包括能量储存方法的使用可再生能源在消耗点附近供应能量的方法及其应用与流程

本技术涉及一种“包括电力储存的使用可再生能源在消耗点附近供电的通用使用方法及其应用”，其主要可用于能源行业。

背景技术：

1、从使用化石能源到使用可再生能源的转变需要新的能源供应基础设施。到目前为止，基础、中等和峰值负荷电站已经以有计划的方式进行了网络负荷调整，这是根据电力需求通过适当的储备专门使用的。风能和太阳能作为主要能源的可用性暂时不满足电力需求，因此出于功能原因，储存变得越来越重要，一方面是为了确保频率稳定，另一方面是为了提供白天和黑夜所需的电量。

2、对可用储存技术的要求很高。除了经济效益、安全性、环境兼容性和寿命之外，对储存系统能效的技术要求也占主导地位。这包括储存容量、能量密度、储存持续时间、响应时间、循环稳定性和效率，因为从工作量与效益的比率(电价输入与电价输出)的收益抵消了结构和操作储存的成本。

3、除了在特殊应用中的超导线圈或电容器中，电能不能直接储存，这需要额外的有损转换为可储存的能量形式。根据现有技术，势能、电化学能、动能、化学能和热能已经被确立为具有各自特殊转换过程的中间储存。这导致了在可能的容量和储存持续时间方面的差异，这些容量和储存持续时间是否可用作储备、短期或长期储存，以及在高循环稳定性下对负荷变化的反应速度如何。与泵送或压缩空气蓄能电站一样，是否有特殊的位置要求，或者是否可以在重要的网络节点附近建立储存。

4、在电动交通的推动下，电池或蓄电池中的电化学储能正处于高发展水平。自放电、有限的充电循环和昂贵的原材料模糊了在相对高能量密度下具有自动、有效操作的短响应时间的优点，这引起了工业规模上的经济可行性的质疑。用过的电池单元的处置，或者更好地，再循环它们的能力仍未得到大规模解决。

5、在“电力到气体”过程中，能量以氢气的热值化学储存，氢气在电解期间通过除了氧气之外还添加水和电力而产生。根据需要，这是在氢化过程中还是直接在燃料电池中或在动力过程中进一步转化为合成甲烷取决于计划的用途。然而，至少50％的电力输入无法再转换回来，这使该技术成为一种没有热电耦合的纯电力储存技术受到质疑。

6、研究的焦点是所谓的“卡诺(carnot)电池”(物理学期刊14(2015)第2期：physicjournal 14(2015)no.2)，预测其将热能高效地用于中间储存。当电力过多供应时，热泵过程应该通过在低温水平下吸收功和热来加载特殊的高温储热装置，然后当需要电力来适应负荷时，热泵过程将蒸发热供应给动力过程(专利ep 1987299b1 2007)。除了装载和卸载高温蓄热器时不可避免的温度梯度以及提供低温热源所需的工作量之外，在蒸汽动力过程中产生高备用损失，以保持其运行。随着储存时间的增加，响应时间因长时间启动而缩短，效率因自放电而降低，这限制了可用性。

7、压缩空气蓄能电站使用多余的电力来压缩空气并将其储存在地下的洞穴(cavern)中。压缩机产生的滑动压力梯度增加了势能，当压力膨胀时，势能驱动涡轮机以重新转换电力。原理是简单的，并且如果在膨胀之前预热空气，则效率随着储存的压缩热而增加。如果当地地质状况允许，可在工业规模上高效使用，例如可浸出的盐丘(salt dome)(洞穴)，因为需要非常大的耐压储存体积。

8、大规模的主要蓄能技术是抽水蓄能电站，其利用上游流域和下游流域之间的水的势能变化。在非常好的效率和快速可用性以及短的接通和切换时间的情况下，除了系统摩擦、通过蒸发或渗漏的水损失和来自电转换的废热之外，几乎没有任何储存损失。这种用途需要在特殊的地形地貌中进行大量的景观干预，这就是这种类型的电力储存仍然有限的原因。

9、de102010034757b4中描述的基于通过液压起重岩体的势能的能量储存增加了起重重量，但是在起重缸和地面之间需要牢固且难以实施的密封。如果发生故障，岩体沉入地面，并且排出的水会淹没周围区域。

10、如de 10 200 7 057 323a1中提出的中枢储存系统还使用势能通过使用升降机机械地升高(装载)或降低(卸载)重量来临时储存电力，这是钟表制造商长时间使用来操作塔钟的原理。将大块物质沉入地下以利用现有的废弃竖井的想法是有意义的，但限制了对先前采矿区域的应用。只要储存设施使用寿命期间的脱水成本不会过多减少其收益，竖井中起重装置的组合就能满足大部分储存技术要求，但位置要求除外。

11、虽然电力储存在功能上变得越来越重要，因为能够通过转子质量消除频率波动的大型涡轮机正在逐渐脱离网络，但由于网络费用、征税、税收、自身消耗和征税，储存运营商的市场和盈利状况也很困难。法律框架在不断变化，这使得长期货币规划困难并且需要高度的灵活性。

12、虚拟能量技术专家知道储存技术及其所有优点和缺点，提高效率，知道经济约束和个别变体的位置要求。然而，对于根据现有技术的本发明的任务的基本要求的解决方案是缺失的。这些包括：

13、·灵活选择位置，考虑到可独立操作和/或在网络连接中操作的使用可再生能源的面向消耗的频率稳定供电的城市发展指南，

14、·通过运营模式的可能变化，灵活适应变化的市场和盈利状况。

15、·日历使用寿命较长，系统利用率始终处于高水平，

16、·操作可靠性高，损坏可能性低，

17、·响应时间非常短，采用小规模、可调制的电源来适应网络负荷，

18、·高数量的输入和输出储存循环，没有自放电，具有自动、远程可控操作，

19、·生产、使用和拆卸过程中的高环境兼容性(完全可回收性)，

20、·运行成本低，辅助能耗低。

技术实现思路

1、根据本技术，该目的基本上由权利要求1至7的特征解决。通用使用方法包括：使用可再生能源在消耗点附近供电的电力存储及其通过程序措施实现的应用；在短反应时间内储存波动的电力供应以用于基于多个单独可控的起重模块调整网络负荷；使用受保护结构中的势能；通过光伏和/或风力涡轮机同时双重使用基础区域，这是一种新的应用质量。它由靠近消耗点的安全、自给自足的网络集成电源组成，使用可再生能源，而没有任何特定的位置要求。

2、众所周知，机械中枢储存使用势能以高效和无自放电的方式临时储存电力。对于功率转换和摩擦，每个循环的损失小于10％。如果起重高度减小到结构形式，则不是将重型起重储存设施移动到深的、有限的旧竖井中，而是变得与位置无关。在容量相同的情况下，起重模块的数量和相关的空间需求显著增加。光伏系统还需要大的安装面积，除了在屋顶上，不允许双重使用。在适当设计的高大结构中，可以以节省空间和有效的方式容纳电力储存和发电，为波动的能源创建依赖于负荷的电力供应。

3、起重模块4包括绞车，在绳索或链条的端部悬挂重物，该重物根据电动机/发电机的操作而上升或下降。每个模块作为独立可控的单个单元与网络交互，具有其自己的具有数据总线连接的功率转换，并且根据需要在几秒钟内馈入或收回功率。由于升降机和起重机的结构，绳索和链条绞车处于高技术水平。现代控制和调节技术与经过实践验证的机械相结合产生了灵活的储存技术，其在效率和处理方面在100年后仍然存在。

4、从经济的角度来看，对于具有波动的能源(包括储存)的承载电源存在各种选择，这影响生产成本。在储存容量相同的情况下，单个模块的起重高度和起重重量决定了所需的占地面积。材料的选择决定了起重模块的数量并因此决定了价格，无论重物由7.8t/m3的铁、2.4t/m3的混凝土还是1t/m3的填充有水的容器组成。复合钢结构是否足以作为结构，或者它是否必须是必须在高度和设计方面适合城市规划背景的实心混凝土结构。除了由于在各自位置的大量相同的起重模块而带来的价格优势之外，这些因素还使货币具有高度的可变性。通过在屋顶上的储存和光伏电池以及附加的南墙选项对地板空间的双重使用通过混合计算改善了收益情况，并提供其自身的电力，这可以通过结构角落上的风力涡轮机来增加。如果在附近区域中还有一个生物质发电站作为间歇储备备用，则可以根据储存电量水平和天气来激活该生物质发电站。许多可单独控制的起重模块可根据负荷确保频率稳定性，这意味着无论是独立运行还是联网运行，即使可再生能源波动，电力网络也能保持功能可靠。这是未来的灵活供电的重要前提，以便能够在没有化石能源或核能源的情况下实现。

5、包括电力储存的使用可再生能源在消耗点附近供电的通用使用方法及其应用也满足了其他要求。它不需要特定地形的拓扑结构，并且可以灵活地适应变化的市场和产量条件，因为储存、光伏和风力发电可以根据市场情况相互依赖或独立运行。它能够实现自动、安全、可远程控制的操作，高储存和取出循环以及非常短的反应时间，并且所有这些都没有自放电、衰变、低辅助能耗、低操作成本、高效率、高环境兼容性和邻近结构的长使用寿命，并且之后完全可回收。