电力负载平衡系统和电能包存储的制作方法

专利名称：电力负载平衡系统和电能包存储的制作方法
本申请要求于2000年10月10日申请的、申请号为60/239,560的美国临时申请的优先权。
背景技术：
和发明主要内容本发明总体上涉及供电和配电，特别涉及包括能量包存储组件的电力负载平衡系统。全世界多年来社会上住宅和商业能量需求的支柱是发电和配电。现在已有各种形式的发电，包括煤火力发电站、核电站、水力发电站、风力发电站和其它发电站。所有这些形式的发电对于发电领域的技术人员来说是公知的，这里不需要对其工作的细节进行描述。全世界已有大量有关这些公知形式发电的公开文献。
当发电量增加时，电力使用增加。这是由于许多社会因素造成的。首先，世界上每个国家的人口实际在增加，导致了更大的电力需求。其次，消费者产品常常设计成使用电能以便进行工作。由于技术的发展，与世界历史上任何时期相比，现今有更多电子产品供使用。第三，制造厂已经认识到机械自动控制能够提高工厂的生产率和降低生产成本，这样的自动控制也需要电能。这样，总的结果是，与以前相比对电能有更大的需求。
全世界有关能量消费的另一个共同的现象是，在一天的特定时段消费量较高。在任何给定时区，上午6点至晚上10点的时段用电量最大，通常称为“活动时段”。在晚上10点到第二天的上午6点之间，大多数人入睡，因此，使用很少的电能，这个时段通常被称为“入睡时段”。为了避免能量“警戒灯火管制”，或更糟糕的“灯火管制”，电力公司必须能够满足给定的一天24小时中的“峰值要求”所需的电量。在活动时段中发生这些峰值要求需电量，从跟踪能量使用获得的历史数据，能够相当精确地预测实际上任何社会团体中每天每个小时需要多少能量。因此，峰值要求是设计任何给定区域所需要的发电站大小和数量的主要因素之一。
使用峰值要求需电量以确定发电站容量的问题在于，如果给定区域内的峰值需求时期是X千瓦-小时，仅在每天8小时的时期要求该需求量，并且该天其余时间的平均需求量是X的一半，则每天其余16小时不能有效利用发电站的设计容量。所述的另一种方式，如果利用每个发电站每天的全部能量容量，则由于所有天即每一天完全利用了每个发电站，因此需要较少的发电站。于是根据总能量需要而不是峰值要求需要来进行设计和使用。使用峰值要求需电量还可以造成低效率使用由发电站使用的配电和输电系统来输送其产生的电能。
本发明能够在整个一天中使电力负载平衡。负载平衡是发电站中能量生产的平衡，使得发电站所有工作时段生产相同量的能量，同时在整天中满足消费者的全部能量需要。由于，峰值要求时期很可能继续发生，因此可以通过使用能量存储器实现负载平衡。换句话说，通过产生电能并在低需电量时期如入睡时段存储该电能，存储的电能可以在峰值要求时期用于弥补在峰值要求时期必须生产的能量。
根据本发明的一个实施例，使每整天中能量的生产更为平衡。在夜晚，生产能量并将其存储在专门的电容器中，这些电容器可以设在发电站或供电局处或其附近。第二天，存储的能量可以被输入到电力公司配电和输电电力网中，以便满足给定住宅、营业场所或与其电力网连接区域的全部或部分能量需要。通过在峰值要求时期使用存储的能量，使服务该区域的发电站实时生产较少的能量。在本发明其它实施例中，可以设置电容器以使其得以放置在住宅如地下室内或建筑外附近。较大的基于电容器的能量存储系统可以放置在营业办公场所或工厂内或附近。相反，还可能生产安装在个人负载处的这样的较小规模的系统，这些负载如复印机、PC机、服务器或需要供电以进行工作的众多其它设备。最好，无论基于电容器的能量存储系统是放置在系统终端用户附近还是在发电或配电场所处，这些系统都具有标准组件结构以便于有效安装、扩展和维修。最好在每个系统的电源和负载处都保持模块性。在这些实施例中，本发明使存储的电能得以在峰值要求时期使用，以便降低对变电站供电和配电的实时依赖性。
可以通过连接具有高能量存储容量的电容器的普通能量分配设备来实现本发明，其中根据需要而经常用由发电站产生的能量对电容器“充电”。向电容器供应充电能量的发电站可以是普通矿物燃料燃烧发电站或核电站，或者可以由备用能源构成，如太阳能源、风力源或水力电源。与公知的能量存储系统如电池存储系统不同，本发明的电容器可以直接存储大量电能。电容器是能够直接存储和传输电能的静电装置，并且为了产生电能不需要象电池那样发生化学反应。可以使用额外的普通电气设备将电容器与住宅、营业场所或被服务区域连接，并且从充电的电容器向终端用户输电。由电容器供电的电能可以以DC形式输送，或可以作为单相或多相AC输送。最好提供变换器/逆变器设备以适当改变供给电容器或从电容器释放的电能的形式。
在本发明中，使用专用电容器以便于使用上述系统。在本发明的一个实施例中，电容器可以具有对称的或非对称的多种电化学设计结构。电化学电容器使电能直接存储在迄今无可匹敌的小型装置中。可以采用本发明的其它实施例，如还可以提供所要求存储容量的电解电容器或低温电容器。
本发明的内在优点是能够充分降低或甚至消除如电力“振荡”、“脉冲”和“跳跃”这样的异常，由此提高所谓的“电力质量”。这些现象是令人遗憾的，而且在较大距离配电和输电线路上向终端用户输送电能(即电子)时实际上是不可避免的。由于多种原因而发生电力质量问题，包括电系统设计误差、电系统结构误差、接地误差、谐波和负载交互作用。尽管当考虑了每天向任何区域输送的全部能量时这些异常不是非常普遍，它们也会给终端用户带来严重问题。例如，在当今的计算机使用时代，尽管是暂时的能量脉冲或跳跃，也能够引起电子文件丢失或损坏，还能引起计算机系统毁坏。与上述电能存储概念相反，为保持电力质量而必须提供的电能的持续时间极短。例如，已经发现，大多数电力质量现象发生在1AC周期或小于此周期中，10个周期通常远远足以缓和电源电压中的任何瞬间扰动。这样，为了实现本应用，电力质量维持和提高通常表示本发明能够提供所需的1秒或更短的电力输出水平。当用于电力质量目的时，最好耗尽存储在电容器中的电能。该功能与电能存储功能相反，其中，本发明的电能存储系统向负载或多个负载提供更长期的电力，其中电容器可以放电直到其储能基本耗尽或直到手动操作将其切断。这样，尽管电能存储和电力质量保持是两项可区别的任务，但是本发明系统能够工作以同时实现这项任务。例如，本发明的一个实施例提供现场电容器以直接满足使用存储能量而不是实时直接供应能量的该场所的需要。使用电容器的存储能量不仅可以满足现场负载的需电量，而且还用于通过响应电力质量扰动进行短持续时间的放电来保证电力质量。同样地，可以使用本发明“离开现场系统”来实现相同的效果。因此，本领域技术人员应该认识到，通常可以间接地使用本发明系统以保持和提高电力质量。
附图简要说明除了上述新颖性特征和优点外，从以下


和实施例将很容易看出本发明的其它目的和优点，其中几个附图中使用的相同标号表示相同的或等同的特征，其中图1是与单相负载一起使用的本发明系统一个实施例示意图，所示的系统设在住宅中；图2是与单相负载或三相负载一起使用的本发明系统另一实施例示意图，一般可在营业场所见到；图3是表示使用一组电容器的本发明系统又一实施例示意图，如可以位于发电站、供电局或实际任何需要DC或单相或多相AC电能的场所；图4是本发明系统另一实施例示意图，其中一组电容器设计成可运输的；图5是正常电能载荷要求相对给定区域的最高要求负荷的曲线图
图6是当在给定区域内使用本发明系统时电能载荷要求和电能传输的图形；图7是本发明一个实施例的步骤的流程图；图8是本发明基于电容器的电能存储系统一个实施例示意图，其中采用了电化学电容器；以及图9是本发明基于电容器的电能存储系统一个实施例示意图，其中采用具有低温冷却子系统的低温电容器。
优选实施例现在参照附图和图1，示出了由标号10表示的本发明实施例。在该实施例中，在发电站20发出电能，并通过传统的能量传输分配线30将该电能分配给设置有电容存储装置50的住宅40。发电站20可以是传统的矿物燃料燃烧发电站或核电站，或者可以是太阳能、风能或其它可选择的能源。每个住宅可以有一个或多个电容存储装置50，该电容存储装置50各自具有一个或多个电容器(例如在住宅的地下室)，该电容器为了接收电荷而通过用户引入线60和电表65或类似装置与传输分配线30电连接。可以以大小未确定的电能“包”形式传输电荷，而足以在特定电容存储装置50中储存供给定时期(例如在一天中睡醒的一段时间)使用的足够能量。可以在较短时期内进行电能包的传输，或者可以是延长的过程。电容存储装置50可以接入住宅的内部配线网(与普通电源线接入该网一样)，从而提供住宅内电器工作所需的所有或部分电力。这样的电器可以通过硬连线接入住宅内配线网，或者还可以通过普通电墙出口(electrical walloutlet)接收电力。另外，或者与上述网联接的一定装置如器具、计算机和其它耗电电器可以装备有存储电能的单个电容存储装置50。当白天从电容存储装置50取能量时，电容器慢慢释放存储的电能。此后，在睡觉时的夜晚，电容存储装置50可以再充电，以便为第二天的应用服务。可以在电容存储装置50用坏了而不得不进行更换之前，在多年的时期内重复该过程多次。
图2示出了本发明的商业应用。在这样的应用中，一个或多个电容器存储器150(其尺寸可以但不必大于在住宅使用的电容器存储器)可以放置在营业场所160或靠近营业场所160，以在通常的营业日满足所有或部分能量需要。该电容器存储器150可适于向营业场所160供应单相或三相电力。由于营业场所可在主建筑结构170内或次要建筑180内设有供较大电容器放置的房间，因此本发明这样的营业应用具有更高的适应性。
图1所示的实施例是住宅应用，而在图2所示的实施例中，再次在发电站20产生电能并通过普通能量传输和分配线30向营业场所160配电，营业场所160中设置一个或多个电容器存储器150。每个营业场所可以具有一组或多组一个或多个电容器存储器150，电容器150通过电表190或类似装置电连接传输分配线30，以便接收电荷。
图3示出了本发明的一组电容器存储器200，位于电能发电站220或供电局处或其附近。在上述实施例中，发电站可以是普通矿物燃料燃烧发电站或核电站，或者可以是太阳能、风能或其它可选择的能源。在本发明实施例中，夜晚或其他非峰值时间产生的电力可以存储在电容器组200内，而供以后在需电的峰值时间输入电力公司电力网。以此方式，通过提高非峰值时间的发电能力，而可以更有效地利用发电站220，由此减少在需电的峰值时间的发电需要，并使发电站的负载平衡。此外，负载平衡还促进了配电器230和用于输送电能的传输系统的有效使用。例如，通过使用负载平衡，与目前相比，单独组件如变压器70(图1和3)可以用于为更多终端用户服务，由此降低了设备和安装的成本。
图4示出了本发明另一实施例，其中一组电容器存储器250设置在外壳体260内，可以将该外壳体运送到要求负载平衡的区域内。以此方式，可以将蓄能器设置得靠近一些存在满足峰值需要的区域。这样的系统是特别有益的，仅周期性或短时间周期需要该负载平衡系统，如满足非常天气时期的需要。因此可运送系统能够通过在需要时间和地点提供蓄能器而降低成本，不需要安装永久蓄能器以及伴随一些传输布线。这样的可运送系统可以位于通过现有电力网进行局部配电的供电局。这样的可运送系统还可以位于所需能量高于正常电能量的特定设施处。
图4所示的一组电容器存储器250可以在第一场所充电，接着被运送到一个或多个不同场所并随时间流逝而进行放电。该组电容器存储器250接着可以返回到第一场所而得以再次充电，可以在当前场所进行充电，或者可以将其运送到不同的充电场所。该组电容器存储器250可以在搬迁中将其能量传递到一个或多个系统。
图5示出了一特定星期中理论峰值电能需求负载的图形。可以看出，能量需电量在任何一天的不同时间波动很大。由直线表示一周时间的当量平均需电量。尽管不能获得如直线图所示的均匀一致的需电量，但是本发明系统降低了峰值需电量水平，并使每天总能量需求曲线实现平衡。
图6表示特定星期中实际每天计量的一个消费者的能量使用和相当于每日负载周期的能量包输送。由图形阴影部分构成的区域表示该星期中每天的实际能量使用量(负载)。如图所示，任何给定一天的实际用量普遍依赖于该天中的时间。因此，当由特定发电站供电的其他消费者有相同的需要图形时，可以理解，向这样的消费者供电的发电站在整个这一天中必须以不同水平工作以满足需求。如上所述，这不是令人满意的情况。发电站最好是以其最佳输出电平或在最佳输出电平附近连续工作。图形的垂直条表示等于变动每日负载周期的电能包值。如图6所示，电能包值远远超过在任何给定时间由消费者加在系统上的最大负载。但是应该认识到，可以在非峰值时间向额外的消费者供应额外的能量。可以通过合计相同消费者的负载而使能量包输送值尽可能恒定来实现负载平衡。在此方式下，不必根据峰值需求的要求量来设计发电站。尤其是，在最佳效率附近工作的较小发电站能够满足特定数量消费者的能量需电量，否则，则需要较大电站来满足变动的每日需求。同样地，在其最佳水平或最佳水平附近运转的现有发电站能够向额外的消费者供电。例如在给定区域内，消费者每日的峰值负载乘以消费者的数量获得的负载为100MW。因此，向这些消费者提供电能的发电站必须设计成具有至少足以满足100MW负载的输出。但是，在该天中的许多时间，需求较低而使发电站以远远低于其最佳水平的状态工作。但是使用本发明的系统和方法，输出明显降低并且每天以最佳效率24小时或接近最佳效率24小时工作的发电站能够满足相同能量的需求。这样，可以建成较小的而且成本较低发电站以满足将来的能量需求。至少在矿物燃料燃烧电站和核电站中，高发电站效率的间接结果是减少排放和降低相应的污染问题。而且，不具有满足给定区域中峰值电流需电量要求的发电量的旧发电站现在可以根据本发明进行工作，以满足该区域在所有时间包括峰值需电量时间中的功率需要。其结果是，建造较少的新发电站和传输分配线，因此会降低向消费者供电的成本；供给消费者的能量的成本很大一部分与收回修建新发电站和配电系统的成本有关。
图7示出了实现本发明一个实施例的步骤的流程图。在流程图中给出了这些步骤并重述了上述步骤，以便使用本发明。在步骤300，以传统或非传统方式产生电能。在步骤310，一些电能可以以大小改变的包形式分配，以便在步骤320在一个或多个电容器存储器中充电或存储电能。当消费者需电量上升时，负载330加在电容器存储器上，在步骤340，电容器存储器响应此需要而进行放电。在完全或部分放电后，在步骤350，电容器存储器可以再充电以在第二天(或一些另外的时间段中)使用。
下面参照图8和图9详细说明适于在本发明中使用的特殊电容器。本领域的技术人员应该知道这里所描述的电容器不是唯一可在本发明中使用的电容器。这里描述的电容器表示在本申请申请日所在时期本发明的合理方式。可以采用其他已知和还未设计出的多种电容器来实现本发明，本发明不限于这里所公开的特殊电容器设计。
如图8所示，可以使用电化学电容器400来提供必要的存储容量。尽管电化学电容器400可以具有对称或非对称设计，但是图8所示的电容器最好是非对称的。US6,222,723中已经公开了这样的电容器，本发明通过参考而合并其内容。在这样的电容器中，电池410具有第一电极和第二电极，这些电极具有不同的绝对电容。水成电解液位于电极之间。该设计实现了较小电容值电极的全电容值，由此提供具有高能量存储密度的存储装置。水成电解液的使用进一步提高了性能，降低了成本，并且具有非可燃性。在所示的电池组400中，电池410由导电板420隔开。电化学电容器400可以是镍—金属—氢化物，但是为了提供更高的电荷密度，最好是铅—酸结构。
在图9所示的本发明特别实施例中，使用了陶瓷电容器来存储电能。当采用上述电化学电容器设计时，电容器组450可以用于提供必要的存储量。本发明的陶瓷电容器450最好具有低温冷却子系统110。该电容器设计实现了在小电容器中的大量电能的直接存储，由此使本发明得以在住宅中使用。US4,599,677中已经公开了这样的电容器450，本发明通过参考而合并其内容。可以使用斯特林循环低温冷却器120来驱动低温冷却子系统110。电容器组450可以装在杜瓦容器460中并浸没在液氮470中。低温冷却子系统110用于保持液氮470。
无论是哪一种设计的电容器，其均可通过连接电力公司配电和输电电力网的AC-DC变换器500来接收其能量电荷。最好，还使用双向AC-DC变换器500来接收来自变换器500的DC输入，从而向电容器提供DC输出，以便实现对其充电。在通过DC-AC逆变器530向AC电压转换之前，双向DC-DC变换器520最好还能将来自电容器的DC输出转换成较高的DC电压。电容器还可任意向DC电器输出DC电压，而不需要AC/DC变换。当要求将电容器的DC输出变换成用于传输给负载的AC电源时，使用DC-AC逆变器530。
本发明系统可以设计成在两种基本模式下工作。如图8所示，系统能够在具有串联连接电压输入(voltage injection)模式下工作。电能可以通过发电站配电和输电电力网510输送到电容器400以使其充电。在此模式下，可以从电容器400中释放能量或通过550输送到特定负载，通过540输送回配电和输电电力网510，以便分配到别处，或可以向两个地方输送。在由电容器向额定负载或向配电和输电电力网510的电能传递中，切断AC-DC变换器500。图9示出了第二种工作模式。在该实施例中，系统在具有并联连接的电流输入结构中工作。当在图8的模式下，为了实现电容器450的充电，电能可以通过配电和输电电力网510输送到电容器450上。在此模式下，双向逆变器560使电能得以由电容器450输送到额定负载，或通过580传递回配电和输电电力网510。在电容器充电过程中，双向逆变器用于变换来自配电和输电电力网510的AC充电电压变换成DC电压，以便输入到电容器内。当电容器放电时，双向逆变器560工作而将电容器的DC电压变换成AC电压，以便将其传递到额定负载或传递回配电和输电电力网510。本领域的技术人员应该明白，任何被看作适于在本发明系统中使用的电容器可以有效地在上述的和图8和9中示出的任一模式下工作。在文字说明或附图中没有任何内容表示所示的和/或所述的电容器被限于一种特殊工作模式。
位于单个电容器存储器或电容器存储器组的或其附近的控制设备80(图1-图4)可以用于与中央控制器90进行通信。中央控制器90监视和控制变换器500与电力网510连接，以便对电容器存储器50、150、200、250进行充电，并在需要时在另一时间使其断开与电力网的连接。中央控制器90还可便于电容器存储器与配电和输电电力网的连接，以及随后从电容器存储器中向配电和电力网中释放电能。为了满足峰值需求或在紧急情况下可以自动实现上述过程。
控制设备80和中央控制器90可以实现多种功能。例如，控制设备80和中央控制器90可以工作以监视变动的电能费用，并在必须最大程度节省费用时在电力公司供应电能和存储电能之间切换。例如，如果购买电能的费用在特定一天或多天时期中大幅度提高，但是预期以后要下降，则可以向控制设备发出信号，以将充电的电容器存储器或一组充电的电容器存储器与负载连接，为的是向其供应必要的电能，同时断开负载与电力公司电力网的连接。其后，电容器存储器可以向负载供应所需的电能，直到电能费用降低为止，其中负载可以再与电力公司电力网连接而对电容器存储器再充电。存储在电容器存储器中电能还能够卖给其他电力公司，或在消费者所有的系统的情况下，可以以卖给供电的电力公司或其他电力公司或其他消费者。如果存储在消费者所有的系统中的电能能够卖给发电的电力公司或其他一方，则消费者可以装备有特殊的电表，该电表能够用所存储电能的销售抵付消费者已经从电力公司中获取的电能。
响应电能的存储，控制设备80和中央控制器90还可以进行工作，以分配来自在一个或多个缺电场所的一个或多个电容器存储器的存储电能。例如，如果电力公司的发电站必须停工以便进行保养或维修，必须从备用电源获得通常由电站供应的电能。为此，控制设备80和中央控制器90可以用于确定什么地区需要由备用电源供应电能，以及什么备用电能源可供使用。控制设备80和中央控制器90可接着起作用以从一个或多个电容器存储器中获得存储的电能，并将电能分配到需要该电能的区域。还可以在对电能的需求大于由传统能源的供电时实现这样的功能。
一旦本发明的电容器存储器进行放电，则必须向其再供应电能，使得其在以后的时间可以再次放电。控制设备80和中央控制器90还可以实现该功能。控制设备80和中央控制器90能够监视电容器存储器的状态以及对与它们通信的电力网的需求量，为的是确定向电容器存储器输送电能以便对其充电的最佳时间。最好，在非峰值时期进行电容器存储器的再充电，但是，其他因素如电容器存储器的电荷电平和电能的电流费用也会影响准备进行再充电的决定。
最好，控制设备80和中央控制器90采用微处理器来优化电容器存储器的充电和放电。例如，中央控制器90可以采用微处理器来监视和分析变动的电能费用，并且对费用是否会提高或降低以及什么时候提高或降低作出预报。微处理器还可以用于存取对电力网的需求，并且优化电力公司发电设施和组合资源和存储在本发明基于电容器的存储系统中的电能。微处理器还可以在控制设备中使用，用于监视电容器存储器的状态并向中央控制器90显示电容器存储器状态。中央控制器90和控制设备80的微处理器还可以进行通信，以便确定电容器存储器应该进行放电或再充电的最佳时间。
当一个或多个电容器存储器放置在消费者场所时，像本发明一个实施例所设计的那样，消费者可以接收能量，如白天的能量需要，尽管不是必要的，但最好是在非峰值时间。本发明电能包得以定期向电容器存储器传输，使得能够平衡发电站的发电。例如，可以将能量包传输安排在其他需求降低的睡觉时间。电力公司能够以此方式大大提高其运转效率。
本发明一个实施例的电容器现在能够以超过100焦耳/立方厘米(joules/cc)的密度存储电能。由于采用额定值为50焦耳/立方厘米的电容器，在130立方英尺电池中存储的能量可以达到50kWh，其大小大约是每边5英尺见方。因此，在超过100焦耳/立方厘米的存储密度，电容器存储器的尺寸将实际上小于130立方英尺。还可以构造实际较大的存储器以具有较大的能量存储额定值。可以在商业上使用成比例增大的电容器存储器，或可以将其成组大量安装以有益于较大范围内的使用。在本发明的另一个实施例中，这样的电容器“场”可以安装在发电站或供电局附近，并作为主要存储能源使用，以便有助于在每天峰值需求时间向电力网供电。另外，这样的电容器“场”可以安装在远离发电站的场所，以有助于最大程度减少对额外传输线的需要。多能量分组可以在晚上传输到场内，并且在每天需要时将存储的能量释放到电力公司电力网中。
除了上述的电能存储用途外，可以预见本发明系统还可以用于向车辆或其他设备提供电力或其他电力。例如，本发明的电容器存储器可以用于电动汽车、卡车或轻轨系统。在轻轨系统中，电容器存储器能够用于由点A至点B驱动列车或有轨电车，并使其沿重复环线返回。每次停止在点A和点B时，电容器存储器能够接受电力充电，该电力足以保证提供使列车行至下一点的足够电能。在这样的方式下，不要求点A和点B之间建成配电导轨或线路。
如上所述，本发明系统允许有效而低成本地存储大量电能。系统能够具有多种用途，如提供电能以支持负载平衡或峰值抑制(shaving)、供应短期电能以维持家庭、营业或工厂运转或者提供电力质量管理。本发明系统使电能存储得以在大于现有可能范围的范围内实现，同时还提供小巧的存储介质。
尽管上面详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明的范围不受到该公开内容的限制，可以有不背离本发明精神的各种改变。
权利要求
1.一种配电系统，包括电能源；至少一个与所述电能源相连的电容器，该电容器并进一步与消费者能量使用网络相连，所述电容器具有足够的能量存储容量以满足消费者一段时间的能量需求，所述一段时间超过所述电容器存储所述能量所需的时间；由所述电能源传来的并存储在所述电容器中的一些电能；从所述至少一个电容器释放到所述网络中的电能；以及在所述电容器已至少部分放电后从所述电能源传来的并存储在所述电容器中以便使所述电容器充电的另外一些电能。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述网络是消费者家庭供电电线网系统。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述网络是营业场所的供电电线网系统。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述网络是与所述电能源相连的配电电力网。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述电能源是矿物燃料发电站。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述电能源是核电站。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述电能源是水力发电站。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述电能源是太阳能发电站。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述电能源是风力发电站。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个电容器是电化学电容器。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个电容器是低温陶瓷电容器。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个电容器是电解电容器。
13.如权利要求1所述的系统，进一步包括将来自所述电能源的AC电能变换成存储在所述至少一个电容器中的DC电能的装置。
14.如权利要求1所述的系统，进一步包括将存储在所述至少一个电容器中的DC电能变换成以便输送到负载的AC电能的装置。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个电容器将DC电能输送到所述网络中以便向与其相连的一个或多个DC负载供电。
16.如权利要求1所述的系统，进一步包括使所述电能源和所述至少一个电容器之间进行通信的控制设备，使得所述至少一个电容器可以在需要时由所述电能源自动充电。
17.如权利要求1所述的系统，其中在对所述电能源有较低的电能需求时，将所述电能传输到所述至少一个电容器。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个电容器是可运送的。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述至少一个电容器可以在第一场所充电，并在一个或多个另外的场所放电。
20.如权利要求1所述的系统，其中对所述至少一个电容器再充电所需的电能包由所述电能源释放到所述网络中，所述电能包此后传输到所述至少一个电容器。
21.如权利要求20所述的系统，其中在所述电能包由所述电能源释放到所述网络和所述电能包传输到所述至少一个电容器之间有一个延迟。
22.如权利要求20所述的系统，其中所述电能源将所述电能包释放到所述网络中所需的时间和所述至少一个电容器存储所述电能的时间之间有一个时差。
23.如权利要求20所述的系统，其中全部所述电能包立即释放到所述网络中。
24.如权利要求20所述的系统，其中全部所述电能包在延长的时段期间释放到所述网络中。
25.如权利要求1所述的系统，其中所述电能的放电持续时间较短，并用于保持电力质量。
26.一种储电和配电系统，包括电能源；至少一个电容器，连接于所述电能源并进一步连接于配电电力网；用于从所述电能源向供存储的所述至少一个电容器传输一些电能的路径；以及用于将通过所述至少一个电容器存储的一部分电能传输到配电电力网的路径。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述电能源是矿物燃料发电站。
28.如权利要求26所述的系统，其中所述电能源是核电站。
29.如权利要求26所述的系统，其中所述电能源是水力发电站。
30.如权利要求26所述的系统，其中所述电能源是太阳能发电站。
31.如权利要求26所述的系统，其中所述电能源是风力发电站。
32.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个电容器是电化学电容器。
33.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个电容器是低温陶瓷电容器。
34.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个电容器是电解电容器。
35.如权利要求26所述的系统，进一步包括将来自所述电能源的AC电能变换成存储在所述至少一个电容器中的DC电能的装置。
36.如权利要求26所述的系统，进一步包括将存储在所述至少一个电容器中的DC电能变换成以便输送到负载的AC电能的装置。
37.如权利要求26所述的系统，进一步包括使所述电能源和所述至少一个电容器之间进行通信的控制设备，使得所述至少一个电容器可以在需要时由所述电能源自动充电。
38.如权利要求37所述的系统，其中所述控制设备进一步使存储的电能得以响应需求而自动从所述至少一个电容器释放到所述配电电力网中。
39.如权利要求26所述的系统，其中在对所述电能源有较低电能需求时将所述电能输送到所述至少一个电容器中。
40.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个电容器位于所述电能源处或其附近。
41.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个电容器是便携式的，并且可以被运送到需要额外电能的场所，并与所述场所的配电电力网相连。
42.如权利要求26所述的系统，其中多个电容器连接在一起以提供大的电能存储容量。
43.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个电容器是可运送的。
44.如权利要求43所述的系统，其中所述至少一个电容器可以在第一场所充电，并在一个或多个其它场所放电。
45.如权利要求26所述的系统，其中具有对所述至少一个电容器再充电所需大小的电能包由所述电能源释放到所述路径中，所述电能包此后输送到所述至少一个电容器中。
46.如权利要求45所述的系统，其中在所述电能包由所述电能源释放到所述路径中和所述电能包传输到所述至少一个电容器之间有一个延迟。
47.如权利要求45所述的系统，其中在所述电能源将所述电能包释放到所述路径中所需的时间和所述至少一个电容器存储所述电能的时间之间有一个时差。
48.如权利要求45所述的系统，其中全部所述电能包立即释放到所述路径中。
49.如权利要求45所述的系统，其中全部所述电能包在延长的时段期间释放到所述路径中。
50.一种储电和配电以便实现电力负载平衡的方法，所述方法包括提供电能源；提供能够存储大量电能的至少一个电容器，所述至少一个电容器与所述电能源进行通信；向所述至少一个电容器提供一些能量，以便在对所述电能源有较低电能需求的时期对所述电容器充电；在对所述电能源有较高需求的时期，将存储在所述至少一个电容器中的至少一部分所述电能释放给由所述电能源供电的负载；以及分别在较低和较高电能需求时期对所述至少一个电容器重复充电和放电。
51.如权利要求50所述的方法，进一步包括与所述至少一个电容器相连的配电网络
52.如权利要求50所述的方法，其中所述至少一个电容器位于住宅处。
53.如权利要求50所述的方法，其中所述至少一个电容器位于营业场所。
54.如权利要求50所述的方法，其中所述至少一个电容器位于所述电能源处或其附近。
55.如权利要求50所述的方法，其中所述配电网络位于住宅并适于从所述至少一个电容器向位于其中的至少一个负载输送电能。
56.如权利要求50所述的方法，其中所述配电网络位于营业场所并适于从所述至少一个电容器向位于其中的至少一个负载输送电能。
57.如权利要求50所述的方法，其中所述配电网络是由所述电能源向其消费者输送电能的配电电力网的一部分。
58.如权利要求57所述的方法，其中所述至少一个电容器设计成存储一些电能，供以后输入给所述配电电力网。
59.如权利要求50所述的方法，其中所述至少一个电容器设计成存储可在以后提供至少一个特定负载所需的至少一部分电能。
60.如权利要求50所述的方法，其中所述至少一个电容器是便携式的，并可运送到需要负载平衡的场所，所述至少一个电容器适于连接于与所述电能源相连的配电电力网。
61.如权利要求60所述的方法，其中所述至少一个电容器可以在第一场所充电，并在一个或多个其它场所放电。
62.如权利要求50所述的方法，进一步包括将来自所述电能源的AC电能变换成存储在所述至少一个电容器中的DC电能的装置。
63.如权利要求50所述的方法，进一步包括将来自所述至少一个电容器中的DC电能变换成输送到负载的AC电能的装置。
64.如权利要求50所述的方法，进一步包括提供使所述电能源和所述至少一个电容器之间进行通信的控制设备，使得所述至少一个电容器可以在需要时由所述电能源对其自动充电。
65.如权利要求50所述的系统，其中由所述电能源释放对所述至少一个电容器再充电所需大小的电能包，所述电能包此后传输到所述至少一个电容器。
66.如权利要求65所述的系统，其中在由所述电能源释放所述电能包和所述电能包传输到所述至少一个电容器之间有一个延迟。
67.如权利要求66所述的系统，其中所述电能源释放所述电能包所需的时间和所述至少一个电容器存储所述电能的时间之间有一个时差。
68.如权利要求66所述的系统，其中所述电能源立即释放全部所述电能包。
69.如权利要求66所述的系统，其中所述电能源在延长的时段期间释放全部所述电能包。
全文摘要
基于电容器的储电和配电系统能够在电能使用峰值需求时期实现负载平衡(参照图8)。可以用在低需求时期由电力公司生产的电能对电容器(400)充电。存储在电容器(400)中的电能能够释放到电力公司的配电电力网(510)中以便增大可供使用的电能总量。
文档编号H02J3/32GK1650505SQ01817170
公开日2005年8月3日 申请日期2001年10月10日 优先权日2000年10月10日
发明者约翰·M.·普罗万萨纳, 约翰·M.·施奈德, 阿里·诺埃, 沃伦·W.·瓦尔布恩, 布伦丹·J.·韦尔 申请人:美国电力公司