DE102023202770A1

DE102023202770A1 - intermediate storage facility for an energy network

Info

Publication number: DE102023202770A1
Application number: DE102023202770.4A
Authority: DE
Inventors: Norbert Hepperle; Raphael Leibl; Michael Heider; Dietmar Sterns; Korbinian Lammel
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2023-03-27
Filing date: 2023-03-27
Publication date: 2024-10-02

Abstract

Eine Zwischenspeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Energie eines Energienetzes (40), die aufweist eine elektrische Drehstrommaschine (10), die zur Entnahme von elektrischer Leistung aus dem Energienetz in einem ersten Betriebsmodus der elektrischen Drehstrommaschine und zur Einspeisung von elektrischer Leistung in das Energienetz in einem zweiten Betriebsmodus der elektrischen Drehstrommaschine eingerichtet ist; und ein Schwungrad (12); wobei die elektrische Drehstrommaschine und das Schwungrad durch ein Getriebe (11) mechanisch verbunden sind.An intermediate storage device for intermediately storing energy from an energy network (40), which has an electric three-phase machine (10) which is designed to draw electrical power from the energy network in a first operating mode of the electric three-phase machine and to feed electrical power into the energy network in a second operating mode of the electric three-phase machine; and a flywheel (12); wherein the electric three-phase machine and the flywheel are mechanically connected by a gear (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwischenspeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Energie eines Energienetzes, ein System mit der Zwischenspeichereinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Zwischenspeichereinrichtung.The present invention relates to a buffer device for temporarily storing energy of an energy network, a system with the buffer device and a method for operating the buffer device.

Insbesondere durch den Wegfall kalorischer Kraftwerke entfällt eine Momentanreserve der Energienetze.In particular, the elimination of thermal power plants means that the energy grids no longer have any instantaneous reserve.

Um die Stabilität von Energienetzen zu verbessern, sind Phasenschieber bekannt, die durch eine zusätzliche Schwungmasse ergänzt werden können, so dass der Phasenschieber durch seine Trägheit nicht nur Blindleistung, sondern auch Wirkleistung entnehmen bzw. einspeisen und so die Netzstabilität verbessern kann.In order to improve the stability of energy networks, phase shifters are known which can be supplemented by an additional flywheel so that the phase shifter can, due to its inertia, not only extract or feed in reactive power but also active power and thus improve the network stability.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Energienetzes zu verbessern.The object of the present invention is to improve the operation of an energy network.

Diese Aufgabe wird durch eine Zwischenspeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Energie eines Energienetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 11, 13 stellen ein System mit einer hier beschriebenen Zwischenspeichereinrichtung bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer hier beschriebenen Zwischenspeichereinrichtung unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by an intermediate storage device for temporarily storing energy in an energy network with the features of claim 1. Claims 11, 13 protect a system with an intermediate storage device described here or a method for operating an intermediate storage device described here. The subclaims relate to advantageous further developments.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein System ein Energienetz und eine Zwischenspeichereinrichtung auf, die Energie des Energienetzes zwischenspeichert bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. In der vorliegenden Offenbarung impliziert „weist ein X auf“ allgemein keine abschließende Aufzählung, sondern ist eine Kurzform von „weist wenigstens ein X auf“ und umfasst auch „weist zwei oder mehr X auf“ sowie „weist außer X auch Y auf“.According to one embodiment of the present invention, a system comprises an energy network and an intermediate storage device which intermediately stores energy of the energy network or is configured or used for this purpose. In the present disclosure, "has an X" generally does not imply an exhaustive list, but is a short form of "has at least one X" and also includes "has two or more Xs" and "has Y in addition to X".

Das Energienetz ist in einer Ausführung ein elektrisches Energie- bzw. Stromnetz, in einer Weiterbildung weist es ein Übertragungsnetz bzw. elektrisches Energie- bzw. Stromnetz der Netzebene 1 und/oder ein überregionales Verteilnetz bzw. elektrisches Energie- bzw. Stromnetz der Netzebene 2 und/oder 3 und/oder ein regionales Verteilnetz bzw. Industrienetz bzw. elektrisches Energie- bzw. Stromnetz der Netzebene 4 und/oder 5 und/oder ein lokales Verteilnetz bzw. elektrisches Energie- bzw. Stromnetz der Netzebene 6 und/oder 7 auf, in einer Ausführung weist es eine oder mehrere dezentrale und/oder regenerative Erzeugeranlagen bzw. Energiequellen, insbesondere Photovoltaikanlage(n) und/oder Windkraftanlage(n) oder dergleichen, auf. Für solche Energienetze, insbesondere der Netzebene 3-7, ist die vorliegende Erfindung aufgrund der damit verbundenen Randbedingungen, insbesondere Netzspannungen und/oder -frequenz(schwankung)en, besonders geeignet.In one embodiment, the energy network is an electrical energy or power network; in a further development, it has a transmission network or electrical energy or power network of network level 1 and/or a supra-regional distribution network or electrical energy or power network of network level 2 and/or 3 and/or a regional distribution network or industrial network or electrical energy or power network of network level 4 and/or 5 and/or a local distribution network or electrical energy or power network of network level 6 and/or 7; in one embodiment, it has one or more decentralized and/or regenerative generation systems or energy sources, in particular photovoltaic system(s) and/or wind turbine(s) or the like. The present invention is particularly suitable for such energy networks, in particular network levels 3-7, due to the associated boundary conditions, in particular network voltages and/or frequency (fluctuations).

Eine bzw. die Zwischenspeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Energie eines bzw. des Energienetzes weist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine elektrische Drehstrommaschine auf, die, vorzugsweise temporär, in einem ersten Betriebsmodus der Drehstrommaschine elektrische Leistung, vorzugsweise Blindleistung und/oder Wirkleistung, aus diesem Energienetz entnimmt und, vorzugsweise temporär, insbesondere alternativ zu bzw. abwechselnd mit diesem ersten Betriebsmodus, in einem zweiten Betriebsmodus der Synchronmaschine elektrische Leistung, vorzugsweise Blindleistung und/oder Wirkleistung, in dieses Energienetz einspeist bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird.According to an embodiment of the present invention, a buffer device for temporarily storing energy of a power grid comprises an electric three-phase machine which, preferably temporarily, in a first operating mode of the three-phase machine, draws electrical power, preferably reactive power and/or active power, from this power grid and, preferably temporarily, in particular alternatively to or alternating with this first operating mode, in a second operating mode of the synchronous machine, feeds electrical power, preferably reactive power and/or active power, into this power grid or is configured or used for this purpose.

In einer Ausführung ist die Drehstrommaschine eine rotierende elektrische Maschine, in der ein Rotor bzw. Läufer synchron oder asynchron mit dem Drehfeld eines Stators bzw. Ständers läuft.In one embodiment, the three-phase machine is a rotating electrical machine in which a rotor or runner runs synchronously or asynchronously with the rotating field of a stator or stator.

In einer Ausführung ist die elektrische Drehstrommaschine eine Synchronmaschine bzw. eine Drehstrom-Synchronmaschine, insbesondere eine Schenkelpolläufer-Synchronmaschine oder eine Vollpolläufer-Synchronmaschine bzw. wird eine entsprechende Synchronmaschine als elektrische Drehstrommaschine verwendet.In one embodiment, the three-phase electrical machine is a synchronous machine or a three-phase synchronous machine, in particular a salient-pole synchronous machine or a solid-pole synchronous machine, or a corresponding synchronous machine is used as the three-phase electrical machine.

Durch die Verwendung einer Synchronmaschine, insbesondere einer Drehstrom-Synchronmaschine, kann in einer Ausführung besonders vorteilhaft ein Phasenschieber („Synchronous Condenser“) bzw. eine Momentanreserve bzw. vorzugsweise regelbare, Blindleistung und/oder Kurzschlussleistung bzw. eine, vorzugsweise kurzfristig verfügbare Regelleistung, realisiert bzw. bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung durch die Verwendung einer Synchronmaschine, insbesondere einer Drehstrom-Synchronmaschine, die Regelung verbessert, insbesondere einfach(er) und/oder zuverlässig(er) realisiert, und/oder der Wirkungsgrad verbessert und/oder eine positive, insbesondere stabilisierende, Wirkung auf das Energienetz ausgeübt, insbesondere Schwankungen der Netzfrequenz gedämpft bzw. reduziert werden, insbesondere verglichen mit einer Asynchronmaschine. In einer Ausführung kann hierdurch, insbesondere im Gegensatz zu einer Asynchronmaschine, vorteilhafterweise eine regelfähige Blindleistungserzeugung ermöglicht werden, insbesondere durch Verändern des Erregerstroms der Synchronmaschine; und/oder ein hoher/höherer Wirkungsgrad, insbesondere verglichen mit Asynchronmaschinen; und/oder ein Beitrag zur Netz-Kurzschlussleistung ermöglicht werden, was insbesondere wichtig für eine Spannungsstabilität des Energienetzes ist bzw. sein kann. Ferner kann in einer Ausführung hierdurch ermöglicht werden, dass eine höhere Steifigkeit bereitgestellt werden kann, insbesondere durch die elektromagnetische Kopplung zwischen Rotor und Stator bzw. Schwungmasse/Schwungradmasse und Netz, insbesondere verglichen mit einer Asynchronmaschine.By using a synchronous machine, in particular a three-phase synchronous machine, in one embodiment a phase shifter (“synchronous condenser”) or an instantaneous reserve or preferably controllable reactive power and/or short-circuit power or a control power that is preferably available at short notice can be realized or provided. Additionally or alternatively, in one embodiment the use of a synchronous machine, in particular a three-phase synchronous machine, can improve the control, in particular make it simpler and/or more reliable, and/or improve the efficiency and/or have a positive, in particular stabilizing, effect on the energy network, in particular dampen or reduce fluctuations in the network frequency, in particular compared to an asynchronous machine. In one embodiment this can advantageously enable controllable reactive power generation, in particular by changing the excitation current of the synchronous machine, and/or achieve a high/higher efficiency, in particular compared to asynchronous machines. and/or a contribution to the grid short-circuit power enables which is or can be particularly important for voltage stability of the energy network. Furthermore, in one embodiment, this can make it possible to provide greater rigidity, in particular through the electromagnetic coupling between the rotor and stator or flywheel/flywheel mass and network, in particular compared to an asynchronous machine.

In einer Ausführung ist die Drehstrommaschine, insbesondere die Synchronmaschine eine Vollpolläufer-Synchronmaschine. In einer Ausführung kann hierdurch, ein besonders hoher Wirkungsgrad, insbesondere verglichen mit insbesondere einer Asynchronmaschine, und/oder ein höheres Überlastmoment, insbesondere im Vergleich mit einer Schenkelpolläufer-Synchronmaschine, ermöglicht werden.In one embodiment, the three-phase machine, in particular the synchronous machine, is a solid-pole rotor synchronous machine. In one embodiment, this can enable a particularly high level of efficiency, in particular compared with an asynchronous machine, and/or a higher overload torque, in particular compared with a salient-pole rotor synchronous machine.

In einer Ausführung ist die Drehstrommaschine, insbesondere die Synchronmaschine eine Schenkelpolläufer-Synchronmaschine. Durch die Verwendung einer Schenkelpolläufer-Synchronmaschine kann in einer Ausführung vorteilhafterweise ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere im Vergleich mit einer Asynchronmaschine, ermöglicht werden.In one embodiment, the three-phase machine, in particular the synchronous machine, is a salient pole rotor synchronous machine. By using a salient pole rotor synchronous machine, a high level of efficiency can advantageously be achieved in one embodiment, in particular in comparison with an asynchronous machine.

In einer, insbesondere alternativen, Ausführung ist die elektrische Drehstrommaschine eine Asynchronmaschine, insbesondere eine Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine bzw. insbesondere eine Käfigläufer-Asynchronmaschine, oder eine Schleifringläufer-Asynchronmaschine, insbesondere eine einfach gespeiste Schleifringläufer-Asynchronmaschine bzw. keine doppelt gespeiste Asynchronmaschine. In einer Ausführung wird als elektrische Drehstrommaschine eine Asynchronmaschine verwendet.In one, in particular alternative, embodiment, the three-phase electric machine is an asynchronous machine, in particular a squirrel-cage asynchronous machine or in particular a squirrel-cage asynchronous machine, or a slip-ring asynchronous machine, in particular a single-fed slip-ring asynchronous machine or not a double-fed asynchronous machine. In one embodiment, an asynchronous machine is used as the three-phase electric machine.

Durch die Verwendung einer Asynchronmaschine, insbesondere einer Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine bzw. Käfigläufer-Asynchronmaschine oder einer Schleifringläufer-Asynchronmaschine, die weiter insbesondere keine doppelt gespeiste Asynchronmaschine ist, kann in einer Ausführung ein einfacher(er) Aufbau ermöglicht werden und/oder ein Regelaufwand reduziert werden, insbesondere verglichen mit einer Synchronmaschine. Ferner können in einer Ausführung hierdurch zusätzlich oder alternativ hohe bzw. höhere Lastmomente erzielt werden, insbesondere verglichen mit einer Synchronmaschine, weiter insbesondere einer Synchronmaschine von, zumindest im Wesentlichen, gleicher Baugröße. Ferner weist die Verwendung einer Asynchronmaschine in einer Ausführung stärker dämpfende Eigenschaften auf das Netz, insbesondere verglichen mit Synchronmaschinen, auf, was insbesondere positiv für die Netzstabilität des Energienetzes sein kann bzw. ist. In einer Ausführung kann hierdurch ferner ein Beitrag zur Netz-Kurzschlussleistung, was insbesondere wichtig für eine Spannungsstabilität des Energienetzes sein kann bzw. ist, geleistet werden. Ferner können durch die Verwendung einer Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine in einer Ausführung vorteilhafterweise geringere Anschaffungskosten realisiert werden, insbesondere verglichen mit Schleifringläufer-Asynchronmaschinen und/oder Synchronmaschinen, insbesondere ist eine Ausführung mit Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine besonders robust und/oder wartungsarm, insbesondere verglichen mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen einer Drehstrommaschine.By using an asynchronous machine, in particular a squirrel-cage asynchronous machine or a squirrel-cage asynchronous machine or a slip-ring asynchronous machine, which is furthermore in particular not a double-fed asynchronous machine, a simpler structure can be made possible in one embodiment and/or control effort can be reduced, in particular compared to a synchronous machine. Furthermore, in one embodiment, high or higher load torques can be achieved additionally or alternatively, in particular compared to a synchronous machine, furthermore in particular a synchronous machine of, at least essentially, the same size. Furthermore, the use of an asynchronous machine in one embodiment has stronger damping properties on the network, in particular compared to synchronous machines, which can be or is particularly positive for the network stability of the energy network. In one embodiment, this can also make a contribution to the network short-circuit power, which can be or is particularly important for the voltage stability of the energy network. Furthermore, the use of a squirrel-cage asynchronous machine in one embodiment can advantageously result in lower acquisition costs, in particular compared to slip-ring asynchronous machines and/or synchronous machines; in particular, a design with a squirrel-cage asynchronous machine is particularly robust and/or low-maintenance, in particular compared to other embodiments of a three-phase machine described herein.

Durch die Verwendung einer einfach gespeisten Asynchronmaschine bzw. einer einfach gespeisten Schleifringläufer-Asynchronmaschine kann in einer Ausführung vorteilhafterweise ein höheres Drehzahlband bereitgestellt werden, insbesondere im Vergleich mit einer Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine; zusätzlich oder alternativ ist bei dieser Ausführung eine Kennlinie der Maschine einstellbar, insbesondere mithilfe externer Rotorwiderstände.By using a single-fed asynchronous machine or a single-fed slip-ring asynchronous machine, a higher speed range can advantageously be provided in one embodiment, in particular in comparison with a squirrel-cage asynchronous machine; in addition or alternatively, a characteristic curve of the machine can be set in this embodiment, in particular by means of external rotor resistors.

Durch die Verwendung einer Asynchronmaschine kann in einer Ausführung vorteilhafterweise ein höheres dynamisches Lastmoment, insbesondere verglichen mit einer Synchronmaschine gleicher Baugröße, ermöglicht, erreicht bzw. bereitgestellt werden. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise eine größere Schwungmasse als insbesondere bei einer Synchronmaschine verwendet werden, weiter insbesondere eine vergleichsweise (in Bezug auf die Synchronmaschine) verlängerte Wirkleistungseinspeisung ermöglicht werden. Ferner kann durch die Verwendung einer Asynchronmaschine eine, insbesondere verglichen mit Synchronmaschinen, kostengünstige(re) Zwischenspeichereinrichtung realisiert werden.By using an asynchronous machine, a higher dynamic load torque can advantageously be enabled, achieved or provided in one embodiment, particularly compared to a synchronous machine of the same size. As a result, a larger flywheel mass can advantageously be used in one embodiment than in particular with a synchronous machine, and in particular a comparatively longer active power feed (in relation to the synchronous machine) can be enabled. Furthermore, by using an asynchronous machine, a more cost-effective intermediate storage device can be implemented, particularly compared to synchronous machines.

In einer, insbesondere alternativen, Ausführung ist die elektrischen Drehstrommaschine eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine bzw. wird als elektrische Drehstrommaschine eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine verwendet.In one, particularly alternative, embodiment, the three-phase electric machine is a double-fed asynchronous machine or a double-fed asynchronous machine is used as the three-phase electric machine.

Durch die Verwendung einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass hierdurch eine regelfähige Blindleistungserzeugung bereitgestellt werden kann, insbesondere verglichen mit nicht doppelt gespeisten Asynchronmaschinen. Ferner kann hierdurch in einer Ausführung ein höheres, insbesondere bis zu ungefähr 30%, Drehzahlband erreicht werden und/oder eine gezielte Wirkleistungsregelung. In einer Ausführung weist die doppelt gespeiste Asynchronmaschine einen Umrichter auf. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise einfach(er) eine Rotordrehzahl- und/oder eine Blindleistungsregelung ermöglicht werden.By using a double-fed asynchronous machine, it can advantageously be made possible to provide controllable reactive power generation, in particular compared to non-double-fed asynchronous machines. Furthermore, in one embodiment, a higher speed range, in particular up to approximately 30%, can be achieved and/or targeted active power control. In one embodiment, the double-fed asynchronous machine has a converter. In one embodiment, this advantageously makes it easier rotor speed and/or reactive power control can be enabled.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Zwischenspeichereinrichtung ein, insbesondere drehbar gelagertes, Schwungrad, in einer Weiterbildung mit einer vertikalen oder horizontalen Rotationsachse, sowie ein Getriebe auf, durch das die Drehstrommaschine und das Schwungrad mechanisch miteinander verbunden sind, in einer Weiterbildung dauerhaft, insbesondere kupplungsfrei bzw. -los, oder temporär, insbesondere über eine oder mehrere Kupplungen (bei geschlossener bzw. geschlossenenen Kupplung(en)), drehfest gekoppelt sind bzw. das hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird, so dass in einer Ausführung die Drehstrommaschine im ersten Betriebsmodus unter, insbesondere mittels, Entnahme von elektrischer Leistung, vorzugsweise Wirkleistung, aus dem Energienetz eine kinetische Energie des Schwungrads vergrößert, insbesondere dessen Drehzahl (betragsmäßig) erhöht, und im zweiten Betriebsmodus unter Reduzierung, insbesondere Verwendung von, kinetischer Energie des Schwungrads elektrische Leistung, vorzugsweise Wirkleistung, in das Energienetz einspeisen kann, insbesondere wenigstens temporär einspeist.According to one embodiment of the present invention, the intermediate storage device has a flywheel, in particular a flywheel that is rotatably mounted, in a further development with a vertical or horizontal axis of rotation, and a gear through which the three-phase machine and the flywheel are mechanically connected to one another, in a further development permanently, in particular clutch-free or clutch-less, or temporarily, in particular via one or more clutches (with closed or closed clutch(es)), are coupled in a rotationally fixed manner or which is set up or used for this purpose, so that in one embodiment the three-phase machine in the first operating mode increases a kinetic energy of the flywheel, in particular increases its speed (in terms of amount), by, in particular by means of, drawing electrical power, preferably active power, from the energy network, and in the second operating mode can feed electrical power, preferably active power, into the energy network, in particular at least temporarily, by reducing, in particular using, kinetic energy of the flywheel.

Insbesondere hierzu wird nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Übersetzungsverhältnis i des Getriebes, das gleich einem Quotienten |n_FW|/|n_SM| eines Betrags einer Drehzahl n_FW eines schwungradseitigen ersten Koppelglieds (des Getriebes), das mechanisch, in einer Weiterbildung kupplungslos oder über wenigstens eine Kupplung, mit dem Schwungrad verbunden ist, dividiert durch einen Betrag einer Drehzahl n_SM eines drehstrommaschinenseitigen zweiten Koppelglieds (des Getriebes), das mechanisch, in einer Weiterbildung kupplungslos oder über wenigstens eine Kupplung, mit der Drehstrommaschine verbunden ist, ist (i = |n_FW|/|n_SM|), verstellt wird bzw. verstellbar ist.In particular, for this purpose, according to an embodiment of the present invention, a transmission ratio i of the transmission, which is equal to a quotient |n _FW |/|n _SM | of an amount of a rotational speed n _FW of a flywheel-side first coupling element (of the transmission), which is mechanically connected to the flywheel, in a further development without a clutch or via at least one clutch, divided by an amount of a rotational speed n _SM of a three-phase machine-side second coupling element (of the transmission), which is mechanically connected to the three-phase machine, in a further development without a clutch or via at least one clutch (i = |n _FW |/|n _SM |), is adjusted or is adjustable.

In einer Ausführung weist das erste und/oder das zweite Koppelglied wenigstens eine Welle auf oder kann wenigstens eine Welle sein.In one embodiment, the first and/or the second coupling member has at least one shaft or can be at least one shaft.

In einer Ausführung ist der erste Betriebsmodus ein Motorbetrieb(smodus) und/oder der zweite Betriebsmodus ein Generatorbetrieb(smodus). In einer Ausführung ist im ersten bzw. Motorbetrieb(smodus) das erste Koppelglied ein Getriebeausgang bzw. -abtrieb und das zweite Koppelglied ein Getriebeeingang bzw. -trieb und umgekehrt im zweiten bzw. Generatorbetrieb(smodus) das erste Koppelglied ein Getriebeeingang bzw. -trieb und das zweite Koppelglied ein Getriebeausgang bzw. -abtrieb bzw. hierzu eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet.In one embodiment, the first operating mode is an engine operating mode and/or the second operating mode is a generator operating mode. In one embodiment, in the first or engine operating mode, the first coupling element is a transmission output or output and the second coupling element is a transmission input or output and vice versa in the second or generator operating mode, the first coupling element is a transmission input or output and the second coupling element is a transmission output or output or is configured or used for this purpose.

Durch das verstellbare Getriebe bzw. die Verstellung des Übersetzungsverhältnisses können in einer Ausführung einerseits die Vorteile einer Drehstrommaschine, insbesondere einer Drehstrom-Synchronmaschine selbst und/oder gegenüber einer Asynchronmaschine oder einer Asynchronmaschine selbst und/oder gegenüber einer Synchronmaschine, genutzt und andererseits zugleich Energie variabel bzw. gezielt dem Energienetz entnommen bzw. in dieses zurückgespeist und so insbesondere dessen Netzfrequenz besonders vorteilhaft geregelt werden, in einer Ausführung kann hierdurch besonders vorteilhaft Momentanreserve, regelbare Blindleistung (im Falle einer Synchronmaschine oder einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, wie insbesondere hierin beschrieben), Kurzschlussleistung bzw., insbesondere kurzfristig verfügbare, Regelleistung realisiert bzw. bereitgestellt werden.By means of the adjustable gear or the adjustment of the gear ratio, in one embodiment, on the one hand the advantages of a three-phase machine, in particular a three-phase synchronous machine itself and/or compared to an asynchronous machine or an asynchronous machine itself and/or compared to a synchronous machine, can be used and on the other hand energy can be variably or specifically extracted from the energy network or fed back into it and thus in particular its network frequency can be regulated particularly advantageously. In one embodiment, this can particularly advantageously realize or provide instantaneous reserve, controllable reactive power (in the case of a synchronous machine or a doubly fed asynchronous machine, as described in particular herein), short-circuit power or, in particular, control power that is available at short notice.

In einer Ausführung ist bzw. wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes stufenlos verstellbar bzw. verstellt. Dadurch kann in einer Ausführung die Energieentnahme bzw. -einspeisung bzw. Bereitstellung von Momentanreserve, regelbarer Blindleistung (im Falle einer Synchronmaschine oder einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, wie insbesondere hierin beschrieben), Kurzschlussleistung bzw. Regelleistung bzw. Regelung der Netzfrequenz besonders präzise und/oder situationsangepasst erfolgen.In one embodiment, the transmission ratio of the gearbox is or will be continuously adjustable. As a result, in one embodiment, the energy extraction or feed-in or provision of instantaneous reserve, controllable reactive power (in the case of a synchronous machine or a doubly fed asynchronous machine, as described in particular herein), short-circuit power or control power or control of the grid frequency can be carried out particularly precisely and/or adapted to the situation.

In einer Ausführung weist die Zwischenspeichereinrichtung - zusätzlich zu der Drehstrommaschine - einen Starterantrieb auf, der das Schwungrad und/oder die Drehstrommaschine anfährt bzw., insbesondere aus einem Stillstand, beschleunigt bzw. eine Drehzahl des Schwungrads und/oder der Drehstrommaschine, in einer Ausführung von Null, (betragsmäßig) erhöht bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. In einer Weiterbildung weist der Starterantrieb einen Elektromotor, besonders bevorzugt mit einer VFD(„Variable Frequency Drive“)-Steuerung bzw. einem Frequenzumrichter, auf und/oder ist auf einer drehstrommaschinenabgewandten Seite des Schwungrads angeordnet und/oder mit dem Schwungrad kupplungslos bzw. dauerhaft oder über eine Kupplung verbunden.In one embodiment, the intermediate storage device has - in addition to the three-phase machine - a starter drive which starts the flywheel and/or the three-phase machine or, in particular, accelerates it from a standstill or increases a speed of the flywheel and/or the three-phase machine, in one embodiment from zero, (in terms of amount) or is set up or used for this purpose. In a further development, the starter drive has an electric motor, particularly preferably with a VFD ("Variable Frequency Drive") control or a frequency converter, and/or is arranged on a side of the flywheel facing away from the three-phase machine and/or is connected to the flywheel without a clutch or permanently or via a clutch.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Zwischenspeichereinrichtung besonders vorteilhaft in Betrieb genommen und/oder eine Störung des Energienetzes (hierdurch) reduziert bzw. vermieden werden. Dabei kann durch einen kupplungslos mit dem Schwungrad verbundenen Starterantrieb in einer Ausführung der Aufbau vereinfacht, durch eine Kupplung zwischen Schwungrad und Starterantrieb in einer Ausführung der Wirkungsgrad verbessert werden. Durch eine Anordnung auf einer drehstrommaschinenabgewandten Seite des Schwungrads kann in einer Ausführung ein besonders kompakter und/oder wartungsfreundlicher Aufbau realisiert werden.In one embodiment, this allows the intermediate storage device to be put into operation in a particularly advantageous manner and/or a disruption to the energy network (as a result) to be reduced or avoided. In one embodiment, the design can be simplified by a starter drive connected to the flywheel without a clutch, and in one embodiment, the efficiency can be improved by a coupling between the flywheel and the starter drive. In one embodiment, a particularly compact and/or maintenance-friendly construction can be realized.

In einer Ausführung ist das Getriebe mit der Drehstrommaschine und/oder dem Schwungrad kupplungslos verbunden. Dadurch kann in einer Ausführung der Wirkungsgrad und/oder die Zuverlässigkeit verbessert werden.In one design, the gearbox is connected to the three-phase machine and/or the flywheel without a clutch. This can improve efficiency and/or reliability in one design.

In einer Ausführung weist die Zwischenspeichereinrichtung eine Kupplung, über die das Getriebe mit der Drehstrommaschine verbunden ist, und/oder eine Kupplung auf, über die das Getriebe mit dem Schwungrad verbunden ist. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft das Schwungrad bei Nichtbedarf abgekoppelt und so der Wirkungsgrad und/oder das Anfahrverhalten verbessert werden.In one embodiment, the intermediate storage device has a clutch via which the transmission is connected to the three-phase machine and/or a clutch via which the transmission is connected to the flywheel. In one embodiment, this advantageously allows the flywheel to be decoupled when not required, thus improving efficiency and/or starting behavior.

In einer Ausführung weist die Zwischenspeichereinrichtung eine Fluidversorgungseinrichtung auf, die die Drehstrommaschine und/oder das Getriebe und/oder das Schwungrad mit Fluid, in einer Weiterbildung Kühlmittel und/oder Schmierstoff, in einer Ausführung Öl, versorgt, insbesondere (hierzu) Fluid zu- und/oder abführt, bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. In einer Weiterbildung weist die Fluidversorgungseinrichtung eine, vorzugsweise gesteuerte, Pumpe und/oder ein Stellventil auf.In one embodiment, the intermediate storage device has a fluid supply device that supplies the three-phase machine and/or the transmission and/or the flywheel with fluid, in a further development coolant and/or lubricant, in one embodiment oil, in particular (for this purpose) supplies and/or removes fluid, or is set up or used for this purpose. In a further development, the fluid supply device has a, preferably controlled, pump and/or a control valve.

In einer Ausführung weist die Zwischenspeichereinrichtung eine Kontrolleinrichtung auf, die die Drehstrommaschine und/oder das Getriebe und/oder das Schwungrad und/oder die Fluidversorgungseinrichtung, insbesondere deren wenigstens eine(s) Pumpe und/oder Stellventil, steuert und/oder überwacht bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. Unter einem Steuern wird vorliegend insbesondere auch ein Regeln verstanden. In einer Weiterbildung kommuniziert die Kontrolleinrichtung hierzu mit der Drehstrommaschine, dem Getriebe, dem Schwungrad und/oder der Fluidversorgungseinrichtung, insbesondere einem oder mehreren Sensoren zur Erfassung eines Zustands, in einer Ausführung einer Drehzahl und/oder Temperatur, der Drehstrommaschine, des Getriebes, des Schwungrads und/oder der Fluidversorgungseinrichtung, insbesondere deren wenigstens einer Pumpe und/oder von der Fluidversorgungseinrichtung gefördertem Fluid, und/oder einem oder mehreren Aktoren bzw. Stellgliedern. Dadurch kann in einer Ausführung die Energieentnahme bzw. -einspeisung bzw. Bereitstellung von Momentanreserve, regelbarer Blindleistung (im Falle einer Synchronmaschine oder einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, wie insbesondere hierin beschrieben), Kurzschlussleistung bzw. Regelleistung bzw. Regelung der Netzfrequenz besonders präzise und/oder situationsangepasst erfolgen.In one embodiment, the intermediate storage device has a control device which controls and/or monitors the three-phase machine and/or the transmission and/or the flywheel and/or the fluid supply device, in particular its at least one pump and/or control valve, or is set up or used for this purpose. In this case, controlling is also understood to mean regulating. In a further development, the control device communicates for this purpose with the three-phase machine, the transmission, the flywheel and/or the fluid supply device, in particular with one or more sensors for detecting a state, in one embodiment with a rotational speed and/or temperature, of the three-phase machine, the transmission, the flywheel and/or the fluid supply device, in particular with its at least one pump and/or fluid conveyed by the fluid supply device, and/or with one or more actuators or control elements. As a result, in one embodiment, the energy extraction or feed-in or provision of instantaneous reserve, controllable reactive power (in the case of a synchronous machine or a doubly fed asynchronous machine, as particularly described herein), short-circuit power or control power or control of the grid frequency can be carried out particularly precisely and/or adapted to the situation.

In einer Ausführung weist die Kontrolleinrichtung eine speicherprogrammierbare Steuerung und/oder eine Sende-/Empfangs-Vorrichtung auf, über die die Kontrolleinrichtung, vorzugsweise drahtlos oder drahtgebunden, mit einer Fernsteuerung und/oder -überwachung kommuniziert bzw. die hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. Dadurch kann in einer Ausführung die Energieentnahme bzw. -einspeisung bzw. Bereitstellung von Momentanreserve, regelbarer Blindleistung (im Falle einer Synchronmaschine oder einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, wie insbesondere hierin beschrieben), Kurzschlussleistung bzw. Regelleistung bzw. Regelung der Netzfrequenz besonders vorteilhaft, insbesondere rasch, präzise, situationsangepasst und/oder, insbesondere zentral, abgestimmt auf das Energienetz erfolgen.In one embodiment, the control device has a programmable logic controller and/or a transmitting/receiving device via which the control device communicates, preferably wirelessly or wired, with a remote control and/or monitoring device or which is set up or used for this purpose. As a result, in one embodiment, the energy extraction or feed-in or provision of instantaneous reserve, controllable reactive power (in the case of a synchronous machine or a doubly fed asynchronous machine, as described in particular herein), short-circuit power or control power or control of the grid frequency can be carried out particularly advantageously, in particular quickly, precisely, adapted to the situation and/or, in particular centrally, coordinated with the energy grid.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Zwischenspeichereinrichtung, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere steuerungs- bzw. programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet.According to one embodiment of the present invention, the buffer device is configured, in particular in terms of hardware and/or software, in particular in terms of control or programming, to carry out a method described here.

In einer Ausführung ist die Drehstrommaschine der Zwischenspeichereinrichtung über wenigstens eine Unterbrechungseinrichtung und/oder eine oder mehrere Transformatoreinrichtungen des Systems an das Energienetz angeschlossen. Dadurch kann die Zwischenspeichereinrichtung besonders vorteilhaft, insbesondere effizient und/oder sicher, mit dem Energienetz zusammenwirken.In one embodiment, the three-phase machine of the intermediate storage device is connected to the energy network via at least one interruption device and/or one or more transformer devices of the system. This allows the intermediate storage device to interact with the energy network in a particularly advantageous, particularly efficient and/or safe manner.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird bei bzw. nach einem Verfahren zum Betreiben einer hier beschriebenen Zwischenspeichereinrichtung, insbesondere eines hier beschriebenen Systems, die Drehstrommaschine wenigstens zeitweise zur Entnahme von elektrischer Leistung, vorzugsweise Wirkleistung, aus dem Energienetz im ersten Betriebsmodus und wenigstens zeitweise zur Einspeisung von elektrischer Leistung, vorzugsweise Wirkleistung, in das Energienetz im zweiten Betriebsmodus betrieben und das Übersetzungsverhältnis des Getriebes, insbesondere hierzu, im ersten Betriebsmodus und/oder im zweiten Betriebsmodus der Drehstrommaschine, in einer Weiterbildung zum Übergehen von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus und/oder von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus, verstellt. Zusätzlich oder alternativ kann das Übersetzungsverhältnis des Getriebes in einer Ausführung auch unter Beibehaltung des ersten Betriebsmodus und/oder unter Beibehaltung des zweiten Betriebsmodus verstellt werden, insbesondere unter Beibehaltung des ersten Betriebsmodus, um eine motorische bzw. frequenzsenkende Wirkung der Drehstrommaschine zu erhöhen oder zu reduzieren und/oder unter Beibehaltung des zweiten Betriebsmodus, um eine generatorische bzw. frequenzhebende Wirkung der Drehstrommaschine zu erhöhen oder zu reduzieren.According to one embodiment of the present invention, in or according to a method for operating an intermediate storage device described here, in particular a system described here, the three-phase machine is operated at least temporarily to draw electrical power, preferably active power, from the energy network in the first operating mode and at least temporarily to feed electrical power, preferably active power, into the energy network in the second operating mode and the gear ratio of the transmission, in particular for this purpose, is adjusted in the first operating mode and/or in the second operating mode of the three-phase machine, in a further development to switch from the first to the second operating mode and/or from the second to the first operating mode. Additionally or alternatively, the gear ratio of the transmission can also be adjusted in one embodiment while maintaining the first operating mode and/or while maintaining the second operating mode, in particular while maintaining the first operating mode, in order to increase or reduce a motor or frequency-reducing effect of the three-phase machine and/or while maintaining the second operating mode, in order to achieve a generator effect. or to increase or reduce the frequency-raising effect of the three-phase machine.

In einer Ausführung wird die kinetische Energie, insbesondere die Drehzahl, des Schwungrades, durch entsprechende Verstellung des Getriebes bzw. des Übersetzungsverhältnisses, vorzugsweise Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses, erhöht. Das dadurch steigende Lastmoment der Drehstrommaschine führt vorteilhaft zu einem Wirkleistungsfluss aus dem Energienetz hin zum Schwungrad, wobei, wenn die Drehstrommaschine in einer Ausführung eine, insbesondere hierin beschriebene, Synchronmaschine ist, insbesondere im Unterschied zu einer Asynchronmaschine, vorteilhaft im ersten Betriebsmodus bzw. Motor(ischen) betrieb weiterhin synchron mit der Netzfrequenz rotiert, und wenn die Drehstrommaschine in einer Ausführung eine, insbesondere hierin beschriebene, Asynchronmaschine ist, insbesondere im Unterschied zu einer Synchronmaschine, vorteilhaft im ersten Betriebsmodus bzw. Motor(ischen)betrieb asynchron, insbesondere schlupfend, mit der Netzfrequenz rotiert. Dieser Wirkleistungsfluss wirkt sich frequenzsenkend auf das Energienetz aus. Durch Anpassung des Übersetzungsverhältnisses, insbesondere einer Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses, wird in einer Ausführung vorteilhaft die frequenzsenkende Wirkung gesteuert bzw. das Übersetzungsverhältnis, insbesondere eine Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses, in Abhängigkeit von einer gewünschten frequenzsenkenden Wirkung auf das Energienetz vorgegeben bzw. eingestellt.In one embodiment, the kinetic energy, in particular the speed, of the flywheel is increased by appropriate adjustment of the gear or the transmission ratio, preferably increasing the transmission ratio. The resulting increase in the load torque of the three-phase machine advantageously leads to an active power flow from the energy network to the flywheel, wherein, if the three-phase machine in one embodiment is a synchronous machine, in particular as described herein, in particular in contrast to an asynchronous machine, advantageously continues to rotate synchronously with the grid frequency in the first operating mode or motor(ic) operation, and if the three-phase machine in one embodiment is an asynchronous machine, in particular as described herein, in particular in contrast to a synchronous machine, advantageously rotates asynchronously, in particular slipping, with the grid frequency in the first operating mode or motor(ic) operation. This active power flow has a frequency-reducing effect on the energy network. By adjusting the transmission ratio, in particular a rate of change of the transmission ratio, in one embodiment the frequency-reducing effect is advantageously controlled or the transmission ratio, in particular a rate of change of the transmission ratio, is specified or set depending on a desired frequency-reducing effect on the energy network.

Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung die kinetische Energie, insbesondere die Drehzahl, des Schwungrades, durch entsprechende Verstellung des Getriebes bzw. des Übersetzungsverhältnisses, vorzugsweise Reduzierung des Übersetzungsverhältnisses, reduziert. Dadurch kehrt sich in einer Ausführung das Lastmoment der Drehstrommaschine gegebenenfalls um und wirkt (dann) antreibend, was vorteilhaft zu einem Wirkleistungsfluss von dem Schwungrad über die Drehstrommaschine hin zu dem Energienetz führt, wobei wenn die Drehstrommaschine in einer Ausführung eine, insbesondere hierin beschriebene, Synchronmaschine ist, insbesondere im Unterschied zu einer Asynchronmaschine, vorteilhaft im zweiten Betriebsmodus bzw. Generator(ischen) betrieb weiterhin synchron mit der Netzfrequenz rotiert, und wenn die Drehstrommaschine in einer Ausführung eine, insbesondere hierin beschriebene, Asynchronmaschine ist, insbesondere im Unterschied zu einer Synchronmaschine, vorteilhaft im zweiten Betriebsmodus bzw. Generator(ischen)betrieb weiterhin asynchron, insbesondere schlupfend, mit der Netzfrequenz rotiert. Dieser Wirkleistungsfluss wirkt sich frequenzhebend auf das Energienetz aus. Durch Anpassung des Übersetzungsverhältnisses, insbesondere einer Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses, wird in einer Ausführung vorteilhaft die frequenzhebende Wirkung gesteuert bzw. das Übersetzungsverhältnis, insbesondere eine Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses, in Abhängigkeit von einer gewünschten frequenzhebenden Wirkung auf das Energienetz vorgegeben bzw. eingestellt.Additionally or alternatively, in one embodiment, the kinetic energy, in particular the speed, of the flywheel is reduced by appropriate adjustment of the gear or the transmission ratio, preferably by reducing the transmission ratio. As a result, in one embodiment, the load torque of the three-phase machine is reversed if necessary and (then) has a driving effect, which advantageously leads to an active power flow from the flywheel via the three-phase machine to the energy network, wherein if the three-phase machine in one embodiment is a synchronous machine, in particular as described herein, in particular in contrast to an asynchronous machine, advantageously continues to rotate synchronously with the grid frequency in the second operating mode or generator(ic) operation, and if the three-phase machine in one embodiment is an asynchronous machine, in particular as described herein, in particular in contrast to a synchronous machine, advantageously continues to rotate asynchronously, in particular slipping, with the grid frequency in the second operating mode or generator(ic) operation. This active power flow has a frequency-raising effect on the energy network. By adjusting the transmission ratio, in particular a rate of change of the transmission ratio, in one embodiment the frequency-raising effect is advantageously controlled or the transmission ratio, in particular a rate of change of the transmission ratio, is specified or set depending on a desired frequency-raising effect on the energy network.

Insbesondere hierzu wird in einer Ausführung das Übersetzungsverhältnis des Getriebes in Abhängigkeit von einer Netzfrequenz des Energienetzes und/oder mit einer vorgegebenen Änderungsrate verstellt und/oder zur Entnahme, insbesondere Erhöhung einer Entnahme, von elektrischer Leistung aus dem Energienetz erhöht und/oder zur Einspeisung, insbesondere Erhöhung einer Einspeisung, von elektrischer Leistung in das Energienetz reduziert.In particular, for this purpose, in one embodiment the transmission ratio of the gear unit is adjusted as a function of a grid frequency of the energy grid and/or at a predetermined rate of change and/or increased to extract, in particular increase a withdrawal, electrical power from the energy grid and/or reduced to feed, in particular increase a feed, electrical power into the energy grid.

In einer Ausführung sind ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise computerimplementiert bzw. werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System, insbesondere dessen Kontrolleinrichtung und/oder auf Basis einer Kommunikation mit einer Fernsteuerung und/oder -überwachung über die Sende-/Empfangs-Vorrichtung.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are fully or partially computer-implemented or one or more, in particular all, steps of the method are fully or partially automated, in particular by the system, in particular its control device and/or on the basis of communication with a remote control and/or monitoring via the transmitting/receiving device.

Ein Leistungsbereich der Drehstrommaschine und/oder des Getriebes beträgt in einer Ausführung wenigstens 5 MW und/oder höchstens 80 MW bzw. die Drehstrommaschine und/oder das Getriebe ist/sind in einer Ausführung für eine Maximal- oder Nennleistung von wenigstens 5 MW und/oder höchstens 80 MW ausgelegt. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung eine Drehzahl, insbesondere eine Nenn-Drehzahl, der Schwungmasse wenigstens zeitweise wenigstens 500 U/min, vorzugsweise wenigstens 750 U/min, und/oder höchstens 5000 U/min, vorzugsweise höchstens 3600 U/min bzw. die Schwungmasse ist in einer Ausführung für eine (Nenn-)Drehzahl von wenigstens 500 U/min, vorzugsweise wenigstens 750 U/min, und/oder höchstens 5000 U/min, vorzugsweise höchstens 3600 U/min ausgelegt. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung eine Netzfrequenz des Energienetzes 50 oder 60 Hz bzw. die Drehstrommaschine ist in einer Ausführung für eine Netzfrequenz des Energienetzes von 50 oder 60 Hz ausgelegt. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung eine Spannung, insbesondere eine Nennspannung, der Drehstrommaschine wenigstens 1 kV und/oder höchstens 25 kV, vorzugsweise höchstens 15 kV, bzw. die Drehstrommaschine ist in einer Ausführung für eine (Nenn)Spannung von wenigstens 1 kV und/oder höchstens 25 kV, vorzugsweise höchstens 15 kV, ausgelegt.In one embodiment, a power range of the three-phase machine and/or the gearbox is at least 5 MW and/or at most 80 MW, or the three-phase machine and/or the gearbox is/are designed in one embodiment for a maximum or nominal power of at least 5 MW and/or at most 80 MW. Additionally or alternatively, in one embodiment, a speed, in particular a nominal speed, of the flywheel is at least temporarily at least 500 rpm, preferably at least 750 rpm, and/or at most 5000 rpm, preferably at most 3600 rpm, or the flywheel is designed in one embodiment for a (nominal) speed of at least 500 rpm, preferably at least 750 rpm, and/or at most 5000 rpm, preferably at most 3600 rpm. Additionally or alternatively, in one embodiment, a grid frequency of the energy network is 50 or 60 Hz, or the three-phase machine is designed in one embodiment for a grid frequency of the energy network of 50 or 60 Hz. Additionally or alternatively, in one embodiment, a voltage, in particular a nominal voltage, of the three-phase machine is at least 1 kV and/or at most 25 kV, preferably at most 15 kV, or the three-phase machine is designed in one embodiment for a (nominal) voltage of at least 1 kV and/or at most 25 kV, preferably at most 15 kV.

Für solche Bereiche ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft, insbesondere hier sind die Vorteile gegenüber Synchronmaschinen mit getriebelos angekoppelten Schwungrädern besonders signifikant.The present invention is particularly advantageous for such areas, in particular here the advantages over synchronous machines with gearless coupled flywheels are particularly significant.

In einer Ausführung ist die Drehstrommaschine frequenzumrichterlos bzw. nicht über einen Frequenzumrichter an das Energienetz angeschlossen. Hierdurch kann in einer Ausführung der Aufwand reduziert und durch das verstellbare Getriebe in Verbindung mit der Drehstrommaschine besonders vorteilhaft, insbesondere situationsangepasst und/oder effizient, Energie zwischengespeichert werden.In one version, the three-phase machine is not connected to the power grid via a frequency converter or is not connected to the power grid via a frequency converter. In one version, this reduces the effort and the adjustable gear in conjunction with the three-phase machine allows energy to be stored in a particularly advantageous manner, particularly in a situation-adapted and/or efficient manner.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

1: ein System mit einer Zwischenspeichereinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
2: ein Verfahren zum Betreiben der Zwischenspeichereinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Further advantages and features emerge from the subclaims and the embodiments. This shows, partly schematically:

1 : a system with a buffer device according to an embodiment of the present invention; and
2 : a method for operating the buffer device according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt ein System mit einer Zwischenspeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Energie eines Energienetzes 40 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 shows a system with a buffer device for temporarily storing energy of an energy network 40 according to an embodiment of the present invention.

Die Zwischenspeichereinrichtung weist eine elektrische Drehstrommaschine 10 auf, die zur Entnahme von elektrischer Leistung aus dem Energienetz 40 in einem ersten Betriebsmodus der Drehstrommaschine und zur Einspeisung von elektrischer Leistung in das Energienetz 40 in einem zweiten Betriebsmodus der Drehstrommaschine eingerichtet und hierzu über eine Unterbrechungseinrichtung 20 und zwei Transformatoreinrichtungen 21, 22 an das Energienetz 40 angeschlossen ist.The intermediate storage device has an electrical three-phase machine 10 which is set up to draw electrical power from the energy network 40 in a first operating mode of the three-phase machine and to feed electrical power into the energy network 40 in a second operating mode of the three-phase machine and is connected to the energy network 40 via an interruption device 20 and two transformer devices 21, 22.

Die Zwischenspeichereinrichtung weist ein Schwungrad 12 und ein stufenlos verstellbares Getriebe 11 auf, das die Drehstrommaschine 10 und das Schwungrad 12 mechanisch kupplungslos verbindet.The intermediate storage device has a flywheel 12 and a continuously variable transmission 11, which mechanically connects the three-phase machine 10 and the flywheel 12 without a clutch.

Die Zwischenspeichereinrichtung weist zusätzlich einen Starterantrieb 13 zum Anfahren des Schwungrads 12 auf, der mit dem Schwungrad 12 mechanisch kupplungslos verbunden ist.The intermediate storage device additionally has a starter drive 13 for starting the flywheel 12, which is mechanically connected to the flywheel 12 without a clutch.

In einer in 1 gestrichelt angedeuteten Abwandlung kann zwischen Starterantrieb 13 und Schwungrad 12 und/oder zwischen Schwungrad 12 und Getriebe 11 und/oder zwischen Getriebe 11 und Drehstrommaschine 10 eine Kupplung 50, 51 bzw. 52 zum temporären mechanischen Koppeln angeordnet sein. Wie beschrieben können eine oder mehrere, insbesondere alle Kupplungen 50-52 auch entfallen bzw. Starterantrieb 13 und Schwungrad 12 und/oder Schwungrad 12 und Getriebe 11 und/oder Getriebe 11 und Drehstrommaschine 10 auch jeweils kupplungslos mechanisch miteinander verbunden sein. Dies ermöglicht vorteilhaft einen robuste(re)n und/oder kompakte(re)n Aufbau.In a 1 In the modification indicated by dashed lines, a clutch 50, 51 or 52 can be arranged for temporary mechanical coupling between starter drive 13 and flywheel 12 and/or between flywheel 12 and gearbox 11 and/or between gearbox 11 and three-phase machine 10. As described, one or more, in particular all, clutches 50-52 can also be omitted or starter drive 13 and flywheel 12 and/or flywheel 12 and gearbox 11 and/or gearbox 11 and three-phase machine 10 can also be mechanically connected to one another without a clutch. This advantageously enables a more robust and/or more compact structure.

Die Zwischenspeichereinrichtung weist eine Fluidversorgungseinrichtung 14 zur Kühl- und/oder Schmierstoffversorgung der Drehstrommaschine 10, des Getriebes 11 und/oder des Schwungrads 12 sowie gegebenenfalls der Kupplung(en) 50, 51 bzw. 52 auf.The intermediate storage device has a fluid supply device 14 for supplying cooling and/or lubricant to the three-phase machine 10, the transmission 11 and/or the flywheel 12 and, if applicable, the clutch(es) 50, 51 or 52.

Die Zwischenspeichereinrichtung weist eine Kontrolleinrichtung zum Steuern und/oder Überwachen der Drehstrommaschine 10, des Getriebes 11, des Schwungrads 12 und/oder des Starterantriebs 13 und/oder gegebenenfalls der Kupplung 50, 51 und/oder 52 auf, welche eine speicherprogrammierbare Steuerung 30, insbesondere zum Steuern und/oder Überwachen der Drehstrommaschine 10, des Getriebes 11 und/oder des Schwungrads 12 und/oder gegebenenfalls der Kupplung 50, 51 und/oder 52, und eine Sende-/Empfangs-Vorrichtung 31 zur Kommunikation mit einer Fernsteuerung und/oder -überwachung 60 aufweist. Die speicherprogrammierbare Steuerung 30 steuert und/oder überwacht eine Steuerung 32, die einerseits die Drehstrommaschine 10 und andererseits die Unterbrechungseinrichtung 20 steuert und/oder überwacht. Zudem steuert und/oder überwacht die speicherprogrammierbare Steuerung 30 die Fluidversorgungseinrichtung 14, vorzugsweise wenigstens eine Pumpe 14.1 der Fluidversorgungseinrichtung, und/oder einen Frequenzumrichter bzw. eine VFD(„Variable Frequency Drive“)-Steuerung 15 zum Steuern des Starterantriebs 13, der bzw. die an ein elektrisches Stromnetz 41 angeschlossen ist.The intermediate storage device has a control device for controlling and/or monitoring the three-phase machine 10, the transmission 11, the flywheel 12 and/or the starter drive 13 and/or optionally the clutch 50, 51 and/or 52, which has a programmable logic controller 30, in particular for controlling and/or monitoring the three-phase machine 10, the transmission 11 and/or the flywheel 12 and/or optionally the clutch 50, 51 and/or 52, and a transmitting/receiving device 31 for communication with a remote control and/or monitoring device 60. The programmable logic controller 30 controls and/or monitors a controller 32, which controls and/or monitors the three-phase machine 10 on the one hand and the interruption device 20 on the other. In addition, the programmable logic controller 30 controls and/or monitors the fluid supply device 14, preferably at least one pump 14.1 of the fluid supply device, and/or a frequency converter or a VFD (“Variable Frequency Drive”) controller 15 for controlling the starter drive 13, which is connected to an electrical power network 41.

2 zeigt ein Verfahren zum Betreiben der Zwischenspeichereinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 2 shows a method for operating the buffer device according to an embodiment of the present invention.

In einem Schritt S10 wird in einem ersten bzw. Motorbetrieb(smodus) unter Entnahme von elektrischer Leistung aus dem Energienetz 40 eine kinetische Energie des Schwungrads 12 vergrößert.In a step S10, in a first or engine operating mode, a kinetic energy of the flywheel 12 is increased by taking electrical power from the energy network 40.

In einem Schritt S30 wird in einem zweiten bzw. Generatorbetrieb(smodus) unter Reduzierung der kinetischen Energie des Schwungrads 12 elektrische Leistung in das Energienetz 40 einspeist.In a step S30, in a second or generator operation (mode) while reducing the kinetic energy of the flywheel 12, electrical power is fed into the energy network 40.

Insbesondere zum Übergang wird ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 11, das gleich einem Quotienten eines Betrags einer Drehzahl eines schwungradseitigen ersten Koppelglieds 11.1, das das Getriebe 11 und das Schwungrad 12 mechanisch miteinander verbindet, dividiert durch einen Betrag einer Drehzahl eines drehstrommaschinenseitigen zweiten Koppelglieds 11.2, das das Getriebe 11 und die Drehstrommaschine 10 mechanisch miteinander verbindet, ist, verstellt (2: Schritt S20 bzw. S40).In particular, for the transition, a transmission ratio of the transmission 11 is used which is equal to a quotient of an amount of a speed a flywheel-side first coupling element 11.1, which mechanically connects the transmission 11 and the flywheel 12, divided by an amount of a rotational speed of a three-phase machine-side second coupling element 11.2, which mechanically connects the transmission 11 and the three-phase machine 10, is adjusted ( 2 : step S20 or S40).

Dabei wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes in Abhängigkeit von einer Netzfrequenz des Energienetzes und/oder mit einer vorgegebenen Änderungsrate verstellt und/oder zur Entnahme, insbesondere Erhöhung einer Entnahme, von elektrischer Leistung aus dem Energienetz erhöht (Schritt S40) und/oder zur Einspeisung, insbesondere Erhöhung einer Einspeisung, von elektrischer Leistung in das Energienetz reduziert (Schritt S20).In this case, the transmission ratio of the gear unit is adjusted as a function of a grid frequency of the energy grid and/or at a predetermined rate of change and/or increased to extract, in particular increase a withdrawal, electrical power from the energy grid (step S40) and/or reduced to feed, in particular increase a feed, electrical power into the energy grid (step S20).

Dies ist schematisch durch Pfeile in 1 angedeutet, wobei in einer oberen Zeile eine Erhöhung („↑“) einer Drehzahl n des Schwungrads 12 durch Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses i und ein entsprechender Wirkleistungsfluss P sowie eine entsprechende frequenzsenkende Wirkung im Energienetz 40 („↓f“) angedeutet ist und in einer unteren Zeile demgegenüber eine Reduzierung („↓“) der Drehzahl n des Schwungrads 12 durch Reduzierung des Übersetzungsverhältnisses i und ein entsprechender Wirkleistungsfluss P sowie eine entsprechende frequenzhebende Wirkung im Energienetz 40 („↑f“).This is shown schematically by arrows in 1 indicated, wherein in an upper line an increase (“↑”) of a rotational speed n of the flywheel 12 by increasing the transmission ratio i and a corresponding active power flow P as well as a corresponding frequency-reducing effect in the energy network 40 (“↓f”) is indicated and in a lower line, in contrast, a reduction (“↓”) of the rotational speed n of the flywheel 12 by reducing the transmission ratio i and a corresponding active power flow P as well as a corresponding frequency-raising effect in the energy network 40 (“↑f”).

Damit lässt sich vorteilhaft ein schnell abrufbarer Wirkleistungsaustausch mit dem Netz 40 für einen begrenzten Zeitraum realisieren, wobei die Momentanreserve bzw. instantane Wirkleistungsbereitstellung bzw. -aufnahme sowie die regelbare Blindleistung vorteilhaft erhalten bleiben.This advantageously makes it possible to implement a quickly retrievable active power exchange with the grid 40 for a limited period of time, whereby the instantaneous reserve or instantaneous active power provision or consumption as well as the controllable reactive power are advantageously maintained.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be noted that a large number of modifications are possible. It should also be noted that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope of protection, applications and structure in any way. Rather, the preceding description provides the person skilled in the art with a guide for implementing at least one exemplary embodiment, whereby various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without departing from the scope of protection as it results from the claims and combinations of features equivalent to these.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Drehstrom-Synchronmaschinethree-phase synchronous machine
1111: Getriebetransmission
11.111.1: erstes Koppelgliedfirst coupling link
11.211.2: zweites Koppelgliedsecond coupling link
1212: Schwungradflywheel
1313: Starterantriebstarter drive
1414: Fluidversorgungseinrichtungfluid supply device
14.114.1: Pumpepump
1515: Frequenzumrichter bzw. VFD-Steuerungfrequency converter or VFD control
2020: Unterbrechungseinrichtunginterruption device
21, 2221, 22: Transformatoreinrichtungtransformer device
3030: speicherprogrammierbare Steuerungprogrammable logic controller
3131: Sende-/Empfangs-Vorrichtungtransmitting/receiving device
3232: Synchronsteuerungsynchronous control
4040: Energienetzenergy network
4141: Stromnetzpower grid
50-5250-52: Kupplungcoupling
6060: Fernsteuerung und/oder -überwachungremote control and/or monitoring

Claims

Intermediate storage device for temporarily storing energy from an energy network (40), comprising: - an electric three-phase machine (10) which is designed to draw electrical power from the energy network in a first operating mode of the electric three-phase machine and to feed electrical power into the energy network in a second operating mode of the electric three-phase machine; and - a flywheel (12); wherein the electric three-phase machine and the flywheel are mechanically connected by a gear (11).

Intermediate storage device after the previous Claim 1 , characterized in that a transmission ratio of the transmission, which is equal to a quotient of an amount of a rotational speed of a flywheel-side first coupling element (11.1) of the transmission, which is mechanically connected to the flywheel, divided by an amount of a rotational speed of a machine-side second coupling element (11.2) of the transmission, which is mechanically connected to the three-phase electric machine, is adjustable.

Intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the three-phase electrical machine is a synchronous machine, in particular a salient-pole rotor synchronous machine or a solid-pole rotor synchronous machine; or characterized in that the three-phase electrical machine is an asynchronous machine, in particular a squirrel-cage asynchronous machine or a slip-ring rotor asynchronous machine, in particular a single-fed slip-ring rotor asynchronous machine; or characterized in that the three-phase electrical machine is a double-fed asynchronous machine.

Intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ratio of the gear is continuously adjustable.

Intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized in that , in addition to the three-phase electric machine, it has a starter drive (13) for starting the flywheel and/or the three-phase electric machine.

Intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission is connected to the three-phase machine and/or the flywheel without a clutch.

Buffer device according to one of the preceding Claims 1 - 6 , characterized in that the transmission is mechanically connected to the three-phase machine via at least one clutch (50, 51, 52) and/or to the flywheel via at least one clutch.

Intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized by a fluid supply device (14) for supplying fluid to the three-phase machine, the transmission and/or the flywheel and/or a control device (30, 31, 32, 15) for controlling and/or monitoring the three-phase machine, the transmission, the flywheel and/or the fluid supply device.

Buffer device according to the preceding claim, characterized in that the control device has a programmable logic controller (30) and/or a transmitting/receiving device (31) for communication with a remote control and/or monitoring device (60).

Intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized in that it is set up to carry out a method according to one of the subsequent claims.

System comprising an energy network (40) and an intermediate storage device according to one of the preceding claims for intermediate storage of energy from the energy network.

System according to the preceding claim, characterized in that the three-phase machine (10) of the intermediate storage device is connected to the energy network via at least one interruption device (20) of the system and/or at least one transformer device (21, 22) of the system.

Method for operating an intermediate storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the three-phase machine is operated at least temporarily to draw electrical power from the energy network in the first operating mode (S10) and at least temporarily to feed electrical power into the energy network in the second operating mode (S30), and the transmission ratio of the gear unit is adjusted in the first operating mode and/or in the second operating mode of the three-phase machine, in particular to change from the first to the second operating mode and/or from the second to the first operating mode (S20, S40).

Method according to the preceding claim, characterized in that the transmission ratio of the gear unit is adjusted as a function of a network frequency of the energy network and/or with a predetermined rate of change and/or is increased to extract, in particular increase a withdrawal, electrical power from the energy network and/or is reduced to feed, in particular increase a feed, electrical power into the energy network.