[发明专利]半集中式电能贮存和分布式发电的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年5月9日提交的美国专利申请序列号13/890,917的优先权和利益。

技术领域

本发明涉及半集中式电能贮存和分布式发电系统和方法，以及加强电网和输气管线系统的一体化的方法。

背景技术

电能贮存允许在“高峰”电能需求时段(例如日间)释放“非高峰”(例如夜间)生产的低值电能，在“高峰”电能需求时段，电能价值实质上更高并且电能贮存最可能发生。不管对于哪种被贮存的“初始”能源(例如烧煤电能、核能、风能等)都是一样。很多重要的优点产生于多兆瓦(“大量”)电能贮存方法，包括使用非高峰能量来提供更多高峰电能，扩大能够通过现有运输和分配基础设施传送的较高价值的高峰电能的量，以及将诸如风能和太阳能等的间歇(不可靠)能源转变成“稳固的”、“可调度的”(可靠的)源。

通常，作为电网上供应的总电能的百分比，电网只能容忍+/-10％的间歇式可再生电能，因为允许明显更多间歇电能将导致电网变得不稳定/不可靠，并且将更可靠的(并且因此更有价值的)电能从基荷发电厂“挤出”。在不存在成本效益好的、广泛部署的大量电能贮存方案(例如公开的实施例中)的情况下，这代表了间歇可再生能源的市场渗透的“上限”。此外，较小的多兆瓦的能量贮存系统(例如1兆瓦至50兆瓦)提供了以高的净效率将高峰电能容量增加到约束负荷囊(loadpockets)的手段，同时帮助升级(并且实际上扩展)配电系统，特别在其中存在很少其它选择和/或升级成本昂贵的区域。

到电网的大量电能贮存有很多优点，包括但不限于：购买低(非高峰)电能而销售高(高峰)电能的能力，更大的供电容量，除去了对“峰化器”发电厂的需要，减少运输容量需求和拥堵，更好的电力服务可靠性和电能质量，减少电费，以及可再生能力的稳固。并非所有上面的电能贮存值都要求贮存资产的各自部署，因为能够贮藏的个别值是特定情况。然而，作为通则，电能贮存系统的电能“释放”越靠近负荷，它将带给整个电网的利益越多，包括但不限于，公用事业、ISO和纳税人。因此，其电能释放可靠近电力负荷发生的系统(例如公开的实施例)比那些只能部署在电网的远端“上游”的系统更有价值。

尽管上面确定了大量电能贮存的很多优点，但是在较低的商业规模范围(例如1兆瓦至50兆瓦)中只有非常少的市场化的电能贮存选择。电池技术通常限制于几兆瓦/兆瓦时的容量(每天低于5兆瓦/10兆瓦时)并且有其它缺点，缺点包括电池寿命结束时的处理问题和有限的放电持续时间(通常每天少于2小时)。对于大的、公用事业规模(大于100兆瓦)的电能贮存存在数个可用方法，包括压缩空气能量贮存(CAES)，抽水蓄能以及液态空气能量贮存(LAES)例如Vandor电能贮存(VPS)循环。CAES受到洞穴和/或要求包含压缩空气的其它地下地质构造需求的严格限制。并且，CAES不传送连续量的电能输出；相反地，由于洞穴中的压缩空气的压强在每日循环期间减小，发电量随着每小时的电能释放下降。抽水蓄能也受到地形和地质情况的限制，需要两个大的“湖”被两个贮存器之间的大的高度差分隔，两个贮存器之间有水坝和水轮机。

VPS灵活得多，因为它不受地形/地质情况的约束并且能够靠近电力的终端用户即负荷放置，因此提高了部署价值。然而，为了增加可能的部署站点的总数，之前专利中体现的VPS的基本原理和方法以及系统需要强化以便允许不仅可以采用公用事业规模(也可被描述成近似50兆瓦/400兆瓦时和更大)而且也可采用更小的“商业规模”(通常将小至大约1兆瓦，但是也可更小，即在千瓦规模内)来部署技术。广泛部署的、小于公用事业规模的电能贮存设备的网络将构成“分布式电能贮存”系统。这样的系统提供了很多优点，包括关于如何在电网上发生入流贮存以及关于如何将出流贮存送出到电能用户的灵活性。

现今全球范围内操作的多种抽水蓄能和两种CAES部署是电能贮存的最大规模示例，其中每个部署可发出几百兆瓦的功率。作为另一极端规模，已经提出了使用全电动汽车中的电池的电能贮存容量作为“群众资源”分布式电力网络的建议，其中每辆汽车只提供几千瓦的电力输出(当它插入到电网的双向连接)，但是其中众多这样插入汽车的累积效果可能是重大的。因此，需要填补两种极端之间存在的空白的能量贮存系统，并且现今的商业可行技术并不服务这个空白。