[发明专利]储能系统

说明书

一种储能系统（100），其包括具有转子（101）和定子（102）的开关磁阻电动机。转子构造成能够充当用于存储能量的飞轮。机壳（106）围住转子和定子，并且转子受支撑以在机壳上旋转。储能系统还包括构造成支撑机壳的底座（109）。储能系统构造成使得在使用中转子的轴线通常是水平的。本发明还提供了一种包括多个储能系统的储能装置。

技术领域

本发明涉及储能系统，具体涉及飞轮储能系统，其尤其可用于电网的负载平衡以及支持电动车充电基础设施。

背景技术

在传统电力系统和电网中，供电必须满足精确到秒的需求。在未来的能源管理中，为了避免服务中断、系统不平衡、以及可再生能源系统的能源成本增加和无用的削减，EESS（电能存储系统）会起到重要作用。

发电机需要实现两个基本功能：一是供电基本负荷即每半小时基础上的最低能源需求（预测算法和历史数据可用于预测能源需求）；二是通过英国国家电网公司采购的服务（例如FFR（固定频率响应）服务）进行频率调节。这项FFR服务对电网具有很高的价值，因为它可以平衡每秒过高/过低的电力供应。对于此服务，由于需要进行短至中等持续时间的高功率无功负载，因此功率优先于能量；之后，根据持续时间/能量需求来采购其他服务。

在如今的市场上，因为基本负荷响应时间较慢且无法对需求变化做出快速反应，因此通过核能或煤炭发电为其供电。燃气发电会更加灵活，且可以和抽水蓄能与可再生技术一起弥补瞬时负荷调节的不足。当然，对于这种系统的主要要求是，其可用性永久且恒定。

风能和太阳能等可再生能源的主要问题是，由于它们依赖天气状况，因此不能保证系统永久可用。如此多变且不可预测的本性可能会严重限制基于可再生能源的系统。2016年，由于无法有效地存储和管理能源产生，超过1TWh的风力发电被削减。在这种情况下，如果可再生能源在稳健的电网世界中扮演重要角色，则EESS必不可少。

飞轮储能系统（FESS）是一种特殊类型的储能系统，其中能量通过飞轮的旋转以动能的形式储存于系统中。当前最先进的并网FESS方案在设计上遇到的挑战是，需要存在一独立的电动机/发电机（M/G）及一外部安全壳系统，以应对发生故障时所产生的高破坏力。此两体方案因存在许多组件而可能会在结构上非常笨重。此外，由于飞轮理想地在真空中运行，因此M/G与主机体之间的旋转真空密封接头的存在会产生另一个问题，即它是效率低下的主要来源之一。

发明内容

所附权利要求中陈述了本发明的各方面和各实施例，同时说明书也描述了本发明的这些和其他的方面及实施例。

根据本发明的一个方面，提供了一种储能系统，其包括：具有转子和定子的开关磁阻电动机，其中转子构造成能够用作用于存储能量的飞轮；围住转子和定子的机壳，其中转子受撑以在机壳上旋转；以及用于支撑机壳的底座，其中储能系统构造成使得在使用中转子的轴线通常是水平的。

通过为转子/飞轮提供水平的轴线，从而提供垂直方向的飞轮，系统可以在地面上占用更少的空间（即，与利用水平轴线安装的系统时相比，本系统的“占地面积”更小），这意味着可用空间的利用率可以提高。例如，可以以阵列的方式设置多个飞轮系统，其中小的形状因子可能有利于允许在给定区域中提供更多的此类系统（从而增加了可由阵列存储的能量数量）。此外，通过在水平轴上设置系统，可能更容易就地重新润滑轴承（因为无需到达转子的上方和下方）。

另外，如果在车辆中使用飞轮，则为飞轮提供水平轴而不是垂直轴可以提高稳定性。垂直定向的飞轮可能会导致不良的陀螺效应，需要对其加以控制。缓解这种情况的一种典型方法是设置两个反向旋转的飞轮来平衡外部转矩。但是，这需要飞轮的定位和角速度相匹配。本系统可以只允许使用一个飞轮，而不会产生影响车辆操纵的幅度和方向的陀螺效应。

优选地，转子设置在定子内。也就是说，定子可以设置在转子周围。定子可以是空心圆柱体的形式，而转子可以是圆柱形的，可选地与定子的内表面相一致。转子可以设置成与定子同心地对准。转子可被构造成可在定子内旋转。