移动能量存储模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有高储能量和输出的移动能量存储模块，并涉及一种包括该能量存储模块的能量存储系统，还涉及一种以可变的方式为电源电网中的控制和系统任务提供能量的方法。
【背景技术】
[0002]如今，输电网络和其在广域同步电网中的交互连接保证了大范围内电力的供应。随着电源电网的波动性的增加，在电源电网中对于解决本地任务的分布式能源存储系统的需求也不断增加，例如，在本地生成的能源的本地利用或者来自依照及时预报的可再生能源的本地电力供应的改进。特别是分布式能源的产生，例如，通过分布在各地的多个风力发电机和太阳能发电站，越来越多地导致电源电网中难以控制的电压飘移。既然仅有一部分电源电网具有充足的输送能力，那么临时本地的电力盈余和对电力的需求再也不能够被电源电网输送了。因此，希望拥有分布式能源存储系统，其能根据特定的需求以灵活的方式被融入现有的电源电网中，以便改进电网质量和能源供应安全以及确保电力输送能力。
[0003]由于电源电网的扩张，电力输送的瓶颈从长远来看可被消除。然而，覆盖大片区域的扩张代价高昂，并且需要漫长的审批和施工阶段。无论如何，电力的均匀分布的维持，需要储存解决方案，该方案能在任何地点以可变的方式被立即使用，并且其能被快速移动到其他地点，不过，如有必要其具有一种对于电网稳定足够高的储能量和输出。
[0004]抽水蓄能发电厂为储能系统，虽然其容量允许其存储大量的能量并且可作为电源电网的微小储备，但是仍然依赖于其地理位置，并且不能被设置在任何地点及不能在必要时被转移。这就是为什么这些储能系统并没有解决该配电问题，因为该抽水蓄能发电厂的能量如有必要甚至必须被非常长距离的输送并且是通过可能有没有足够容量的输电线。此夕卜，抽水蓄能发电厂的建立是很复杂的，耗费时间，且代价高昂。另外，抽水蓄能发电厂是被设计用于满负荷运转的，因此并不适合于改进小地方的供电系统的电网的质量。
[0005]电池存储设备代表了一种储能类型，在某些情况下可以被移动到其他地方并因此以多变的方式被使用。然而，由于温度的影响、系统故障和操作错误，电池存储设备并不适合于运行和迅速降级期间的负载变化。此外，电池存储设备需要精心维护。由于其具有高的火灾和化学危险性，电池存储设备还呈现出对环境和水的危害，并且在保护和安全方面是非常复杂的。如今的高容量机械能量存储系统，例如飞轮储能系统，由于机械原因现在以一种固定的方式被设立，并且仅仅解决当地电网的问题。迄今为止，这些系统并没有机动性，并且因此也不能随后对其容量进行快速改进。
【发明内容】
[0006]本发明旨在提供一种能量存储系统，其能以多变的方式很容易地被迅速部署在任何需要的地点，并且其具有足够大的储能量和输出，用于电源电网中的缓冲、控制和系统任务。
[0007]该问题通过一种具有封闭模块外壳的移动能量存储模块得到解决，其包括至少一种电源连接接口和至少一种数据接口，其中，在模块壳体内的能量存储模块还额外包括一个具有多个飞轮能量存储单元的飞轮模块，飞轮能量存储单元通过直流链一齐被连接到至少一个电源连接接口，从而提供通用模块的存储容量和模块输出，一个真空模块，用以在运行飞轮模块所需的各自的飞轮储能单元中生成一个最低真空，以及一个在模块外壳中被配置为恰当的控制该模块的模块控制系统，例如至少为飞轮模块和真空模块，并且为了通过数据接口进行数据通信，从而在电源电网中实施控制和系统任务，其中至少提供了一个或更多的电源连接接口，用于连接本地和/或非本地电源电网，其中提供了一个或更多的数据接口，用于接收在连接的电源电网中至少要执行的控制和系统任务的外部数据，并用于向外界发送运行数据，其中模块外壳以一种适当的方式被配置，以在运行期间确保设置在其中的模块的安全输送并吸收飞轮储能单元的静载荷和动载荷。
[0008]本发明所述的能量存储模块表示一种能量存储系统或能量存储系统的一种组件，其能以多变的方式很容易地被迅速部署在任何需要的地点，由于其模块化结构，所述能量存储系统可被简单快速地被其它能量存储模块所组合或补充，以便作为能量存储系统的所述能量存储模块或不只一个所述能量存储模块的组合向电源电网中的控制和系统任务提供足够大的储能量和输出。在个别情况下，其中一个单独的能量存储模块也表示一个能量存储系统，因此该系统存储容量和系统输出由该能量存储模块的模块存储容量和模块输出所提供。同样的，一个包含这些能量存储模块的能量存储系统的机动性是由该能量存储模块的机动性所提供的。既然该模块外壳被设计为用于输送，模块外壳内的部件实现了机械稳定性，以允许长时间运行该能量存储模块并允许将该能量存储模块移动到其它安装地点。而且，模块化有助于现场的快速安装，因为用于运行该能量存储模块的所有主要部件都已被安装在该模块壳体内，并且只需通过电源连接接口和数据接口将其连接到安装地点的所需的电力和数据连接上。基于该模块化，可用容量能根据需要通过能量存储模块的数量而被提升。个别的能量存储模块因而自主地或在一个模块化的能量存储系统中被有效地利用，并且因此节约了生产和运行成本。能量存储模块包括模块外壳中的模块。这些模块指的是运行该能量存储模块所需的部件，例如飞轮模块、真空模块，以及如有必要的话，优选的一个加热和冷却模块。
[0009]为了保证机动性，模块外壳包住了其中安装的所有的模块和部件。此处，术语“包住”是指该能量存储模块对环境的全面限定。例如，此限定可以由具有顶部、底部和所附侧面的外壳构架所形成。为获得坚固的模块外壳，例如，后者至少可以用水泥、金属或钢铁作为主要成分被制造，优选的，它完全由钢铁制造。在运输或运行期间，该封闭模块外壳保护了模块外壳中的物体以抵御外界的影响。优选的，在模块外壳中的模块，尤其是飞轮模块，在运行或运输期间由模块间，特别是在飞轮模块和模块外壳之间的阻尼元件所保护。为在运行期间吸收飞轮能量存储单元的静载荷和动载荷，至少一些阻尼元件甚至在运输之后也能保存在能量存储模块中。由于其坚固的材料，该模块外壳还额外适合于吸收不能被阻尼元件所吸收的静载荷和动载荷。其中，出现在普通和异常运行期间的该机械负荷被释放到为运输而安装的固定点，或者被释放到本地固定点是必须的。这可以，例如通过模块外壳和/或模块中合适的钢铁构架而获得，其中所述钢铁构架上附着有带或不带阻尼元件的单独的飞轮存储单元。其中，出现的载荷可被释放到外面，例如，通过预定义的负载转移点释放到地基上。其中，所述模块外壳可具有任何尺寸，以适合并允许运输该能量存储模块，例如，使用运货卡车、吊车和/或运输船舶的方式。其中，该模块盒可以是一个盒子或者一个集装箱，具有预设于外部的固定点或结合点。
[0010]该模块外壳的另一个重要目标是确保所需的温度基本条件。为了实现这点，在一个实施例中该模块外壳至少采用了防风和防水的方式进行设计，并特别具有一层隔热层，其适合于维持可控的室内温度，例如，维持模块外壳内的温度为10°c到45°C。理想的，所述隔热层是由一种防风户外材料组成，例如钢铁、水泥、含隔热泡沫的塑料或置于后面或其间的隔热棉。在一个优选的实施例中，该隔热层被设置于该模块外壳内侧之上或者模块外壳里面。这样就保护了隔热层免受外界影响，比如天气或太阳辐射，并且其功效被保存了很长一段时间。该术语“在模块外壳中”是指该隔热层被集成于模块外壳(例如在夹层结构中作为核心层)，而非该隔热层附着在该模块外壳的表面上。理想上，该模块外壳也以热交换器为特征，用于控制散热，所述热交换器面朝外。为了天气防护的目的，该模块外壳和该热交换器以及电源线都形成了，阻止了水的流入或大的风量。为了实现温度保护和机械防护的效果，夹层材料具有大于40mm厚度的泡沫核心，另一方面产生了固有稳定性，并且例如作为隔热层是很理想的。为改变从内向外的机械负荷，所述夹层材料可以通过一个嵌入的金属或金属管构架被现场加强。内部系统点和外部附着点随后都能被锚固在这些构架中。为了进一步屏蔽外部的热负荷，比如直接太阳辐射，适合的元素或结构，例如屏蔽或收集器，可以被提供。
[0011]根据本发明，在进一步的实施方案中，所述飞轮模块包括一个在该模块内部的通用构架，所述飞轮能量存储单元在其上被安装和调试。被置于构架内，这就确保了所述飞轮能量存储单元彼此之间以坚固的方式被固定就位。例如，适于此端的构架是钢铁构架，其由工字梁或箱型材造成并彼此焊接着。其中，该构架的转动惯量和材料厚度是这样选择的，由普通和异常的工作负载造成的作用力导致该构架的变形并不是太重要。为实现此，也许也需要向构架内集成抗剪钢筋。理想情况下，所述构架被设计成这样，其能将作用力特定地向该模块外壳传递以便该外壳能将作用力向该外壳地基传递。
[0012]在一个优选的实施例中，所述构架被设计成这样，该飞轮模块作为一个整体能被插入该模块外壳并从模块外壳中取出。因此，所述模块外壳之外的飞轮能量存储单元可被预安装到所述飞轮模块，这促进了构架内的该飞轮能量存储单元的快速组装，因为与所述模块外壳比起来该组装范围显著增加。另外，有缺陷的飞轮能量存储单元可通过把构架从模块外壳中移除的方式被快速更换，并在该有缺陷的飞轮能量存储单元被更换后，将该构架重新插入到模块外壳中。易于维护的整体结构的方法，例如也能够被该飞轮能量存储单元的几何排布支持，只要具备飞轮模块中的服务通道，每一个模块通过其都能被访问，并具备可以取出并更换的独立飞轮模块或系统组件。
[0013]在一个实施例中，所述飞轮能量存储单元被安装在该飞轮模块的构架上，倘若临近的飞轮能量存储单元在运行过程中不受影响之类的异常故障发生，如此一个独立飞轮能量存储单元的机械能就能通过设置在框架内的结构构件被释放出。
[0014]在进一步的实施方案中，所述模块外壳为一个标准集装箱，优选国际标准集装箱。标准集装箱是其尺寸被标准化了的集装箱，为此合适的运输设备可供快速运输至不同的安装地点，例如合适的载货卡车，火车车厢或运输船只上的装泊位以及合适的重装地点，以防该运输方式必须被改变。国际标准集装箱为根据IS0668标准化的大规模的集装箱，用其进行货物的航运、转发、存储和卸载一一一个在所示的实例中的能量存储模块一一可被简化和加速。使用最广泛的国际标准集装箱尺寸为8英尺宽和20或40英尺长。通常的高度为能在公路运输时没有任何限制地移动的高度。根据其尺寸，国际标准集装箱具有33m3至86m3的内部容积和21至27吨的有效负载。从技术上看，有利的是这样设计该模块的重量，达到有利于运输的重量，其中该模块不应该太轻以便它能更好地承受额外的重量，与根据本发明所述的能量存储模块对比，根据现有技术，飞轮能量存储单元拥有更大的容量，其以一种不可拆卸的方式被连接于安装地点的地下，例如在地里嵌入到混凝土地基中。这些单元被以一种固定的方式安装并且在没有拆卸完整的系统单元的情况下不能被移除。因此它们不是可移动的。
[0015]在进一步的实施方案中，所述模块外壳包括在其底部或在其一个或更多的侧面的为了安全的地面固定装置，优选在地上的非破坏性可逆的能量存储模块锚具。因此，一种牢固和快速的能量存储模块锚具可实现自给运行。这些地面固定装置例如可以是用于连接绳索的孔或环，又或是直接插入地基的钩子或地锚。当使用孔或环时，所述模块外壳可被快速固定在合适的底板上，例如水泥板。地锚允许以一种固定的和自给的方式临时设置该能量存储模块，甚至是在条形地基加固了的普通土地上。为实现此，例如此土地事先已经被平整并压紧了。除了该能量存储模块的安全和固架设之外，上述的地面固定装置类型同时允许快速和容易地移除该能量存储模块，以便向不同的安装地点潜在的运输，如果在现有的安装现场没有模块存储容量和模块输出的要求。既然大量的能量被存储在该模块中，与此同时所述模块外壳也被配置为技术和个人系统保护。在这里，在水泥或金属夹层技术中并具有集成框架元素的该坚固的模块结构有助于阻止任何强行侵入。当该模块被公开设置，它还需要冲击防护，其通过以下方式实现:坚固的钢铁或水泥构架，加固的边角和充足的墙的惯性面积矩以及适当的墙体材料。在一个实施例中，所述模块外壳被设计为如此，冲击和其他外部负载能被处理，以致其能被公开设立并未把运行安全置于危险之中。
[0016]其中，所述模块也能满足视觉要求。因为机动性是所需的，其也想在公共场所之中设立该模块。由此而论，例如，所述模块能够作为广告或通信面板使用。
[0017]该模块控制系统和现有的电源连接接口允许所述能量存储模块(或由此建立的能量存储系统)，在适用的情况下，在分别连接的本地和非本地电源电网之中执行不同的存储、