半集中式电能贮存和分布式发电的系统和方法技术方案

半集中式电能贮存和分布式发电系统和方法包括至少一个处于第一位置的电能贮存设备，在至少一个处于不同于第一位置的第二位置的分布式发电设备，以及至少一个移动贮存电能运输单元。电能贮存设备包括电能贮存介质，该介质包括液态空气、氮气、氧气或其组合。移动贮存电能运输单元被配置成将电能贮存介质的至少部分运送到分布式发电设备。在示例实施例中，电能贮存设备是空气分离装置。电能贮存设备也可以起到能量服务公司的作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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。
本专利技术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。
技术介绍
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r>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。除上面简要概述的电能贮存问题外，配电网面临另一组最好由“分布式发电”系统和方法解决的相关挑战。例如，如果配电网将更可靠，则它需要被重建。特别地，需要不那么依赖于远离它们的客户定位的大规模、集中式发电厂的能量生产和分配系统，其中越来越拥堵和易受(自然和人为事件)损害的电网连接具有客户群的大的发电设施。反而需要这样发电：能够采用较低的资本成本，更局部化更靠近客户，提供冗余，更短的电网上的传送时间/距离(减少线路损失和拥堵)，并且允许在反映局部(分布式)发电的多种选择的市场和价格体系方面更有竞争力。用于分布式电能生产系统的经济和技术“门槛”越小，它们越能广泛部署，这样的电网越能够避免电网拥堵，并且电网变得越不容易受到计划外的自然和人为断供的损害，即依赖于众多广泛分布的发电源而不是仅一个(或多个)大的集中式发电厂。因此，需要一种能够将低价值的非高峰电能转换成高价值的高峰电能，并且能够使间歇式电源“稳固”的电能贮存系统和方法。还需要一种能够以更小的商业规模被广泛部署的电能贮存和分布式发电系统和方法。最后，还需要一种能够靠近电力客户(即负荷中心)定位的电能贮存和分布式发电系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例通过使用液态空气(L-空气)、液态氧气和/或液态氮气和/或其特定组合(下面简写O2/N2)作为工作流体在很大程度上减少了已知公用事业规模的电能贮存系统和电能生产系统的缺点，工作流体能够在非高峰时段生产，使用拖车和机动轨道车运输，并且贮存在地面上的低至中压的低温贮存罐中，以便在高峰电力需求时段释放，而本发明的实施例的规模和配置允许商业规模贮存和发电(即释放)部署，并且允许贮存部件的位置独立于发电(释放)部件。公开的实施例可提供从低至千万规模或近似1兆瓦(此处称作“商业规模”或“商业规模”VPS)到公用事业规模(可被定义成高至50兆瓦或更大)的分布式电能贮存。根本地，本专利技术的实施例将入流贮存电力转变成液态空气(L-空气)或液态氧气或液态氮气，氧气和氮气都是空气的组分。空气是丰富的、免费的并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半集中式电能贮存和分布式电能生产系统，包括：在第一位置处的至少一个电能贮存设备，所述电能贮存设备包括电能贮存介质，所述电能贮存介质包括：液态空气、氧气、氮气或其组合；在不同于所述第一位置的第二位置处的至少一个分布式电能生产设备；以及至少一个移动贮存电能运输单元，所述移动贮存电能运输单元被配置成运载所述电能贮存介质的至少一部分到所述分布式电能生产设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.09 US 13/890,9171.一种半集中式电能贮存和分布式电能生产系统，包括：
在第一位置处的至少一个电能贮存设备，所述电能贮存设备包括电
能贮存介质，所述电能贮存介质包括：液态空气、氧气、氮气或其组合；
在不同于所述第一位置的第二位置处的至少一个分布式电能生产设
备；以及
至少一个移动贮存电能运输单元，所述移动贮存电能运输单元被配
置成运载所述电能贮存介质的至少一部分到所述分布式电能生产设备。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电能贮存设备是空气分
离装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电能贮存设备起到能量
服务公司的作用。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分布式电能生产设备电
连接至电网并且提供电能到所述电网。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个电能生产者，所述
电能生产者向所述电能贮存设备提供电能。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电能贮存设备被配置成
在分布式电能生产模式中使用被贮存的电能的一部分。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括流体连接至所述分布式电能
生产设备的天然气管线。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电能贮存设备包括：
多个压缩机；
至少一个换热器，其流体连接至至少一个所述压缩机；
至少一个膨胀机，其流体连接至至少一个所述压缩机；
机械式冷冻机，其流体连接至所述膨胀机；以及
贮存容器，其流体连接至所述膨胀机。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分布式电能生产设备包
括：
多个换热器；
至少一个膨胀机，其流体连接至至少一个所述换热器；以及
原动机组件，其包括原动机，所述原动机组件流体连接至至少一个
所述换热器。
10.一种半集中式贮存能量和分配电能的方法，包括：
在第一位置将电能贮存在电能贮存介质中，所述电能贮存介质包括：
液态空气、氧气、氮气或其组合；
将所述电能贮存介质的至少一部分运输至不同于所述第一位置的第
二位置；以及
在所述第二位置处从所述电能贮存介质释放电能以发电。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，贮存电能包括将空气分离
成氧气、氮气或其组合。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，发电包括向电网提供电能。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述第一位置处使用被
贮存的电能的一部分。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述第二位置处提供天
然气。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，贮存电能包括提供侧向负
荷制冷剂流以冷却所述电能贮存介质。
16.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·班多尔，
申请(专利权)人：膨胀能量有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US