專利名稱：用于存儲(chǔ)和使用能量以降低終端用戶能量成本的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量存儲(chǔ)系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在美國(guó)和全世界有不計(jì)其數(shù)的辦公樓和其它商業(yè)設(shè)施(下面稱為“商業(yè)設(shè)施”)。并且由于大多數(shù)貿(mào)易和商業(yè)設(shè)施需要在白天運(yùn)營(yíng)，它們通常在白天需要大量的電能以便為包括照明、供暖、制冷等設(shè)備提供電力。這對(duì)于供暖和制冷需要而言尤其如此，例如在寒冬和酷暑月份，其中用于保持舒適工作環(huán)境所需的能量較高。
這些峰值負(fù)荷對(duì)用于為商業(yè)設(shè)施提供電力的電站和電網(wǎng)施加了沉重的負(fù)擔(dān)。電站和電網(wǎng)經(jīng)常需要被建設(shè)成為滿足最高負(fù)荷時(shí)期，這意味著在低負(fù)荷時(shí)期，它們將不可避免的低效操作，即低于峰值效率和性能。即使每天峰值負(fù)荷時(shí)期的發(fā)生僅有很短的時(shí)間也是如此。不能正確考慮這種峰值負(fù)荷時(shí)期，例如將設(shè)備過度設(shè)計(jì)成用于滿足峰值負(fù)荷，將導(dǎo)致頻繁斷電和故障的發(fā)生。而且，在電網(wǎng)的一個(gè)區(qū)域中的故障可導(dǎo)致在其它區(qū)域中產(chǎn)生沉重的壓力，其中整個(gè)系統(tǒng)可發(fā)生故障，即整個(gè)區(qū)域斷電。
這些負(fù)荷對(duì)于商業(yè)設(shè)施所有者和操作者也構(gòu)成沉重的負(fù)擔(dān)。電力公司經(jīng)常對(duì)于商業(yè)設(shè)施在峰值負(fù)荷時(shí)期消耗的能量征收很高的額外費(fèi)用。這種措施主要是基于眾所周知的供需原理，例如，當(dāng)負(fù)荷較高時(shí)能量成本較高，并且當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)能量成本較低。并且因?yàn)榇蠖鄶?shù)商業(yè)設(shè)施所有者不得不在白天運(yùn)營(yíng)，它們經(jīng)常必須支付在最高負(fù)荷時(shí)期期間的最高能量成本。
電力公司還通過對(duì)在預(yù)定時(shí)期中例如一個(gè)月的時(shí)間中發(fā)生的最大消耗率處以罰款或征收額外費(fèi)用(下面稱為“負(fù)荷費(fèi)用demandcharge”)而對(duì)峰值負(fù)荷時(shí)期中的能量收費(fèi)。例如可基于在該時(shí)期中發(fā)生的最大“峰值”消耗率征收負(fù)荷費(fèi)用，其中負(fù)荷費(fèi)用的征收不考慮在該時(shí)期中峰值“尖峰”或“波峰”如何短暫，并且不考慮在緊鄰尖峰或波峰前后的時(shí)期內(nèi)所發(fā)生的消耗率。征收這種負(fù)荷費(fèi)用還不考慮在其它情形中該時(shí)期內(nèi)發(fā)生的平均消耗率，該平均消耗率可顯著低于峰值。即使總體平均使用率低得多，負(fù)荷費(fèi)用也可基于該時(shí)期中所發(fā)生的高得多的峰值尖峰或波峰進(jìn)行征收。
該定價(jià)措施被設(shè)計(jì)用于幫助電力公司補(bǔ)償和/或回收建筑電站和電網(wǎng)的高成本，它們?nèi)缟纤霰辉O(shè)計(jì)為用于滿足峰值負(fù)荷時(shí)期。它們還促使商業(yè)設(shè)施所有者和操作者在峰值時(shí)期降低能量消耗，并且如果可能試圖尋找可替代的能源。然而，由于大多數(shù)商業(yè)設(shè)施所有者和操作者必須在白天經(jīng)營(yíng)，并且并不總是可以獲得可替代的能源，它們經(jīng)常必須在最高消耗率期間消耗能量。而且，因?yàn)槟芰肯穆蕰?huì)發(fā)生波動(dòng)，并且波峰和尖峰可在多個(gè)時(shí)間發(fā)生，因此可能會(huì)被征收巨額的負(fù)荷費(fèi)用。
電力公司和其它能量提供商在過去采用特殊的時(shí)間平移方法，其中在低負(fù)荷時(shí)期中供給的能量被存儲(chǔ)，并且然后在高負(fù)荷時(shí)期中使用。這些方法一般包括存儲(chǔ)能量，然后使用該能量，以便補(bǔ)充由電網(wǎng)提供的能量。這在理論上使得當(dāng)能量成本較低時(shí)更多的能量被消耗，并且當(dāng)能量成本較高時(shí)更少的能量被消耗，由此可能降低較高的能量消耗率成本。
在過去已經(jīng)使用多個(gè)這種能量存儲(chǔ)方法，包括壓縮空氣能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如地下洞穴。但是，這種系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于它們能量效率很低。例如，壓縮空氣能量系統(tǒng)易于損失所存儲(chǔ)的能量的很大的一部分，從而利用所存儲(chǔ)的能量其成本實(shí)際上高于所存儲(chǔ)的能量。這種低效性使得安裝這種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)大大降低。
即使這種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)具有一些優(yōu)點(diǎn)，與安裝和操作這種系統(tǒng)有關(guān)的附加成本可成為經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，特別在終端用戶水平上。因此，使用能量的商業(yè)設(shè)施所有者和操作者經(jīng)常難以判斷安裝和使用這種系統(tǒng)的成本可行性。而且，由于該安裝費(fèi)用，它們可能難以獲得贊助和批準(zhǔn)，例如以便吸引投資者和/或貸款者支付用于研制和安裝這種系統(tǒng)的資金，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常懷疑它們是否能夠收回成本。
因此需要這樣一種方法和系統(tǒng)，能夠由各個(gè)能量終端用戶或商業(yè)設(shè)施所有者和操作者使用以控制和調(diào)節(jié)來(lái)自電網(wǎng)的終端用戶能耗，因此可在低成本、低負(fù)荷時(shí)期中消耗更多的能量，并且在高成本、高負(fù)荷時(shí)期消耗較少的能量，以不僅實(shí)現(xiàn)總體負(fù)荷的降低以及降低在峰值負(fù)荷時(shí)期發(fā)生的尖峰和波峰，還可降低對(duì)于電網(wǎng)的總壓力，并且提供一種預(yù)測(cè)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)約的方法，這可說(shuō)明安裝和操作該系統(tǒng)的成本和費(fèi)用的可行性，由此使得該系統(tǒng)更加廣泛地得以使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種方法和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，可由商業(yè)設(shè)施所有者和操作者使用以在能量成本較低時(shí)存儲(chǔ)能量，然后在能量成本較高時(shí)使用所存儲(chǔ)的能量，以降低在高負(fù)荷時(shí)期對(duì)于電網(wǎng)的依賴性，并且因此降低與其有關(guān)的操作成本，并且由此使得能夠有助于在較長(zhǎng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。
本發(fā)明優(yōu)選由商業(yè)設(shè)施所有者和操作者例如辦公樓、購(gòu)物中心和其它能量終端用戶使用，并且在此方面，本系統(tǒng)不同于現(xiàn)有系統(tǒng)，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)并不旨在由能量提供商例如大型電站和電網(wǎng)使用并且與其不相關(guān)。即，本系統(tǒng)優(yōu)選涉及這樣一種方式，其中能量“終端用戶”通過使用能量存儲(chǔ)和時(shí)間平移方法，以能夠在較長(zhǎng)時(shí)間中實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約的方式控制和調(diào)節(jié)能耗，可實(shí)現(xiàn)能量和成本節(jié)約。這種成本節(jié)約方法被稱為“使用時(shí)間(Time-Of-Use)”或者TOU。
在這方面，本方法和系統(tǒng)的一個(gè)方面優(yōu)選涉及能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和估計(jì)以每一天為基礎(chǔ)可能發(fā)生的能量負(fù)荷和峰值，這是通過使用短期和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，通過記錄和分析前一天的歷史以及總體能量負(fù)荷歷史實(shí)現(xiàn)的，然后設(shè)立可變能量存儲(chǔ)/使用計(jì)劃或時(shí)間表，其有助于通過將所使用的能量進(jìn)行時(shí)間平移而降低峰值負(fù)荷，即，通過在高負(fù)荷/高成本時(shí)期使用在低負(fù)荷/低成本時(shí)期中存儲(chǔ)的能量而降低高負(fù)荷/高成本時(shí)期的能耗。


圖1示出用于本申請(qǐng)中的典型能量存儲(chǔ)系統(tǒng)；和圖2示出具有可選加熱設(shè)備的典型存儲(chǔ)罐。
具體實(shí)施例方式
本討論首先對(duì)可由本發(fā)明使用的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備的一些基本部件進(jìn)行討論。本發(fā)明考慮到各種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)均可用于在此所討論的方法。但是，下述討論描述一種可用于本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括壓縮空氣能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，其足夠小以便能夠容納在例如辦公樓、購(gòu)物中心或其它能量終端用戶等商業(yè)設(shè)施中。例如，該系統(tǒng)可安裝在辦公樓、購(gòu)物中心或商業(yè)建筑的地下室中，其中可設(shè)置有其它設(shè)備。存儲(chǔ)罐還可安裝在屋頂或者其它戶外位置，并且例如被刷成黑色以便使得存儲(chǔ)罐吸收太陽(yáng)熱能，如將在下面討論的。
如圖1所示，系統(tǒng)1優(yōu)選直接連接到電網(wǎng)3。這使得該系統(tǒng)以與其它商業(yè)設(shè)施相同的方式可從電網(wǎng)3獲取電力。然而其差別在于該系統(tǒng)如何控制和調(diào)節(jié)能耗，如將在下面討論的。
存儲(chǔ)系統(tǒng)1優(yōu)選包括這種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中所具有的部件，包括壓縮機(jī)5、存儲(chǔ)罐7、氣流控制閥9、渦輪膨脹機(jī)11和發(fā)電機(jī)13等。壓縮機(jī)5優(yōu)選連接到電源從而來(lái)自電網(wǎng)3的電能在非峰值、低負(fù)荷時(shí)期例如夜間可被轉(zhuǎn)化成壓縮空氣能。壓縮機(jī)5優(yōu)選使用來(lái)自電網(wǎng)3的電能并且將空氣壓縮到存儲(chǔ)罐7中，其中壓縮空氣被存儲(chǔ)直至以后當(dāng)能量負(fù)荷和成本較高時(shí)使用該壓縮空氣。
一般的，本系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)部分優(yōu)選包括用于存儲(chǔ)和利用壓縮空氣能的裝置。在這方面，存儲(chǔ)罐7優(yōu)選設(shè)計(jì)成用于經(jīng)受可由壓縮機(jī)5施加的壓力，并且被絕緣以便保持存儲(chǔ)罐7中的溫度。存儲(chǔ)罐7也優(yōu)選靠近系統(tǒng)1被連接到電網(wǎng)3的位置處設(shè)置，從而壓縮空氣能夠被輸送到存儲(chǔ)罐7而沒有顯著的壓力損失。
雖然本發(fā)明考慮到可以使用各種尺寸的存儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)罐7的尺寸依賴于對(duì)于給定應(yīng)用而言所需的壓縮空氣能的量，以及其它因素例如壓縮機(jī)5的能力，渦輪膨脹機(jī)11的能力、該位置預(yù)期能量負(fù)荷的數(shù)量、可用空間的大小等。
本發(fā)明考慮到可以使用將壓縮空氣轉(zhuǎn)化成電能的多種現(xiàn)有裝置中的任何一種。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)渦輪膨脹機(jī)11被用于將壓縮空氣從存儲(chǔ)罐7釋放以產(chǎn)生高速氣流，該氣流被用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)13產(chǎn)生電能。然后在需要時(shí)該電能可被用于補(bǔ)充由電網(wǎng)3提供的能量，如將在下面描述的。渦輪膨脹機(jī)11優(yōu)選為交流發(fā)電機(jī)提供能量，該交流發(fā)電機(jī)連接到AC到DC變流器，隨后是DC到AC反相換流器。
渦輪膨脹機(jī)11被用于在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間即“根據(jù)需要”例如在峰值負(fù)荷時(shí)期將壓縮空氣釋放和膨脹，其中被釋放的和膨脹的空氣可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)13。以此方式，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)罐7中的能量可被用于基于“需要”產(chǎn)生電力。例如，當(dāng)負(fù)荷較低并且基于如在下面討論的所監(jiān)控的負(fù)荷歷史預(yù)期，在未來(lái)的高負(fù)荷時(shí)期將會(huì)需要額外的能量時(shí)渦輪膨脹機(jī)11可被打開。在另一方面，在較高負(fù)荷、高成本時(shí)期可將渦輪膨脹機(jī)11關(guān)閉，從而高成本的能量并不用于將空氣壓縮到存儲(chǔ)罐7。該標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選考慮到渦輪膨脹機(jī)11從靜止起動(dòng)并且加速到峰值旋轉(zhuǎn)速率然后減速回靜止?fàn)顟B(tài)。
本發(fā)明考慮到存儲(chǔ)罐7和/或有關(guān)部件及其熱慣性物質(zhì)可被設(shè)計(jì)成吸收和釋放熱量，即使在壓縮和膨脹期間，也能將存儲(chǔ)罐7中的存儲(chǔ)的和壓縮的空氣保持在較為穩(wěn)定的溫度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用延伸通過存儲(chǔ)罐7內(nèi)部的由管道8制成的熱傳遞系統(tǒng)，其中熱傳遞流體(例如防凍劑)可通過管道8分布以便提供用于穩(wěn)定存儲(chǔ)罐7中溫度的成本有效方式。這使得系統(tǒng)1能夠以比機(jī)械系統(tǒng)更加成本有效的方式靜態(tài)地穩(wěn)定溫度。
在該實(shí)施例中，來(lái)自各種收集器(下面討論)的熱量通過一種裝置可被分布到存儲(chǔ)罐7中的壓縮空氣內(nèi)，該裝置包括延伸通過存儲(chǔ)罐7的薄壁管道8的大的表面區(qū)域。管道8優(yōu)選包括存儲(chǔ)罐7中總面積的大約1％的面積，并且優(yōu)選包括銅或者碳鋼材料。它們還優(yōu)選含有可被收集器加熱并且由管道8分布于存儲(chǔ)罐7的內(nèi)部的防凍流體。該薄壁管道8優(yōu)選用作熱交換器，它是熱慣性系統(tǒng)的一部分。存儲(chǔ)罐7優(yōu)選襯設(shè)有保溫材料9以便防止熱量從內(nèi)部損失。
在另一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)罐7的較厚的壁其自身可用作吸熱設(shè)備和熱源。例如，當(dāng)空氣被壓縮到存儲(chǔ)罐7中，并且空氣被加熱時(shí)，被加熱的空氣能夠有助于提高存儲(chǔ)罐壁的溫度，即存儲(chǔ)罐壁吸收熱量。而且，當(dāng)將存儲(chǔ)罐7置于戶外并且刷成黑色時(shí)，存儲(chǔ)罐的壁可吸收太陽(yáng)的熱量，其中存儲(chǔ)罐壁用作吸熱設(shè)備。
在此情形，可將額外的金屬材料添加到存儲(chǔ)罐壁，從而它們提供與充滿防凍劑的管道8相同的熱慣性功能，但是考慮到腐蝕的長(zhǎng)期效果，使得存儲(chǔ)罐7能夠具有更長(zhǎng)的使用壽命，而提高了安全性。而且，可以期望降低問題的數(shù)目，例如來(lái)自腐蝕的問題，因?yàn)榇鎯?chǔ)罐7中的空氣不能含有大量的高壓水蒸氣。在這方面，壓縮機(jī)5將有助于在空氣壓縮期間除去大部分的水蒸氣，并且在存儲(chǔ)罐7中冷凝的水優(yōu)選每天均例如通過排水裝置而被排出，其中存儲(chǔ)罐7中的空氣可以非常干燥。
存儲(chǔ)罐7的質(zhì)量與存儲(chǔ)罐7中的空氣質(zhì)量相比也可被制造地較大。因此，存儲(chǔ)罐壁無(wú)需顯著的提高溫度以便保持存儲(chǔ)罐7中的空氣溫度。例如，當(dāng)由渦輪膨脹機(jī)11將空氣排出時(shí)，存儲(chǔ)罐7中的空氣溫度將根據(jù)等熵定律試圖下降，但是由于存儲(chǔ)罐壁吸收的熱量將發(fā)生熱交換過程，這用作用以保持存儲(chǔ)罐7中溫度的熱源。因此，溫度下降被限制，從而可在存儲(chǔ)罐7內(nèi)部實(shí)現(xiàn)由渦輪膨脹機(jī)11所使用的合理的空氣溫度。
本系統(tǒng)還可結(jié)合其它能效方法和系統(tǒng)，如圖2所示，包括使用在多級(jí)壓縮機(jī)的中間冷卻水中吸收的熱量以為熱水器和鍋爐以及建筑物或設(shè)施的其它區(qū)域提供補(bǔ)充熱量從而熱量可被有效使用的裝置。而且，本申請(qǐng)考慮到使用太陽(yáng)熱(使用太陽(yáng)熱收集器15)、來(lái)自壓縮機(jī)5、燃燒器、低水平化石燃料燃燒器17等的廢熱的一種或多種的組合的可能性，以便提供用于提高存儲(chǔ)罐7中溫度和壓力所需的熱量。在這方面，由壓縮機(jī)5產(chǎn)生的熱量可被用于保持存儲(chǔ)罐7中溫度的穩(wěn)定性，以抵消當(dāng)渦輪膨脹機(jī)11從存儲(chǔ)罐7釋放和膨脹空氣時(shí)的冷卻效果。
例如，存儲(chǔ)罐7優(yōu)選在使用需要從氨水制冷設(shè)備排出的廢熱方面非常有效。例如，只要存儲(chǔ)罐7溫度降低至華氏120度之下，來(lái)自設(shè)備制冷循環(huán)的高溫氨水可流經(jīng)存儲(chǔ)罐7中的管道8。在這方面，應(yīng)該指出，渦輪膨脹機(jī)11不僅依賴于空氣供給壓力，而且空氣供給溫度越高，則由渦輪膨脹機(jī)11產(chǎn)生的能量越高。
存儲(chǔ)罐7中提高的溫度提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該熱量非常有助于提高由渦輪膨脹機(jī)11執(zhí)行的總體工作的效率，并且因此通過提高存儲(chǔ)罐7中壓縮空氣的溫度，可以由相同尺寸的存儲(chǔ)罐7產(chǎn)生更大量的能量。第二，通過提高存儲(chǔ)罐7中壓縮空氣的溫度，可以提高存儲(chǔ)罐7中的壓力，其中可以通過渦輪膨脹機(jī)11產(chǎn)生更高的速度。第三，加熱存儲(chǔ)罐7中的空氣有助于避免結(jié)冰，否則可由于存儲(chǔ)罐7中空氣膨脹而產(chǎn)生結(jié)冰。沒有加熱元件，從存儲(chǔ)罐7釋放的空氣的溫度可達(dá)到接近深冷的水平，其中存儲(chǔ)罐7中的水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w可結(jié)冰并且降低系統(tǒng)效率。本發(fā)明優(yōu)選能夠?qū)⑴蛎浛諝獾臏囟缺３譃榭山邮艿乃揭员惚３窒到y(tǒng)的操作效率。
同樣，由于渦輪膨脹機(jī)11膨脹壓縮空氣導(dǎo)致的冷卻效果可被用于輔助建筑物或設(shè)施中的空調(diào)設(shè)備和其它冷卻系統(tǒng)。本系統(tǒng)考慮到由于從渦輪膨脹機(jī)11排出的壓縮空氣的膨脹而產(chǎn)生的冷空氣可被用于其它的制冷目的，即，用于將冰箱和制冷設(shè)備保持低溫所需的冷卻目的以及在夏季中用于補(bǔ)充開動(dòng)空調(diào)所需的能量。以此方式，該系統(tǒng)可用于補(bǔ)充已經(jīng)存在于商業(yè)設(shè)施中的現(xiàn)有能量系統(tǒng)。冷空氣還可通過管道再循環(huán)至壓縮機(jī)5以便將其保持為低溫，如圖2所示。
該系統(tǒng)還優(yōu)選包括控制系統(tǒng)以控制存儲(chǔ)罐7、壓縮機(jī)5、渦輪膨脹機(jī)11、加熱單元、制冷部件等的操作。該控制系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)計(jì)成通過調(diào)節(jié)進(jìn)出存儲(chǔ)罐7的壓縮空氣的流速而能夠?qū)⒋鎯?chǔ)罐7中壓縮空氣能保持在適當(dāng)?shù)乃缴?。該控制系統(tǒng)還被用于控制和操作用以控制存儲(chǔ)罐7中空氣溫度的熱交換器。該控制系統(tǒng)確定在任何給定的時(shí)間使用哪一個(gè)熱交換器，并且它們應(yīng)該為壓縮空氣提供的熱量的多少。該控制系統(tǒng)優(yōu)選具有被預(yù)編程從而該系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行的微處理器。該控制系統(tǒng)優(yōu)選能夠使得使用者確定何時(shí)使用壓縮空氣能。
本發(fā)明還優(yōu)選包括計(jì)算機(jī)操作的控制系統(tǒng)以便幫助控制和調(diào)節(jié)來(lái)自電網(wǎng)的能耗，以使得該系統(tǒng)在高負(fù)荷時(shí)期降低消耗并且在低負(fù)荷時(shí)期提高消耗，并且以使得該系統(tǒng)能夠在較長(zhǎng)時(shí)間中實(shí)現(xiàn)能量節(jié)約的方式進(jìn)行。在微觀水平上，本系統(tǒng)優(yōu)選使得商業(yè)設(shè)施所有者或操作者通過在低成本時(shí)期消耗較多能量并且在高成本時(shí)期消耗較少能量，并且通過降低在其它情形可導(dǎo)致被征收高額負(fù)荷費(fèi)用的尖峰和波峰的發(fā)生率，而實(shí)現(xiàn)能量成本節(jié)約。本發(fā)明所考慮的方法和系統(tǒng)還使得能夠在宏觀水平上降低例如在峰值負(fù)荷時(shí)期中對(duì)于電站和電網(wǎng)的總負(fù)荷，這有助于降低對(duì)電網(wǎng)的總壓力，并且由此有助于降低在未來(lái)斷電以及整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生其它故障的可能性。
本系統(tǒng)所運(yùn)用的獨(dú)特方法包括以下步驟開始的步驟優(yōu)選包括進(jìn)行一定的研究以確定安裝和操作各種尺寸和容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)所需的成本。一旦確定了這些數(shù)據(jù)，該方法考慮使用該信息以確定成本節(jié)約率大小，以便使得該系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)期例如在降價(jià)循環(huán)結(jié)束之前實(shí)現(xiàn)總的成本節(jié)約。即，該方法考慮使用一個(gè)過程以確定以每一天為基礎(chǔ)對(duì)于任何給定的系統(tǒng)其成本節(jié)約率的大小，以便在較長(zhǎng)的時(shí)間例如十年或十五年中實(shí)現(xiàn)總體的成本節(jié)約。
基于終端用戶設(shè)施的大小和特征，所有者或操作者可對(duì)所使用的系統(tǒng)部件做出多種選擇。對(duì)于這種系統(tǒng)的選擇可基于多個(gè)因素，包括但并不限于，由商業(yè)設(shè)施所消耗的能量總量、預(yù)期能量的峰值負(fù)荷或最大值、可能會(huì)對(duì)該設(shè)施做出的預(yù)期擴(kuò)展和/或改進(jìn)、系統(tǒng)所處的位置、用于安裝存儲(chǔ)罐7的可用空間大小等。一旦確定了這些數(shù)據(jù)，或者做出這些選擇，該方法優(yōu)選考慮到在預(yù)計(jì)降價(jià)循環(huán)中計(jì)算和估計(jì)安裝和操作的總成本。例如，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)在十年期的總成本可以是$600,000.00。
一旦獲知該數(shù)量，基于對(duì)其成本和在一定時(shí)間產(chǎn)生足夠成本節(jié)約率的能力進(jìn)行比較，該方法優(yōu)選包括選擇能量和成本最為有效的系統(tǒng)加以使用，以便補(bǔ)償與其有關(guān)的安裝和操作成本。
為此，下面的步驟優(yōu)選包括確定終端用戶例如在給定的24個(gè)小時(shí)的時(shí)間通常使用的能量數(shù)量，并且在一年中每天均作此確定。這優(yōu)選包括對(duì)于之前的24個(gè)小時(shí)或者更長(zhǎng)的時(shí)間測(cè)量該設(shè)施的能量消耗率，并且將該數(shù)據(jù)制圖以便追蹤整個(gè)晝夜中的能量消耗水平，并且利用該數(shù)據(jù)繪制曲線，該曲線示出在將來(lái)的24個(gè)小時(shí)的時(shí)期內(nèi)可預(yù)期的能量使用數(shù)量。該曲線還優(yōu)選包括對(duì)該日或該時(shí)期中可能發(fā)生的尖峰和波峰的估計(jì)，包括尖峰和波峰的大小，它們何時(shí)發(fā)生以及它們可能持續(xù)的時(shí)間。
該方法還優(yōu)選包括在數(shù)天、數(shù)星期或者數(shù)月并且如果需要在數(shù)個(gè)季節(jié)的時(shí)間采集數(shù)據(jù)，以確定在一年中的不同季節(jié)之間能耗是否會(huì)發(fā)生顯著的變化。通過觀察一年的不同時(shí)期中的模式，系統(tǒng)操作者可使用該信息以便預(yù)測(cè)和估計(jì)能耗在何時(shí)將會(huì)發(fā)生顯著變化，這可用于更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和估計(jì)消耗率何時(shí)提高或者尖峰和波峰何時(shí)可能發(fā)生。
在這方面，該方法考慮到如果需要可基于關(guān)于該年度該時(shí)期的歷史數(shù)據(jù)對(duì)該曲線進(jìn)行調(diào)整，其中該系統(tǒng)可考慮到短期和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)以確定所繪制的曲線的特征。這有助于確保對(duì)于數(shù)據(jù)的短期分析與關(guān)于該年度的該特定時(shí)期對(duì)于該特定設(shè)施所做出的長(zhǎng)期分析相一致。
然后利用這些過程獲得的信息，可用于準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和估計(jì)在任何給定的24小時(shí)的時(shí)期內(nèi)、每天的任何時(shí)間內(nèi)終端用戶的預(yù)期消耗率。即對(duì)于任何給定的24小時(shí)的時(shí)期，該方法考慮使用來(lái)自前面24個(gè)小時(shí)時(shí)期的數(shù)據(jù)，以及其它歷史數(shù)據(jù)，以便預(yù)測(cè)和估計(jì)在該日可預(yù)期使用的能量數(shù)量，以及何時(shí)被使用。
該方法考慮到使用這些預(yù)測(cè)和估計(jì)以便預(yù)先獲知消耗率何時(shí)有可能最高，并且試圖預(yù)測(cè)尖峰和波峰何時(shí)發(fā)生及其持續(xù)時(shí)間，從而可以采取適當(dāng)?shù)目刂坪拖拗埔员銖姆逯地?fù)荷時(shí)期對(duì)能量消耗進(jìn)行時(shí)間平移，即通過在低負(fù)荷時(shí)期存儲(chǔ)能量并且在高消耗率時(shí)期中使用存儲(chǔ)的能量實(shí)現(xiàn)，和/或試圖預(yù)測(cè)尖峰和波峰何時(shí)發(fā)生。以此方式，在最高消耗率時(shí)期中的能耗數(shù)量以及在其它情形中可能發(fā)生的尖峰和波峰的水平能夠被降低，以便降低在該時(shí)期可能產(chǎn)生的能量成本。
該系統(tǒng)考慮結(jié)合實(shí)際的能量消耗率和電站所征收的負(fù)荷費(fèi)用進(jìn)行這些預(yù)測(cè)和估計(jì)。即，該方法考慮通過獲知終端用戶的預(yù)期消耗率，并且獲知在該同一時(shí)期中的實(shí)際的能量成本，可以對(duì)系統(tǒng)如何被調(diào)節(jié)和控制以便提高能夠被實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)約做出推測(cè)。簡(jiǎn)言之，該信息被用于獲知在低負(fù)荷時(shí)期應(yīng)該何時(shí)存儲(chǔ)能量及其存儲(chǔ)的數(shù)量，并且在高負(fù)荷時(shí)期應(yīng)該何時(shí)使用能量及其使用的數(shù)量，并且貫穿全年以每一天為基礎(chǔ)做出這種確定。
在很多情形，基于負(fù)荷水平，在每日能量定價(jià)計(jì)劃通常劃分為三個(gè)時(shí)期，即高負(fù)荷、中等負(fù)荷和低負(fù)荷時(shí)期。電站經(jīng)常使用例如包括三種不同費(fèi)率的計(jì)劃，即例如在8:00a.m.和中午之間可以執(zhí)行第一個(gè)中等成本、中等負(fù)荷費(fèi)率，在中午和6p.m.之間執(zhí)行高成本、高負(fù)荷費(fèi)率，在6p.m.和11:00p.m.之間執(zhí)行第二個(gè)中等成本、中等負(fù)荷費(fèi)率，并且在11:00p.m.和8:00a.m.之間執(zhí)行低成本、低負(fù)荷費(fèi)率。在這方面，電力公司通常具有分級(jí)定價(jià)計(jì)劃，該計(jì)劃對(duì)于在每天的不同時(shí)間內(nèi)所消耗的能量執(zhí)行不同的每kW-H費(fèi)率。
基于任何預(yù)定時(shí)期例如一個(gè)月時(shí)期內(nèi)所發(fā)生的峰值“尖峰或波峰”負(fù)荷能量消耗率，電力公司還通常征收如上所述的“負(fù)荷費(fèi)用”。例如，在該國(guó)的一些地區(qū)，除了上述的分級(jí)定價(jià)計(jì)劃，基于在該時(shí)期中所發(fā)生的最大峰值消耗，電力公司可以征收額外的罰款或追加費(fèi)用。即基于在該時(shí)期中發(fā)生一次的最大消耗率，關(guān)于該時(shí)期將征收罰款或追加費(fèi)用，即使該一次最大峰值消耗率僅持續(xù)幾分鐘的時(shí)間。一般征收這種負(fù)荷費(fèi)用并不考慮緊鄰該峰值前后的消耗率如何的低，并且不考慮在該時(shí)期中發(fā)生的平均消耗率。即，罰款或追加費(fèi)用是基于峰值負(fù)荷消耗率征收的，即使該峰值是僅僅持續(xù)幾分鐘的隨機(jī)的尖峰或波峰，并且即使該峰值并不反映在該時(shí)期的其它時(shí)間中發(fā)生的平均消耗率。
而且，在很多情形，在峰值夏季月份中負(fù)荷費(fèi)用的數(shù)量最高，此時(shí)由于空調(diào)需要而導(dǎo)致的能耗最高。在氣候更加溫暖的地區(qū)尤其是如此，在這些地區(qū)中對(duì)于空調(diào)的需要非常高。并且，在這些月份，在代表最高負(fù)荷時(shí)期的正午期間能量?jī)r(jià)格最高。例如，在夏季月份，基于在一定時(shí)期即在中午和6:00p.m.之間的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的一次峰值尖峰消耗率，應(yīng)用于該時(shí)期的典型負(fù)荷費(fèi)用可以是每kW $20.00。在另一方面，在中等負(fù)荷時(shí)期內(nèi)僅執(zhí)行每kW $2.45的費(fèi)率，以及在低負(fù)荷時(shí)期內(nèi)執(zhí)行每kW $0.00的費(fèi)率。因此，即使在峰值夏季月份的任何給定的一天內(nèi)平均消耗率較低(例如300kW)，如果在該月份中有一次持續(xù)十五分鐘的尖峰或波峰(即例如在700kW的消耗率)，關(guān)于該月份可能征收的負(fù)荷費(fèi)用的數(shù)目可以基于較高消耗率(700kW)，而非較低消耗率(300kW)，即使該較高消耗率僅在十五分鐘尖峰的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。因此，在峰值時(shí)期，負(fù)荷費(fèi)用的數(shù)目可能極高，其中該負(fù)荷費(fèi)用可基于一次波峰或尖峰，無(wú)論其如何隨機(jī)或者如何短暫。
在這種情形，典型負(fù)荷費(fèi)用的一個(gè)實(shí)例與下述情形類似在最熱的夏季月份中，即四個(gè)最熱的月份中，除了上述的使用費(fèi)率，可以基于在該月份中發(fā)生的最大峰值使用率征收額外的一次性負(fù)荷費(fèi)用。在上述實(shí)例中，可以對(duì)該月中發(fā)生的最高消耗率尖峰或波峰執(zhí)行每kW$20.00的較高的負(fù)荷費(fèi)用費(fèi)率，因此如果最高尖峰或波峰為700kW，則較高費(fèi)率將與700kW相乘，關(guān)于該月得到$14,000.00的總的負(fù)荷費(fèi)用。在另一方面，當(dāng)在該月中沒有尖峰或波峰發(fā)生，或者尖峰或波峰較低，即例如400kW時(shí)，負(fù)荷費(fèi)用可基于較低的消耗率即400kW而非700kW。在這種情形，當(dāng)用400kW乘$20.00時(shí)，負(fù)荷費(fèi)用僅為$8,000.00，其在該實(shí)例中意味著每月$6,000的成本節(jié)約數(shù)目。
這說(shuō)明通過降低或者完全消除能夠?qū)е卤徽魇蘸芨哓?fù)荷費(fèi)用的尖峰和波峰，可以實(shí)現(xiàn)顯著的成本優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)在較高成本、高負(fù)荷時(shí)期中使用能量時(shí)，終端用戶可能被征收很高的負(fù)荷費(fèi)用，這說(shuō)明終端用戶在該時(shí)期中使用的能量越多，則總的能量成本越高。
下面的實(shí)例示出本方法解決這些額外的成本、罰款和追加費(fèi)用的途徑基于上述的每日預(yù)測(cè)和估計(jì)，該系統(tǒng)確定每一天可能需要被存儲(chǔ)以用于未來(lái)24小時(shí)時(shí)期的能量的數(shù)量。例如，在夏季月份中，因?yàn)樨?fù)荷很高，該系統(tǒng)需要在低負(fù)荷時(shí)期中例如11:00p.m.和早晨8:00a.m.之間存儲(chǔ)盡可能多的能量。然后在高負(fù)荷時(shí)期利用該額外的能量以便控制和限制最大消耗率以及在其它情形中可能發(fā)生的尖峰和波峰，并且因此降低與高負(fù)荷消耗率有關(guān)的成本。
優(yōu)選的，該計(jì)劃要求每天均為下一天的未來(lái)高負(fù)荷時(shí)期存儲(chǔ)能量，但是在一些情形中，可能也需要存儲(chǔ)一些能量以用于未來(lái)的中等負(fù)荷時(shí)期。這將取決于是否存儲(chǔ)有足夠的能量以便充分地控制在峰值負(fù)荷時(shí)期中的消耗率，和/或是否可以獲得任何額外的能量，以及在中等負(fù)荷時(shí)期使用該能量的利益如何。
注意如果在高負(fù)荷的夏季月份中在白天的電力消耗率與在夜間相比足夠的高，則可以執(zhí)行另一種操作模式。例如，可以使用在白天中的電力使用間歇期并且實(shí)際上使用電力來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)以便進(jìn)一步地將空氣壓縮到存儲(chǔ)罐中。因此，如果隨后在下午發(fā)生負(fù)荷波峰，則可以消除該負(fù)荷電力尖峰而不用擔(dān)心存儲(chǔ)罐將會(huì)由于先前渦輪膨脹機(jī)的過度驅(qū)動(dòng)而被耗盡。即使白天中在非峰值負(fù)荷使用能量，執(zhí)行該操作模式仍然是經(jīng)濟(jì)的，以便避免隨后發(fā)生的重大尖峰。白天在低負(fù)荷時(shí)期中操作壓縮機(jī)可以等同于使用更大的存儲(chǔ)罐。
一旦存儲(chǔ)了適當(dāng)數(shù)量的能量，該系統(tǒng)等待下一天較高負(fù)荷時(shí)期的發(fā)生并且節(jié)約能量，從而該能量能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間時(shí)被釋放。在這方面，該系統(tǒng)優(yōu)選具有能耗表或者其它指示器，它們能夠即時(shí)地測(cè)量在任何時(shí)刻發(fā)生的消耗率，從而該系統(tǒng)可獲知應(yīng)該何時(shí)釋放所存儲(chǔ)的能量并且在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間時(shí)應(yīng)該釋放的數(shù)量，即用于抵消在其它情形中這一天將發(fā)生的較高的消耗率和/或尖峰和波峰。
例如，如果預(yù)測(cè)出在峰值負(fù)荷期間將存在持續(xù)五分鐘的波峰和/或存在各自持續(xù)三分鐘的多個(gè)尖峰，并且波峰和/或尖峰的預(yù)期數(shù)值例如為800kW，則該系統(tǒng)將存儲(chǔ)足夠的能量以便將該時(shí)期內(nèi)來(lái)自電網(wǎng)的電力獲取值降低至預(yù)定的閥值，該閥值例如為400kW。這樣，對(duì)于那一天而言，所發(fā)生的最高消耗率可從沒有本系統(tǒng)時(shí)將會(huì)發(fā)生的800kW的水平降低到400kW，這可顯著降低所被征收的負(fù)荷費(fèi)用的數(shù)目。在該實(shí)例中，如果在該月中每一天的峰值尖峰和波峰均被降低至400kW或更低，則為了確定負(fù)荷費(fèi)用的目的，該月的總體降低數(shù)目為400kW或更多，在此情形，關(guān)于該月可實(shí)現(xiàn)$8,000.00的成本節(jié)約量。這是基于每kW $20.00乘以400kW的差值算出的。而且，可以看出，如果月份中的每一天均如此進(jìn)行重復(fù)，則在四個(gè)高負(fù)荷月份期間，每月均可能實(shí)現(xiàn)$8,000.00的成本節(jié)約量，這可導(dǎo)致每年實(shí)現(xiàn)$32,000.00的成本節(jié)約量，這可導(dǎo)致在十年期間實(shí)現(xiàn)$320,000.00的成本節(jié)約量。
每天節(jié)約的額外能量還可在峰值負(fù)荷時(shí)期中被釋放以便降低在這一天發(fā)生的總能耗并且因此降低這一天的總的使用成本。例如，如果在高負(fù)荷時(shí)期中費(fèi)率為每kW-H $0.20，在中等負(fù)荷時(shí)期中費(fèi)率為每kW-H $0.10，并且在低負(fù)荷時(shí)期中費(fèi)率為每kW-H $0.08，通過將能量從每kW-H $0.20時(shí)間平移到每kW-H $0.08，可能實(shí)現(xiàn)基于這兩個(gè)費(fèi)率之間差值的成本節(jié)約。然而，因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)導(dǎo)致效率降低，實(shí)際上通過時(shí)間平移到低負(fù)荷時(shí)期而實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)約量并沒有這么高。即，即使在峰值負(fù)荷時(shí)期中使用的所有能量均可以每kW-H $0.08的較低費(fèi)率而非每kW-H $0.20的較高費(fèi)率購(gòu)買，因由于進(jìn)行能量存儲(chǔ)而導(dǎo)致的效率降低可以達(dá)50％，實(shí)際的成本節(jié)約可能僅為每kW-H $0.04而非每kW-H $0.12。當(dāng)然，基于所使用的系統(tǒng)的實(shí)際效率，這些成本節(jié)約量可能變化。該系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)計(jì)成使用上述的各種加熱設(shè)備和收集器而具有盡可能高的效率，其中可能實(shí)現(xiàn)大約70％的效率百分比。
與本發(fā)明的這一方面有關(guān)的成本節(jié)約可以基于每kW-H的成本節(jié)約量乘以該系統(tǒng)在全年中消耗的全部kW-H的數(shù)值，這可能是很高的。例如，如果系統(tǒng)在峰值負(fù)荷時(shí)期中每年消耗2,000,000kW-H，則成本節(jié)約量可能為2,000,000kW-H乘以$0.04kW-H的每kW-H費(fèi)率的差值，這在上述實(shí)例中，可導(dǎo)致每年$80,000.00的額外的成本節(jié)約量(2,000,000乘以$0.04kW-H每年)。因此，可以看出對(duì)于十年的時(shí)期可以導(dǎo)致$800,000.00的額外的成本節(jié)約量。
使用上述實(shí)例，可以看出對(duì)于十年的時(shí)期有可能實(shí)現(xiàn)$1,120,000.00的成本節(jié)約量($320,000加上$800,000)。并且由于通過使用上述加熱設(shè)備和收集器而提高了存儲(chǔ)效率，這些數(shù)目可能會(huì)提高。因此，如果在同一時(shí)期安裝和操作系統(tǒng)的成本為$600,000.00，則可能實(shí)現(xiàn)$520,000.00的凈節(jié)約量，這將表明安裝和操作該系統(tǒng)是可行的。
權(quán)利要求
1.一種用于降低預(yù)定位置處的終端用戶能量成本的方法，包括為該預(yù)定位置建立至少一個(gè)負(fù)荷歷史，以便預(yù)測(cè)和估計(jì)在未來(lái)的預(yù)定時(shí)期內(nèi)在該預(yù)定位置處將被使用的能量的數(shù)量；確定在未來(lái)的預(yù)定時(shí)期內(nèi)何時(shí)能夠以較低的第一費(fèi)率從能源獲得能量，以及何時(shí)能夠以較高的第二費(fèi)率獲得能量；提供一種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)并且將其連接到該能源，并且使所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)適于在執(zhí)行較低的第一費(fèi)率的第一時(shí)期內(nèi)存儲(chǔ)能量，并且使得所存儲(chǔ)的能量在執(zhí)行較高的第二費(fèi)率的第二時(shí)期內(nèi)可被利用；以及在該第二時(shí)期內(nèi)使用該存儲(chǔ)系統(tǒng)以釋放所存儲(chǔ)的能量，以便降低在該第二時(shí)期內(nèi)所使用的能量的成本，和/或抵消在該第二時(shí)期內(nèi)，在該預(yù)定位置處可發(fā)生的尖峰或波峰。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述未來(lái)的預(yù)定時(shí)期是24個(gè)小時(shí)的時(shí)期，并且用于預(yù)測(cè)和估計(jì)在該24小時(shí)時(shí)期內(nèi)的能量使用量的所述至少一個(gè)負(fù)荷歷史包括用于之前的24小時(shí)時(shí)期的能量使用歷史。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)負(fù)荷歷史還包括其中發(fā)生該預(yù)定時(shí)期的整個(gè)季節(jié)或者階段的能量使用歷史。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述能源為電網(wǎng)，能夠從該電網(wǎng)獲取提供用于進(jìn)行存儲(chǔ)的能量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述的預(yù)測(cè)和估計(jì)以便為未來(lái)的時(shí)期開發(fā)能量使用計(jì)劃，從而確定如何適于所存儲(chǔ)的能量以實(shí)現(xiàn)理想的成本節(jié)約量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括基于在給定時(shí)期中可能發(fā)生的尖峰或波峰而確定可施加的負(fù)荷費(fèi)用，并且開發(fā)出能量使用計(jì)劃，從而以能夠?qū)崿F(xiàn)理想的成本節(jié)約量的方式降低和/或抵消該尖峰或波峰。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定位置是商業(yè)設(shè)施能量終端用戶，并且該存儲(chǔ)系統(tǒng)被用于降低在該預(yù)定位置處的總的能量成本。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)壓縮機(jī)、存儲(chǔ)罐、渦輪膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，該系統(tǒng)被用于存儲(chǔ)壓縮空氣能以便在第二時(shí)期中能夠應(yīng)用所述壓縮空氣能。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定各個(gè)時(shí)期的預(yù)計(jì)成本節(jié)約量，并且然后對(duì)于較長(zhǎng)的時(shí)期重復(fù)進(jìn)行這種確定，以便幫助確定在所述較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)可由該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總的成本節(jié)約量。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括選自由下面的設(shè)備所構(gòu)成的組中的至少一個(gè)設(shè)備a.太陽(yáng)熱收集器；b.熱慣性物質(zhì)；c.在存儲(chǔ)罐內(nèi)部分布的具有防凍劑的薄壁管道；d.化石燃料燃燒器；e.用于使用來(lái)自壓縮機(jī)的熱空氣的循環(huán)設(shè)備。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)適于使用來(lái)自渦輪膨脹機(jī)的冷空氣以用于在所述預(yù)定位置處的冷卻和/或制冷目的。
12.一種用于降低預(yù)定位置處的終端用戶能量成本的系統(tǒng)，包括用于該預(yù)定位置的至少一個(gè)使用者負(fù)荷歷史；使用該至少一個(gè)負(fù)荷歷史進(jìn)行預(yù)測(cè)，以估計(jì)在未來(lái)的預(yù)定時(shí)期內(nèi)在該預(yù)定位置處的能量使用量；一種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，其連接到能源，其中，所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)適于在執(zhí)行較低能量成本費(fèi)率的第一時(shí)期內(nèi)從該能源存儲(chǔ)能量，并且在執(zhí)行較高能量成本費(fèi)率的第二時(shí)期內(nèi)釋放所存儲(chǔ)的能量；并且其中該存儲(chǔ)系統(tǒng)適于在該第二時(shí)期內(nèi)，以能夠有助于在該第二時(shí)期內(nèi)降低該預(yù)定位置處所使用的能量總成本，和/或抵消在該預(yù)定時(shí)期內(nèi)在該預(yù)定位置處可另外發(fā)生的尖峰或波峰的方式，將所存儲(chǔ)的能量釋放。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述未來(lái)的預(yù)定時(shí)期是24個(gè)小時(shí)的時(shí)期，并且用于預(yù)測(cè)和估計(jì)在該24小時(shí)時(shí)期內(nèi)的能量使用量的所述至少一個(gè)負(fù)荷歷史包括用于之前的24小時(shí)時(shí)期的能量使用歷史。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)負(fù)荷歷史還包括其中發(fā)生該預(yù)定時(shí)期的整個(gè)季節(jié)或者階段的能量使用歷史。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述能源為電網(wǎng)，可從該電網(wǎng)獲取提供用于進(jìn)行存儲(chǔ)的能量。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，使用所述的預(yù)測(cè)和估計(jì)以便為未來(lái)的時(shí)期開發(fā)能量使用計(jì)劃，從而確定如何使用所存儲(chǔ)的能量以實(shí)現(xiàn)理想的成本節(jié)約量，該計(jì)劃考慮到可在給定時(shí)期內(nèi)發(fā)生的尖峰或波峰，并且開發(fā)出能量使用計(jì)劃，從而以能夠?qū)崿F(xiàn)理想的成本節(jié)約量的方式降低和/或抵消該尖峰或波峰。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定位置是商業(yè)設(shè)施能量終端用戶，并且該存儲(chǔ)系統(tǒng)被用于降低在該預(yù)定位置處的總的能量成本。
18.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)，并且該壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)壓縮機(jī)、存儲(chǔ)罐、渦輪膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，該系統(tǒng)被用于存儲(chǔ)壓縮空氣能以便在第二時(shí)期中能夠應(yīng)用所述存儲(chǔ)空氣能。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)包括選自由下面的設(shè)備所構(gòu)成的組中的至少一個(gè)加熱設(shè)備a.太陽(yáng)熱收集器；b.熱慣性物質(zhì)；c.在存儲(chǔ)罐內(nèi)部分布的具有防凍劑的薄壁管道；d.化石燃料燃燒器；e.用于使用來(lái)自壓縮機(jī)的熱空氣的循環(huán)設(shè)備。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)適于使用來(lái)自渦輪膨脹機(jī)的冷空氣，以用于在所述預(yù)定位置處的冷卻和/或制冷目的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由能量終端用戶例如商業(yè)設(shè)施所有者和操作者使用的能量存儲(chǔ)方法和設(shè)備。本系統(tǒng)不同于現(xiàn)有系統(tǒng)，其并不旨在由能量提供商例如大型電站和電網(wǎng)使用并且與其不相關(guān)。本系統(tǒng)優(yōu)選涉及這樣一種方式，其中能量終端用戶通過使用能量存儲(chǔ)和時(shí)間平移方法以便以能夠在較長(zhǎng)時(shí)間中實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約的方式控制和調(diào)節(jié)能耗可實(shí)現(xiàn)能量和成本節(jié)約。本方法的一個(gè)方面涉及準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和估計(jì)以每一天為基礎(chǔ)可能發(fā)生的能量負(fù)荷和峰值，這是通過使用短期和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)通過記錄和分析前一天的歷史以及總體能量負(fù)荷歷史實(shí)現(xiàn)的，然后設(shè)立可變能量存儲(chǔ)/使用計(jì)劃或時(shí)間表，其有助于通過將所使用的能量進(jìn)行時(shí)間平移而降低峰值負(fù)荷，即通過在高負(fù)荷/高成本時(shí)期使用在低負(fù)荷/低成本時(shí)期中存儲(chǔ)的能量而降低高負(fù)荷/高成本時(shí)期的能耗。
文檔編號(hào)F03D9/00GK1910067SQ200480031714
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者M·埃尼斯·本, 保羅·利伯曼 申請(qǐng)人:M·埃尼斯·本, 保羅·利伯曼