移動能量存儲模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有高儲能量和輸出的移動能量存儲模塊，并涉及一種包括該能量存儲模塊的能量存儲系統(tǒng)，還涉及一種以可變的方式為電源電網(wǎng)中的控制和系統(tǒng)任務(wù)提供能量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，輸電網(wǎng)絡(luò)和其在廣域同步電網(wǎng)中的交互連接保證了大范圍內(nèi)電力的供應(yīng)。隨著電源電網(wǎng)的波動性的增加，在電源電網(wǎng)中對于解決本地任務(wù)的分布式能源存儲系統(tǒng)的需求也不斷增加，例如，在本地生成的能源的本地利用或者來自依照及時(shí)預(yù)報(bào)的可再生能源的本地電力供應(yīng)的改進(jìn)。特別是分布式能源的產(chǎn)生，例如，通過分布在各地的多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能發(fā)電站，越來越多地導(dǎo)致電源電網(wǎng)中難以控制的電壓飄移。既然僅有一部分電源電網(wǎng)具有充足的輸送能力，那么臨時(shí)本地的電力盈余和對電力的需求再也不能夠被電源電網(wǎng)輸送了。因此，希望擁有分布式能源存儲系統(tǒng)，其能根據(jù)特定的需求以靈活的方式被融入現(xiàn)有的電源電網(wǎng)中，以便改進(jìn)電網(wǎng)質(zhì)量和能源供應(yīng)安全以及確保電力輸送能力。
[0003]由于電源電網(wǎng)的擴(kuò)張，電力輸送的瓶頸從長遠(yuǎn)來看可被消除。然而，覆蓋大片區(qū)域的擴(kuò)張代價(jià)高昂，并且需要漫長的審批和施工階段。無論如何，電力的均勻分布的維持，需要儲存解決方案，該方案能在任何地點(diǎn)以可變的方式被立即使用，并且其能被快速移動到其他地點(diǎn)，不過，如有必要其具有一種對于電網(wǎng)穩(wěn)定足夠高的儲能量和輸出。
[0004]抽水蓄能發(fā)電廠為儲能系統(tǒng)，雖然其容量允許其存儲大量的能量并且可作為電源電網(wǎng)的微小儲備，但是仍然依賴于其地理位置，并且不能被設(shè)置在任何地點(diǎn)及不能在必要時(shí)被轉(zhuǎn)移。這就是為什么這些儲能系統(tǒng)并沒有解決該配電問題，因?yàn)樵摮樗钅馨l(fā)電廠的能量如有必要甚至必須被非常長距離的輸送并且是通過可能有沒有足夠容量的輸電線。此夕卜，抽水蓄能發(fā)電廠的建立是很復(fù)雜的，耗費(fèi)時(shí)間，且代價(jià)高昂。另外，抽水蓄能發(fā)電廠是被設(shè)計(jì)用于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此并不適合于改進(jìn)小地方的供電系統(tǒng)的電網(wǎng)的質(zhì)量。
[0005]電池存儲設(shè)備代表了一種儲能類型，在某些情況下可以被移動到其他地方并因此以多變的方式被使用。然而，由于溫度的影響、系統(tǒng)故障和操作錯(cuò)誤，電池存儲設(shè)備并不適合于運(yùn)行和迅速降級期間的負(fù)載變化。此外，電池存儲設(shè)備需要精心維護(hù)。由于其具有高的火災(zāi)和化學(xué)危險(xiǎn)性，電池存儲設(shè)備還呈現(xiàn)出對環(huán)境和水的危害，并且在保護(hù)和安全方面是非常復(fù)雜的。如今的高容量機(jī)械能量存儲系統(tǒng)，例如飛輪儲能系統(tǒng)，由于機(jī)械原因現(xiàn)在以一種固定的方式被設(shè)立，并且僅僅解決當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的問題。迄今為止，這些系統(tǒng)并沒有機(jī)動性，并且因此也不能隨后對其容量進(jìn)行快速改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種能量存儲系統(tǒng)，其能以多變的方式很容易地被迅速部署在任何需要的地點(diǎn)，并且其具有足夠大的儲能量和輸出，用于電源電網(wǎng)中的緩沖、控制和系統(tǒng)任務(wù)。
[0007]該問題通過一種具有封閉模塊外殼的移動能量存儲模塊得到解決，其包括至少一種電源連接接口和至少一種數(shù)據(jù)接口，其中，在模塊殼體內(nèi)的能量存儲模塊還額外包括一個(gè)具有多個(gè)飛輪能量存儲單元的飛輪模塊，飛輪能量存儲單元通過直流鏈一齊被連接到至少一個(gè)電源連接接口，從而提供通用模塊的存儲容量和模塊輸出，一個(gè)真空模塊，用以在運(yùn)行飛輪模塊所需的各自的飛輪儲能單元中生成一個(gè)最低真空，以及一個(gè)在模塊外殼中被配置為恰當(dāng)?shù)目刂圃撃K的模塊控制系統(tǒng)，例如至少為飛輪模塊和真空模塊，并且為了通過數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而在電源電網(wǎng)中實(shí)施控制和系統(tǒng)任務(wù)，其中至少提供了一個(gè)或更多的電源連接接口，用于連接本地和/或非本地電源電網(wǎng)，其中提供了一個(gè)或更多的數(shù)據(jù)接口，用于接收在連接的電源電網(wǎng)中至少要執(zhí)行的控制和系統(tǒng)任務(wù)的外部數(shù)據(jù)，并用于向外界發(fā)送運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中模塊外殼以一種適當(dāng)?shù)姆绞奖慌渲?，以在運(yùn)行期間確保設(shè)置在其中的模塊的安全輸送并吸收飛輪儲能單元的靜載荷和動載荷。
[0008]本發(fā)明所述的能量存儲模塊表示一種能量存儲系統(tǒng)或能量存儲系統(tǒng)的一種組件，其能以多變的方式很容易地被迅速部署在任何需要的地點(diǎn)，由于其模塊化結(jié)構(gòu)，所述能量存儲系統(tǒng)可被簡單快速地被其它能量存儲模塊所組合或補(bǔ)充，以便作為能量存儲系統(tǒng)的所述能量存儲模塊或不只一個(gè)所述能量存儲模塊的組合向電源電網(wǎng)中的控制和系統(tǒng)任務(wù)提供足夠大的儲能量和輸出。在個(gè)別情況下，其中一個(gè)單獨(dú)的能量存儲模塊也表示一個(gè)能量存儲系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)存儲容量和系統(tǒng)輸出由該能量存儲模塊的模塊存儲容量和模塊輸出所提供。同樣的，一個(gè)包含這些能量存儲模塊的能量存儲系統(tǒng)的機(jī)動性是由該能量存儲模塊的機(jī)動性所提供的。既然該模塊外殼被設(shè)計(jì)為用于輸送，模塊外殼內(nèi)的部件實(shí)現(xiàn)了機(jī)械穩(wěn)定性，以允許長時(shí)間運(yùn)行該能量存儲模塊并允許將該能量存儲模塊移動到其它安裝地點(diǎn)。而且，模塊化有助于現(xiàn)場的快速安裝，因?yàn)橛糜谶\(yùn)行該能量存儲模塊的所有主要部件都已被安裝在該模塊殼體內(nèi)，并且只需通過電源連接接口和數(shù)據(jù)接口將其連接到安裝地點(diǎn)的所需的電力和數(shù)據(jù)連接上。基于該模塊化，可用容量能根據(jù)需要通過能量存儲模塊的數(shù)量而被提升。個(gè)別的能量存儲模塊因而自主地或在一個(gè)模塊化的能量存儲系統(tǒng)中被有效地利用，并且因此節(jié)約了生產(chǎn)和運(yùn)行成本。能量存儲模塊包括模塊外殼中的模塊。這些模塊指的是運(yùn)行該能量存儲模塊所需的部件，例如飛輪模塊、真空模塊，以及如有必要的話，優(yōu)選的一個(gè)加熱和冷卻模塊。
[0009]為了保證機(jī)動性，模塊外殼包住了其中安裝的所有的模塊和部件。此處，術(shù)語“包住”是指該能量存儲模塊對環(huán)境的全面限定。例如，此限定可以由具有頂部、底部和所附側(cè)面的外殼構(gòu)架所形成。為獲得堅(jiān)固的模塊外殼，例如，后者至少可以用水泥、金屬或鋼鐵作為主要成分被制造，優(yōu)選的，它完全由鋼鐵制造。在運(yùn)輸或運(yùn)行期間，該封閉模塊外殼保護(hù)了模塊外殼中的物體以抵御外界的影響。優(yōu)選的，在模塊外殼中的模塊，尤其是飛輪模塊，在運(yùn)行或運(yùn)輸期間由模塊間，特別是在飛輪模塊和模塊外殼之間的阻尼元件所保護(hù)。為在運(yùn)行期間吸收飛輪能量存儲單元的靜載荷和動載荷，至少一些阻尼元件甚至在運(yùn)輸之后也能保存在能量存儲模塊中。由于其堅(jiān)固的材料，該模塊外殼還額外適合于吸收不能被阻尼元件所吸收的靜載荷和動載荷。其中，出現(xiàn)在普通和異常運(yùn)行期間的該機(jī)械負(fù)荷被釋放到為運(yùn)輸而安裝的固定點(diǎn)，或者被釋放到本地固定點(diǎn)是必須的。這可以，例如通過模塊外殼和/或模塊中合適的鋼鐵構(gòu)架而獲得，其中所述鋼鐵構(gòu)架上附著有帶或不帶阻尼元件的單獨(dú)的飛輪存儲單元。其中，出現(xiàn)的載荷可被釋放到外面，例如，通過預(yù)定義的負(fù)載轉(zhuǎn)移點(diǎn)釋放到地基上。其中，所述模塊外殼可具有任何尺寸，以適合并允許運(yùn)輸該能量存儲模塊，例如，使用運(yùn)貨卡車、吊車和/或運(yùn)輸船舶的方式。其中，該模塊盒可以是一個(gè)盒子或者一個(gè)集裝箱，具有預(yù)設(shè)于外部的固定點(diǎn)或結(jié)合點(diǎn)。
[0010]該模塊外殼的另一個(gè)重要目標(biāo)是確保所需的溫度基本條件。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，在一個(gè)實(shí)施例中該模塊外殼至少采用了防風(fēng)和防水的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并特別具有一層隔熱層，其適合于維持可控的室內(nèi)溫度，例如，維持模塊外殼內(nèi)的溫度為10°c到45°C。理想的，所述隔熱層是由一種防風(fēng)戶外材料組成，例如鋼鐵、水泥、含隔熱泡沫的塑料或置于后面或其間的隔熱棉。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該隔熱層被設(shè)置于該模塊外殼內(nèi)側(cè)之上或者模塊外殼里面。這樣就保護(hù)了隔熱層免受外界影響，比如天氣或太陽輻射，并且其功效被保存了很長一段時(shí)間。該術(shù)語“在模塊外殼中”是指該隔熱層被集成于模塊外殼(例如在夾層結(jié)構(gòu)中作為核心層)，而非該隔熱層附著在該模塊外殼的表面上。理想上，該模塊外殼也以熱交換器為特征，用于控制散熱，所述熱交換器面朝外。為了天氣防護(hù)的目的，該模塊外殼和該熱交換器以及電源線都形成了，阻止了水的流入或大的風(fēng)量。為了實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)和機(jī)械防護(hù)的效果，夾層材料具有大于40mm厚度的泡沫核心，另一方面產(chǎn)生了固有穩(wěn)定性，并且例如作為隔熱層是很理想的。為改變從內(nèi)向外的機(jī)械負(fù)荷，所述夾層材料可以通過一個(gè)嵌入的金屬或金屬管構(gòu)架被現(xiàn)場加強(qiáng)。內(nèi)部系統(tǒng)點(diǎn)和外部附著點(diǎn)隨后都能被錨固在這些構(gòu)架中。為了進(jìn)一步屏蔽外部的熱負(fù)荷，比如直接太陽輻射，適合的元素或結(jié)構(gòu)，例如屏蔽或收集器，可以被提供。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所述飛輪模塊包括一個(gè)在該模塊內(nèi)部的通用構(gòu)架，所述飛輪能量存儲單元在其上被安裝和調(diào)試。被置于構(gòu)架內(nèi)，這就確保了所述飛輪能量存儲單元彼此之間以堅(jiān)固的方式被固定就位。例如，適于此端的構(gòu)架是鋼鐵構(gòu)架，其由工字梁或箱型材造成并彼此焊接著。其中，該構(gòu)架的轉(zhuǎn)動慣量和材料厚度是這樣選擇的，由普通和異常的工作負(fù)載造成的作用力導(dǎo)致該構(gòu)架的變形并不是太重要。為實(shí)現(xiàn)此，也許也需要向構(gòu)架內(nèi)集成抗剪鋼筋。理想情況下，所述構(gòu)架被設(shè)計(jì)成這樣，其能將作用力特定地向該模塊外殼傳遞以便該外殼能將作用力向該外殼地基傳遞。
[0012]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述構(gòu)架被設(shè)計(jì)成這樣，該飛輪模塊作為一個(gè)整體能被插入該模塊外殼并從模塊外殼中取出。因此，所述模塊外殼之外的飛輪能量存儲單元可被預(yù)安裝到所述飛輪模塊，這促進(jìn)了構(gòu)架內(nèi)的該飛輪能量存儲單元的快速組裝，因?yàn)榕c所述模塊外殼比起來該組裝范圍顯著增加。另外，有缺陷的飛輪能量存儲單元可通過把構(gòu)架從模塊外殼中移除的方式被快速更換，并在該有缺陷的飛輪能量存儲單元被更換后，將該構(gòu)架重新插入到模塊外殼中。易于維護(hù)的整體結(jié)構(gòu)的方法，例如也能夠被該飛輪能量存儲單元的幾何排布支持，只要具備飛輪模塊中的服務(wù)通道，每一個(gè)模塊通過其都能被訪問，并具備可以取出并更換的獨(dú)立飛輪模塊或系統(tǒng)組件。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述飛輪能量存儲單元被安裝在該飛輪模塊的構(gòu)架上，倘若臨近的飛輪能量存儲單元在運(yùn)行過程中不受影響之類的異常故障發(fā)生，如此一個(gè)獨(dú)立飛輪能量存儲單元的機(jī)械能就能通過設(shè)置在框架內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件被釋放出。
[0014]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所述模塊外殼為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，優(yōu)選國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。標(biāo)準(zhǔn)集裝箱是其尺寸被標(biāo)準(zhǔn)化了的集裝箱，為此合適的運(yùn)輸設(shè)備可供快速運(yùn)輸至不同的安裝地點(diǎn)，例如合適的載貨卡車，火車車廂或運(yùn)輸船只上的裝泊位以及合適的重裝地點(diǎn)，以防該運(yùn)輸方式必須被改變。國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為根據(jù)IS0668標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模的集裝箱，用其進(jìn)行貨物的航運(yùn)、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲和卸載一一一個(gè)在所示的實(shí)例中的能量存儲模塊一一可被簡化和加速。使用最廣泛的國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸為8英尺寬和20或40英尺長。通常的高度為能在公路運(yùn)輸時(shí)沒有任何限制地移動的高度。根據(jù)其尺寸，國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱具有33m3至86m3的內(nèi)部容積和21至27噸的有效負(fù)載。從技術(shù)上看，有利的是這樣設(shè)計(jì)該模塊的重量，達(dá)到有利于運(yùn)輸?shù)闹亓?，其中該模塊不應(yīng)該太輕以便它能更好地承受額外的重量，與根據(jù)本發(fā)明所述的能量存儲模塊對比，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，飛輪能量存儲單元擁有更大的容量，其以一種不可拆卸的方式被連接于安裝地點(diǎn)的地下，例如在地里嵌入到混凝土地基中。這些單元被以一種固定的方式安裝并且在沒有拆卸完整的系統(tǒng)單元的情況下不能被移除。因此它們不是可移動的。
[0015]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所述模塊外殼包括在其底部或在其一個(gè)或更多的側(cè)面的為了安全的地面固定裝置，優(yōu)選在地上的非破壞性可逆的能量存儲模塊錨具。因此，一種牢固和快速的能量存儲模塊錨具可實(shí)現(xiàn)自給運(yùn)行。這些地面固定裝置例如可以是用于連接繩索的孔或環(huán)，又或是直接插入地基的鉤子或地錨。當(dāng)使用孔或環(huán)時(shí)，所述模塊外殼可被快速固定在合適的底板上，例如水泥板。地錨允許以一種固定的和自給的方式臨時(shí)設(shè)置該能量存儲模塊，甚至是在條形地基加固了的普通土地上。為實(shí)現(xiàn)此，例如此土地事先已經(jīng)被平整并壓緊了。除了該能量存儲模塊的安全和固架設(shè)之外，上述的地面固定裝置類型同時(shí)允許快速和容易地移除該能量存儲模塊，以便向不同的安裝地點(diǎn)潛在的運(yùn)輸，如果在現(xiàn)有的安裝現(xiàn)場沒有模塊存儲容量和模塊輸出的要求。既然大量的能量被存儲在該模塊中，與此同時(shí)所述模塊外殼也被配置為技術(shù)和個(gè)人系統(tǒng)保護(hù)。在這里，在水泥或金屬夾層技術(shù)中并具有集成框架元素的該堅(jiān)固的模塊結(jié)構(gòu)有助于阻止任何強(qiáng)行侵入。當(dāng)該模塊被公開設(shè)置，它還需要沖擊防護(hù)，其通過以下方式實(shí)現(xiàn):堅(jiān)固的鋼鐵或水泥構(gòu)架，加固的邊角和充足的墻的慣性面積矩以及適當(dāng)?shù)膲w材料。在一個(gè)實(shí)施例中，所述模塊外殼被設(shè)計(jì)為如此，沖擊和其他外部負(fù)載能被處理，以致其能被公開設(shè)立并未把運(yùn)行安全置于危險(xiǎn)之中。
[0016]其中，所述模塊也能滿足視覺要求。因?yàn)闄C(jī)動性是所需的，其也想在公共場所之中設(shè)立該模塊。由此而論，例如，所述模塊能夠作為廣告或通信面板使用。
[0017]該模塊控制系統(tǒng)和現(xiàn)有的電源連接接口允許所述能量存儲模塊(或由此建立的能量存儲系統(tǒng))，在適用的情況下，在分別連接的本地和非本地電源電網(wǎng)之中執(zhí)行不同的存儲、