軸38耦合 到軸40，因此發(fā)電機32可使軸40以及軸38旋轉(zhuǎn)。因此，即使馬達34不操作(即，不消耗 來自能量存儲裝置16的能量)，軸40也可旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機32可使軸38及40以小于發(fā)電機32的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。所述旋 轉(zhuǎn)速度與所述同步速度之間的差可稱為發(fā)電機32的滑差。在此配置中，發(fā)電機32可不向 電力網(wǎng)12提供任何電力。而是，發(fā)電機32可消耗由電力網(wǎng)12提供的電力。在能量釋放模式中，允許來自能量存儲裝置16的能量到達馬達34 (直接地或經(jīng)由 能量適配器46)。在此配置中，馬達34使軸40旋轉(zhuǎn)且因此也使軸38旋轉(zhuǎn)。馬達34可經(jīng)配 置以使軸40按恒定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。舉例來說，馬達34可以是DC馬達且能量裝置14可包 含脈寬調(diào)制器，所述脈寬調(diào)制器經(jīng)配置以從能量存儲裝置16將DC電力以恒定平均速率提 供到馬達34直到能量存儲裝置16不再能夠以所述恒定平均速率提供DC電力為止。由于 馬達34從所述脈寬調(diào)制器以所述恒定平均速率接收DC電力，因此馬達34可使軸40以恒 定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。類似地，馬達34可以是AC馬達且能量裝置14可包含可變頻率驅(qū)動器，所述可變 頻率驅(qū)動器經(jīng)配置以從能量存儲裝置16將AC電力以恒定平均頻率提供到馬達34直到能 量存儲裝置16不再能夠以所述恒定平均頻率提供AC電力為止。所述恒定旋轉(zhuǎn)速度可高于發(fā)電機32的同步速度。在此情況下，當(dāng)定子36電連接 到電力網(wǎng)12且正從電力網(wǎng)12接收勵磁電壓時，發(fā)電機32可經(jīng)由定子36將AC電力供應(yīng)到 電力網(wǎng)12。供應(yīng)到電力網(wǎng)12的電力量可取決于所述恒定旋轉(zhuǎn)速度與所述同步速度之間的差。所述電力可由發(fā)電機32的轉(zhuǎn)子將電流感應(yīng)到定子36中而產(chǎn)生，定子36將所述感 應(yīng)電流提供到電力網(wǎng)12。然而，在一個實施例中，所述電力可只有在電力網(wǎng)12電連接到定 子36且正將AC勵磁電壓供應(yīng)到定子36的情況下才產(chǎn)生。因此，如果電力網(wǎng)12與定子36斷開電連接，那么發(fā)電機32可不在所述轉(zhuǎn)子或定子36中產(chǎn)生任何電流或電壓。由于供應(yīng)到電力網(wǎng)12的電力量可取決于軸38的旋轉(zhuǎn)速度與發(fā)電機32的同步速 度之間的差，且在由電力網(wǎng)12供應(yīng)的勵磁電壓的頻率改變的情況下發(fā)電機32的同步速度 可改變，因此在所述勵磁電壓的頻率改變的情況下，供應(yīng)到電力網(wǎng)12的電力量可改變。此電力改變可有助于使電力網(wǎng)12穩(wěn)定。舉例來說，由電力網(wǎng)12供應(yīng)的勵磁電壓 的頻率可因?qū)﹄娏W(wǎng)12施加的額外需求而減小。如果所述頻率減小，那么發(fā)電機32的同 步速度也將減小。由于軸38的旋轉(zhuǎn)速度(因馬達34所致)保持恒定，因此軸38的旋轉(zhuǎn)速 度與所述同步速度之間的差將因勵磁電壓的頻率的減小而增加。因此，發(fā)電機32提供到電 力網(wǎng)12的電力量將增加。所述電力增加可有助于滿足增加的需求，從而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的頻 率的減小，此又將引起使電網(wǎng)電壓的頻率朝向電力網(wǎng)12的標(biāo)稱頻率(例如，60Hz)增加，借 此使電力網(wǎng)12穩(wěn)定。相反，由電力網(wǎng)12供應(yīng)的勵磁電壓的頻率可因?qū)﹄娏W(wǎng)12施加的減小的需求 (或增加的電力供應(yīng))而增加。如果所述頻率增加，那么發(fā)電機32的同步速度也將增加。 由于軸38的旋轉(zhuǎn)速度(因馬達34所致)保持恒定，因此軸38的旋轉(zhuǎn)速度與所述同步速度 之間的差將因勵磁電壓的頻率的增加而減小。因此，發(fā)電機32提供到電力網(wǎng)12的電力量 將減小。所述電力減小可引起使電網(wǎng)電壓的頻率朝向電力網(wǎng)12的標(biāo)稱頻率減小，借此使電 力網(wǎng)12穩(wěn)定。參考圖3A，其圖解說明根據(jù)一個實施例的能量裝置14A。如圖3A中所圖解說明， 在一個實施例中，能量裝置14A包含上文所描述的能量裝置14的元件。另外，能量裝置14A 包含控制電路M且可任選地包含開關(guān)70、72及74。還可能有包含更多、更少及/或替代組 件的其它實施例。開關(guān)70可選擇性地允許將能量從能量適配器46傳送到馬達34。開關(guān)72可選擇 性地允許將能量從能量存儲裝置16傳送到能量適配器46或傳送到馬達34。開關(guān)74可將 馬達32及/或定子36選擇性地電連接到電力網(wǎng)12。在一個實施例中，開關(guān)70、72及74可 稱為接觸器。能量裝置14A的控制電路M的部分可經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)22與控制電路M的另一部 分通信?？刂齐娐稭可通過個別地斷開或閉合開關(guān)70、72及74來控制開關(guān)70、72及74 的狀態(tài)。舉例來說，當(dāng)能量裝置14A處于能量釋放模式中時，控制電路M可閉合開關(guān)70及 72,使得能量可從能量存儲裝置16穿過能量適配器46流動到馬達34。因此，通過控制開關(guān) 70及72，控制電路M可選擇性地致使馬達34使軸40及/或軸38旋轉(zhuǎn)。此外，控制電路 M可閉合開關(guān)74，使得來自電力網(wǎng)12的勵磁電壓可電連接到定子36。在一個實施例中，控 制電路M還可(例如)通過啟用能量適配器46以轉(zhuǎn)換來自能量存儲裝置16的能量或通 過阻止能量適配器46轉(zhuǎn)換來自能量存儲裝置16的能量而控制能量適配器46。在一個實施例中，控制電路M可在特定時間期間(例如，在夜晚)將能量裝置14A 配置于能量釋放模式中。在另一實施例中，控制電路M可檢測電力網(wǎng)12的頻率低于閾值 且作為響應(yīng)可將能量裝置14A配置于能量釋放模式中。在另一實施例中，控制電路M可檢 測電力網(wǎng)12的頻率高于閾值且作為響應(yīng)可配置能量裝置14A使得能量裝置14A不處于能 量釋放模式中。在又一實施例中，控制電路M可響應(yīng)于從能量裝置14A的運營商接收到請 求而將能量裝置14A配置于能量釋放模式中。
參考圖:3B，其圖解說明根據(jù)一個實施例的能量裝置14B。如圖中所圖解說明，在 一個實施例中，能量裝置14B包含上文所描述的能量裝置14A的元件。另外，能量裝置14B 包含能量轉(zhuǎn)換裝置52。還可能有包含更多、更少及/或替代組件的其它實施例。能量轉(zhuǎn)換裝置52可將能量轉(zhuǎn)換成適合于存儲在能量存儲裝置16中的形式。在一 個實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置52可將從電力網(wǎng)12獲得的能量轉(zhuǎn)換成適合于由能量存儲裝置 16存儲的形式。舉例來說，能量轉(zhuǎn)換裝置52可將軸38及/或軸40的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成適合 于由能量存儲裝置16存儲的形式。在一個實施例中，能量存儲裝置16可包含一個或一個 以上蓄電池且能量轉(zhuǎn)換裝置52可將軸38及/或軸40的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成供應(yīng)到所述一個 或一個以上蓄電池的直流。在此實例中，能量存儲裝置16還可包含控制供應(yīng)到所述一個或 一個以上蓄電池的直流量的蓄電池充電器。在一個實施例中，能量裝置14B可配置(例如，由控制電路24)于能量存儲模式 中。在能量存儲模式中，開關(guān)70及/或72可阻止來自能量存儲裝置16的能量到達馬達34。 因此，馬達34可不使軸40旋轉(zhuǎn)且可稱為被停用。開關(guān)74可允許將定子36電連接到電力 網(wǎng)12。因此，電力網(wǎng)12可向定子36供應(yīng)可致使軸38 (及因此軸40)旋轉(zhuǎn)的AC勵磁電壓。 可將軸38及/或40的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成適合于由能量存儲裝置16存儲的形式，如上文所描 述。在能量存儲模式中，能量裝置14B可消耗來自電力網(wǎng)12的電力。在一個實施例中，由于發(fā)電機32可在停用馬達34時的時刻期間使軸38旋轉(zhuǎn)且因 此使軸40旋轉(zhuǎn)，因此發(fā)電機32可需要克服與軸40相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)摩擦以使軸40旋轉(zhuǎn)。在 一個實施例中，馬達34可包含與軸40相關(guān)聯(lián)的離合器。如果嚙合所述離合器，那么馬達34 可使軸40旋轉(zhuǎn)，但如果使所述離合器解嚙合，那么馬達34可不耦合到軸40且可不能夠使 軸40旋轉(zhuǎn)。當(dāng)能量裝置14B處于能量存儲模式中時，控制電路M可使所述離合器解嚙合， 使得與軸40相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)摩擦在所述離合器被解嚙合時比在所述離合器被嚙合時小。使 所述離合器解嚙合可允許能量裝置14B將來自電力網(wǎng)12的能量較高效地轉(zhuǎn)換成存儲在能 量存儲裝置16中的能量。在一個實施例中，控制電路M可阻止能量轉(zhuǎn)換裝置52將軸38及/或軸40的旋 轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成適合于存儲在能量存儲裝置16中的能量而能量裝置14B配置于能量釋放模 式中使得存儲在能量存儲裝置16中的能量不用于在能量存儲裝置16中存儲額外能量。舉 例來說，在一個實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置52可以是交流發(fā)電機。在處于能量釋放模式中時， 控制電路M可阻止將場施加到所述交流發(fā)電機使得所述交流發(fā)電機不產(chǎn)生DC電流。還可能有能量轉(zhuǎn)換裝置52的其它實施例。舉例來說，能量轉(zhuǎn)換裝置52可以是壓 縮機，其經(jīng)配置以將軸38及/或40的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成存儲于能量存儲裝置16中的壓縮氣 體。在另一實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置52可使用由電力網(wǎng)12供應(yīng)的電力來形成氫氣燃料，所 述氫氣燃料可存儲于能量存儲裝置16中且稍后由能量適配器46用來形成由馬達34消耗 的DC電流。在又一實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置52可包含蓄電池充電器，其可從電力網(wǎng)12汲取AC 電力、將來自電力網(wǎng)12的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電流且使用所述DC電流給能量存儲裝置16的 蓄電池充電。在一些配置中，控制電路M可經(jīng)配置以啟用及/或停用所述蓄電池充電器。能量轉(zhuǎn)換裝置52的其它實施例可將并非從電力網(wǎng)12獲得的能量(例如，天然出 現(xiàn)的能量)轉(zhuǎn)換成適合于存儲在能量存儲裝置52中的形式。舉例來說，能量轉(zhuǎn)換裝置52可將太陽能動力56及/或風(fēng)動力58轉(zhuǎn)換成DC電流，所述DC電流可用于給能量存儲裝置 16的一個或一個以上蓄電池充電。在一個實施例中，馬達34可以是具有帶有一個或一個以上磁鐵的轉(zhuǎn)子的DC馬達。 所述DC馬達可由控制電路M控制以在軸38及40正通過發(fā)電機32旋轉(zhuǎn)時提供DC電流。 控制電路M可通過調(diào)整供應(yīng)到所述DC馬達的場電流量來控制由所述DC馬達提供的DC電 流量。因此，可使用所述DC馬達來產(chǎn)生可用于給能量存儲裝置16的一個或一個以上蓄電 池充電的DC電流。在一個實施例中，控制電路M可確定存儲在能量存儲裝置16中的能量的量。舉例 來說，如果能量存儲裝置16包含蓄電池，那么控制電路M可確定所述蓄電池的電壓電平。 控制電路M可使用所存儲的能量的量來確定何時將能量裝置14B配置于能量存儲模式中。 舉例來說，如果存儲在能量存儲裝置16中的能量的量降到低于閾值，那么控制電路對可將 能量裝置14B配置于能量存儲模式中。因此，可將額外能量存儲于能量存儲裝置16中。另外或替代地，控制電路M可基于所存儲的能量的量而將能量裝置14B配置于能 量釋放模式中。在一個實施例中，能量裝置14B可經(jīng)配置以在第一時間量中填充能量存儲裝置16 且在第二時間量中消耗存儲在能量存儲裝置16中的能量。所述第一時間量可小于所述第 二時間量。舉例來說，如果能量存儲裝置16包含蓄電池，那么能量裝置14B可經(jīng)配置以在 第一時間量中給所述蓄電池充電且在第二時間量中使所述蓄電池放電(通過在能量釋放 模式中給馬達；34供電)。在一些實施例中，所述第一時間量可小于所述第二時間量的一半。參考圖3C，其圖解說明根據(jù)一個實施例的能量裝置14C。如圖3C中所圖解說明， 能量裝置14C包含上文所描述的馬達34、軸40、耦合件42、軸38、定子36、發(fā)電機32、控制 電路M以及開關(guān)70、72及74。在圖3C的實施例中，馬達34可以是AC感應(yīng)馬達。另外，能 量裝置14C包含蓄電池16A、經(jīng)配置以將軸38及/或40的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成用于給蓄電池 16A充電的DC電流的交流發(fā)電機52A、開關(guān)66及換流器46A。還可能有包含更多、更少及/ 或替代組件的其它實施例。 換流器46A可將由蓄電池16A供應(yīng)的DC電流轉(zhuǎn)換成供應(yīng)到AC感應(yīng)馬達34的AC 電力。在一個實施例中，由換流器46A產(chǎn)生的AC電力可具有比由電力網(wǎng)12供應(yīng)的AC電力 的頻率高的頻率。舉例來說，由電力網(wǎng)12供應(yīng)的AC電力可具有60Hz的頻率且由換流器 46A供應(yīng)的AC電力可具有65Hz的頻率。由于給馬達34供應(yīng)由換流器46A提供的AC電力(其具有比由電力網(wǎng)12供應(yīng)的 AC電力的頻率高的頻率)，因此馬達34可具有比發(fā)電機32的同步速度高的同步速度。因 此，馬達34可使軸40及38以比發(fā)電機32的同步速度高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，如上文所描述， 其可產(chǎn)生可經(jīng)由定子36提供到電力網(wǎng)12的電力。開關(guān)66可用于允許或阻止將場電流從蓄電池16A供應(yīng)到交流發(fā)電機52A。舉例 來說，當(dāng)能量裝置14C處于能量存儲模式中時，允許所述場電流可使得交流發(fā)電機52A能夠 從軸40及/或38的旋轉(zhuǎn)能量產(chǎn)生DC電流。舉例來說，當(dāng)能量裝置14C處于能量釋放模式 中時，阻止所述場電流可阻止交流發(fā)電機52A從軸40及/或38的旋轉(zhuǎn)能量產(chǎn)生DC電流。 此外，與允許所述場電流時相比，阻止所述場電流可減少與軸40及/或38相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)摩 擦。減少所述旋轉(zhuǎn)摩擦可增加能量裝置14C可向電力網(wǎng)12提供電力的效率。
權(quán)利要求
1.一種能量系統(tǒng)，其包括軸；定子，其經(jīng)定位而鄰近于所述軸；馬達，其經(jīng)配置以使用由能量存儲裝置存儲的能量來使所述軸旋轉(zhuǎn)；且其中所述定子經(jīng)配置以在所述定子電連接到交流電力網(wǎng)且所述馬達正使所述軸轉(zhuǎn)動 時的時刻將電力供應(yīng)到所述電力網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括經(jīng)配置以在所述馬達不在使所述軸旋轉(zhuǎn) 時的時刻將所述軸的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成適合于由所述能量存儲裝置存儲的形式的能量轉(zhuǎn)換直ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括經(jīng)配置以將天然出現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換成適合 于由所述能量存儲裝置存儲的形式的能量轉(zhuǎn)換裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括經(jīng)配置以將從所述電力網(wǎng)獲得的能量轉(zhuǎn) 換成適合于由所述能量存儲裝置存儲的形式的能量轉(zhuǎn)換裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量存儲裝置包括蓄電池且所述系統(tǒng)進一步 包括經(jīng)配置以給所述蓄電池充電的蓄電池充電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括經(jīng)配置以選擇性地致使所述馬達使所述 軸旋轉(zhuǎn)的控制電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括位于所述馬達附近處的第一部 分及位于所述馬達遠處的第二部分，且所述第一部分經(jīng)配置以經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)與所述第二部 分通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述馬達包括第一馬達，所述控制電路包括位于 第二馬達附近處的第三部分，且所述第二部分經(jīng)配置以經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)與所述第三部分 通信且選擇性地致使所述第二馬達旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)配置以檢測所述電力網(wǎng)的頻率低 于閾值且響應(yīng)于確定而致使所述馬達使所述軸旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)配置以檢測所述電力網(wǎng)的頻率 高于閾值且響應(yīng)于確定而阻止所述馬達使所述軸旋轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)配置以確定由所述能量存儲裝 置存儲的能量的量且基于所述能量的量而致使所述馬達使所述軸旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)配置以將所述定子選擇性地電 連接到所述電力網(wǎng)以使得所述定子能夠?qū)㈦娏?yīng)到所述電力網(wǎng)。
13.一種能量裝置，其包括感應(yīng)發(fā)電機，其包括軸及定子且經(jīng)配置以在所述定子電連接到交流電力網(wǎng)時的第一時 刻使所述軸旋轉(zhuǎn)；馬達，其經(jīng)配置以使用由能量存儲裝置存儲的能量來使所述軸旋轉(zhuǎn)；能量轉(zhuǎn)換裝置，其經(jīng)配置以將所述軸的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成待由所述能量存儲裝置存儲的 勢能；且其中所述感應(yīng)發(fā)電機經(jīng)配置以在所述馬達正使所述軸旋轉(zhuǎn)且所述定子電連接到所述 電力網(wǎng)時的第二時刻經(jīng)由所述定子將交流電力提供到所述電力網(wǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述軸包括第一軸，所述馬達包括耦合到所述 第一軸的第二軸，且所述馬達經(jīng)配置以使所述第二軸旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述能量存儲裝置包括蓄電池；且所述能量轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)配置以在所述軸正旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生直流電力且使用所述直流電力來 給所述蓄電池充電。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)配置以在第一時間量中將 第一量的能量供應(yīng)到所述蓄電池，且所述馬達經(jīng)配置以在第二時間量中消耗所述第一量的 能量，所述第一時間量小于所述第二時間量。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)配置以在所述定子電連接 到所述電力網(wǎng)時的時刻將所述軸的所述旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成由所述能量存儲裝置存儲的勢能。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其進一步包括控制電路，所述控制電路經(jīng)配置以將 所述定子電連接到所述電力網(wǎng)且致使所述馬達旋轉(zhuǎn)，借此使得所述感應(yīng)發(fā)電機能夠?qū)⑺?交流電力提供到所述電力網(wǎng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述控制電路經(jīng)配置以在所述馬達正旋轉(zhuǎn)且正 消耗從所述能量存儲裝置獲得的動力的時間期間阻止所述能量轉(zhuǎn)換裝置將所述旋轉(zhuǎn)能量 轉(zhuǎn)換成所述勢能。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述能量存儲裝置存儲壓縮氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述能量存儲裝置包括蓄電池；所述馬達為交流感應(yīng)馬達；且所述裝置進一步包括換流器，所述換流器經(jīng)配置以將由所述蓄電池存儲的所述能量轉(zhuǎn) 換成具有比由所述電力網(wǎng)提供的第二交流電力的頻率高的頻率的第一交流電力且將所述 第一交流電力提供到所述交流感應(yīng)馬達。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述馬達經(jīng)配置以使所述軸以比所述感應(yīng)發(fā)電機的同步速度大的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；所述定子包括兩個極；且所述同步速度在每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)上等于所述電力網(wǎng)的交流電力的頻率乘以六十。
23.一種能量利用方法，其包括接收將交流電力提供到電力網(wǎng)的請求；響應(yīng)于所述請求的所述接收而啟用馬達以使感應(yīng)發(fā)電機的軸旋轉(zhuǎn)，所述馬達消耗由能 量存儲裝置存儲的能量以使所述軸旋轉(zhuǎn)；及在所述啟用之后，將由所述感應(yīng)發(fā)電機產(chǎn)生的交流電力提供到所述電力網(wǎng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述感應(yīng)發(fā)電機為三相交流感應(yīng)發(fā)電機。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述感應(yīng)發(fā)電機為單相交流感應(yīng)發(fā)電機。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中由所述電力網(wǎng)供應(yīng)所述感應(yīng)發(fā)電機的勵磁電壓。
27.一種能量提供方法，其包括使用馬達來使感應(yīng)發(fā)電機的軸以比所述感應(yīng)發(fā)電機的同步速度大的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；在所述軸正旋轉(zhuǎn)時，使用所述感應(yīng)發(fā)電機來產(chǎn)生交流電力；及 將所述所產(chǎn)生的交流電力傳送到電力網(wǎng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述使用所述馬達來使所述軸旋轉(zhuǎn)包括消耗由 能量存儲裝置存儲的能量。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中所述馬達為直流電馬達且所述方法進一步包括 在所述直流電馬達正使所述軸旋轉(zhuǎn)時使用脈寬調(diào)制器將一致量的電力從所述能量存儲裝 置供應(yīng)到所述直流電馬達。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述馬達為交流電馬達且所述方法進一步包括 在所述交流電馬達正使所述軸旋轉(zhuǎn)時使用可變頻率驅(qū)動器將具有一致頻率的交流供應(yīng)到 所述交流電馬達。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述馬達包括氣動馬達。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述馬達包括液壓馬達。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中 所述軸包括第一軸；所述馬達包括離合器及耦合到所述第一軸的第二軸；且 所述方法進一步包括 在啟用所述馬達時，嚙合所述離合器； 在停用所述馬達時，使所述離合器解嚙合；且其中與使所述第二軸旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)摩擦在所述離合器被解嚙合時比在所述離合 器被嚙合時小。
34.一種能量傳送方法，其包括使感應(yīng)發(fā)電機的軸以一旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；在交流電力網(wǎng)正給所述感應(yīng)發(fā)電機的定子提供具有第一頻率的第一交變勵磁電壓時， 第一次經(jīng)由所述定子將第一電能以第一速率傳送到所述電力網(wǎng)，所述第一電能由所述軸以 所述旋轉(zhuǎn)速度的所述旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生；及在所述第一次傳送之后，在所述電力網(wǎng)正給所述定子提供具有不同于所述第一頻率的 第二頻率的第二交變勵磁電壓時，第二次經(jīng)由所述定子將第二電能以第二速率傳送到所述 電力網(wǎng)，所述第二速率不同于所述第一速率且所述第二電能由所述軸以所述旋轉(zhuǎn)速度的所 述旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一速率大于所述第二速率且所述第一頻 率小于所述第二頻率。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一速率小于所述第二速率且所述第一頻 率大于所述第二頻率。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中傳送到所述電力網(wǎng)的所述第一電能包括交流。
38.一種能量利用方法，其包括在第一時刻將第一能量從電力網(wǎng)提供到感應(yīng)發(fā)電機；使用所述感應(yīng)發(fā)電機及來自所述電力網(wǎng)的所述第一能量來給能量存儲裝置充電； 使用來自所述能量存儲裝置的第二能量給馬達供電，從而致使所述感應(yīng)發(fā)電機在第二 時刻期間產(chǎn)生第三能量；及將所述第三能量提供到所述電力網(wǎng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述給所述馬達供電包括響應(yīng)于所述電力網(wǎng)的 電特性而給所述馬達供電。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述充電包括在來自所述電力網(wǎng)的能量是以第 一價格出售時的時間周期期間進行充電，且所述給所述馬達供電包括在來自所述電力網(wǎng)的 能量是以第二價格出售時的時間周期期間給所述馬達供電，所述第二價格高于所述第一價 格。
全文摘要
本發(fā)明描述能量系統(tǒng)、能量裝置、能量利用方法及能量傳送方法。在一個布置中，能量利用方法包含在第一時刻將第一能量從電力網(wǎng)提供到感應(yīng)發(fā)電機；使用所述感應(yīng)發(fā)電機及來自所述電力網(wǎng)的所述第一能量來給能量存儲裝置充電；使用來自所述能量存儲裝置的第二能量給馬達供電，從而致使所述感應(yīng)發(fā)電機在第二時刻期間產(chǎn)生第三能量；及將所述第三能量提供到所述電力網(wǎng)。本發(fā)明還描述其它布置。
文檔編號H02J3/28GK102084575SQ200980125088
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者斯科特·羅伯特·漢密爾頓 申請人:需求能量網(wǎng)絡(luò)公司