[发明专利]包含飞轮储能单元的场地

说明书

多个飞轮单元以几何型式布置。每个飞轮单元都封围在容纳单元中。容纳单元包括圆筒形管、盖、底部支承件，以及围绕每个容纳单元的填充介质，底部支承件搁置在地面上，容纳单元安装在其上。容纳单元还可包括安装到管的基部的水平板，该水平板从管的基部向外或径向延伸预定长度。在这种情况下，填充介质直接搁置于板的从管向外延伸的部分的顶部。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§119(e)要求2016年5月2日提交的美国临时申请第62/330,838号的优先权，其全文以参见的方式纳入本文。

技术领域

本说明书一般涉及储能，尤其涉及用于容纳飞轮储能单元的场地的系统的设计。

背景技术

许多能源、特别是诸如风力涡轮机以及太阳能面板的清洁能源产生的能量在时间上与经受的负荷不匹配。在许多发达国家中，能量产生遵循经受的负荷，使得能量根据需要提供。在高负荷的情况下，诸如在热发电机上使用峰值发电机和自动发电控制(AGC)的技术允许发电机匹配较高的和可变的负荷。然而，尽管这种技术存在，但通常存在储能对于满足能量负荷很重要的情况。

目前存在的储能系统都具有一种形式或另一种形式的缺点。在设计储能系统时，尺寸、价格、储存效率、效能和安全性都是关注的问题。通常，更小的尺寸、更低的价格、减少输入用于存储的能量和提取其用于分配中的损失、减少连续运行的损失，以及安全处置都是储能系统的优选特征。

结合有转子的飞轮机构是一种将能量存储为旋转动能的储能系统。飞轮转子是一种配重的、旋转对称的质量块，在直接或间接地物理联接到电动机/交流发电机时旋转，电动机/交流发电机本身电气地联接到诸如背对背逆变器系统的转换器，构成AC-AC转换子系统。当接收了用于存储的电力时，转子被驱动增加飞轮的旋转速度。当提取电力时，飞轮转子驱动电动机/交流发电机。飞轮转子旋转得越快，它能存储的能量就越多。可以存储在飞轮转子中的能量的量取决于转子的质量、强度特性、循环疲劳特性、形状以及其它因素的组合。通常，飞轮的轴承和悬架子系统被设计为用于最小化由于摩擦、热量和其它损耗源引起的能量损失。

考虑到它们的物理尺寸、质量和以旋转形式存储的能量的量，对飞轮的关注包括空间以及安全考虑。本发明是针对这些考虑和其它考虑作出的。

发明内容

为了存储实用级储能应用中所需的能量，可部署多个飞轮储能单元。为了空间效率，这些飞轮储能单元在空间区域内彼此靠近放置，在此称为场地。

通常，对飞轮的任何类型的故障状态的处理很重要。设计飞轮储能场地安装布局的一个考虑因素是在意外的转子爆裂的情况下容纳碎片。另一个考虑因素是松散地完整的通电(旋转)转子或者松散地完整的通电(旋转)锁定的转子外壳系统的安全管理。这些安全考虑因素被置于提供电气和信号互连以及在某些情况下真空管道互连的需求之上。

本说明书提供了场地安装设计的实施例，其主要解决了至少这些考虑因素。

某些实施例使用集装箱化系统，其中单个飞轮单元被一起共同包装成标准的运输容器。提供了用于容器阵列的场地安装设计的实施例。

其它方面涉及场地中的飞轮单元的几何布局。在某些实施例中，几何布局是蜂窝阵列，其中相邻的飞轮单元是等距的。

在某些实施例中，飞轮单元各自由飞轮容纳单元封围。在这些实施例中，公开了用于容纳飞轮单元场地的系统，其包括以几何型式布置的多个飞轮单元和容纳单元，其中飞轮单元包括飞轮转子和组合的电动机以及交流发电机，组合的电动机以及交流发电机(在此称为电动机/交流发电机) 被联接到飞轮转子，并且每对相邻飞轮单元的轴向中心基本上等距，容纳单元封围相应的飞轮单元。容纳单元包括圆筒形管、盖、底部支承件，以及围绕每个容纳单元的填充介质，底部支承件搁置在地面上，容纳单元安装在其上。