專利名稱：電力負(fù)載平衡系統(tǒng)和電能包存儲(chǔ)的制作方法
本申請(qǐng)要求于2000年10月10日申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮?0/239,560的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
和發(fā)明主要內(nèi)容本發(fā)明總體上涉及供電和配電，特別涉及包括能量包存儲(chǔ)組件的電力負(fù)載平衡系統(tǒng)。全世界多年來(lái)社會(huì)上住宅和商業(yè)能量需求的支柱是發(fā)電和配電?，F(xiàn)在已有各種形式的發(fā)電，包括煤火力發(fā)電站、核電站、水力發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站和其它發(fā)電站。所有這些形式的發(fā)電對(duì)于發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的，這里不需要對(duì)其工作的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。全世界已有大量有關(guān)這些公知形式發(fā)電的公開文獻(xiàn)。
當(dāng)發(fā)電量增加時(shí)，電力使用增加。這是由于許多社會(huì)因素造成的。首先，世界上每個(gè)國(guó)家的人口實(shí)際在增加，導(dǎo)致了更大的電力需求。其次，消費(fèi)者產(chǎn)品常常設(shè)計(jì)成使用電能以便進(jìn)行工作。由于技術(shù)的發(fā)展，與世界歷史上任何時(shí)期相比，現(xiàn)今有更多電子產(chǎn)品供使用。第三，制造廠已經(jīng)認(rèn)識(shí)到機(jī)械自動(dòng)控制能夠提高工廠的生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，這樣的自動(dòng)控制也需要電能。這樣，總的結(jié)果是，與以前相比對(duì)電能有更大的需求。
全世界有關(guān)能量消費(fèi)的另一個(gè)共同的現(xiàn)象是，在一天的特定時(shí)段消費(fèi)量較高。在任何給定時(shí)區(qū)，上午6點(diǎn)至晚上10點(diǎn)的時(shí)段用電量最大，通常稱為“活動(dòng)時(shí)段”。在晚上10點(diǎn)到第二天的上午6點(diǎn)之間，大多數(shù)人入睡，因此，使用很少的電能，這個(gè)時(shí)段通常被稱為“入睡時(shí)段”。為了避免能量“警戒燈火管制”，或更糟糕的“燈火管制”，電力公司必須能夠滿足給定的一天24小時(shí)中的“峰值要求”所需的電量。在活動(dòng)時(shí)段中發(fā)生這些峰值要求需電量，從跟蹤能量使用獲得的歷史數(shù)據(jù)，能夠相當(dāng)精確地預(yù)測(cè)實(shí)際上任何社會(huì)團(tuán)體中每天每個(gè)小時(shí)需要多少能量。因此，峰值要求是設(shè)計(jì)任何給定區(qū)域所需要的發(fā)電站大小和數(shù)量的主要因素之一。
使用峰值要求需電量以確定發(fā)電站容量的問(wèn)題在于，如果給定區(qū)域內(nèi)的峰值需求時(shí)期是X千瓦-小時(shí)，僅在每天8小時(shí)的時(shí)期要求該需求量，并且該天其余時(shí)間的平均需求量是X的一半，則每天其余16小時(shí)不能有效利用發(fā)電站的設(shè)計(jì)容量。所述的另一種方式，如果利用每個(gè)發(fā)電站每天的全部能量容量，則由于所有天即每一天完全利用了每個(gè)發(fā)電站，因此需要較少的發(fā)電站。于是根據(jù)總能量需要而不是峰值要求需要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用。使用峰值要求需電量還可以造成低效率使用由發(fā)電站使用的配電和輸電系統(tǒng)來(lái)輸送其產(chǎn)生的電能。
本發(fā)明能夠在整個(gè)一天中使電力負(fù)載平衡。負(fù)載平衡是發(fā)電站中能量生產(chǎn)的平衡，使得發(fā)電站所有工作時(shí)段生產(chǎn)相同量的能量，同時(shí)在整天中滿足消費(fèi)者的全部能量需要。由于，峰值要求時(shí)期很可能繼續(xù)發(fā)生，因此可以通過(guò)使用能量存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。換句話說(shuō)，通過(guò)產(chǎn)生電能并在低需電量時(shí)期如入睡時(shí)段存儲(chǔ)該電能，存儲(chǔ)的電能可以在峰值要求時(shí)期用于彌補(bǔ)在峰值要求時(shí)期必須生產(chǎn)的能量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使每整天中能量的生產(chǎn)更為平衡。在夜晚，生產(chǎn)能量并將其存儲(chǔ)在專門的電容器中，這些電容器可以設(shè)在發(fā)電站或供電局處或其附近。第二天，存儲(chǔ)的能量可以被輸入到電力公司配電和輸電電力網(wǎng)中，以便滿足給定住宅、營(yíng)業(yè)場(chǎng)所或與其電力網(wǎng)連接區(qū)域的全部或部分能量需要。通過(guò)在峰值要求時(shí)期使用存儲(chǔ)的能量，使服務(wù)該區(qū)域的發(fā)電站實(shí)時(shí)生產(chǎn)較少的能量。在本發(fā)明其它實(shí)施例中，可以設(shè)置電容器以使其得以放置在住宅如地下室內(nèi)或建筑外附近。較大的基于電容器的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可以放置在營(yíng)業(yè)辦公場(chǎng)所或工廠內(nèi)或附近。相反，還可能生產(chǎn)安裝在個(gè)人負(fù)載處的這樣的較小規(guī)模的系統(tǒng)，這些負(fù)載如復(fù)印機(jī)、PC機(jī)、服務(wù)器或需要供電以進(jìn)行工作的眾多其它設(shè)備。最好，無(wú)論基于電容器的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)是放置在系統(tǒng)終端用戶附近還是在發(fā)電或配電場(chǎng)所處，這些系統(tǒng)都具有標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)以便于有效安裝、擴(kuò)展和維修。最好在每個(gè)系統(tǒng)的電源和負(fù)載處都保持模塊性。在這些實(shí)施例中，本發(fā)明使存儲(chǔ)的電能得以在峰值要求時(shí)期使用，以便降低對(duì)變電站供電和配電的實(shí)時(shí)依賴性。
可以通過(guò)連接具有高能量存儲(chǔ)容量的電容器的普通能量分配設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，其中根據(jù)需要而經(jīng)常用由發(fā)電站產(chǎn)生的能量對(duì)電容器“充電”。向電容器供應(yīng)充電能量的發(fā)電站可以是普通礦物燃料燃燒發(fā)電站或核電站，或者可以由備用能源構(gòu)成，如太陽(yáng)能源、風(fēng)力源或水力電源。與公知的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)如電池存儲(chǔ)系統(tǒng)不同，本發(fā)明的電容器可以直接存儲(chǔ)大量電能。電容器是能夠直接存儲(chǔ)和傳輸電能的靜電裝置，并且為了產(chǎn)生電能不需要象電池那樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?？梢允褂妙~外的普通電氣設(shè)備將電容器與住宅、營(yíng)業(yè)場(chǎng)所或被服務(wù)區(qū)域連接，并且從充電的電容器向終端用戶輸電。由電容器供電的電能可以以DC形式輸送，或可以作為單相或多相AC輸送。最好提供變換器/逆變器設(shè)備以適當(dāng)改變供給電容器或從電容器釋放的電能的形式。
在本發(fā)明中，使用專用電容器以便于使用上述系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電容器可以具有對(duì)稱的或非對(duì)稱的多種電化學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。電化學(xué)電容器使電能直接存儲(chǔ)在迄今無(wú)可匹敵的小型裝置中。可以采用本發(fā)明的其它實(shí)施例，如還可以提供所要求存儲(chǔ)容量的電解電容器或低溫電容器。
本發(fā)明的內(nèi)在優(yōu)點(diǎn)是能夠充分降低或甚至消除如電力“振蕩”、“脈沖”和“跳躍”這樣的異常，由此提高所謂的“電力質(zhì)量”。這些現(xiàn)象是令人遺憾的，而且在較大距離配電和輸電線路上向終端用戶輸送電能(即電子)時(shí)實(shí)際上是不可避免的。由于多種原因而發(fā)生電力質(zhì)量問(wèn)題，包括電系統(tǒng)設(shè)計(jì)誤差、電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差、接地誤差、諧波和負(fù)載交互作用。盡管當(dāng)考慮了每天向任何區(qū)域輸送的全部能量時(shí)這些異常不是非常普遍，它們也會(huì)給終端用戶帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。例如，在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)使用時(shí)代，盡管是暫時(shí)的能量脈沖或跳躍，也能夠引起電子文件丟失或損壞，還能引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)毀壞。與上述電能存儲(chǔ)概念相反，為保持電力質(zhì)量而必須提供的電能的持續(xù)時(shí)間極短。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)電力質(zhì)量現(xiàn)象發(fā)生在1AC周期或小于此周期中，10個(gè)周期通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)足以緩和電源電壓中的任何瞬間擾動(dòng)。這樣，為了實(shí)現(xiàn)本應(yīng)用，電力質(zhì)量維持和提高通常表示本發(fā)明能夠提供所需的1秒或更短的電力輸出水平。當(dāng)用于電力質(zhì)量目的時(shí)，最好耗盡存儲(chǔ)在電容器中的電能。該功能與電能存儲(chǔ)功能相反，其中，本發(fā)明的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)向負(fù)載或多個(gè)負(fù)載提供更長(zhǎng)期的電力，其中電容器可以放電直到其儲(chǔ)能基本耗盡或直到手動(dòng)操作將其切斷。這樣，盡管電能存儲(chǔ)和電力質(zhì)量保持是兩項(xiàng)可區(qū)別的任務(wù)，但是本發(fā)明系統(tǒng)能夠工作以同時(shí)實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)任務(wù)。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供現(xiàn)場(chǎng)電容器以直接滿足使用存儲(chǔ)能量而不是實(shí)時(shí)直接供應(yīng)能量的該場(chǎng)所的需要。使用電容器的存儲(chǔ)能量不僅可以滿足現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載的需電量，而且還用于通過(guò)響應(yīng)電力質(zhì)量擾動(dòng)進(jìn)行短持續(xù)時(shí)間的放電來(lái)保證電力質(zhì)量。同樣地，可以使用本發(fā)明“離開現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的效果。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，通?？梢蚤g接地使用本發(fā)明系統(tǒng)以保持和提高電力質(zhì)量。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明除了上述新穎性特征和優(yōu)點(diǎn)外，從以下


和實(shí)施例將很容易看出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其中幾個(gè)附圖中使用的相同標(biāo)號(hào)表示相同的或等同的特征，其中圖1是與單相負(fù)載一起使用的本發(fā)明系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例示意圖，所示的系統(tǒng)設(shè)在住宅中；圖2是與單相負(fù)載或三相負(fù)載一起使用的本發(fā)明系統(tǒng)另一實(shí)施例示意圖，一般可在營(yíng)業(yè)場(chǎng)所見到；圖3是表示使用一組電容器的本發(fā)明系統(tǒng)又一實(shí)施例示意圖，如可以位于發(fā)電站、供電局或?qū)嶋H任何需要DC或單相或多相AC電能的場(chǎng)所；圖4是本發(fā)明系統(tǒng)另一實(shí)施例示意圖，其中一組電容器設(shè)計(jì)成可運(yùn)輸?shù)模粓D5是正常電能載荷要求相對(duì)給定區(qū)域的最高要求負(fù)荷的曲線圖
圖6是當(dāng)在給定區(qū)域內(nèi)使用本發(fā)明系統(tǒng)時(shí)電能載荷要求和電能傳輸?shù)膱D形；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的步驟的流程圖；圖8是本發(fā)明基于電容器的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例示意圖，其中采用了電化學(xué)電容器；以及圖9是本發(fā)明基于電容器的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例示意圖，其中采用具有低溫冷卻子系統(tǒng)的低溫電容器。
優(yōu)選實(shí)施例現(xiàn)在參照附圖和圖1，示出了由標(biāo)號(hào)10表示的本發(fā)明實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在發(fā)電站20發(fā)出電能，并通過(guò)傳統(tǒng)的能量傳輸分配線30將該電能分配給設(shè)置有電容存儲(chǔ)裝置50的住宅40。發(fā)電站20可以是傳統(tǒng)的礦物燃料燃燒發(fā)電站或核電站，或者可以是太陽(yáng)能、風(fēng)能或其它可選擇的能源。每個(gè)住宅可以有一個(gè)或多個(gè)電容存儲(chǔ)裝置50，該電容存儲(chǔ)裝置50各自具有一個(gè)或多個(gè)電容器(例如在住宅的地下室)，該電容器為了接收電荷而通過(guò)用戶引入線60和電表65或類似裝置與傳輸分配線30電連接?？梢砸源笮∥创_定的電能“包”形式傳輸電荷，而足以在特定電容存儲(chǔ)裝置50中儲(chǔ)存供給定時(shí)期(例如在一天中睡醒的一段時(shí)間)使用的足夠能量。可以在較短時(shí)期內(nèi)進(jìn)行電能包的傳輸，或者可以是延長(zhǎng)的過(guò)程。電容存儲(chǔ)裝置50可以接入住宅的內(nèi)部配線網(wǎng)(與普通電源線接入該網(wǎng)一樣)，從而提供住宅內(nèi)電器工作所需的所有或部分電力。這樣的電器可以通過(guò)硬連線接入住宅內(nèi)配線網(wǎng)，或者還可以通過(guò)普通電墻出口(electrical walloutlet)接收電力。另外，或者與上述網(wǎng)聯(lián)接的一定裝置如器具、計(jì)算機(jī)和其它耗電電器可以裝備有存儲(chǔ)電能的單個(gè)電容存儲(chǔ)裝置50。當(dāng)白天從電容存儲(chǔ)裝置50取能量時(shí)，電容器慢慢釋放存儲(chǔ)的電能。此后，在睡覺時(shí)的夜晚，電容存儲(chǔ)裝置50可以再充電，以便為第二天的應(yīng)用服務(wù)?？梢栽陔娙荽鎯?chǔ)裝置50用壞了而不得不進(jìn)行更換之前，在多年的時(shí)期內(nèi)重復(fù)該過(guò)程多次。
圖2示出了本發(fā)明的商業(yè)應(yīng)用。在這樣的應(yīng)用中，一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器150(其尺寸可以但不必大于在住宅使用的電容器存儲(chǔ)器)可以放置在營(yíng)業(yè)場(chǎng)所160或靠近營(yíng)業(yè)場(chǎng)所160，以在通常的營(yíng)業(yè)日滿足所有或部分能量需要。該電容器存儲(chǔ)器150可適于向營(yíng)業(yè)場(chǎng)所160供應(yīng)單相或三相電力。由于營(yíng)業(yè)場(chǎng)所可在主建筑結(jié)構(gòu)170內(nèi)或次要建筑180內(nèi)設(shè)有供較大電容器放置的房間，因此本發(fā)明這樣的營(yíng)業(yè)應(yīng)用具有更高的適應(yīng)性。
圖1所示的實(shí)施例是住宅應(yīng)用，而在圖2所示的實(shí)施例中，再次在發(fā)電站20產(chǎn)生電能并通過(guò)普通能量傳輸和分配線30向營(yíng)業(yè)場(chǎng)所160配電，營(yíng)業(yè)場(chǎng)所160中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器150。每個(gè)營(yíng)業(yè)場(chǎng)所可以具有一組或多組一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器150，電容器150通過(guò)電表190或類似裝置電連接傳輸分配線30，以便接收電荷。
圖3示出了本發(fā)明的一組電容器存儲(chǔ)器200，位于電能發(fā)電站220或供電局處或其附近。在上述實(shí)施例中，發(fā)電站可以是普通礦物燃料燃燒發(fā)電站或核電站，或者可以是太陽(yáng)能、風(fēng)能或其它可選擇的能源。在本發(fā)明實(shí)施例中，夜晚或其他非峰值時(shí)間產(chǎn)生的電力可以存儲(chǔ)在電容器組200內(nèi)，而供以后在需電的峰值時(shí)間輸入電力公司電力網(wǎng)。以此方式，通過(guò)提高非峰值時(shí)間的發(fā)電能力，而可以更有效地利用發(fā)電站220，由此減少在需電的峰值時(shí)間的發(fā)電需要，并使發(fā)電站的負(fù)載平衡。此外，負(fù)載平衡還促進(jìn)了配電器230和用于輸送電能的傳輸系統(tǒng)的有效使用。例如，通過(guò)使用負(fù)載平衡，與目前相比，單獨(dú)組件如變壓器70(圖1和3)可以用于為更多終端用戶服務(wù)，由此降低了設(shè)備和安裝的成本。
圖4示出了本發(fā)明另一實(shí)施例，其中一組電容器存儲(chǔ)器250設(shè)置在外殼體260內(nèi)，可以將該外殼體運(yùn)送到要求負(fù)載平衡的區(qū)域內(nèi)。以此方式，可以將蓄能器設(shè)置得靠近一些存在滿足峰值需要的區(qū)域。這樣的系統(tǒng)是特別有益的，僅周期性或短時(shí)間周期需要該負(fù)載平衡系統(tǒng)，如滿足非常天氣時(shí)期的需要。因此可運(yùn)送系統(tǒng)能夠通過(guò)在需要時(shí)間和地點(diǎn)提供蓄能器而降低成本，不需要安裝永久蓄能器以及伴隨一些傳輸布線。這樣的可運(yùn)送系統(tǒng)可以位于通過(guò)現(xiàn)有電力網(wǎng)進(jìn)行局部配電的供電局。這樣的可運(yùn)送系統(tǒng)還可以位于所需能量高于正常電能量的特定設(shè)施處。
圖4所示的一組電容器存儲(chǔ)器250可以在第一場(chǎng)所充電，接著被運(yùn)送到一個(gè)或多個(gè)不同場(chǎng)所并隨時(shí)間流逝而進(jìn)行放電。該組電容器存儲(chǔ)器250接著可以返回到第一場(chǎng)所而得以再次充電，可以在當(dāng)前場(chǎng)所進(jìn)行充電，或者可以將其運(yùn)送到不同的充電場(chǎng)所。該組電容器存儲(chǔ)器250可以在搬遷中將其能量傳遞到一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)。
圖5示出了一特定星期中理論峰值電能需求負(fù)載的圖形。可以看出，能量需電量在任何一天的不同時(shí)間波動(dòng)很大。由直線表示一周時(shí)間的當(dāng)量平均需電量。盡管不能獲得如直線圖所示的均勻一致的需電量，但是本發(fā)明系統(tǒng)降低了峰值需電量水平，并使每天總能量需求曲線實(shí)現(xiàn)平衡。
圖6表示特定星期中實(shí)際每天計(jì)量的一個(gè)消費(fèi)者的能量使用和相當(dāng)于每日負(fù)載周期的能量包輸送。由圖形陰影部分構(gòu)成的區(qū)域表示該星期中每天的實(shí)際能量使用量(負(fù)載)。如圖所示，任何給定一天的實(shí)際用量普遍依賴于該天中的時(shí)間。因此，當(dāng)由特定發(fā)電站供電的其他消費(fèi)者有相同的需要圖形時(shí)，可以理解，向這樣的消費(fèi)者供電的發(fā)電站在整個(gè)這一天中必須以不同水平工作以滿足需求。如上所述，這不是令人滿意的情況。發(fā)電站最好是以其最佳輸出電平或在最佳輸出電平附近連續(xù)工作。圖形的垂直條表示等于變動(dòng)每日負(fù)載周期的電能包值。如圖6所示，電能包值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在任何給定時(shí)間由消費(fèi)者加在系統(tǒng)上的最大負(fù)載。但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以在非峰值時(shí)間向額外的消費(fèi)者供應(yīng)額外的能量?？梢酝ㄟ^(guò)合計(jì)相同消費(fèi)者的負(fù)載而使能量包輸送值盡可能恒定來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。在此方式下，不必根據(jù)峰值需求的要求量來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)電站。尤其是，在最佳效率附近工作的較小發(fā)電站能夠滿足特定數(shù)量消費(fèi)者的能量需電量，否則，則需要較大電站來(lái)滿足變動(dòng)的每日需求。同樣地，在其最佳水平或最佳水平附近運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)有發(fā)電站能夠向額外的消費(fèi)者供電。例如在給定區(qū)域內(nèi)，消費(fèi)者每日的峰值負(fù)載乘以消費(fèi)者的數(shù)量獲得的負(fù)載為100MW。因此，向這些消費(fèi)者提供電能的發(fā)電站必須設(shè)計(jì)成具有至少足以滿足100MW負(fù)載的輸出。但是，在該天中的許多時(shí)間，需求較低而使發(fā)電站以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其最佳水平的狀態(tài)工作。但是使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，輸出明顯降低并且每天以最佳效率24小時(shí)或接近最佳效率24小時(shí)工作的發(fā)電站能夠滿足相同能量的需求。這樣，可以建成較小的而且成本較低發(fā)電站以滿足將來(lái)的能量需求。至少在礦物燃料燃燒電站和核電站中，高發(fā)電站效率的間接結(jié)果是減少排放和降低相應(yīng)的污染問(wèn)題。而且，不具有滿足給定區(qū)域中峰值電流需電量要求的發(fā)電量的舊發(fā)電站現(xiàn)在可以根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行工作，以滿足該區(qū)域在所有時(shí)間包括峰值需電量時(shí)間中的功率需要。其結(jié)果是，建造較少的新發(fā)電站和傳輸分配線，因此會(huì)降低向消費(fèi)者供電的成本；供給消費(fèi)者的能量的成本很大一部分與收回修建新發(fā)電站和配電系統(tǒng)的成本有關(guān)。
圖7示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的步驟的流程圖。在流程圖中給出了這些步驟并重述了上述步驟，以便使用本發(fā)明。在步驟300，以傳統(tǒng)或非傳統(tǒng)方式產(chǎn)生電能。在步驟310，一些電能可以以大小改變的包形式分配，以便在步驟320在一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器中充電或存儲(chǔ)電能。當(dāng)消費(fèi)者需電量上升時(shí)，負(fù)載330加在電容器存儲(chǔ)器上，在步驟340，電容器存儲(chǔ)器響應(yīng)此需要而進(jìn)行放電。在完全或部分放電后，在步驟350，電容器存儲(chǔ)器可以再充電以在第二天(或一些另外的時(shí)間段中)使用。
下面參照?qǐng)D8和圖9詳細(xì)說(shuō)明適于在本發(fā)明中使用的特殊電容器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道這里所描述的電容器不是唯一可在本發(fā)明中使用的電容器。這里描述的電容器表示在本申請(qǐng)申請(qǐng)日所在時(shí)期本發(fā)明的合理方式?？梢圆捎闷渌阎瓦€未設(shè)計(jì)出的多種電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不限于這里所公開的特殊電容器設(shè)計(jì)。
如圖8所示，可以使用電化學(xué)電容器400來(lái)提供必要的存儲(chǔ)容量。盡管電化學(xué)電容器400可以具有對(duì)稱或非對(duì)稱設(shè)計(jì)，但是圖8所示的電容器最好是非對(duì)稱的。US6,222,723中已經(jīng)公開了這樣的電容器，本發(fā)明通過(guò)參考而合并其內(nèi)容。在這樣的電容器中，電池410具有第一電極和第二電極，這些電極具有不同的絕對(duì)電容。水成電解液位于電極之間。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了較小電容值電極的全電容值，由此提供具有高能量存儲(chǔ)密度的存儲(chǔ)裝置。水成電解液的使用進(jìn)一步提高了性能，降低了成本，并且具有非可燃性。在所示的電池組400中，電池410由導(dǎo)電板420隔開。電化學(xué)電容器400可以是鎳—金屬—?dú)浠?，但是為了提供更高的電荷密度，最好是鉛—酸結(jié)構(gòu)。
在圖9所示的本發(fā)明特別實(shí)施例中，使用了陶瓷電容器來(lái)存儲(chǔ)電能。當(dāng)采用上述電化學(xué)電容器設(shè)計(jì)時(shí)，電容器組450可以用于提供必要的存儲(chǔ)量。本發(fā)明的陶瓷電容器450最好具有低溫冷卻子系統(tǒng)110。該電容器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在小電容器中的大量電能的直接存儲(chǔ)，由此使本發(fā)明得以在住宅中使用。US4,599,677中已經(jīng)公開了這樣的電容器450，本發(fā)明通過(guò)參考而合并其內(nèi)容。可以使用斯特林循環(huán)低溫冷卻器120來(lái)驅(qū)動(dòng)低溫冷卻子系統(tǒng)110。電容器組450可以裝在杜瓦容器460中并浸沒(méi)在液氮470中。低溫冷卻子系統(tǒng)110用于保持液氮470。
無(wú)論是哪一種設(shè)計(jì)的電容器，其均可通過(guò)連接電力公司配電和輸電電力網(wǎng)的AC-DC變換器500來(lái)接收其能量電荷。最好，還使用雙向AC-DC變換器500來(lái)接收來(lái)自變換器500的DC輸入，從而向電容器提供DC輸出，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)其充電。在通過(guò)DC-AC逆變器530向AC電壓轉(zhuǎn)換之前，雙向DC-DC變換器520最好還能將來(lái)自電容器的DC輸出轉(zhuǎn)換成較高的DC電壓。電容器還可任意向DC電器輸出DC電壓，而不需要AC/DC變換。當(dāng)要求將電容器的DC輸出變換成用于傳輸給負(fù)載的AC電源時(shí)，使用DC-AC逆變器530。
本發(fā)明系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成在兩種基本模式下工作。如圖8所示，系統(tǒng)能夠在具有串聯(lián)連接電壓輸入(voltage injection)模式下工作。電能可以通過(guò)發(fā)電站配電和輸電電力網(wǎng)510輸送到電容器400以使其充電。在此模式下，可以從電容器400中釋放能量或通過(guò)550輸送到特定負(fù)載，通過(guò)540輸送回配電和輸電電力網(wǎng)510，以便分配到別處，或可以向兩個(gè)地方輸送。在由電容器向額定負(fù)載或向配電和輸電電力網(wǎng)510的電能傳遞中，切斷AC-DC變換器500。圖9示出了第二種工作模式。在該實(shí)施例中，系統(tǒng)在具有并聯(lián)連接的電流輸入結(jié)構(gòu)中工作。當(dāng)在圖8的模式下，為了實(shí)現(xiàn)電容器450的充電，電能可以通過(guò)配電和輸電電力網(wǎng)510輸送到電容器450上。在此模式下，雙向逆變器560使電能得以由電容器450輸送到額定負(fù)載，或通過(guò)580傳遞回配電和輸電電力網(wǎng)510。在電容器充電過(guò)程中，雙向逆變器用于變換來(lái)自配電和輸電電力網(wǎng)510的AC充電電壓變換成DC電壓，以便輸入到電容器內(nèi)。當(dāng)電容器放電時(shí)，雙向逆變器560工作而將電容器的DC電壓變換成AC電壓，以便將其傳遞到額定負(fù)載或傳遞回配電和輸電電力網(wǎng)510。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，任何被看作適于在本發(fā)明系統(tǒng)中使用的電容器可以有效地在上述的和圖8和9中示出的任一模式下工作。在文字說(shuō)明或附圖中沒(méi)有任何內(nèi)容表示所示的和/或所述的電容器被限于一種特殊工作模式。
位于單個(gè)電容器存儲(chǔ)器或電容器存儲(chǔ)器組的或其附近的控制設(shè)備80(圖1-圖4)可以用于與中央控制器90進(jìn)行通信。中央控制器90監(jiān)視和控制變換器500與電力網(wǎng)510連接，以便對(duì)電容器存儲(chǔ)器50、150、200、250進(jìn)行充電，并在需要時(shí)在另一時(shí)間使其斷開與電力網(wǎng)的連接。中央控制器90還可便于電容器存儲(chǔ)器與配電和輸電電力網(wǎng)的連接，以及隨后從電容器存儲(chǔ)器中向配電和電力網(wǎng)中釋放電能。為了滿足峰值需求或在緊急情況下可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程。
控制設(shè)備80和中央控制器90可以實(shí)現(xiàn)多種功能。例如，控制設(shè)備80和中央控制器90可以工作以監(jiān)視變動(dòng)的電能費(fèi)用，并在必須最大程度節(jié)省費(fèi)用時(shí)在電力公司供應(yīng)電能和存儲(chǔ)電能之間切換。例如，如果購(gòu)買電能的費(fèi)用在特定一天或多天時(shí)期中大幅度提高，但是預(yù)期以后要下降，則可以向控制設(shè)備發(fā)出信號(hào)，以將充電的電容器存儲(chǔ)器或一組充電的電容器存儲(chǔ)器與負(fù)載連接，為的是向其供應(yīng)必要的電能，同時(shí)斷開負(fù)載與電力公司電力網(wǎng)的連接。其后，電容器存儲(chǔ)器可以向負(fù)載供應(yīng)所需的電能，直到電能費(fèi)用降低為止，其中負(fù)載可以再與電力公司電力網(wǎng)連接而對(duì)電容器存儲(chǔ)器再充電。存儲(chǔ)在電容器存儲(chǔ)器中電能還能夠賣給其他電力公司，或在消費(fèi)者所有的系統(tǒng)的情況下，可以以賣給供電的電力公司或其他電力公司或其他消費(fèi)者。如果存儲(chǔ)在消費(fèi)者所有的系統(tǒng)中的電能能夠賣給發(fā)電的電力公司或其他一方，則消費(fèi)者可以裝備有特殊的電表，該電表能夠用所存儲(chǔ)電能的銷售抵付消費(fèi)者已經(jīng)從電力公司中獲取的電能。
響應(yīng)電能的存儲(chǔ)，控制設(shè)備80和中央控制器90還可以進(jìn)行工作，以分配來(lái)自在一個(gè)或多個(gè)缺電場(chǎng)所的一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)電能。例如，如果電力公司的發(fā)電站必須停工以便進(jìn)行保養(yǎng)或維修，必須從備用電源獲得通常由電站供應(yīng)的電能。為此，控制設(shè)備80和中央控制器90可以用于確定什么地區(qū)需要由備用電源供應(yīng)電能，以及什么備用電能源可供使用。控制設(shè)備80和中央控制器90可接著起作用以從一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器中獲得存儲(chǔ)的電能，并將電能分配到需要該電能的區(qū)域。還可以在對(duì)電能的需求大于由傳統(tǒng)能源的供電時(shí)實(shí)現(xiàn)這樣的功能。
一旦本發(fā)明的電容器存儲(chǔ)器進(jìn)行放電，則必須向其再供應(yīng)電能，使得其在以后的時(shí)間可以再次放電?？刂圃O(shè)備80和中央控制器90還可以實(shí)現(xiàn)該功能?？刂圃O(shè)備80和中央控制器90能夠監(jiān)視電容器存儲(chǔ)器的狀態(tài)以及對(duì)與它們通信的電力網(wǎng)的需求量，為的是確定向電容器存儲(chǔ)器輸送電能以便對(duì)其充電的最佳時(shí)間。最好，在非峰值時(shí)期進(jìn)行電容器存儲(chǔ)器的再充電，但是，其他因素如電容器存儲(chǔ)器的電荷電平和電能的電流費(fèi)用也會(huì)影響準(zhǔn)備進(jìn)行再充電的決定。
最好，控制設(shè)備80和中央控制器90采用微處理器來(lái)優(yōu)化電容器存儲(chǔ)器的充電和放電。例如，中央控制器90可以采用微處理器來(lái)監(jiān)視和分析變動(dòng)的電能費(fèi)用，并且對(duì)費(fèi)用是否會(huì)提高或降低以及什么時(shí)候提高或降低作出預(yù)報(bào)。微處理器還可以用于存取對(duì)電力網(wǎng)的需求，并且優(yōu)化電力公司發(fā)電設(shè)施和組合資源和存儲(chǔ)在本發(fā)明基于電容器的存儲(chǔ)系統(tǒng)中的電能。微處理器還可以在控制設(shè)備中使用，用于監(jiān)視電容器存儲(chǔ)器的狀態(tài)并向中央控制器90顯示電容器存儲(chǔ)器狀態(tài)。中央控制器90和控制設(shè)備80的微處理器還可以進(jìn)行通信，以便確定電容器存儲(chǔ)器應(yīng)該進(jìn)行放電或再充電的最佳時(shí)間。
當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電容器存儲(chǔ)器放置在消費(fèi)者場(chǎng)所時(shí)，像本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所設(shè)計(jì)的那樣，消費(fèi)者可以接收能量，如白天的能量需要，盡管不是必要的，但最好是在非峰值時(shí)間。本發(fā)明電能包得以定期向電容器存儲(chǔ)器傳輸，使得能夠平衡發(fā)電站的發(fā)電。例如，可以將能量包傳輸安排在其他需求降低的睡覺時(shí)間。電力公司能夠以此方式大大提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電容器現(xiàn)在能夠以超過(guò)100焦耳/立方厘米(joules/cc)的密度存儲(chǔ)電能。由于采用額定值為50焦耳/立方厘米的電容器，在130立方英尺電池中存儲(chǔ)的能量可以達(dá)到50kWh，其大小大約是每邊5英尺見方。因此，在超過(guò)100焦耳/立方厘米的存儲(chǔ)密度，電容器存儲(chǔ)器的尺寸將實(shí)際上小于130立方英尺。還可以構(gòu)造實(shí)際較大的存儲(chǔ)器以具有較大的能量存儲(chǔ)額定值。可以在商業(yè)上使用成比例增大的電容器存儲(chǔ)器，或可以將其成組大量安裝以有益于較大范圍內(nèi)的使用。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，這樣的電容器“場(chǎng)”可以安裝在發(fā)電站或供電局附近，并作為主要存儲(chǔ)能源使用，以便有助于在每天峰值需求時(shí)間向電力網(wǎng)供電。另外，這樣的電容器“場(chǎng)”可以安裝在遠(yuǎn)離發(fā)電站的場(chǎng)所，以有助于最大程度減少對(duì)額外傳輸線的需要。多能量分組可以在晚上傳輸?shù)綀?chǎng)內(nèi)，并且在每天需要時(shí)將存儲(chǔ)的能量釋放到電力公司電力網(wǎng)中。
除了上述的電能存儲(chǔ)用途外，可以預(yù)見本發(fā)明系統(tǒng)還可以用于向車輛或其他設(shè)備提供電力或其他電力。例如，本發(fā)明的電容器存儲(chǔ)器可以用于電動(dòng)汽車、卡車或輕軌系統(tǒng)。在輕軌系統(tǒng)中，電容器存儲(chǔ)器能夠用于由點(diǎn)A至點(diǎn)B驅(qū)動(dòng)列車或有軌電車，并使其沿重復(fù)環(huán)線返回。每次停止在點(diǎn)A和點(diǎn)B時(shí)，電容器存儲(chǔ)器能夠接受電力充電，該電力足以保證提供使列車行至下一點(diǎn)的足夠電能。在這樣的方式下，不要求點(diǎn)A和點(diǎn)B之間建成配電導(dǎo)軌或線路。
如上所述，本發(fā)明系統(tǒng)允許有效而低成本地存儲(chǔ)大量電能。系統(tǒng)能夠具有多種用途，如提供電能以支持負(fù)載平衡或峰值抑制(shaving)、供應(yīng)短期電能以維持家庭、營(yíng)業(yè)或工廠運(yùn)轉(zhuǎn)或者提供電力質(zhì)量管理。本發(fā)明系統(tǒng)使電能存儲(chǔ)得以在大于現(xiàn)有可能范圍的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還提供小巧的存儲(chǔ)介質(zhì)。
盡管上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本發(fā)明的范圍不受到該公開內(nèi)容的限制，可以有不背離本發(fā)明精神的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種配電系統(tǒng)，包括電能源；至少一個(gè)與所述電能源相連的電容器，該電容器并進(jìn)一步與消費(fèi)者能量使用網(wǎng)絡(luò)相連，所述電容器具有足夠的能量存儲(chǔ)容量以滿足消費(fèi)者一段時(shí)間的能量需求，所述一段時(shí)間超過(guò)所述電容器存儲(chǔ)所述能量所需的時(shí)間；由所述電能源傳來(lái)的并存儲(chǔ)在所述電容器中的一些電能；從所述至少一個(gè)電容器釋放到所述網(wǎng)絡(luò)中的電能；以及在所述電容器已至少部分放電后從所述電能源傳來(lái)的并存儲(chǔ)在所述電容器中以便使所述電容器充電的另外一些電能。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述網(wǎng)絡(luò)是消費(fèi)者家庭供電電線網(wǎng)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述網(wǎng)絡(luò)是營(yíng)業(yè)場(chǎng)所的供電電線網(wǎng)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述網(wǎng)絡(luò)是與所述電能源相連的配電電力網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是礦物燃料發(fā)電站。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是核電站。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是水力發(fā)電站。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是太陽(yáng)能發(fā)電站。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是風(fēng)力發(fā)電站。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是電化學(xué)電容器。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是低溫陶瓷電容器。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是電解電容器。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將來(lái)自所述電能源的AC電能變換成存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)電容器中的DC電能的裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)電容器中的DC電能變換成以便輸送到負(fù)載的AC電能的裝置。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器將DC電能輸送到所述網(wǎng)絡(luò)中以便向與其相連的一個(gè)或多個(gè)DC負(fù)載供電。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括使所述電能源和所述至少一個(gè)電容器之間進(jìn)行通信的控制設(shè)備，使得所述至少一個(gè)電容器可以在需要時(shí)由所述電能源自動(dòng)充電。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在對(duì)所述電能源有較低的電能需求時(shí)，將所述電能傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)電容器。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是可運(yùn)送的。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器可以在第一場(chǎng)所充電，并在一個(gè)或多個(gè)另外的場(chǎng)所放電。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對(duì)所述至少一個(gè)電容器再充電所需的電能包由所述電能源釋放到所述網(wǎng)絡(luò)中，所述電能包此后傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)電容器。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中在所述電能包由所述電能源釋放到所述網(wǎng)絡(luò)和所述電能包傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)電容器之間有一個(gè)延遲。
22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述電能源將所述電能包釋放到所述網(wǎng)絡(luò)中所需的時(shí)間和所述至少一個(gè)電容器存儲(chǔ)所述電能的時(shí)間之間有一個(gè)時(shí)差。
23.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中全部所述電能包立即釋放到所述網(wǎng)絡(luò)中。
24.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中全部所述電能包在延長(zhǎng)的時(shí)段期間釋放到所述網(wǎng)絡(luò)中。
25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電能的放電持續(xù)時(shí)間較短，并用于保持電力質(zhì)量。
26.一種儲(chǔ)電和配電系統(tǒng)，包括電能源；至少一個(gè)電容器，連接于所述電能源并進(jìn)一步連接于配電電力網(wǎng)；用于從所述電能源向供存儲(chǔ)的所述至少一個(gè)電容器傳輸一些電能的路徑；以及用于將通過(guò)所述至少一個(gè)電容器存儲(chǔ)的一部分電能傳輸?shù)脚潆婋娏W(wǎng)的路徑。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是礦物燃料發(fā)電站。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是核電站。
29.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是水力發(fā)電站。
30.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是太陽(yáng)能發(fā)電站。
31.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述電能源是風(fēng)力發(fā)電站。
32.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是電化學(xué)電容器。
33.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是低溫陶瓷電容器。
34.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是電解電容器。
35.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將來(lái)自所述電能源的AC電能變換成存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)電容器中的DC電能的裝置。
36.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)電容器中的DC電能變換成以便輸送到負(fù)載的AC電能的裝置。
37.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括使所述電能源和所述至少一個(gè)電容器之間進(jìn)行通信的控制設(shè)備，使得所述至少一個(gè)電容器可以在需要時(shí)由所述電能源自動(dòng)充電。
38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述控制設(shè)備進(jìn)一步使存儲(chǔ)的電能得以響應(yīng)需求而自動(dòng)從所述至少一個(gè)電容器釋放到所述配電電力網(wǎng)中。
39.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中在對(duì)所述電能源有較低電能需求時(shí)將所述電能輸送到所述至少一個(gè)電容器中。
40.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器位于所述電能源處或其附近。
41.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是便攜式的，并且可以被運(yùn)送到需要額外電能的場(chǎng)所，并與所述場(chǎng)所的配電電力網(wǎng)相連。
42.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)電容器連接在一起以提供大的電能存儲(chǔ)容量。
43.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器是可運(yùn)送的。
44.如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電容器可以在第一場(chǎng)所充電，并在一個(gè)或多個(gè)其它場(chǎng)所放電。
45.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中具有對(duì)所述至少一個(gè)電容器再充電所需大小的電能包由所述電能源釋放到所述路徑中，所述電能包此后輸送到所述至少一個(gè)電容器中。
46.如權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中在所述電能包由所述電能源釋放到所述路徑中和所述電能包傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)電容器之間有一個(gè)延遲。
47.如權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中在所述電能源將所述電能包釋放到所述路徑中所需的時(shí)間和所述至少一個(gè)電容器存儲(chǔ)所述電能的時(shí)間之間有一個(gè)時(shí)差。
48.如權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中全部所述電能包立即釋放到所述路徑中。
49.如權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中全部所述電能包在延長(zhǎng)的時(shí)段期間釋放到所述路徑中。
50.一種儲(chǔ)電和配電以便實(shí)現(xiàn)電力負(fù)載平衡的方法，所述方法包括提供電能源；提供能夠存儲(chǔ)大量電能的至少一個(gè)電容器，所述至少一個(gè)電容器與所述電能源進(jìn)行通信；向所述至少一個(gè)電容器提供一些能量，以便在對(duì)所述電能源有較低電能需求的時(shí)期對(duì)所述電容器充電；在對(duì)所述電能源有較高需求的時(shí)期，將存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)電容器中的至少一部分所述電能釋放給由所述電能源供電的負(fù)載；以及分別在較低和較高電能需求時(shí)期對(duì)所述至少一個(gè)電容器重復(fù)充電和放電。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括與所述至少一個(gè)電容器相連的配電網(wǎng)絡(luò)
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器位于住宅處。
53.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器位于營(yíng)業(yè)場(chǎng)所。
54.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器位于所述電能源處或其附近。
55.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述配電網(wǎng)絡(luò)位于住宅并適于從所述至少一個(gè)電容器向位于其中的至少一個(gè)負(fù)載輸送電能。
56.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述配電網(wǎng)絡(luò)位于營(yíng)業(yè)場(chǎng)所并適于從所述至少一個(gè)電容器向位于其中的至少一個(gè)負(fù)載輸送電能。
57.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述配電網(wǎng)絡(luò)是由所述電能源向其消費(fèi)者輸送電能的配電電力網(wǎng)的一部分。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器設(shè)計(jì)成存儲(chǔ)一些電能，供以后輸入給所述配電電力網(wǎng)。
59.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器設(shè)計(jì)成存儲(chǔ)可在以后提供至少一個(gè)特定負(fù)載所需的至少一部分電能。
60.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器是便攜式的，并可運(yùn)送到需要負(fù)載平衡的場(chǎng)所，所述至少一個(gè)電容器適于連接于與所述電能源相連的配電電力網(wǎng)。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其中所述至少一個(gè)電容器可以在第一場(chǎng)所充電，并在一個(gè)或多個(gè)其它場(chǎng)所放電。
62.如權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括將來(lái)自所述電能源的AC電能變換成存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)電容器中的DC電能的裝置。
63.如權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括將來(lái)自所述至少一個(gè)電容器中的DC電能變換成輸送到負(fù)載的AC電能的裝置。
64.如權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括提供使所述電能源和所述至少一個(gè)電容器之間進(jìn)行通信的控制設(shè)備，使得所述至少一個(gè)電容器可以在需要時(shí)由所述電能源對(duì)其自動(dòng)充電。
65.如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中由所述電能源釋放對(duì)所述至少一個(gè)電容器再充電所需大小的電能包，所述電能包此后傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)電容器。
66.如權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中在由所述電能源釋放所述電能包和所述電能包傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)電容器之間有一個(gè)延遲。
67.如權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述電能源釋放所述電能包所需的時(shí)間和所述至少一個(gè)電容器存儲(chǔ)所述電能的時(shí)間之間有一個(gè)時(shí)差。
68.如權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述電能源立即釋放全部所述電能包。
69.如權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述電能源在延長(zhǎng)的時(shí)段期間釋放全部所述電能包。
全文摘要
基于電容器的儲(chǔ)電和配電系統(tǒng)能夠在電能使用峰值需求時(shí)期實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡(參照?qǐng)D8)?？梢杂迷诘托枨髸r(shí)期由電力公司生產(chǎn)的電能對(duì)電容器(400)充電。存儲(chǔ)在電容器(400)中的電能能夠釋放到電力公司的配電電力網(wǎng)(510)中以便增大可供使用的電能總量。
文檔編號(hào)H02J3/32GK1650505SQ01817170
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者約翰·M.·普羅萬(wàn)薩納, 約翰·M.·施奈德, 阿里·諾埃, 沃倫·W.·瓦爾布恩, 布倫丹·J.·韋爾 申請(qǐng)人:美國(guó)電力公司