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JP2007500823A - Method for adjusting and stabilizing the delivery of wind energy - Google Patents

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JP2007500823A JP2006533788A JP2006533788A JP2007500823A JP 2007500823 A JP2007500823 A JP 2007500823A JP 2006533788 A JP2006533788 A JP 2006533788A JP 2006533788 A JP2006533788 A JP 2006533788A JP 2007500823 A JP2007500823 A JP 2007500823A
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Abstract

【課題】本発明は、風速の変動と揺れ動きにかかわらず、突然のサージとスパイクを避けるために、送電網などへの風力発電エネルギーの供給の調整と安定化方法を提供する。
【解決手段】本方法は、需要が高いか、風の有効性が低い時、エネルギーが送電網によって直接使用可能で、また後の使用のために貯蔵される、多数の即時使用ステーション、エネルギー貯蔵ステーション及び混成ステーションを含む複数の風車ステーションを使用することが好ましい。来るべき日のための風力利用可能レベルとなる結果予測に役立つ毎日の風速予報に基づき、直接のエネルギーとストレージからのエネルギーの使用を調整するために、エネルギー送り出しスケジュールつくることを意図する。このスケジュールは、望ましくは1日間での定電力出力期間の減少数を設定する。その間におけるエネルギー送り出しレベルは、風速と風力利用可能レベルの変動と揺れ動きにもかかわらず、実質的に一定である。
【選択図】図6
The present invention provides a method for adjusting and stabilizing the supply of wind power energy to a power grid or the like in order to avoid sudden surges and spikes regardless of wind speed fluctuations and swaying movements.
The method includes a number of immediate use stations, energy storage where energy is directly available by the grid and stored for later use when demand is high or wind effectiveness is low. It is preferred to use a plurality of windmill stations including stations and hybrid stations. It is intended to create an energy delivery schedule to coordinate direct energy and use of energy from storage, based on daily wind speed forecasts that help predict the outcome of wind availability for the coming day. This schedule preferably sets the number of reductions in the constant power output period in one day. In the meantime, the energy delivery level is substantially constant despite fluctuations and swaying in wind speed and available wind level.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、風力発電エネルギー・システムにかかり、特に送電網へのような風力発電エネルギーの送り出し(供給)を調整して安定させる方法に関するものである。   The present invention relates to a wind energy generation system, and more particularly to a method for adjusting and stabilizing the delivery (supply) of wind energy, such as to a power grid.

太陽と風などの自然資源からエネルギーを生成することは、最近数十年間にわたるこの国の重要な目標であった。実際に、外国の資源である石油に対する依存を減らすことは、重要な国家的な問題になっている。エネルギー専門家は、石油、ガス、石炭を含むこれらの資源の一部がいつか尽きるかもしれないことを恐れている。これらの懸念のため、自然の「代替」資源と呼ばれるものから派生するエネルギーを利用しようとして、多くのプロジェクトが始められている。   Generating energy from natural resources such as the sun and wind has been an important goal of the country over the last few decades. In fact, reducing dependence on foreign resources, oil, has become an important national issue. Energy professionals fear that some of these resources, including oil, gas and coal, may run out someday. Because of these concerns, many projects have been started in an attempt to use energy derived from what are called natural “alternative” resources.

太陽エネルギーが最も広く知られている代替資源であるかもしれないが、風から巨大なエネルギーを利用する可能性もある。ウィンドファームは、例えば、風が自然に吹く国の多くの地域で建設されている。これらの応用例の多くにおいて、多数のウィンドミル(以下、風車)が建設されており、風に向かって「狙いが定められている」。風がウィンドミルに対して吹き、回転力がつくられて発電機を駆動するのに用いられる。このエネルギーは、しばしば公益事業ステーションによって発生されるエネルギーを補うのに用いられ、送電網によって分配される。   Solar energy may be the most widely known alternative resource, but there is also the potential to use enormous energy from the wind. Wind farms, for example, are being built in many areas of the country where the wind blows naturally. In many of these applications, a large number of wind mills (hereinafter referred to as windmills) have been built and “targeted” towards the wind. Wind is blown against the windmill and is used to drive the generator by generating rotational force. This energy is often used to supplement the energy generated by the utility station and is distributed by the grid.

風の条件が比較的一貫しており、予測できるとき、ウィンドファームは最もよく稼動する。このような諸条件は、結びついたシステム・ネットワークに悪影響を与え得るサージ(電流・電圧の急増)とスイング(動揺)を避け、一貫して予測できるエネルギー量が生成され、供給されることを可能にする。しかしながら、問題は風がもともと予測できなくて不確かであるということである。ほとんどの場合、風速と頻度、持続時間は相当変化する。すなわち、風は長い時間帯にわたり同じ速度で吹くことはなく、風速そのものが、ある瞬間から次の瞬間へと著しく変化する。そして、風によって生成される電力量は、数学的に風速の3乗の関数であるので、風速の極わずかな変動または揺れ動きでさえ風力発電の不均衡な変化となってしまう。例えば、風速(増減する)の3倍の変化は、風力発電の27倍の変化となる(すなわち3の3乗は27に等しい)。   Wind farms work best when wind conditions are relatively consistent and predictable. These conditions avoid surges (surges in current and voltage) and swings that can adversely affect the connected system network and allow a consistent and predictable amount of energy to be generated and delivered. To. The problem, however, is that the wind is inherently unpredictable and uncertain. In most cases, wind speed, frequency and duration vary considerably. That is, the wind does not blow at the same speed over a long period of time, and the wind speed itself changes significantly from one moment to the next. And since the electric energy produced | generated by a wind is a function of the cube of a wind speed mathematically, even the slight fluctuation | variation or swaying motion of a wind speed will become the unbalanced change of wind power generation. For example, a three-fold change in wind speed (increase / decrease) is a 27-fold change in wind power generation (ie, the third power of 3 is equal to 27).

これは、より小さなネットワークの集合体から成る巨大なネットワークである送電網に電力を届けるウィンドファームという環境において特に重要である。ある地域のこれらの突然のサージ(電流・電圧の急変)は、他の地域を混乱させ、場合によっては全てのシステムを停止させることさえあり得る。これらの問題のため、現在の諸システムでは、ウィンドファームの電力出力は、しばしば取り扱いが難しく、全てのシステムに対し問題を引き起こすことがあり得る。   This is particularly important in a wind farm environment where power is delivered to a transmission network, which is a large network of smaller networks. These sudden surges (abrupt changes in current and voltage) in one area can disrupt other areas and even shut down all systems. Because of these problems, in current systems, wind farm power output is often difficult to handle and can cause problems for all systems.

風の変動と揺れ動きに関連するもう一つの問題は、送電網における送電線のピークの電力感度に関するものである。風速変動が深刻で、実質的な風力電力の出力変動が起こるとき、電力変動と揺れ動きに耐えるべくシステムが十分な送電線容量を有するように、これらの変動を考慮してシステムが設計されなければならない。これらピークの電力出力に対し同時に、過度の考慮が与えられるならば、システムが結局過度に計画されていることになる。すなわち、システムが、小さい時間の割合の中でサージに耐えるように設計されている場合、大きい時間の割合の中では、送電網の容量が能率的に、そして、効果的に使われないことになる。   Another problem associated with wind fluctuations and swaying concerns the power sensitivity of the transmission line peaks in the grid. When wind speed fluctuations are severe and substantial wind power output fluctuations occur, the system must be designed with these fluctuations in mind so that the system has sufficient transmission line capacity to withstand the power fluctuations and fluctuations. Don't be. If excessive consideration is given to these peak power outputs at the same time, the system will eventually be over-planned. That is, if the system is designed to withstand surges in a small percentage of time, the grid capacity will not be used efficiently and effectively in a large percentage of time. Become.

関連したもう一つの問題は、若干の状況における風の欠如または非常な低速風と関連する風力の一時的な消失である。これが起こるとき、全体的な送電網出力に弊害をもたらし得る風力電力供給の途切れがあるかもしれない。ピーク需要期を相殺するために、風力発電に対してより大きな依存性がある大きなウィンドファームが使われるとき、これは特に重要である。   Another related problem is the lack of wind in some circumstances or the temporary disappearance of wind power associated with very low speed winds. When this happens, there may be a break in the wind power supply that can harm the overall grid output. This is particularly important when large wind farms are used that have a greater dependence on wind power to offset the peak demand period.

これらの問題のため、ピークの需要期やほとんど風が利用できない間に風力発電電力が利用できるように、過去において風によって発生されるエネルギーを貯蔵するために意図された。すなわち、最も利用可能なときから最も必要なときへのタイムシフトである。それにもかかわらず、これらの過去のシステムは、信頼ができ一貫した方法で実行することができなかった。過去の試みは、変動と揺れ動き問題を上記で説明したように、長い時間帯にわたって風をエネルギー源として使用する点で、固有の非効率性と難点を減らすことができなかった。   These problems were intended to store energy generated by wind in the past so that wind power can be used during peak demand periods or when wind is hardly available. That is, the time shift from the most available time to the most necessary time. Nevertheless, these past systems have not been able to perform in a reliable and consistent manner. Past attempts have been unable to reduce the inherent inefficiencies and difficulties in using wind as an energy source over a long period of time, as explained above for the fluctuation and sway problems.

これらの問題にもかかわらず、風は決して尽きることのない、また、世界中の多数の場所でしばしば豊富である。それ故、送電網に悪影響を与え得るエネルギーのスイング(動揺)とサージ(電流・電圧の急変)が除去され得るよう送電に先立って風力エネルギーの途切れを埋めて風力の変動と揺れ動きを滑らかにし、エネルギーを貯蔵するのみではなく、調整され、管理され、安定化されたエネルギーを送電網に供給し得る電力を備えることにより、風により発電された電力を利用する方法を発展させたいとする要望がある。   Despite these problems, the wind is never exhausted and is often abundant in many places around the world. Therefore, to eliminate the energy swing (sway) and surge (sudden changes in current and voltage) that can adversely affect the power grid, the wind energy fluctuations and fluctuations are smoothed by filling in the wind energy interruption prior to transmission, In addition to storing energy, there is a desire to develop ways to use wind-generated power by providing power that can supply regulated, managed, and stabilized energy to the grid. is there.

本発明は、送電網に悪影響を与え得るエネルギーのスイング(動揺)とサージ(電流・電圧の急変)を避け、送電網への電力の供給を円滑にし、安定させることにより、風力変動と揺れ動きを減少または避けることを可能にする、風力発電エネルギーの使用と貯蔵、および効果的な調整、管理、及び供給を安定させる方法に関連する。本方法は、通常、来るべき日の風の諸条件と特性を見積もるために毎日の風の予報と映像(予測図)を利用するプロセスを備え、風が生成した電力を送電網へ出力するレベルは、来るべき24時間の期間の間一定のままにし得る最も長い可能性のある期間をシステムが提供可能にすることを目標として、効果的に計画し、送り出しスケジュールを創出すためのデータを使用する。この点において、本システムは、エネルギーを後の使用のために蓄積することができるものを含む様々なタイプのエネルギー発電系を使用すること、及び、いかなる時間においても、どれくらいの量のエネルギーを蓄積し、どれくらいの量がストレージから使用されるのかを決定することのできる制御システムを意図している。   The present invention avoids energy swings and surges (abrupt changes in current and voltage) that can adversely affect the power grid, and smoothes and stabilizes the supply of power to the power grid, thereby reducing wind fluctuations and fluctuations. It relates to the use and storage of wind power energy, which can be reduced or avoided, and how to effectively regulate, manage and stabilize the supply. This method usually comprises a process that uses daily wind forecasts and images (predictions) to estimate the wind conditions and characteristics of the coming day, and the level at which the power generated by the wind is output to the grid. Uses data to effectively plan and create delivery schedules with the goal of allowing the system to provide the longest possible period that can remain constant for the upcoming 24-hour period To do. In this regard, the system uses various types of energy generation systems, including those that can store energy for later use, and how much energy is stored at any time. And is intended for a control system that can determine how much is used from storage.

一つの態様において、本システムは、風力発電の電力をどのように発生させるか決定するために、様々な用途の専用の風車ステーション(windmill station)を備える。これらのステーションで第1のものは、送電網または地域社会による直接、且つ即時使用のためのエネルギーをつくる専用のもの(以下、「即時使用ステーション(immediate use station)」と称する)である。これらの風車ステーションの第2のものは、圧縮空気エネルギー・システムを使用しているエネルギー貯蔵専用のもの(以下、「エネルギー貯蔵ステーション(energy storage station)」と称する)である。これらの風車ステーションの第3は、この2つの間で切替えられることができる(以下、「混成ステーション(hybrid station)」と称す)。このようなシステムは、いかなる時間においても、即時の使用と貯蔵の両方のために、適切なエネルギー量の生成において、システムが経済的でエネルギー効率を良好にし得る各々のタイプの風車ステーションにおける予め定められた数と比率でもって、システムが設計されていることが好ましい。これらのシステムは、多数の風車ステーションが必要である地域社会、すなわち、ウィンドファーム及び又はシステムからのエネルギーが従来のエネルギー源を補うために用いられ得るように既存の送電網の利用により使用されることが好ましい。   In one embodiment, the system includes a dedicated windmill station for various applications to determine how to generate wind power. The first of these stations is dedicated to creating energy for direct and immediate use by the grid or community (hereinafter referred to as “immediate use station”). The second of these windmill stations is dedicated to energy storage using a compressed air energy system (hereinafter referred to as “energy storage station”). The third of these windmill stations can be switched between the two (hereinafter referred to as the “hybrid station”). Such a system is pre-determined at each type of windmill station where the system can be economical and energy efficient in producing an appropriate amount of energy for both immediate use and storage at any time. It is preferred that the system be designed with the given number and ratio. These systems are used by communities that require a large number of windmill stations, i.e. by utilizing existing power grids so that energy from wind farms and / or systems can be used to supplement traditional energy sources It is preferable.

各々の即時使用ステーションは、好ましくは水平軸風力タービン(HAWT)、および風車のナセル(nacelle)に位置し、風に起因する回転運動が発電機を介し直接電気エネルギーに変わる発電装置を有する。これは、例えば、風から派生する機械力が発電機を直接駆動することができるように、発電装置を風力タービンの回転するシャフトに直接接続することによって実現可能である。風車軸にあるギヤボックスの下流に発電機を置くことにより、風車の機械的な力を直接用い、配置が他のタイプによるものであると考えられる典型的なエネルギー損を避けることができる。   Each ready-to-use station is preferably located in a horizontal axis wind turbine (HAWT) and a wind turbine nacelle and has a generator that turns the wind-induced rotational motion directly into electrical energy via the generator. This can be achieved, for example, by connecting the generator directly to the rotating shaft of the wind turbine so that mechanical forces derived from the wind can drive the generator directly. By placing the generator downstream of the gearbox on the windmill shaft, the mechanical power of the windmill can be used directly, avoiding typical energy losses that may be due to other types of placement.

エネルギー貯蔵ステーションは、地上高くにあるナセルから機械的な回転エネルギーを回転機械エネルギーとして大地レベルまで下ろす点で、より複雑である。同様に、各々のエネルギー貯蔵ステーションは、圧縮機に接続され、直接風力を圧縮空気エネルギーに変える。各エネルギー貯蔵ステーションの水平に指向した風力タービンは、好ましくは第1のギヤへ結合されている水平軸を有し、水平軸は風車塔の下へ延びている垂直軸に結合し、その結果、地上にある他の一つの水平軸に結合した第2のギヤボックスに連結している。下側の水平軸は、それから風から派生する機械的な力が圧縮空気エネルギーに直接変換され貯蔵され得るように、圧縮機に接続される。   Energy storage stations are more complex in that they lower mechanical rotational energy from the nacelle above the ground as rotating mechanical energy to the ground level. Similarly, each energy storage station is connected to a compressor and directly converts wind power into compressed air energy. The horizontally oriented wind turbine of each energy storage station preferably has a horizontal axis coupled to the first gear, the horizontal axis coupled to a vertical axis extending below the windmill tower, so that It is connected to a second gear box connected to another horizontal shaft on the ground. The lower horizontal axis is then connected to the compressor so that mechanical forces derived from the wind can be directly converted into compressed air energy and stored.

各々のエネルギー貯蔵ステーションからの圧縮空気は、圧縮空気が貯蔵され得る一つ以上の高圧貯蔵タンク(high-pressure storage tank)またはパイプライン貯蔵システム(pipeline storage system)に導かれることが好ましい。圧縮空気の貯蔵は、延長される時間の期間のために蓄積されるために、風から派生するエネルギーを与える。エネルギーをこのような方法で蓄積することによって、ほとんど風が利用できない時、及び又はピーク需要期の間に、ターボ・エキスパンダによって適切な時間に圧縮空気を放出させ、膨張させることができる。放出され膨張させられた空気は、「必要に応じて」、すなわち、風が実際に吹く時と同時かもしれず、そうではないかもしれないが電力が実際に必要である時に基づき、常に電力を発生し得る、風から派生するエネルギーのような発電装置を駆動することができる。   The compressed air from each energy storage station is preferably directed to one or more high-pressure storage tanks or pipeline storage systems in which the compressed air can be stored. Compressed air storage provides energy derived from the wind to be accumulated for an extended period of time. By storing energy in this way, compressed air can be released and expanded by the turbo expander at an appropriate time when little wind is available and / or during peak demand periods. Released and inflated air will always generate power “on demand”, ie, at the same time as the wind actually blows, but not when it is actually needed It is possible to drive a power generator such as wind-derived energy.

本発明は、貯蔵タンク、パイプライン・システム、及び又は関連した構成要素、そしてそれらの集合が、圧縮と膨張中でさえ貯蔵された空気を比較的安定な温度に維持するために熱を吸収し、放出するように設計されていることを意図する。例えば、大きな貯蔵タンクが使われるとき、好適実施例は、タンク内温度を比較的安定に維持する経済的方法を提供するために、熱伝達液(例えば不凍液)が管を通して配送され得る各タンクの内部を通って広がっている管でできている熱伝達システムを使用することを含む。   The present invention allows storage tanks, pipeline systems, and / or related components, and collections thereof, to absorb heat to maintain stored air at a relatively stable temperature even during compression and expansion. Intended to be designed to release. For example, when large storage tanks are used, the preferred embodiment provides for an economical way to maintain a relatively stable temperature in the tank for each tank where heat transfer liquid (eg, antifreeze liquid) can be delivered through a tube. Including using a heat transfer system made of pipes extending through the interior.

本システムは、また、付加熱と圧縮エネルギーを発生するのを援助する貯蔵タンク、及び膨張した空気が凍ることから防止され得る手段を備えることのできる加熱器を含む他の加熱システムを組み込むことができる。あるいは、本発明はまた、貯蔵タンク内の圧縮空気の温度と圧力を増やすために必要な熱を提供するために、太陽熱、圧縮機からの余熱、ゴミ焼却炉、および低レベル化石燃料パワー、その他、の組合せを使うことを意図する。本システムも、ターボ・エキスパンダからの排出による圧縮空気の膨張により作られる冷えた空気を、例えば、夏季期間中空調サービスの需要がある場合、付加的な冷却目的に使用することを意図する。   The system may also incorporate other heating systems, including storage tanks that help generate additional heat and compression energy, and heaters that can include means that can prevent the expanded air from freezing. it can. Alternatively, the present invention also provides solar heat, residual heat from the compressor, refuse incinerator, and low-level fossil fuel power, etc. to provide the heat necessary to increase the temperature and pressure of compressed air in the storage tank, etc. Intended to use a combination of The system is also intended to use chilled air created by the expansion of compressed air due to exhaust from a turbo expander, for example, for additional cooling purposes when there is demand for air conditioning services during the summer.

上記で説明された即時使用ステーションは、送電網に即時供給のため、風車ステーションから電気を直接作り出すために用いることができることがわかる。一方、エネルギー貯蔵ステーションは、風力発電電力のタイムシフト供給のために使用され得るので、風力発電電力は、風が実際に吹いている時と一致しない時間にさえ、すなわち風が吹いていない時、及び又は、ピークの需要期の間にでも、送電網に利用できることがわかる。これらのステーションの調整と使用により、現システムは、様々なステーションから送電網までのエネルギーの流れを調整し管理することにより、風速による変動と揺れ動きにもかかわらず、安定した方法で送電網に、連続的かつ中断されない電気を供給することができる。   It can be seen that the immediate use station described above can be used to produce electricity directly from the windmill station for immediate supply to the grid. On the other hand, the energy storage station can be used for time-shifted supply of wind power, so wind power is not even when the wind is actually blowing, i.e. when the wind is not blowing. It can also be seen that it can be used for the power grid even during peak demand periods. By adjusting and using these stations, the current system regulates and manages the flow of energy from the various stations to the grid so that it can be transferred to the grid in a stable manner despite fluctuations and fluctuations due to wind speed. Continuous and uninterrupted electricity can be supplied.

本システムは、好ましくはカスタマイズされ、即時使用エネルギーと貯蔵のためのエネルギーをスイッチで切り替えることができる混成ステーションを組み入れる。すなわち、即時の使用と貯蔵のために専用であるエネルギーのレベルを決定するためにスイッチを使用することができる。そのような場合には、即時の使用専用と貯蔵専用であるエネルギー量の比率は、特定の調整を行う、すなわち、各種の適切なエネルギー量が準備されることができるように混成ステーションに位置するクラッチとギヤを使用することなどにより、さらに変更され得る。これは、いつ何時でも風の利用可能性とエネルギー需要に応じて、即時の使用とエネルギー貯蔵のために適切な電気の量を備えるシステムを可能にするために、仮想現実的にどんな時間であっても与えられた適用に、混成ステーションをカスタム化することを可能にする。   The system is preferably customized and incorporates a hybrid station that can be switched between ready-to-use energy and energy for storage. That is, the switch can be used to determine the level of energy that is dedicated for immediate use and storage. In such a case, the ratio of the amount of energy that is dedicated to immediate use and storage is made to a specific adjustment, i.e. located in the hybrid station so that various suitable energy amounts can be prepared. Further modifications can be made, such as by using clutches and gears. This is virtually any time to allow a system with the right amount of electricity for immediate use and energy storage, depending on wind availability and energy demand at any time. Even allows you to customize the hybrid station for a given application.

本システムは、風車ステーションのこれらの3つのタイプを使用して、風の諸条件と送電網の要求しだいで、風力発生エネルギーを、送電網またはエネルギーの貯蔵と使用のどちらにも、即時に供給することがより良くできる。つまり、大きなウィンドファームがより柔軟でカスタム化された方法で設計され得る電力の適切な比率を備えるために、例えば、システムの特異な必要性に合致することができるように、適切なエネルギー量が適切な時間に敷設網(送電網)に供給されるように混成ステーションが、即時使用とエネルギー貯蔵ステーションと共に使用され得る。   The system uses these three types of windmill stations to provide wind-generated energy instantly for both grid and energy storage and use, depending on wind conditions and grid requirements. Can do better. This means that an appropriate amount of energy is required so that a large wind farm can have an appropriate ratio of power that can be designed in a more flexible and customized way, for example, to meet the unique needs of the system. Hybrid stations can be used with immediate use and energy storage stations to be supplied to the laying network (power grid) at the appropriate time.

要するに、風車ステーションの3つのタイプの組合せを使うことは、より長い期間に対して電力の恒常的な供給が用意され得るように、システムが更に具体的に適合され、カスタマイズされることを可能にする。   In short, using a combination of the three types of windmill stations allows the system to be more specifically adapted and customized so that a constant supply of power can be provided for longer periods of time. To do.

どんな特異な場所であっても、風のパターンは、その折々に、すなわち季節毎、月毎、そして最も重要なことに、日毎、時間毎、分単位で変化する。従ってこれらの変動と揺れ動きは、システムがさらに一定の率で連続出力を提供するためのエネルギーの貯蔵に関連して対処されなければならない。   Whatever the peculiar place, the wind pattern changes from time to time: seasonally, monthly, and most importantly, daily, hourly, and minutely. Thus, these fluctuations and wobbles must be addressed in connection with storing energy in order for the system to provide a continuous output at a more constant rate.

本発明は、来るべき日(upcoming day)の風の諸条件と特徴を予測する(project)ため、ウィンドファームが位置する特別な地域のために毎日の風の予報を得ることを意図する。これらの風の予報は、来るべき次の24時間(upcoming 24-hour period)の期間にわたって、実際に予期される風の諸条件にできるだけ近似している利用可能な最新の天気予報技術に基づくように意図している。これらの予測が全て正確であるというわけではないかもしれない。しかし、システムを引き続き作動させることが可能な、予期される風の諸条件に非常に近いものを備えることができ、風の供給スケジュールを計画して創出する目的には充分である。   The present invention contemplates obtaining a daily wind forecast for the particular area where the wind farm is located in order to project the wind conditions and characteristics of the upcoming day. These wind forecasts will be based on the latest available weather forecasting techniques that are as close as possible to the actual wind conditions expected over the upcoming 24-hour period. Is intended. Not all of these predictions are accurate. However, it can have very close to expected wind conditions that allow the system to continue to operate and is sufficient for the purpose of planning and creating a wind supply schedule.

一旦各々の毎日の予報が得られるならば、本方法は、送電網への風力発電電力の出力レベルが一定を保つことができる最も長い可能な期間を案出する目的で、その予報に基づき、来るべき日のためのエネルギー送り出し(供給)スケジュールを明確化するデータを使うことを意図する。例えば、好適な実施例において、いかなる日の間であっても(必要であれば、最高7つ程度の一定電力期間(constant power period)を設けることができる)、いかなる日であっても送電網へ供給している電力出力の比率が3以下の変化となるような、約3以下の定電力出力を有することが望ましい。システムが風力発電された電気出力が一定のとき、より長い期間を提供することを可能にすることによって、本システムは風速変動と揺れ動きに起因する電力のサージ(電流・電圧の急変)とスイング(動揺)などが減少され、場合によっては全体的に除去されることを可能にする。   Once each daily forecast is available, the method is based on that forecast for the purpose of devising the longest possible period during which the output level of wind power to the grid can remain constant, It is intended to use data that clarifies the energy delivery (supply) schedule for the coming day. For example, in the preferred embodiment, the grid can be used during any day (if necessary, there can be as many as seven constant power periods) or any day. It is desirable to have a constant power output of about 3 or less such that the ratio of the power output supplied to By allowing the system to provide a longer period of time when the wind-generated electrical output is constant, the system is able to provide power surges (rapid changes in current and voltage) and swings due to wind speed fluctuations and swaying movements. (Sway) etc. is reduced, and in some cases it can be eliminated entirely.

毎日のスケジュールが計画され実行される方法は、ストレージ(storage)に貯蔵され、そこから使用されるエネルギー量を制御するための弁制御システムと同様に、上記で説明した風車ステーションを利用する。システムは、エネルギーを発生させるために適切な数の即時使用とエネルギー貯蔵ステーションを実行することによって、そして、適切な数の混成ステーションを変換することによって、風力発電電力の出力レベルの量をいかなる時刻においてもコントロールすること、それから、いつ何時でもどれくらいの量のエネルギーが送電網に直接供給されており、そして圧縮機とエキスパンダを利用してエネルギーの貯蔵を介してどれくらいの量が提供されたかということを制御することができることを意図している。   The method by which the daily schedule is planned and executed utilizes the windmill station described above, as well as a valve control system for controlling the amount of energy stored and used in storage. The system can calculate the amount of wind power output level at any time by performing the appropriate number of immediate use and energy storage stations to generate energy, and by converting the appropriate number of hybrid stations. How much energy is being supplied directly to the grid at any given time, and how much is provided through storage of energy using compressors and expanders Is intended to be able to control that.

制御に関し、システムが貯蔵されたエネルギーを消費し尽くしてしまわないように、貯蔵されているエネルギーの適切なレベルを維持するために風の予報を絶えず更新することに基づく制御はまた、必要である。風の予報に基づき、(来るべき24時間の間に電力供給を超える電力が必要になるかもしれないと予測されるときなど)貯蔵されている付加的なエネルギーのための必要性を予期すること、また必要ではない場合(例えば来るべき24時間のあいだに直接的なエネルギーを提供するために充分な風があると予測されるとき)はどんな日の間であってもあり得る。   In terms of control, control based on constantly updating wind forecasts to maintain the appropriate level of stored energy is also necessary so that the system does not exhaust the stored energy. . Based on wind forecasts, anticipating the need for additional stored energy (such as when it is predicted that more power may be needed in the coming 24 hours) It can also be for any day if it is not necessary (eg when it is expected that there will be enough wind to provide direct energy for the coming 24 hours).

本発明の装置部分は、3つの異なるタイプの風車ステーションを備える。各タイプの風車ステーションに関し、第1のタイプは、発電装置を使用し即時使用のためのエネルギーを供給するために回転機械力を電気エネルギーに変換する水平軸風力タービンを有する(以後、「即時使用ステーション」と称す)。第2のタイプは、機械的な回転力をエネルギー貯蔵のための圧縮空気に変換する水平軸風力タービンを有する(以後、「エネルギー貯蔵ステーション」と称す)。そして、第3のタイプは、即時の使用、及び又はエネルギーの貯蔵のために機械的な回転力を電気エネルギーに変換する能力を有する1つの風車ステーションが最初の2つの特質を兼ねる(以後「混成ステーション」と称す)。本システムは、風力発電エネルギーの予め定められた部分が即時使用のため専用であり得、また、エネルギー貯蔵のために専用であり得るように、上述の3つのタイプの風車ステーションを使用し、調整するように設計される。   The device part of the present invention comprises three different types of windmill stations. For each type of windmill station, the first type has a horizontal axis wind turbine that converts rotating mechanical power into electrical energy to provide energy for immediate use using a generator (hereinafter “immediate use”). Station "). The second type has a horizontal axis wind turbine that converts mechanical rotational force into compressed air for energy storage (hereinafter referred to as “energy storage station”). And in the third type, one windmill station having the ability to convert mechanical rotational force into electrical energy for immediate use and / or storage of energy combines the first two characteristics (hereinafter “hybridized”). Station "). The system uses and regulates the three types of windmill stations described above so that a predetermined portion of wind energy can be dedicated for immediate use and dedicated for energy storage. Designed to do.

以下の考察は、与えられた適用のため風車ステーションを調整する方法を記載し、これにより、風車ステーションの3つのタイプの各々について説明する。   The following discussion describes a method for adjusting a windmill station for a given application, thereby describing each of the three types of windmill stations.

A.即時使用ステーション:
図1aは、即時使用ステーションの概略工程系統図を示す。図は、風車によって作られる機械的な回転力がどのように電力に変換され、即時使用のための電気エネルギーとして供給されるかを示す。変換を直接的に行う場合は、風から派生するエネルギーをより効率的に電力に変換することができる。例えば、直接電気を発生させるために風車の羽根の上に吹く時の風により生じる機械的回転運動を直接利用し、直接的に発電することによって、風力発電により発生したエネルギー・システムの効率を高めることができる。
A. Immediate use station:
FIG. 1a shows a schematic process flow diagram of an immediate use station. The figure shows how the mechanical rotational force produced by the windmill is converted into electrical power and supplied as electrical energy for immediate use. When the conversion is performed directly, the energy derived from the wind can be more efficiently converted into electric power. For example, increase the efficiency of the energy system generated by wind power generation by directly utilizing the mechanical rotational motion generated by the wind when blowing over the blades of the windmill to generate electricity directly be able to.

電気エネルギーを生み出すために使用された従来の風車装置のように、本発明では、各即時使用ステーションは風車塔を備えており、その上に水平軸風力タービンを設けるようになっている。好ましくは、予め定められた高さに風力タービンを設けるために、風車塔の高さを設定するとよい。ステーションの風力変換効率と同様に、風を途中で捉えるエリアを最大にするために各々の風力タービンは風の方へ、「狙いを定める」ことが好ましい。様々な標準製造業者によって作られる風力タービンは、概ね水平方向に位置づけられた回転軸の周りに風車の羽根またはファンを設けた塔の最上部に設置することができる。   Like conventional windmill devices used to generate electrical energy, in the present invention, each ready-to-use station is equipped with a windmill tower on which a horizontal axis wind turbine is provided. Preferably, the height of the windmill tower is set in order to provide the wind turbine at a predetermined height. As with the wind power conversion efficiency of the station, each wind turbine is preferably “aimed” towards the wind in order to maximize the area where the wind is caught. Wind turbines made by various standard manufacturers can be installed at the top of a tower with wind turbine blades or fans around a generally horizontally positioned axis of rotation.

この実施例において、ギヤボックスと発電装置は、電気エネルギーを発生するためにシャフトの機械的な回転力が発電機を直接駆動することができるように、風車のナセルに位置することが望ましい。ギヤボックスを介し発電装置を直接シャフトに置くことによって、機械的な力をより能率的に電力に変換することがでる。電気エネルギーはそれから、他の伝送路または即時使用ステーションから送電網または他のユーザーまで電力を供給するケーブルに接続することができる送電線を介し塔の下に伝達することができる。   In this embodiment, the gearbox and power generator are preferably located in the nacelle of the windmill so that the mechanical rotational force of the shaft can directly drive the generator to generate electrical energy. By placing the power generator directly on the shaft via the gear box, the mechanical force can be converted to electric power more efficiently. The electrical energy can then be transmitted below the tower via a transmission line that can be connected to other transmission lines or ready-to-use stations to the power grid or other cables that supply power to other users.

下記に更に詳細に解説されるように本発明は、即時使用ステーションが、後の使用のために風力エネルギーを貯蔵する能力がある他の風車ステーションと連結して使用できることを意図している。この理由は、上記したように、通常、風に信頼性がなく予測できないものであり、従って、即時に使用するためのエネルギーを供給する即時使用ステーションだけをもって、一定の率で電力出力を提供するために使用されるシステムを可能とするものではない。従って、本発明は複数の風車ステーションが設置されるウィンドファームの応用において、付加的なエネルギー貯蔵ステーションもまた、設置され使用されることを意図する。   As described in more detail below, the present invention contemplates that an immediate use station can be used in conjunction with other windmill stations capable of storing wind energy for later use. The reason for this is that, as mentioned above, the wind is usually unreliable and unpredictable, and therefore provides power output at a constant rate, with only an immediate use station supplying energy for immediate use. Does not allow the system to be used. Thus, the present invention contemplates that additional energy storage stations may also be installed and used in wind farm applications where multiple windmill stations are installed.

B.エネルギー貯蔵ステーション
図1bは、エネルギー貯蔵風車ステーション(エネルギー貯蔵ステーション)の概略工程図を示す。このステーションは、上記したように、即時使用ステーションと関連して従来の風車塔と水平軸風車タービンを備える。同様に、風力タービンは、前のデザインの場合のように、好ましくは風車塔の最上位に位置し、風に向かって狙いを定めることができる。回転するシャフトは、また、電力を伝達するために風力タービンから延長される。
B. Energy Storage Station FIG. 1b shows a schematic process diagram of an energy storage windmill station (energy storage station). This station comprises a conventional windmill tower and a horizontal axis windmill turbine in conjunction with an immediate use station, as described above. Similarly, the wind turbine is preferably located at the top of the windmill tower as in the previous design and can be aimed towards the wind. The rotating shaft is also extended from the wind turbine to transmit power.

前のデザインと異なり、しかしながら、この実施例においては、エネルギーの貯蔵のために風車塔の基部で、風から派生するエネルギーが引き出されることが好ましい。図1bに示すように、風車塔の下に延びる縦軸に水平駆動軸の回転する動きを移すことができる最初のギヤボックスが、風車のナセルにある風力タービンに隣接して位置することが望ましい。好ましくは塔の基部において、そこから圧縮機に連結された地面に位置するもう一つの水平軸に垂直軸の回転する動きを移すように設計されている第2のギヤボックスがある。従って、塔の上端の風力タービンからの機械的な回転力は、塔の下に移すことができ、塔の基部もしくはその付近にある圧縮機を介し圧縮空気エネルギーに直接変換される。圧縮機の機械的な原動機は、圧縮空気エネルギーを地面に位置する一つ以上の高圧貯蔵タンクまたはパイプライン・システムに押し込む。この装置でもって、各エネルギー貯蔵ステーションは、ピーク需要期やほとんど風が利用できない時などの後の使用のために機械的な風力を蓄積することのできる圧縮空気エネルギーに直接変換することができる。   Unlike the previous design, however, in this embodiment it is preferred that the energy derived from the wind is extracted at the base of the windmill tower for energy storage. As shown in FIG. 1b, the first gearbox capable of shifting the rotational movement of the horizontal drive shaft to the longitudinal axis extending below the windmill tower is preferably located adjacent to the wind turbine in the windmill nacelle. . There is preferably a second gearbox at the base of the tower, which is designed to shift the rotational movement of the vertical axis from there to another horizontal axis located on the ground connected to the compressor. Thus, the mechanical rotational force from the wind turbine at the top of the tower can be transferred below the tower and converted directly into compressed air energy via a compressor at or near the base of the tower. The compressor's mechanical prime mover forces compressed air energy into one or more high pressure storage tanks or pipeline systems located on the ground. With this device, each energy storage station can be converted directly into compressed air energy that can store mechanical wind power for later use, such as during peak demand periods or when little wind is available.

本システムのエネルギー貯蔵部分は、貯蔵タンクやパイプライン・システムのような、圧縮空気エネルギーを蓄積する手段を含むことが好ましい。本発明と関連して使用することができる貯蔵タンク、加熱、および他の装置及び方法に関する付加的情報に関しては、2002年10月4日にファイルされた合衆国出願シリアルNo.10/263,848(U.S. Application Serial No. 10/263,848)、及び2003年5月30日出願人により出願された合衆国仮出願の表題「パイプライン・システムを使用した風力発生エネルギーの貯蔵及び搬送方法(A Method of Storing and Transporting Wind Generated Energy Using a Pipeline System)」と本発明と関連して使用することができる風力発生エネルギーの貯蔵及び搬送方法のためのパイプライン・システムに関する付加的情報のための2004年6月1日に出願された関連非仮出願を参考にできる。貯蔵施設は、圧縮空気が深刻な圧力損失なしで貯蔵のために運ばれることができるような、エネルギー貯蔵ステーションの近くに位置することが望ましい。   The energy storage portion of the system preferably includes means for storing compressed air energy, such as a storage tank or pipeline system. For additional information regarding storage tanks, heating, and other devices and methods that can be used in connection with the present invention, see US Application Serial No. filed Oct. 4, 2002. 10 / 263,848 (US Application Serial No. 10 / 263,848) and the title of the US provisional application filed by the applicant on May 30, 2003, “Wind-Generated Energy Using Pipeline Systems” A Method of Storage and Transport Wind Generated Energy Using a Pipeline System and a pipeline system for wind energy generation and storage that can be used in connection with the present invention. Reference can be made to a related non-provisional application filed June 1, 2004 for technical information. The storage facility is preferably located near the energy storage station so that the compressed air can be carried for storage without severe pressure loss.

貯蔵施設は、様々な大きさのものが使用可能である。本システムは、貯蔵施設の大きさに関し、いくつかの要因に関する計算が基礎になり得ることを意図する。例をあげると、当然議論されるように、選択された風力タービンの大きさと容量、選択された圧縮機の容量、風の利用可能性、エネルギー需要の範囲等のような他の要因と同様に、貯蔵施設の体積の大きさは設置されたエネルギーのストレージと即時使用ステーションの数と比率に基づく。   Storage facilities of various sizes can be used. The system is intended to be based on calculations related to several factors regarding the size of the storage facility. For example, as naturally discussed, as with other factors such as the size and capacity of the selected wind turbine, the capacity of the selected compressor, the availability of wind, the range of energy demand, etc. The volume of the storage facility is based on the number and ratio of installed energy storage and ready-to-use stations.

圧縮空気を電気エネルギーに変換する多くの従来の手段は、どれでも使用可能である。好適な実施例では、電気エネルギーをつくるべく発電機を動かすのに使用できる高速気流をつくるために、圧縮空気をストレージから放出する一つ以上のターボ・エキスパンダが用いられる。この電気エネルギーは、それから即時使用ステーションによって供給されるエネルギーを補うために用いられ得る。システムは、貯蔵された風力エネルギーが必要なときはいつでも、貯蔵タンク内の圧縮空気を、ターボ・エキスパンダを介して放出し得るように設計されている。図1bに示すように、好ましくは、ターボ・エキスパンダからオルタネータへエネルギーを供給するのがよい。オルタネータには、ACからDCへのコンバータを接続し、その後にDCからACへのインバータを接続し、そして調整装置(conditioner)を接続させて、使用者の回路にインピーダンスを適合させている。   Any of the many conventional means of converting compressed air into electrical energy can be used. In the preferred embodiment, one or more turbo expanders that release compressed air from storage are used to create a high velocity air stream that can be used to move the generator to produce electrical energy. This electrical energy can then be used to supplement the energy supplied by the immediate use station. The system is designed so that compressed air in the storage tank can be released via a turbo expander whenever stored wind energy is needed. As shown in FIG. 1b, energy is preferably supplied from the turbo expander to the alternator. The alternator is connected to an AC to DC converter, followed by a DC to AC inverter, and a conditioner to adapt the impedance to the user's circuit.

本発明は、圧縮と膨張の間においても蓄積された空気を比較的安定した温度に維持するために、熱を吸収し、放出するように貯蔵施設が設計されていることを意図する。例えば、大きな貯蔵タンクが使われるとき、その好適実施例は、タンク内温度を比較的安定に維持する経済的方法を提供するために熱伝達液(例えば不凍液)が、管を通して配送され得る各タンクの内部を通って広がっている薄肉の管でできている熱伝達システムを使うことを含む。管は、好ましくはタンク内総面積のおよそ1%と銅または炭素鋼素材を含む。それらはまた、管が熱慣性システムの一部である熱交換器の働きをするため、貯蔵タンクの内部中いたる所に分布され得る不凍液を含むことが好ましい。貯蔵タンクは、その内部からの熱損失を防ぐために絶縁被覆されることが好ましい。   The present invention contemplates that the storage facility is designed to absorb and release heat in order to maintain the accumulated air at a relatively stable temperature during compression and expansion. For example, when large storage tanks are used, the preferred embodiment is that each tank in which heat transfer liquid (eg, antifreeze) can be delivered through a tube to provide an economical way to maintain the temperature in the tank relatively stably Including using a heat transfer system made of thin-walled tubes extending through the interior of the. The tube preferably comprises approximately 1% of the total tank area and a copper or carbon steel material. They also preferably contain antifreeze that can be distributed throughout the interior of the storage tank, so that the tubes act as a heat exchanger that is part of the thermal inertia system. The storage tank is preferably insulated to prevent heat loss from the inside.

本システムは、また、付加熱と圧縮エネルギーを発生することを援助する貯蔵タンクの上及び内部に、また膨張した空気が凍ることを防ぎ得る手段を備えることのできる加熱器を含む他の加熱システムを取り入れることができる。ある場合においては、好適システムにはないが、本発明は、貯蔵タンク内の圧縮空気の温度と圧力を増やすために必要な熱を提供するべく、太陽熱、圧縮機からの余熱、ゴミ焼却炉、および低レベル化石燃料パワー、その他の組合せを使用できる。本システムも、ターボ・エキスパンダからの排出による圧縮空気の膨張により作られる冷えた空気を、例えば、夏季期間中空調サービスの需要がある場合、付加的な冷却目的に使用することを意図する。   The system also includes other heating systems including heaters that can be provided on and in the storage tank to help generate additional heat and compression energy, and with means that can prevent the expanded air from freezing. Can be incorporated. In some cases, although not in the preferred system, the present invention provides solar heat, residual heat from the compressor, garbage incinerator, to provide the heat necessary to increase the temperature and pressure of the compressed air in the storage tank, And low level fossil fuel power and other combinations can be used. The system is also intended to use chilled air created by the expansion of compressed air due to exhaust from a turbo expander, for example, for additional cooling purposes when there is demand for air conditioning services during the summer.

C.混成ステーション:
図2aは、混成ステーションを示す。混成ステーションは、基本的には一つの風車ステーションであり、システムの必要性に従い、即時使用のための電力と貯蔵のためのエネルギーの間で風力を配分し得る機械動力の分配機構を伴い、即時使用とエネルギー貯蔵ステーションの一定の要素を含む。
C. Hybrid station:
FIG. 2a shows a hybrid station. A hybrid station is basically a single windmill station, with a mechanical power distribution mechanism that can distribute wind power between power for immediate use and energy for storage according to the needs of the system. Includes certain elements of use and energy storage stations.

上記で説明した2つのステーションのように、在来型の風車塔は、好ましくはその上に在来型の横軸風力タービンが位置して建設される。風力タービンは、好ましくは直接コンバータに機械的な力を伝達する能力を有する水平回転する軸を含む。   Like the two stations described above, the conventional wind turbine tower is preferably built on which the conventional horizontal axis wind turbine is located. The wind turbine preferably includes a horizontally rotating shaft that has the ability to transmit mechanical force directly to the converter.

エネルギー貯蔵ステーションのように、混成ステーションは、風力エネルギーが風車塔の基部で抽出し得るように適合される。図式的に図2aで示されるように、風力タービンは、風車のナセルに位置する最初のギヤボックスに接続される回転する駆動軸を備えており、軸の水平回転する動きが塔の下に延びる縦軸に移すことができる。基部において、もう一つの横軸に縦軸の回転動作を移すように第2のギヤボックスが設計されていることが好ましい。   Like the energy storage station, the hybrid station is adapted so that wind energy can be extracted at the base of the windmill tower. As schematically shown in FIG. 2a, the wind turbine has a rotating drive shaft connected to the first gearbox located in the nacelle of the windmill, and the horizontal rotational movement of the shaft extends below the tower. It can be moved to the vertical axis. In the base, the second gearbox is preferably designed so that the rotational movement of the vertical axis is shifted to another horizontal axis.

この点において、図2aで示すように、機械的な力のスプリッタを提供することができる。下記で更に詳細に説明されるスプリッタは、風力の適切な量が、望ましい下流のコンバータに伝達され得るように、下の横軸の機械的な回転力を分割するように設計されている。すなわち、即時使用やエネルギー貯蔵のための圧縮機のために発電装置に電力を送ることを調節することができる。   In this respect, a mechanical force splitter can be provided, as shown in FIG. 2a. The splitter, described in more detail below, is designed to divide the mechanical force on the lower horizontal axis so that an appropriate amount of wind power can be transmitted to the desired downstream converter. That is, it is possible to adjust the transmission of power to the power generator for a compressor for immediate use or energy storage.

機械式スプリッタの下流において、混成ステーションは、一方においては、望ましくは発電装置への機械的接続があり、また、他の一方においては圧縮機への機械的接続がある。機械式スプリッタが完全に発電装置に切り替えられるとき、下の横軸からの機械的な回転力はギヤが噛み合ったシャフトを介し発電機に直接送られる。これは、即時使用のために使用者に伝達される電力のために、発電機が機械的な力を電気エネルギーに、能率的に、そして、直接変換することを可能にする。   Downstream of the mechanical splitter, the hybrid station desirably has on one side a mechanical connection to the generator and on the other side a mechanical connection to the compressor. When the mechanical splitter is completely switched to the generator, the mechanical rotational force from the lower horizontal axis is sent directly to the generator via the shaft with which the gears are engaged. This allows the generator to efficiently and directly convert mechanical power into electrical energy for power transferred to the user for immediate use.

他方、機械式スプリッタが完全に圧縮機に切り替えられるとき、下の横軸からの機械的な回転力は高圧貯蔵タンクの中に圧縮された空気エネルギーが貯蔵されるべく圧縮機に直接送られる。   On the other hand, when the mechanical splitter is completely switched to the compressor, the mechanical rotational force from the lower horizontal axis is sent directly to the compressor to store the compressed air energy in the high pressure storage tank.

混成ステーションによって生み出された機械的な力が、圧縮空気エネルギーに直接変換される目的を持ってなされている範囲において、混成ステーションのこの部分は、望ましくはエネルギー貯蔵ステーションの構成要素と実質的に類似しており、そこで、貯蔵されたエネルギーが一つ以上のターボ・エキスパンダを介し適切な時間に放出されることができる。前記実施例のように、高圧貯蔵タンクまたはパイプライン・システムは、後の使用のために圧縮空気エネルギーが、タンクに能率的に貯蔵されることができるように、風車ステーションの至近距離に位置することが望ましい。   To the extent that the mechanical force produced by the hybrid station is intended to be directly converted into compressed air energy, this part of the hybrid station is preferably substantially similar to the components of the energy storage station. So that the stored energy can be released at an appropriate time through one or more turbo expanders. As in the previous embodiment, the high pressure storage tank or pipeline system is located in close proximity to the windmill station so that compressed air energy can be efficiently stored in the tank for later use. It is desirable.

当然議論されるように、混成ステーションは、望ましくは大きなウィンドファームの適用に取り込まれ、他のステーションとともに即時使用とエネルギーの貯蔵のために設置される。そのような場合には、各々の混成ステーションの圧縮機は、複数のエネルギーのストレージと混成ステーションが圧縮空気を入れることができるような中央に位置する貯蔵施設に接続することができる。実際、混成ステーションとエネルギー貯蔵ステーションの全てが一つの貯蔵施設に接続することができるようにシステムを設計することができる。   As will be appreciated, hybrid stations are preferably incorporated into large wind farm applications and installed with other stations for immediate use and energy storage. In such a case, each hybrid station compressor can be connected to a centrally located storage facility where multiple energy storage and hybrid stations can contain compressed air. In fact, the system can be designed such that all of the hybrid and energy storage stations can be connected to a single storage facility.

機械的な力をエネルギー貯蔵用と即時使用目的用の電力の間で分割する機械的な力のスプリッタは、機械的エネルギーが直接コンバータに伝達され得るように、複数のギヤとクラッチから構成することができる。一実施例において、機械式スプリッタは、大きなギヤと係合し、かみ合うことができる付加的なドライブ・ギヤと組み合わせて、ステーションの下端から伸びている下部の水平駆動軸に付けられる大きなギヤを備える。第1のクラッチは、望ましくは付加的なドライブ・ギヤの各々を大きなギヤと係合し(かみ合っている)第1の位置から大きなギヤに係合させなくし、逆にする第2の位置へ動かすために制御する。このように、第1のクラッチの動作によって、適切な数の付加的なドライブ・ギヤは、下部の駆動軸からのコンバータへの機械的な力の望みの分配に基づき大きなギヤに係合させる(かみ合わせる)ことができる。   A mechanical force splitter that divides mechanical power between energy storage and power for immediate use shall consist of multiple gears and clutches so that mechanical energy can be transferred directly to the converter. Can do. In one embodiment, the mechanical splitter comprises a large gear attached to the lower horizontal drive shaft extending from the lower end of the station in combination with an additional drive gear that can engage and engage with the large gear. . The first clutch preferably moves each of the additional drive gears from the first position engaged (engaged) with the larger gear to the unengaged large gear and back to the second position reversed. To control for. Thus, the operation of the first clutch causes the appropriate number of additional drive gears to engage the larger gear based on the desired distribution of mechanical force from the lower drive shaft to the converter ( Can be engaged).

例えば、1つのシステムは、1つの大きなギヤと5つの付加的なドライブ・ギヤを有することができ、第1のクラッチが大きなギヤをいつでも付加的なドライブ・ギヤの1、2、3、4、または5に係合させることができるように使用できる。このようにして、適切なエネルギー・コンバータに伝達される機械的な力の比率を決定するために、最初のクラッチは、いくつかの付加的なドライブ・ギヤの活動を可能にし、それゆえ、(下部の水平駆動軸で駆動される)大きなギヤによって駆動される能力を制御することができる。つまり、全ての5つの付加的なドライブ・ギヤが大きなギヤと噛み合うならば、各5つの付加的なドライブ・ギヤはエネルギー・コンバータに全体的な機械的な力の5分の1または20%を伝えることができる。付加的なドライブ・ギヤのうちの3つだけが大きなギヤと噛み合いがあるならば、各々の噛み合っている付加的なドライブ・ギヤは風力タービンによって発生する機械的な力の3分の1または33.33%を伝える。2つのドライブ・ギヤが大きなギヤと噛み合うならば、各々は伝達された電力、その他の半分、あるいは、50%を伝える。   For example, one system may have one large gear and five additional drive gears, and the first clutch will always have a large gear 1, 2, 3, 4, Or it can be used so that it can be engaged with 5. In this way, in order to determine the ratio of the mechanical force transmitted to the appropriate energy converter, the initial clutch allows some additional drive gear activity and therefore ( The ability to be driven by a large gear (driven by the lower horizontal drive shaft) can be controlled. That is, if all five additional drive gears mesh with a larger gear, each five additional drive gears will cause the energy converter to be one-fifth or 20% of the overall mechanical force. I can tell you. If only three of the additional drive gears are in mesh with the larger gear, each meshing additional drive gear will be one third or 33 of the mechanical force generated by the wind turbine. Communicate 33%. If the two drive gears mesh with the larger gear, each will deliver the transmitted power, the other half, or 50%.

本発明の機械式スプリッタは、即時使用のためのエネルギーを生み出す発電装置、あるいはエネルギーの貯蔵のために圧縮空気エネルギーを発生させる空気圧縮機の下流に付加的なドライブ・ギヤの各々を連結し得るために、第2のクラッチを備えていることが望ましい。第2のクラッチを調節することによって、その結果、大きなギヤから付加的なドライブ・ギヤのどれであっても伝達される機械的な力は、発電装置か圧縮機に向かうことができる。これは、個々の調節可能な基礎に関して、風車ステーションによって供給される機械的な力の量を即時使用とエネルギーの貯蔵の間で配分され、分配されることを可能にする。つまり、各々の種類のエネルギー・コンバータに分配される力の量を何個の付加的なドライブ・ギヤが大きなギヤに係合し、各々のかみ合っている付加的なドライブ・ギヤがどのエネルギー・コンバータに接続しているかを決定する2つのクラッチで作られる調整に依存しているようにすることができる。発電装置に結合しているそれらは、即時使用のためのエネルギーを生み出し、圧縮機に関係があるそれらは貯蔵のためにエネルギーを発生させる。   The mechanical splitter of the present invention can couple each of the additional drive gears downstream of a power generator that produces energy for immediate use or an air compressor that generates compressed air energy for energy storage. Therefore, it is desirable to include a second clutch. By adjusting the second clutch, the resulting mechanical force transmitted from the large gear to any additional drive gear can be directed to the generator or compressor. This allows the amount of mechanical power supplied by the windmill station to be distributed and distributed between immediate use and energy storage on an individual adjustable basis. That is, how many additional drive gears engage the large gear and how much power is distributed to each type of energy converter, and each meshing additional drive gear has which energy converter Depending on the adjustments made by the two clutches that determine whether they are connected to. Those coupled to the generator set produce energy for immediate use, and those associated with the compressor generate energy for storage.

上記に基づいて、機械的な力のスプリッタ機構の2つのクラッチを調節することによって、エネルギーが即時使用に専用であり、エネルギー貯蔵が調節され配分される範囲が分かる。例をあげると、それが望まれるならば、同時に第2のクラッチが、5つのうちの2つの付加的駆動ギヤ(それぞれが20%の力、もしくは合計40%を備える)を発電機に結合させることを生じせしめ、5つのうち2つの付加的駆動ギヤ(それぞれが20%の力、もしくは合計60%を備える)を圧縮機に結合させることを生じせしめるように使用できるのに対し、機械的な力の40%が、即時使用のためのエネルギーに分配され、機械的な力の60%が貯蔵用エネルギーのために分配されることが望まれるなら、すべての5つの付加的駆動ギヤが大きなギヤとかみ合うように第1のクラッチが生じせしめるように使用できる。このように、機械式スプリッタは、即時使用とエネルギーの貯蔵の間で、それぞれ40/60の予め定められた比率で機械的な力を分け、分配することができる。   Based on the above, by adjusting the two clutches of the mechanical force splitter mechanism, the energy is dedicated to immediate use and the extent to which the energy storage is adjusted and distributed is known. By way of example, if it is desired, the second clutch simultaneously couples two of the five additional drive gears (each with 20% power, or a total of 40%) to the generator. Can be used to cause two additional drive gears out of five (each with 20% force, or a total of 60%) to be coupled to the compressor, while mechanical If it is desired that 40% of the force is distributed to energy for immediate use and 60% of the mechanical power is distributed for storage energy, all five additional drive gears are large gears. Can be used to cause the first clutch to engage. In this way, the mechanical splitter can divide and distribute the mechanical force at a predetermined ratio of 40/60, respectively, between immediate use and energy storage.

同じシステムを用いたもう一つの実施例においては、すべての機械的な力が即時使用に分配されるように望まれるならば、第1のクラッチは、大きなギヤを付加的駆動ギヤ中の唯一つとかみ合わせを使用せしめるように使用でき、第2のクラッチは、付加的駆動ギヤの一つを発電機と結合するように使用できる。すなわち、風車ステーションにより発生した機械的な力が即時の使用のために伝達される。   In another embodiment using the same system, if it is desired that all mechanical forces be distributed to immediate use, the first clutch will have a large gear as the only one in the additional drive gear. The second clutch can be used to couple one of the additional drive gears with the generator. That is, the mechanical force generated by the windmill station is transmitted for immediate use.

同様に、すべての機械的な力がエネルギー貯蔵に分配されることが望まれるならば、第2のクラッチは一つのかみ合った付加的駆動ギヤを圧縮機への結合を生じせしめることができる。すなわち、風車ステーションによって発生する機械的な力の全てが貯蔵のために伝達されるようにせしめる。   Similarly, if it is desired that all mechanical power be distributed to energy storage, the second clutch can cause one engaged additional drive gear to couple to the compressor. That is, all of the mechanical force generated by the windmill station is transmitted for storage.

本システムは、機械的な力を分割することができる多様な範囲を備えることができる、いかなる数の付加的駆動ギヤをも備えることができることを意図する。しかしながら、ほとんどの状況において、5つの付加的駆動ギヤを有することは、混成ステーションが機能することができるようにするために十分な柔軟性を提供するであろう。5つの付加的なドライブ・ギヤで、以下の比率を提供することができる:50/50、33.33/66.66、66.66/33.33、20/80、40/60、60/40、80/20、100/0、及び0/100。   It is contemplated that the system can include any number of additional drive gears that can include a variety of ranges over which mechanical forces can be divided. However, in most situations, having five additional drive gears will provide sufficient flexibility to allow the hybrid station to function. With five additional drive gears, the following ratios can be provided: 50/50, 33.33 / 66.66, 66.66 / 33.33, 20/80, 40/60, 60 / 40, 80/20, 100/0, and 0/100.

機械的な力のスプリッタに関するクラッチの使用により、各々の混成ステーションは、即時使用とエネルギーの貯蔵の間で異なる比率の電力を供給するために、1日の異なる時間において調節することが可能である。当然議論されるように、頼みにならず予測できない風諸条件にもかかわらず、電力需要と風力利用可能性の予報によって、ユーザーに長期間の電力の恒常的な量を提供するために、異なる比率が必要かもしれないことを意図している。このシステムは、それらの比率が簡単に適合することを可能とするように設計されている。電力を分割するための他のシステムもまた、意図されている。   Through the use of a clutch with a mechanical force splitter, each hybrid station can be adjusted at different times of the day to provide different rates of power between immediate use and energy storage. . Of course, as discussed, despite the unreliable and unpredictable wind conditions, power demand and wind availability forecasts vary to provide users with a constant amount of long-term power It is intended that a ratio may be necessary. This system is designed to allow those ratios to be easily adapted. Other systems for splitting power are also contemplated.

D.制御と弁機構:
好ましくは、本システムは、風車ステーションの稼動、混成ステーションに関するクラッチ、ストレージへ供給及び放出される圧縮空気の量、圧縮機の動作、ターボ・エキスパンダの動作、その他の動作を制御するシステムを備える。コントロールシステムは、好ましくは、何箇所の即時使用ステーションが稼動しており、何箇所のエネルギー貯蔵ステーションが稼動しており、何箇所の混成ステーションが稼動しており、そして何箇所がエネルギー貯蔵モードで稼動しているかを含めて、いかなる時刻においても稼動している風車ステーションの総数を設定することができる。このように、いかなる時刻においても、システムによって供給される総エネルギー、及び、どのようにエネルギーが即時使用とエネルギー貯蔵の間に配分されるかが、正確にコントロールされ、調整され得る。
D. Control and valve mechanism:
Preferably, the system comprises a system that controls the operation of the windmill station, the clutch for the hybrid station, the amount of compressed air supplied to and released from the storage, the operation of the compressor, the operation of the turbo expander, and other operations. . The control system preferably has several immediate use stations in operation, how many energy storage stations are operating, how many hybrid stations are operating, and how many are in energy storage mode. It is possible to set the total number of windmill stations operating at any time, including whether they are operating. In this way, the total energy delivered by the system at any time and how the energy is distributed between immediate use and energy storage can be accurately controlled and adjusted.

例えば、システムが20の即時使用、20のエネルギーの貯蔵、及び、10の混成ステーションで合計50の風車ステーションを有するならば、即時使用とエネルギー貯蔵ステーションの何箇所を動作させるか、また、混成ステーションの何箇所を即時使用、もしくはエネルギー貯蔵モードのいずれかに設定するかを決定するための制御システムにより操作者は、一方でどれくらいのステーションを即時使用専用とし、もう一方でどれくらいの貯蔵とするかを決定することができる。例えば、28の即時使用風車ステーションからの電力が、特別な期間のために必要であると確定されるならば、システムは即時使用ステーションのうちの全20を動作させることができ、10の混成ステーションのうちの8つを即時使用モードに変換することができる。   For example, if the system has a total of 50 windmill stations with 20 immediate use, 20 energy storage, and 10 hybrid stations, how many of the immediate use and energy storage stations to operate, The control system to determine how many points of the system are to be used for immediate use or energy storage mode allows the operator to determine how many stations on the one hand are dedicated to immediate use and how much storage is on the other hand Can be determined. For example, if power from 28 ready-to-use wind turbine stations is determined to be needed for a special period, the system can operate all 20 of the ready-to-use stations and 10 hybrid stations. Eight of them can be converted to immediate use mode.

同時に、エネルギー貯蔵ステーションのうちの16が同じ期間の間に必要であるとすれば、それらのうちの16箇所が作動状態に置かれることを可能とする。そして、他4箇所は運転停止させることができ、あるいは、それらによって供給されるエネルギーを外すか、排出することができる。   At the same time, if 16 of the energy storage stations are needed during the same period, 16 of them can be put into operation. And the other four locations can be shut down, or the energy supplied by them can be removed or discharged.

制御システムは、また、好ましくはストレージへの圧縮空気の出入の流れを調節することにより、貯蔵されている圧縮空気エネルギーのレベルを適切なレベルに保つことができるように設計されている。圧縮空気は、圧縮機を介しストレージに導入され、ストレージからターボ・エキスパンダを介し放出される。   The control system is also designed to maintain the level of stored compressed air energy at an appropriate level, preferably by adjusting the flow of compressed air in and out of the storage. Compressed air is introduced into the storage via the compressor and discharged from the storage via the turbo expander.

放出端部において、ターボ・エキスパンダを介して、いつ何時でも放出される圧縮空気の予め定められた量を見積もるために、図2bで示されるもののような弁システムを提供することができる。図2bは、空気の適切な量をターボ・エキスパンダによって配分するための弁を用いることができる、3つのターボ・エキスパンダに取り付けられる3つの継手のある貯蔵タンクの実施例を示す。チャートは、それぞれが貯蔵タンクの特別な圧力量と関係している5つの異なる弁系列を示す。   At the discharge end, a valve system such as that shown in FIG. 2b can be provided to estimate a predetermined amount of compressed air released at any time via a turbo expander. FIG. 2b shows an example of a storage tank with three joints attached to three turbo expanders that can use a valve to distribute the appropriate amount of air by the turbo expander. The chart shows five different valve sequences, each associated with a specific pressure amount in the storage tank.

弁系列Aは、600psigに適している。この系列によると、弁番号3と5だけが閉じられ、他のすべては開いている。このように、弁1の中を流れている空気は、第1のターボ・エキスパンダに入り、第1の交流発電機を介して電気エネルギーに変換されることができる。また、弁2と4が開いているので、圧縮空気の一部は第2と第3のターボ・エキスパンダに入り、第2と第3の交流発電機を介し電気エネルギーに変換されることができる。弁3と5が閉じられているので、弁1の中を流れている空気だけが使用される。   Valve series A is suitable for 600 psig. According to this series, only valve numbers 3 and 5 are closed and all others are open. Thus, the air flowing through the valve 1 can enter the first turbo expander and be converted to electrical energy via the first alternator. Also, since valves 2 and 4 are open, some of the compressed air can enter the second and third turbo expanders and be converted to electrical energy via the second and third alternators. it can. Since valves 3 and 5 are closed, only air flowing through valve 1 is used.

弁系列Bは、300psigに適している。この系列によると、弁3だけが開いており、他の放出弁、すなわち1と5は閉じられている。このように、弁3の中を流れている空気は、第2のターボ・エキスパンダに入り、第2の交流発電機を介して電気エネルギーに変換されることができる。また、弁4が開いており、弁2が閉じられているので、圧縮空気の一部は第3のターボ・エキスパンダに入ることができ、第3の交流発電機を介し電気エネルギーに変換されることができる。弁1と2が閉じられているので、第1の交流発電機は使用されていないままである。   Valve series B is suitable for 300 psig. According to this series, only valve 3 is open and the other discharge valves, ie 1 and 5, are closed. In this way, the air flowing through the valve 3 can enter the second turbo expander and be converted into electrical energy via the second alternator. In addition, since the valve 4 is open and the valve 2 is closed, a part of the compressed air can enter the third turbo-expander and is converted into electric energy via the third alternator. Can. Since valves 1 and 2 are closed, the first alternator remains unused.

弁系列Cは、100psigに適している。この系列によると、1つの弁、すなわち第5だけは、開いている。このように、弁5の中を流れている空気は、第3のターボ・エキスパンダに入り、第3の交流発電機を介して電気エネルギーに変換されることができる。第1および第2のターボ・エキスパンダと交流発電機は、使用されていないままである。   Valve series C is suitable for 100 psig. According to this series, only one valve, the fifth, is open. Thus, the air flowing through the valve 5 can enter the third turbo expander and be converted to electrical energy via the third alternator. The first and second turbo expanders and the alternator remain unused.

圧力がタンク(弁系列Dを参照)の中にないとき、弁は閉じられており、その場合には、圧縮機からタンクに導入される圧縮空気エネルギーは時間とともに蓄積され、タンク内圧力を増やすのを助ける。タンクが満たされるのを可能にするために類似した制御が、圧縮機と関連して使用される。すなわち圧縮機を介して圧縮空気がストレージに入る率を決定するために使用される。制御は、望ましくはタンク内の圧力量が維持され、和らげられることを可能にする。   When pressure is not in the tank (see valve series D), the valve is closed, in which case the compressed air energy introduced from the compressor into the tank is accumulated over time, increasing the pressure in the tank To help. Similar controls are used in connection with the compressor to allow the tank to be filled. That is, it is used to determine the rate at which compressed air enters the storage through the compressor. Control desirably allows the amount of pressure in the tank to be maintained and tempered.

タンク内の空気の温度を制御するのに役立たせるために使用される熱交換器を動作するために、制御は、また、使用される。制御は、いかなる時刻においても、どの熱交換器が使われるべきか、また、それらが貯蔵タンクにある圧縮空気にどれくらいの熱を提供しなければならないかを決定する。   Control is also used to operate the heat exchanger that is used to help control the temperature of the air in the tank. The control determines what heat exchangers should be used at any time and how much heat they must provide to the compressed air in the storage tank.

制御システムは、当然議論されるように、好ましくはシステムを自動的に動作させることができるように、用意されている入力データに基づき、前もってプログラムされているマイクロプロセッサーを備えている。本発明は、即時使用、エネルギーの貯蔵、及び、混成ステーションよりなる全体的なシステムを開発し設置でき、その点で、使用目的の領域によるシステムにおかれた要求に従って、予め決められた数の即時使用、エネルギー貯蔵、及び、混成は、一度に作動できることを意図する。年間の異なる時の間に、風の諸条件がかなり多様であり得るいろいろな風の予報に対応するために、これは本システムをカスタム化し、適合することを可能にする。   The control system, as will be appreciated, preferably comprises a microprocessor that is preprogrammed based on the input data provided so that the system can operate automatically. The present invention can develop and install an overall system consisting of immediate use, energy storage, and hybrid stations, in that respect a predetermined number according to the requirements placed on the system by the intended use area. Immediate use, energy storage, and hybrid are intended to be able to operate at once. This allows the system to be customized and adapted to accommodate a variety of wind forecasts during different times of the year where wind conditions can vary considerably.

E.方法:
カンザス風力有限責任会社(Kansas Wind Power LLC)によって用意された1996年11月の間にカンザスの地において見出された実際の風諸条件に基づく一実施例を用いて、本方法をここに論ずる。この期間が選択された理由は、本方法が異なる状況でどのように適用されることができるかについて示すために十分変化に富む風歴を含んでいたからである。
E. Method:
The method is discussed here using an example based on actual wind conditions found in the land of Kansas during November 1996, prepared by Kansas Wind Power LLC. . This period was chosen because it included a sufficiently varied wind history to show how the method can be applied in different situations.

図3は、サイトのための風力度数分布図と一般に呼ばれてものを示す。このチャートは、実際の場所で実際の風歴を取ったものを表す。総体的にこのチャートは、風が1996年11月の月間に特定の速度に達した(1時間ごとの間隔で測られるとき)平均回数または平均発生数を示す。いかなる場所においても、いかなる時間の間であっても、1年の季節から季節までの平均風速の調査を行うことを可能にするように、風歴は設計されている。この情報は有用である。例えば、調査による最高および最低の場合のシナリオに基づくことができる1年中の解決策を案出するのに役立ち得る。   FIG. 3 shows what is commonly referred to as a wind power distribution diagram for a site. This chart represents an actual history taken at an actual location. Overall, this chart shows the average number of occurrences or average number of occurrences when the wind reached a certain speed during the month of November 1996 (measured at hourly intervals). The wind history is designed to allow a survey of the average wind speed from season to season in any place at any time. This information is useful. For example, it can help to devise a year-round solution that can be based on best and lowest case scenarios from research.

図3は、すべての特別な風速測定に対し、風速がおよそ毎秒9メートルに達したときに発生するピーク発生数がおよそ43であったことを示す。別の言い方をすれば、すなわち、約43時間に等しいと見積もられる時間について(1時間の等間隔によって乗ぜられた43回発生は、43時間に等しい)、11月の月間に毎時測定した時、風速は他のいかなる速度よりも、およそ毎秒9メートルが頻繁にあった。これを考察するもう一つの方法は、月間に1時間ごとの間隔で採取されたおよそ43測定の平均において、風が平均およそ9メートル/秒で吹いていたということである。   FIG. 3 shows that for all special wind speed measurements, the number of peaks that occurred when the wind speed reached approximately 9 meters per second was approximately 43. In other words, for a time estimated to be equal to about 43 hours (43 occurrences multiplied by an equal interval of 1 hour is equal to 43 hours) when measured hourly during the month of November, The wind speed was about 9 meters per second more frequently than any other speed. Another way to consider this is that in an average of approximately 43 measurements taken at hourly intervals during the month, the wind was blowing at an average of approximately 9 meters / second.

チャートはまた、月間に風速が毎秒2メートル以下の発生が2、3回あったことを示す。同様に、チャートは風速が多分一度毎秒18メートルを超えたであろうことを示す。別の言い方をすれば、チャートが示すことは、11月中の間に風が2、3時間だけの間2メートル/秒以下、および、18メートル/秒以上で吹いたということである。そして、それは、適切な器材と方法がサイトと関連して使われることを確定する際に役に立つ。   The chart also shows that there were a few occurrences of wind speeds below 2 meters per second during the month. Similarly, the chart shows that the wind speed probably would have exceeded 18 meters per second. To put it another way, what the chart shows is that during the month of November, the wind blew at less than 2 meters / second and for more than 18 meters / second for just a few hours. And it helps in determining that appropriate equipment and methods are used in connection with the site.

このことの意味するところは、どんな種類の風力タービンを選択するかによって、風力タービンがエネルギーを発生するために月の間に作動し機能するはずの時間の量をチャートで予測することができるということである。例えば、選択された風力タービンが、効率と安全理由のために、風速が毎秒3メートルと毎秒15メートルの間にある時だけ作動するように設計されていると仮定すれば、11月の間のどんな日であっても、常時ではないがほとんどの時間の間、これらの風力タービンが、運転中になるであろうと予測することができる。   This means that depending on what type of wind turbine you choose, you can predict the amount of time that the wind turbine should operate and function during the month to generate energy. That is. For example, assuming that the selected wind turbine is designed to operate only when the wind speed is between 3 meters per second and 15 meters per second for efficiency and safety reasons, On any day, it can be predicted that these wind turbines will be in operation for most, if not always, hours.

実際の適用には、複数ヵ月を調査して研究しなければならない。実際に、そのような決定には、対費用効果分析、および、年間過程についての最低と最高のシナリオにおける風力利用可能性、また、その地におけるシステムに年間を通じて設定しやすい需用電力を考慮に入れたエネルギー効率調査を通常含める。   For practical application, research should be conducted over multiple months. In fact, such decisions take into account cost-effectiveness analysis and wind availability in the lowest and highest scenarios for the annual process, as well as power demand that is easy to set up for the local system throughout the year. Included energy efficiency surveys usually.

上述の期間の間に風力タービンにより生み出される風力発電の電気量は、いかなる時刻においても期間の間の風速に依存する。一般に、風力タービンに由来する風力は、以下の方程式に従うとされる。   The amount of wind power generated by the wind turbine during the above period depends on the wind speed during the period at any time. In general, wind power derived from a wind turbine follows the following equation:

P=C1*0.5*Rho*A*U3
そこで
C1=定数(計算された力を風力タービンの容積と風速能力に合わせることによって得る)
Rho=空気密度
A=風力タービンのローターが通り抜ける区域
U=風速
風によって生み出された風力量が、風速の3乗と比例していることを意味する。従って、風力タービンが、毎秒2メートルと毎秒18メートルの間で完全に動作中である状況では、発生することができる風による力の総量は、それらの範囲の間のすべての風速の直接的な機能にある。
P = C1 * 0.5 * Rho * A * U3
So C1 = constant (obtained by matching the calculated force to the wind turbine volume and wind speed capability)
Rho = air density A = area through which the rotor of the wind turbine passes U = wind speed This means that the amount of wind generated by the wind is proportional to the cube of the wind speed. Thus, in situations where the wind turbine is fully operating between 2 meters per second and 18 meters per second, the total amount of wind power that can be generated is a direct of all wind speeds between those ranges. In function.

他方、特定の高い風速範囲の間、風力による電気出力が比較的一定を保つように各種風力タービンは設計されている。これは、一定の最大限より上の速度では、角度を変えて空気抵抗を少なくする風力タービンの羽根のゆえである。例えば、特定の風力タービンは、ある速度範囲内である程度機能するかもしれない。すなわち、毎秒13と20メートルの間で、風速の変化にもかかわらず発生する風の力が一定のままを保つ。従って、上記の実施例で、風速が13メートルと18メートル/秒の間にある期間中に、風速が13メートル/秒である時、風力タービンで発生する風の力の量は発生する電力と等しいということになる。さらに、多くの風力タービンは、風速が毎秒15メートルといった最高制限を越える時、過剰な風速のための損傷を防ぐために、タービンが完全に運転停止するように設計されている。従って、特別な風力タービンによって発生することができる総エネルギー量は、これらの要因を考慮に入れなければならない。   On the other hand, various wind turbines are designed so that the electrical output from the wind force remains relatively constant during a particular high wind speed range. This is because of wind turbine blades that change angle to reduce air resistance at speeds above a certain maximum. For example, a particular wind turbine may function to some extent within a certain speed range. That is, the generated wind force remains constant between 13 and 20 meters per second despite the change in wind speed. Therefore, in the above embodiment, when the wind speed is 13 meters / second during the period in which the wind speed is between 13 meters and 18 meters / second, the amount of wind force generated in the wind turbine is the generated power. It will be equal. In addition, many wind turbines are designed such that when the wind speed exceeds a maximum limit of 15 meters per second, the turbine is completely shut down to prevent damage due to excessive wind speed. Thus, the total amount of energy that can be generated by a particular wind turbine must take these factors into account.

図3も、実際の発生数をウェイブル分布で決定される平均と時間帯にわたって比較している。この点において、風速のための風力度数分布図がウェイブル分布によって典型的に統計学的に説明される点に留意する必要がある。幅パラメータがk=2.52と同じくらい高い値を達成したサイトがあるが、風力タービン製造業者は、k=2.0の「幅パラメータ」と関連しているウェイブル分布を使用した。   FIG. 3 also compares the actual number of occurrences over the time period with the average determined by the Weibull distribution. In this regard, it should be noted that the wind power distribution diagram for wind speed is typically statistically explained by the Weibull distribution. Although there are sites where the width parameter achieved values as high as k = 2.52, wind turbine manufacturers used a wobble distribution associated with a “width parameter” of k = 2.0.

年間に特定の風速が平均して実際にどの程度発生するのかを知ることはのぞましいが、1日のうちで、いつ色々な風速が発生するのかを知ること、すなわち、本発明の目的の一つである日々のエネルギー供給スケジュールを公式化するために使用できるようにそれらの風速の等級が日々予報されることは、本発明の目的にとっても重要である。毎日適用することができるシステムを開発するためには、その翌日、適用することができる計画または予定を可能にするために、来るべき日に先立って毎日の風速予報と予測を得ることが必要である。   It is desirable to know how much a specific wind speed actually occurs in an average year, but to know when various wind speeds occur in a day, that is, one of the objects of the present invention. It is also important for the purposes of the present invention that their wind speed grades are forecasted daily so that they can be used to formulate a daily energy supply schedule. In order to develop a system that can be applied daily, it is necessary to obtain daily wind speed forecasts and forecasts in advance of the coming day in order to allow the plans or schedules to be applied the next day. is there.

この点において、図4は、同じ11月の時間枠の特定の1週の間に、同じサイトで起こった毎日の風歴を示す。図4は、1996年11月1日から1996年11月6日に及ぶ期間に渡って行われた測定の編集を示す。この特別なチャートは、期間中の各日を通じて1時間ごとの間隔で測定された風速を示す。   In this regard, FIG. 4 shows the daily wind history that occurred at the same site during a particular week of the same November time frame. FIG. 4 shows the compilation of measurements made over a period spanning from November 1, 1996 to November 6, 1996. This special chart shows the wind speed measured at hourly intervals throughout each day of the period.

11月1日を表す線は、例えば、毎秒7メートルより少し遅い風が吹いている真夜中より後に始まり、毎秒8メートルより少し遅い風が吹いている真夜中より前に終わる。その日の間は、午前中に発生したおよそ毎秒4メートルの最も低い測定、また、午後2時00分頃に発生している約毎秒7メートルのピーク(スパイク)であり、風は、ほとんど変動しなかった。風速は、それから真夜中に向けて増加した。   The line representing November 1, for example, starts after midnight when the wind is blowing slightly slower than 7 meters per second and ends before midnight when the wind is blowing slightly slower than 8 meters per second. During that day, it was the lowest measurement of about 4 meters per second that occurred in the morning, and a peak (spike) of about 7 meters per second that occurred at around 2:00 pm. There wasn't. The wind speed then increased towards midnight.

11月2日を表す線は、一方で、より変化している風を示している。風は、ちょうど真夜中過ぎに、毎秒8メートルより僅かに下で始まり、午前10時00分頃に毎秒約2メートルまで遅くなり始め、そして低い水準が続く。それから午後5時00分頃に風は上向き始め、真夜中まで毎秒13メートル近くの風速で日を終える。   On the one hand, the line representing November 2 shows a more changing wind. The wind starts just below midnight, slightly below 8 meters per second, begins to slow down to about 2 meters per second around 10:00 am, and continues at low levels. Then the wind started to rise at around 5:00 pm and ended the day with a wind speed of nearly 13 meters per second until midnight.

その翌日、11月3日、風は比較的高いままであり続け、その一方で、上下に変動し、午前8時頃におよそ毎秒9メートルの低さに達し、午後1時頃におよそ秒速15メートルのピークに着く。この日に、風は真夜中過ぎに毎秒13メートルよりもわずかに下から始まって、毎秒11メートルよりわずかに下の風速で、真夜中までに終わった。   The next day, November 3, the wind remained relatively high, while it fluctuated up and down, reaching a low of about 9 meters per second around 8am and about 15 seconds per second around 1pm. Get to the peak of the meter. On this day, the wind started from just below 13 meters per second after midnight and ended by midnight at a wind speed slightly below 11 meters per second.

11月4日、風は変動を続け、毎秒約13メートルのピークに到達するが、おさまり始め、真夜中までに毎秒約5メートルの速度に達する。   On November 4, the wind continues to fluctuate, reaching a peak of about 13 meters per second, but begins to subside and reaches a speed of about 5 meters per second by midnight.

11月5日は以下のように始まる。真夜中の直後に毎秒2メートルと言うほど低いが、そこで劇的に増加し始め、約午前4時までに毎秒約14メートルのピークに達する風となる。風速は、比較的高いままであり続けて、真夜中におよそ毎秒12メートルに達する。   November 5 starts as follows. Immediately after midnight, it is as low as 2 meters per second, but then it begins to increase dramatically, reaching a peak of about 14 meters per second by about 4 am. The wind speed remains relatively high and reaches approximately 12 meters per second at midnight.

その翌日に、風は再び変動し、正午頃に毎秒約14メートルのもう一つのピークに到達する。それからおさまり始め、そして、真夜中までに毎秒約7メートルの低さになる。   The next day the wind fluctuates again and reaches another peak at about 14 meters per second around noon. Then it starts to settle down and it is about 7 meters low per second by midnight.

このチャートが追跡記録するものは、1996年11月の最初の週の間にサイトで実際に起こった風速である。   What this chart tracks is the actual wind speed that occurred on the site during the first week of November 1996.

本発明において、しかしながら、毎日の予期される風速は、少なくとも1日前に前もって予測されるように、風速予報は特別なサイトのために得られる。つまり、図4が風歴の実施例を示すのであるが、過去の記録でなく、将来のための投射であることを除外して、本発明は前歴に内容の点で類似している風速予報を使うことを意図している。そのような予報は、最新の天気予報技術を使用して、気象庁と他のデータ資源から得られるデータから発展させることができる。本発明は、特に予報される日の前、24時間以内に作られるとき比較的正確な予報が創出され得ることを意図する。   In the present invention, however, wind speed forecasts are obtained for special sites so that the daily expected wind speed is predicted at least one day in advance. That is, FIG. 4 shows an example of wind history, but the present invention is similar to the previous history in terms of content, except that it is not a past record but a projection for the future. Is intended to be used. Such forecasts can be developed from data obtained from the Meteorological Agency and other data resources using the latest weather forecasting technology. The present invention contemplates that relatively accurate forecasts can be created when made within 24 hours, especially before the forecasted date.

一度データが得られると、来るべき日のための風歴と類似している風速予報が準備される。その風速予報は、来るべき24時間の間に、最も長い可能な期間の間、比較的一定の電力出力レベルを維持するために実行されなければならない毎日の電力供給スケジュールを決定するために用いることができる。また、当然議論されるように、最高およそ7回以上が許容できるのであるが、目的は、例えば望ましくは3回以下の少なくした回数の1日あたり定電力出力レベル期間を使用して送電網に電力供給をすることである。これは供給出力レベルを最小にするために変更しなければならないという回数を可能にし、それによって、切換機構にかかるストレスと仕事を少なくする。   Once the data is available, a wind speed forecast similar to the wind history for the coming day is prepared. The wind speed forecast should be used to determine the daily power supply schedule that must be performed in order to maintain a relatively constant power output level for the longest possible period during the coming 24 hours Can do. Also, of course, as will be discussed, a maximum of approximately 7 times or more is acceptable, but the purpose is for the grid to use a constant power output level period per day, preferably a reduced number of times such as 3 or less. It is to supply power. This allows the number of times that must be changed to minimize the supply power level, thereby reducing the stress and work on the switching mechanism.

この実施例(1996年11月における6日の中の3日)の目的のために、すなわち、11月1日と5日と6日は、本方法の様々な態様を示す際に役に立つ非常に激しい風速変化のゆえに選ばれたものである。風速変化が通常通り少ない日々には行わないのであるが、風速変化が多い日は敷設網(送電網)へのエネルギーの供給を円滑にするために、貯蔵されたエネルギーの使用を必要とする。定まった目的を満たし得る毎日の供給スケジュールを決定するために、どのように本方法が適用され得るかということが、これらの3日について研究され、図面上に表される。   For the purposes of this example (3 out of 6 days in November 1996), ie, November 1st, 5th and 6th are very useful in showing various aspects of the method. It was chosen because of the drastic changes in wind speed. Although it is not performed on days when the wind speed change is small as usual, the day when the wind speed change is large requires the use of stored energy in order to smoothly supply energy to the laying network (power transmission network). How these methods can be applied to determine a daily supply schedule that can meet a defined objective is studied and represented on the drawing for these three days.

供給スケジュールの経緯を議論する前に、各々の風車ステーションのための電力出力容量を決定し、それゆえ、毎日の供給スケジュールの企画で役割を果たす風力タービンの選択を議論することに関係する。この点で、据え付けられることになっている風車ステーションの総数を含み、ウィンドファームの全体の設計が、本願に引用して援用する出願人の以前の申請で説明されている基準を基にできることに注目することが重要である。ここで示される特別な実施例において、出願人はその性能が図5におけるコンピューター型に比較されているNordex N50/800の風力タービンを選択している。この製品をこの実施例のために選択したが、どんな在来型の風力タービンでも使用することができた。選択した風力タービンは、直径50メートルの羽根と塔高さ50メートル、1,964平方メートルの羽根が動く領域を有している。それは、毎秒3メートルで回転し、毎秒14メートルの設計風速を有する。このサイズは、発電容量が100〜1,000MWのウィンドファームのような大きな実用に適しており、しかも、トラックと鉄道で運搬するために製品は十分小さいので選ばれた。   Before discussing the supply schedule history, it is relevant to determine the power output capacity for each windmill station and therefore discuss the choice of wind turbines that play a role in the planning of the daily supply schedule. In this regard, including the total number of wind turbine stations to be installed, the overall design of the wind farm can be based on the criteria described in the applicant's previous application incorporated herein by reference. It is important to pay attention. In the particular embodiment shown here, Applicant has selected a Nordex N50 / 800 wind turbine whose performance is compared to the computer type in FIG. This product was chosen for this example, but any conventional wind turbine could be used. The selected wind turbine has a 50 meter diameter blade, a tower height of 50 meter, and a 1,964 square meter blade moving area. It rotates at 3 meters per second and has a design wind speed of 14 meters per second. This size was chosen because it is suitable for large practical applications such as wind farms with a power generation capacity of 100-1,000 MW, and the product is small enough to be transported by truck and rail.

実施例である貯蔵施設は、また、各々600psigの等級の長さ60フィートと直径10フィートの62の貯蔵タンクと共に設計された。これは、設備の全費用を下げることができる標準のいつでもすぐ買える構成要素とハードウェアの使用を可能にする。サイトで考慮中のウィンドファームのために必要なタンクの総数を決定するために、設計は、ほとんどの数のタンクが必要とされる日のような最悪の場合のシナリオを考慮に入れる。パイプライン・システムは、パイプの寸法とその長さに基づき、適切な貯蔵容量で同じように設計することができる。   The example storage facility was also designed with 62 storage tanks each 60 feet long and 10 feet in diameter, each rated 600 psig. This allows the use of standard ready-to-buy components and hardware that can lower the overall cost of the facility. In order to determine the total number of tanks needed for the wind farm under consideration at the site, the design takes into account worst case scenarios such as days when most numbers of tanks are needed. Pipeline systems can be similarly designed with appropriate storage capacity based on the dimensions of the pipe and its length.

各来るべき日のための供給スケジュールを策定するにあたって適用される方法論は、即時使用ステーションによりどれ程の量のエネルギーが発生され、どれほどの量がエネルギー貯蔵ステーションによって発生されるか(いずれにも変換できる混成ステーションを含む)に関係する少なくとも以下にある3つの設計条件を含む。   The methodology applied in formulating the supply schedule for each coming day is how much energy is generated by the immediate use station and how much energy is generated by the energy storage station (converted to either) Including at least the following three design conditions related to (including possible hybrid stations).

1.貯蔵されたピーク圧は、600psigを上回ってはならない;
2.いつ何時であっても、貯蔵されている圧力は、決して100psig未満であってはならない;そして、
3.各日の終わりに貯蔵されている圧力は、できれば各日の初めに等しいか、上回らなければならない。
1. The stored peak pressure should not exceed 600 psig;
2. The stored pressure should never be less than 100 psig at any time; and
3. The pressure stored at the end of each day should preferably be equal to or greater than the beginning of each day.

これらの考慮に基づいて、各々の種類の風車ステーションの何箇所が時を違えずいつ何時でも運転中でなければならないかを決定するために、反復的なプロセスが用いられることが望ましい。前の出願において論ぜられた方法論とここで議論される概念を使用して、この実施例のために選ばれた設計は、次の通りである:24箇所の即時使用ステーション、6箇所のエネルギー貯蔵ステーションと19箇所混成ステーション。これは、範囲の中で最高43箇所の即時使用風車(24箇所の即時使用ステーションと19箇所の即時使用に変換した混成ステーション)と最高25箇所のエネルギー貯蔵風車ステーション(6箇所のエネルギー貯蔵ステーションと19箇所のエネルギーの貯蔵に変換した混成ステーションは、)の間で調節されるシステムを可能にする。風速により少ない変化があるとき、一般に、より多くの即時使用ステーションが使われ、風速により多くの変化があるとき、より多くのエネルギー貯蔵ステーションが使われる。即時使用とエネルギー貯蔵の間の適切な比率はいつでも、必要に応じて得られることができるように、システムもまた、どの風車ステーションからの電力であっても遮断、または発散させる能力がある。   Based on these considerations, it is desirable to use an iterative process to determine how many of each type of windmill station must be in operation at any time and anytime. Using the methodology discussed in the previous application and the concepts discussed here, the design chosen for this example is as follows: 24 ready-to-use stations, 6 energies Storage station and 19 mixed stations. This includes up to 43 ready-to-use wind turbines (24 mixed-use stations and 19 converted-to-use hybrid stations) and up to 25 energy storage wind-turbine stations (6 energy storage stations and A hybrid station converted to 19 energy storage allows a system to be adjusted between). When there are less changes in wind speed, more immediate use stations are generally used, and when there are more changes in wind speed, more energy storage stations are used. The system is also capable of shutting off or dissipating power from any windmill station so that an appropriate ratio between immediate use and energy storage can be obtained as needed at any time.

図6は、1996年11月1日における24時間の期間のために創出された2つの異なる供給スケジュールを示す。両方のチャートは、2本の直線によって示されている定出力カーブと風/電力利用可能性カーブと比較する。2つのスケジュールの違いは、何箇所の即時使用とエネルギー貯蔵ステーションが日中作動するようにされたかということに関する。第1のチャートは、総風力発電電力の87%が直接即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の13%は貯蔵を介して処理される設定のシステムを表す。第2のチャートは、風力発電電力の40%が即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の60%は貯蔵を介して処理される設定を表す。   FIG. 6 shows two different supply schedules created for the 24-hour period on November 1, 1996. Both charts compare the constant power curve and the wind / power availability curve shown by two straight lines. The difference between the two schedules relates to how many immediate uses and how many energy storage stations have been activated during the day. The first chart represents a set-up system where 87% of the total wind power is supplied directly from the immediate use station to the grid and 13% of the power is processed via storage. The second chart represents a setting in which 40% of the wind power is supplied from the immediate use station to the grid and 60% of the power is processed via storage.

両方の実施例において、1つは20時間の継続と他は4時間の継続の2種類の定電力出力期間を提供するために、各々の供給スケジュールが作成された。これは、主に最初の20時間の間に風速が毎秒約5メートル変動し、それから、最後の4時間の間に毎秒約7メートルに急に変動するその日の風速カーブの形を基礎としている。この理由のために、最初の20時間の間に約2,500kWのかなり一定のエネルギー出力レベル、そして、最後の4時間の間におよそ5,000kWのかなり一定のエネルギー出力レベルを提供するようにスケジュールが設計された。   In both examples, each supply schedule was created to provide two constant power output periods, one with a duration of 20 hours and the other with a duration of 4 hours. This is mainly based on the shape of the day's wind speed curve where the wind speed fluctuates about 5 meters per second during the first 20 hours and then suddenly changes to about 7 meters per second during the last 4 hours. For this reason, to provide a fairly constant energy output level of about 2,500 kW during the first 20 hours and a fairly constant energy output level of approximately 5,000 kW during the last 4 hours. A schedule was designed.

各日の間に比較的少ない定電力出力レベル期間を提供するために供給スケジュールを設定することは、システムが、ともすればシステムに悪影響を与え得るサージ(電流・電圧の急増)とスイング(動揺)を避けることを可能にする。在来型の風車システムのように即時使用ステーションだけが使用されるとすれば、敷設網(送電網)に供給されるエネルギー量は激しい変動と揺れ動きを有する風速カーブのピークと谷が付きまとうであろう。そのような場合には、エネルギーの激しいピークまたはスパイクは、付加的なストレスと重い負担を電力システムにかけ、他の変動と揺れ動きとともに午後3時頃に敷設網に供給されたことになる。他方、本発明を用いることにより、敷設網(送電網)に送り出される電力量が長い時間帯の間、非常に良く予測できており一定だったことが分かる。   Setting up a supply schedule to provide a relatively low constant power output level period during each day can cause the system to surge (current / voltage spikes) and swings that can adversely affect the system. ) Can be avoided. If only an immediate use station is used as in a conventional wind turbine system, the amount of energy supplied to the laying network (power transmission network) will be accompanied by peaks and troughs in the wind speed curve with severe fluctuations and fluctuations. Let's go. In such a case, the intense peak or spike of energy puts additional stress and heavy burden on the power system and was delivered to the laying network around 3 pm along with other fluctuations and shaking. On the other hand, by using the present invention, it can be seen that the amount of power delivered to the laying network (power transmission network) was very well predicted and constant over a long period of time.

また、図6からも、第2のスケジュールを使用している電力の費用が$0.051/kW−Hrであったのに対し、第1のスケジュールを使用している電力供給費用が$.033/kW−Hrであったことが分かる。これは、即時使用ステーションからよりも、ストレージからより大きな割合のエネルギーを得なければならないことに関連する非効率性による。この理由から、電力のより大きなパーセンテージのためにエネルギー貯蔵ステーションよりも即時使用ステーションを頼るスケジュールを使用することが、通常好ましいことを教示している。   Also from FIG. 6, the cost of power using the second schedule was $ 0.051 / kW-Hr, whereas the power supply cost using the first schedule was $. It turns out that it was 033 / kW-Hr. This is due to the inefficiencies associated with having to get a greater percentage of energy from storage than from an immediate use station. For this reason, it teaches that it is usually preferable to use a schedule that relies on an immediate use station rather than an energy storage station for a larger percentage of power.

システムが運転中である間、エネルギーの貯蔵からよりも即時使用からより多くのエネルギーを頼るスケジュールを選択することに加えて、ストレージ内のエネルギー量が前日の終わりよりも少なくならないように、ストレージに導入されるエネルギーとストレージから抽出されるエネルギーとのバランスを保つことにより、ストレージにあるエネルギーのバランスを保つことが望ましい。さらに、上記したように、もう一つの考慮すべき点は、もし以後に必要になれば、見込める十分なエネルギーがあるように、予報で予測されるような風の状況が実際に起こらない場合に備えて、常に少なくとも100psigの圧力をストレージに保つことである。同時に、また、圧力を発散させ、無駄にしならなければならないかもしれない場合があるので、ストレージに予め定められた圧力量よりも多くをためないことが望ましい。   In addition to selecting a schedule that relies on more energy from immediate use than from storage of energy while the system is in operation, the storage should be kept in such a way that the amount of energy in the storage does not become less than at the end of the previous day. It is desirable to balance the energy in the storage by keeping a balance between the energy introduced and the energy extracted from the storage. In addition, as noted above, another point to consider is that if wind conditions do not actually occur as predicted by the forecast so that there is enough energy to be expected if needed later. In order to always keep at least 100 psig pressure in storage. At the same time, it is also desirable not to accumulate more than the amount of pressure pre-determined in storage, as it may be necessary to dissipate and waste pressure.

貯蔵を介して処理されるエネルギーは、送り出し(供給)スケジュールの経緯を考慮したものでなければならない以下の3つのシナリオを含む。   The energy processed through storage includes the following three scenarios that must take into account the history of the delivery (supply) schedule.

第1に、貯蔵への入力レベルが出力と等しいとき、期間を考慮するようにシステムは設計されていなければならない。つまり、一定の供給電力出力レベルが、電力が即時使用とエネルギー貯蔵ステーションの組合せから供給されている率に合致するならば、それにより理論的には、ストレージにあるエネルギー量は、実質的にこれらの期間の間は一定のままである。もちろん、圧縮機からの余熱と同様に、これは特定の非効率性、そして、上記で説明したいかなる暖房装置をも考慮に入れていない。それにもかかわらず、貯蔵された量がかなり一定のままである時があることは明らかである。これは、例えば、定電力出力レベルを維持するために、貯蔵からのエネルギーが使用されず、エネルギーの全てが即時使用ステーションから得られる時に起こり得る。   First, the system must be designed to account for the period when the input level to storage is equal to the output. That is, if a constant supply power output level matches the rate at which power is being supplied from a combination of immediate use and energy storage stations, then theoretically, the amount of energy in storage is substantially equal to these It remains constant during this period. Of course, like the residual heat from the compressor, this does not take into account any particular inefficiencies and any of the heating devices described above. Nevertheless, it is clear that there are times when the amount stored will remain fairly constant. This can occur, for example, when energy from storage is not used to maintain a constant power output level and all of the energy is available from the immediate use station.

第2に、システムは、貯蔵への入力レベルが出力よりも少ない時、期間を考慮するように設計されていなければならない。これらの期間の間に、貯蔵されているエネルギー量が時間と共に減少する場合には、定電力出力レベルを維持するために、貯蔵に提供されるよりもより大きな割合でエネルギーが貯蔵から引き出されることが分かる。これを短い時間帯の間一時的に続けることができるのであるが、エネルギーのレベルを実質的な釣り合いでもって貯蔵することを維持するために、貯蔵されたエネルギーが回復するように、結局、供給スケジュールを調整しなければならない。言い換えると、供給スケジュールは、各日の終わりに貯蔵されたエネルギー量が、各日の始まりに貯蔵されていた量に等しいか上回るために、その日の遅く、ストレージに導入して戻されるもっと多くのエネルギーのための可能性を要因の一つとして含め、適合させなければならない。   Second, the system must be designed to account for the period when the input level to storage is less than the output. During these periods, if the amount of energy stored decreases over time, energy is drawn from storage at a greater rate than is provided for storage to maintain a constant power output level. I understand. This can be continued temporarily for a short period of time, but eventually the supply is restored so that the stored energy is restored in order to keep the energy level stored in substantial balance. The schedule must be adjusted. In other words, the supply schedule means that the amount of energy stored at the end of each day is equal to or greater than the amount stored at the beginning of each day, so that more The potential for energy must be included and adapted as one of the factors.

第3に、システムは、ストレージへの入力レベルが出力よりも多い時、期間を考慮するように設計されていなければならない。この場合、エネルギーは抽出されたよりもより大きい率で、貯蔵に導入される。議論されるように、これは、貯蔵されたエネルギーが、ともすれば減らされ得る第2のシナリオのために重要である。この場合、若干の期間の間に、貯蔵されたエネルギー量が時間とともに増えることができるように、ストレージから引き出されるより大きな割合のエネルギーがストレージに導入される可能性を考慮することに供給スケジュールが適合していなければならない。圧力が高くなりすぎる時点で、しかしながら、圧力は発散されなければならず、及び又は、圧縮機はオフにされなければならない。   Third, the system must be designed to account for the period when the input level to storage is greater than the output. In this case, energy is introduced into the storage at a rate greater than that extracted. As discussed, this is important for the second scenario where the stored energy can be reduced if any. In this case, the supply schedule should take into account the possibility that a greater percentage of the energy drawn from the storage will be introduced into the storage so that the amount of stored energy can increase over time during some period. Must conform. At a time when the pressure becomes too high, however, the pressure must be vented and / or the compressor must be turned off.

図7aにおける第1のチャートは、上下する曲線によって示されるストレージに供給されているエネルギー量と比較されている2つの定電力出力期間(1つは20時間継続し、他は4時間継続する)を示す。上記で説明した第2、および第3のシナリオを表すこれらのカーブの間には、かなり違いがあることが分かる。すなわち、入力が出力を上回る、または出力が入力を上回る期間。図7aの第2のチャートで示すように、時を違えず常に上記のシナリオに適用されるいずれに従うかで、時折増加し時折減少するストレージにおけるエネルギーレベルの理由に基づき起こる「貯蔵された風力」カーブにおける変化がある。このチャートは、直接送電網に供給されている電力の87%、そして、ストレージを介して処理されている電力の13%に基づき、いかなる時刻においても1,000kW未満の正味の電力がストレージに供給されたことを示す。「貯蔵された風力」線の曲がりも、ストレージに供給されているエネルギー量が時間とともに変動し得ることを示す。   The first chart in FIG. 7a shows two constant power output periods compared to the amount of energy being supplied to the storage indicated by the up and down curves (one lasts 20 hours and the other lasts 4 hours). Indicates. It can be seen that there is a considerable difference between these curves representing the second and third scenarios described above. That is, the period when the input exceeds the output or the output exceeds the input. As shown in the second chart of FIG. 7a, the “stored wind” that occurs based on the reason for the energy level in the storage that increases from time to time and decreases from time to time, depending on which always applies to the above scenario, regardless of time There is a change in the curve. This chart is based on 87% of the power supplied directly to the grid and 13% of the power being processed through the storage, and at any given time net power less than 1,000 kW is supplied to the storage Indicates that Bending of the “stored wind” line also indicates that the amount of energy supplied to the storage can vary over time.

図7bは、上記で説明した3つのシナリオを起こしたことに基づいて、ストレージに日中、再び蓄えられる正味のエネルギーを示す。図7bの上のチャートから、電力出力レベルを一定に維持するために必要であるストレージの蓄えられたエネルギーが、その日のコース上で変動することが分かる。ストレージ内の圧力レベル(トップの曲線により示されている)が、午後1時00分頃に、それから再び6:00と午後8時00分の間にほぼ100psigまで低下することがまた、下のチャートに示されている。そしてそれは、抽出された正味のエネルギーが供給される他、正味のエネルギーを上回る上記で論じた3つのシナリオの合わさった結果である。また、供給スケジュールは、圧力が100psigより下に決してならず、結局のところ1日の初めよりも1日の終わりには等しい量またはより多くのエネルギーがストレージにあることが確実であることが、図面上によく表されていることが分かる。圧力も、600psigを決して上回らない。   FIG. 7b shows the net energy stored again in the storage during the day based on the occurrence of the three scenarios described above. From the upper chart of FIG. 7b, it can be seen that the stored energy of the storage required to keep the power output level constant varies over the course of the day. It is also possible that the pressure level in storage (indicated by the top curve) drops to around 100 psig around 1:00 pm and then again between 6:00 and 8:00 pm Shown in the chart. And that is the combined result of the three scenarios discussed above, in which the extracted net energy is supplied and exceeds the net energy. Also, the supply schedule ensures that the pressure never falls below 100 psig, and that eventually there is an equal amount or more energy in storage at the end of the day than at the beginning of the day, It can be seen that it is well represented on the drawing. The pressure will never exceed 600 psig.

実際の実施において、これらの供給スケジュールが、予測された風速予報に基づくので、現実の風の条件が予測されたもののようではないかもしれない可能性を考慮するために、実際のスケジュールの計画はかなり控えめなアプローチを反映する必要がある。スケジュールが控えめでないならば、圧力が100psig以下に落ちることや、全て尽きることがあり得るかもしれない、その場合には、送電網に電力を供給するための十分な貯蔵された圧力がなくなっている。ストレージにあるエネルギーが尽きるならば、それらの時間、システムは一定電力を供給することができない。すなわち、風速と即時使用ステーションからの発生電力の変動を相殺し平滑にするためのエネルギーがストレージにないので、風速の変動が電力出力供給の変動を起こし続けることになる。そのような場合には、供給スケジュールは、前の期間の間に、貯蔵電力の損失を補うために調整されなければならない。このことについて本発明は必要であることを意図している。一方で、予定があまりに控えめであるならば、貯蔵圧力は発散されなければならないかもしれず、その場合には、エネルギーは無駄になるかもしれない。   In actual implementation, these supply schedules are based on predicted wind speed forecasts, so to account for the possibility that real wind conditions may not seem as expected, the actual schedule plan is It needs to reflect a fairly modest approach. If the schedule is not conservative, the pressure could drop below 100 psig, or it could run out, in which case there is not enough stored pressure to power the grid. . If the energy in the storage runs out, the system will not be able to supply constant power during those times. That is, since there is no energy in the storage to offset and smooth the fluctuations in the wind speed and the generated power from the immediate use station, the fluctuations in the wind speed will continue to cause fluctuations in the power output supply. In such cases, the supply schedule must be adjusted during the previous period to compensate for the loss of stored power. In this regard, the present invention is intended to be necessary. On the other hand, if the schedule is too modest, the storage pressure may have to be dissipated, in which case energy may be wasted.

図8aと図8b及び図9aと9bは、それぞれ1996年11月5日と6日における24時間の間の同様なチャートを示す。   Figures 8a and 8b and Figures 9a and 9b show similar charts for 24 hours on November 5th and 6th, 1996, respectively.

図8aは、1996年11月5日に起こった風歴に基づき、その日の24時間について創出した供給スケジュールを示す。このチャートは、総風力発電電力の60%が即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の40%は貯蔵を介して処理される供給スケジュールを表す。この日の風速曲線はかなり多様であったので、この供給スケジュールは、2、3ではなく、7つの異なる定電力出力期間を提供するために創出された。   FIG. 8a shows a supply schedule created for 24 hours of the day based on the wind history that occurred on November 5, 1996. This chart represents a supply schedule in which 60% of the total wind power is supplied from the immediate use station to the grid and 40% of the power is processed through storage. This day's wind speed curve was quite diverse, so this supply schedule was created to provide seven different constant power output periods instead of a few.

最初の一定レベル期間(真夜中から午前3時00分まで)は、もしあれば送電網に電力をほとんど提供しない。これは主に、ほとんど風がその時間の間になかったという事実による。   The first fixed level period (from midnight to 3:00 am) provides little power to the grid, if any. This is mainly due to the fact that there was almost no wind during that time.

午前3時00分から午前9時00分間の第2の一定レベル期間は、約4,000kWを提供する。そして、それは午前4時00分頃に始まっている風速のわずかな増加による。午前8時00分頃に始まる風速の急激な増加のために、第3の一定のレベル期間は、午前9時00分から午前10時00分までのみに及ぶ。供給され発電されているエネルギーを効率的に使用するために、出力を10,000kWに増やされなければならないほど風速の増加が劇的であるので、この期間は短い。   The second constant level period from 3:00 am to 9:00 am provides approximately 4,000 kW. And that is due to a slight increase in wind speed that started around 4:00 am. Due to the rapid increase in wind speed that begins around 8:00 am, the third constant level period extends only from 9:00 am to 10:00 am. This period is short because the increase in wind speed is so dramatic that the power must be increased to 10,000 kW in order to efficiently use the energy supplied and generated.

第4の一定レベル期間は、その時間の間に増加している風速を反映して、およそ24,000kWのレベルで午前10時00分から午後1時00分まで及ぶ。午後1時00分以後風速は増加し続け、非常に高いレベルで吹き続けるので、第5の一定レベル期間は35,000kWに設定され、午後1時00分から午後10時00分まで9時間に達する。これは、1日の間で電力レベルが一定である最も長い期間であり、その点で、送電網への電力の出力レベルとそれゆえに、もたらされる量が予測でき、安定している。   The fourth constant level period ranges from 10:00 am to 1:00 pm at a level of approximately 24,000 kW, reflecting the increasing wind speed during that time. The wind speed continues to increase after 1:00 pm and continues to blow at a very high level, so the fifth constant level period is set to 35,000 kW, reaching 9 hours from 1:00 pm to 10:00 pm . This is the longest period in which the power level is constant during the day, at which point the output level of power to the grid and hence the amount produced is predictable and stable.

真夜中に向かって1日の終わりに起こるものは、しかしながら、風速が劇的に落ち始めるということである。従って、1日の最後の2時間は、さらに2つの一定電力レベル期間に分解され、午後10時00分から午後11時00分までおよそ32,000kWのレベルから始まり、それから、午後11時00分から真夜中までおよそ10,000kWにはっきりと落ちる。1日中に起こった激しい変動と揺れ動きを考慮する時、各日の間により少ない一定レベル期間をつくることは、確かにより有利なのに対し、システムは、上記で論じられた利点を備えることが必要になるであろう予測可能性と安定性の程度を備えるために、より頻繁に調整することが必要となる。本発明を用いることにより、11月1日よりもこの日において、それらの期間がさらにあるのだが、その1日の間の一定の期間、送電網にもたらされる電力の量をさらに予測することができ、またより一定である。   What happens at the end of the day towards midnight, however, is that the wind speed begins to drop dramatically. Thus, the last two hours of the day are further broken down into two constant power level periods, starting at a level of approximately 32,000 kW from 10:00 pm to 11:00 pm, and then from 11:00 pm to midnight It drops to about 10,000 kW. When taking into account the violent fluctuations and swaying that happened during the day, it is certainly more advantageous to create fewer constant level periods during each day, whereas the system needs to have the advantages discussed above. More frequent adjustments are needed to provide the degree of predictability and stability that will be. By using the present invention, there are more periods on this day than on November 1, but it is possible to further predict the amount of power that will be delivered to the grid during a certain period of the day. Can and is also more constant.

図8aの第2のチャートは、その1日中に、貯蔵に供給されている正味エネルギーを示す(灰色の線によって示されている)。同時に、電力出力レベル全体を保つために必要な比率におけるストレージからの一定の抽出量は比較的一定であるのに対し、これは、ストレージに導入されている風車ステーションからの電力の40%を有することに基づく。また、貯蔵される量は、上記で説明している3つのシナリオを起こしたことを含み、1日を通して存在するいろいろな諸条件の蓄積に基づく。   The second chart in FIG. 8a shows the net energy being supplied to storage during the day (shown by the gray line). At the same time, this has 40% of the power from the windmill station installed in the storage, whereas the constant extraction from the storage in the ratio required to maintain the overall power output level is relatively constant Based on that. Also, the amount stored is based on the accumulation of various conditions that exist throughout the day, including the occurrence of the three scenarios described above.

図8aにある第2のチャートから、ストレージへのエネルギーの供給が、朝の比較的少ない量から午後の比較的大きな量に、1日のコースで変動することが分かる。電力のより大きな量が午後の時間に送電網にもたらされるが、即時使用ステーションは、その電力の大半を発電する。従って、かなりの量の電力、すなわち35,000kWが、同時に送電網に供給されていても、午後の時間の間にかなりの量のエネルギーが貯蔵にもたらされていることが分かる。   From the second chart in FIG. 8a, it can be seen that the supply of energy to the storage varies over the course of the day from a relatively small amount in the morning to a relatively large amount in the afternoon. While a greater amount of power is brought into the grid in the afternoon time, the immediate use station generates most of that power. Thus, it can be seen that a significant amount of energy, i.e. 35,000 kW, is supplied to the grid simultaneously, but a significant amount of energy is being brought into storage during the afternoon hours.

図8bの上のチャートは、その日の間に、実質的に時間とともに増加する貯蔵されたエネルギーの蓄積を示す。   The upper chart in FIG. 8b shows the stored energy accumulation increasing substantially over time during the day.

これは、図8aの下のチャートで示すように、ストレージに導入されているかなりの量のエネルギーによる。図8bの上のチャートは、24時間のコースについて、およそ10,000kW時からおよそ70,000kW時まで行っている曲線を示す。   This is due to a significant amount of energy being introduced into the storage, as shown in the lower chart of FIG. 8a. The upper chart in FIG. 8b shows a curve running from approximately 10,000 kW to approximately 70,000 kW for a 24-hour course.

同様に、下のチャートは、貯蔵における温度と圧力レベル増加の性質に基づき、全体のエネルギーに対して貢献がなされていることを示す。以下の予定した設定にもかかわらず600psigを上回る圧力の過度の蓄積が午後1時00分頃に起こったことが分かるのであるが、圧力が決して600psigを上回らず、100psigより下に決してならないように、7回の異なる一定出力レベル期間をその日に予定しなければならなかった理由の一つであるストレージの圧力量における激しい変動も示されている。   Similarly, the chart below shows that a contribution is made to the overall energy based on the nature of temperature and pressure level increase in storage. It can be seen that excessive accumulation of pressure above 600 psig occurred around 1:00 pm, despite the following scheduled settings, so that the pressure never exceeds 600 psig and never falls below 100 psig. Also shown are severe fluctuations in the amount of storage pressure, one of the reasons why seven different constant power level periods had to be scheduled for the day.

図9aは、1996年11月6日に起こった風歴に基づき、その日の24時間について創出した供給スケジュールを示す。このチャートは、総風力発電電力の50%が即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の50%は貯蔵を介して処理される供給スケジュールを表す。この日の風速曲線はかなり多様であったので、6つの異なる定電力出力期間を提供するため、以下に説明されるように、貯蔵圧力を100psigと600psigの間に保つべく必要なこの供給スケジュールが創出された。   FIG. 9a shows the supply schedule created for the 24 hours of the day based on the wind history that occurred on November 6, 1996. This chart represents a supply schedule in which 50% of the total wind power is supplied from the immediate use station to the grid and 50% of the power is processed through storage. Since the wind speed curves on this day were quite diverse, this supply schedule required to keep the storage pressure between 100 psig and 600 psig was discussed below to provide six different constant power output periods. Was created.

この日に、前の日から貯蔵されたままになっている動力の量は上に示したように比較的高かった。そして、風速は早朝時間の間に比較的高く、朝の間中、そして、わずかに落ち始めた昼下がりまで高い状態を続けた。従って、真夜中の前の晩から午後2時00分頃にまで広がっているいくつかの定電力出力期間を逐次増加していることでもって、朝の後半と昼下がりの時間の間にかなりの量の電力が送電網に供給されていることを供給スケジュールは示す。例えば、真夜中から午前3時00分までの1つを含み、3つの一定レベル期間は実行され、そこで供給されたエネルギーはおよそ14,000kWであった。その他の2つの期間において、1つは、供給されているおよそ27,000kWのエネルギーでもって午前3時00分から午前6時00分まで及んだ。そして、もう一つは、その期間の間に供給されているおよそ36,000kWのエネルギーでもって午前6時00分から午前2時00分まで及んだ。   On this day, the amount of power that had been stored from the previous day was relatively high as indicated above. And the wind speed was relatively high during early morning hours, and remained high throughout the morning and until early afternoon, when it began to drop slightly. Therefore, with a gradual increase in several constant power output periods extending from midnight before the evening to around 2:00 pm, a considerable amount of time between late morning and early afternoon The supply schedule indicates that power is being supplied to the grid. For example, three constant level periods were performed, including one from midnight to 3:00 am, where the energy delivered was approximately 14,000 kW. In the other two periods, one ranged from 3:00 am to 6:00 am with approximately 27,000 kW of energy being supplied. And the other ranged from 6:00 am to 2:00 am with approximately 36,000 kW of energy being supplied during that period.

風速が落ち始めたとき、しかしながら、供給されるべき予定の電力量も落ちている。午後2時00分から午後3時00分まで供給されているエネルギーがおよそ18,000kW、午後3時00分から午後4時00分まで供給されているエネルギーがおよそ13,000kW、そして最後が、午後4時00分から真夜中まで供給されているおよそ10,000kWのエネルギーを含む3つの付加的な一定レベル期間が経験された。この日の間では、予定では6つの定出力レベル期間を必要としたのに対し、期間の2つはそれぞれ8時間の間続いた。そしてそれは出力レベルが延長された時間帯の間一定であった16時間の延長された期間を提供した。   When the wind speed begins to drop, however, the amount of power that is to be supplied is also dropping. The energy supplied from 2:00 pm to 3:00 pm is approximately 18,000 kW, the energy supplied from 3:00 pm to 4:00 pm is approximately 13,000 kW, and the last is 4 pm Three additional constant level periods were experienced, including approximately 10,000 kW of energy being supplied from 0:00 to midnight. During this day, the schedule required six constant power level periods, while two of the periods lasted for 8 hours each. And it provided an extended period of 16 hours where the power level was constant during the extended time zone.

図9aの第2のチャートは、日中にストレージに供給されている正味のエネルギーを示す(灰色の線によって示されている)。そして、それは風車ステーションからストレージに導入される動力の50%を有することに基づく。風速が速い時、午前中供給されている比較的高いレベルのエネルギーで始まり、風速が衰え始める午後と夕方の時間の間ストレージに供給される比較的低いレベルのエネルギーとなるので、ストレージへのエネルギーの供給が1日のコースで変動することが分かる。この場合、朝の間に送電網に供給した電力の大半は即時使用ステーションによって発電されたが、図9aの上のチャートにある2つのカーブが示す違いのごとく電力の実質的な量はまた、ストレージを介して供給されていた。   The second chart in FIG. 9a shows the net energy being supplied to the storage during the day (indicated by a gray line). And it is based on having 50% of the power introduced into the storage from the windmill station. When the wind speed is fast, it starts with a relatively high level of energy supplied in the morning and becomes a relatively low level of energy supplied to the storage during the afternoon and evening hours when the wind speed begins to decline, so the energy to the storage It can be seen that the supply of fluctuates in the course of one day. In this case, most of the power supplied to the grid during the morning was generated by the immediate use station, but the substantial amount of power, as shown by the two curves in the upper chart of FIG. Had been supplied through storage.

図9bの上のチャートは、その日の間に、時間とともに着実に増加する貯蔵されたエネルギーの蓄積を示す。これは、図9aの下のチャートで示すように、特に朝の間にストレージに導入されているかなりの量のエネルギーによる。図9bの上のチャートは、24時間のコースについて、およそ0kW時からおよそ90,000kW時まで行っている曲線を示す。その上、実質的に変動している温度と圧力からの全体のエネルギーに対してなされている貢献が増加することを下のチャートは示す。   The upper chart in FIG. 9b shows the stored energy accumulation increasing steadily over time during the day. This is due to the considerable amount of energy introduced into the storage, especially during the morning, as shown in the lower chart of FIG. 9a. The upper chart in FIG. 9b shows a curve that runs from approximately 0 kW to approximately 90,000 kW for a 24-hour course. Moreover, the chart below shows that the contribution made to the overall energy from substantially varying temperatures and pressures increases.

図8aと図9aの下のチャートで分かるように、圧力カーブは、1996年11月5日と6日の2日の間でかなり変動した。これらの圧力カーブは、圧力が100psig以下にならず600psigを超えることもない圧力を時折確認するために、一定レベル出力期間のレベルを変えることが、いかに重要であるかを示す故、重要である。図示されているように、11月6日におけるいくつかの場合におけるカーブは、600psigレベルより上に行った。温度レベルが華氏70度を超えるときのような若干の状況においては、より高い圧力がシステムによって取り扱われることを確実とする適切な貯蔵施設であるようにシステムが設計されなければならないが、圧力を800psigに増やすことは許容されるようにしてもよい。   As can be seen in the lower charts of FIG. 8a and FIG. 9a, the pressure curve fluctuated considerably between the 5th and 6th November 1996. These pressure curves are important because they show how important it is to change the level of a constant level output period in order to occasionally check pressures that do not fall below 100 psig and do not exceed 600 psig . As shown, the curves in some cases on November 6 were performed above the 600 psig level. In some situations, such as when the temperature level exceeds 70 degrees Fahrenheit, the system must be designed to be an appropriate storage facility to ensure that higher pressures are handled by the system, Increasing to 800 psig may be allowed.

図10は、予め定められた若干の即時使用、エネルギーの貯蔵、および混成ステーションを期間の間の日に使用して供給スケジュールがどのように実行されたかを示す。各日に、風車ステーションの全ては活動中であったが、どの時においても、何箇所の混成ステーションが即時使用とエネルギーの貯蔵に設定されているかに基づき、ステーションタイプ間の比率が調整された。例えば、11月1日に、43箇所の即時使用風車(24箇所の即時使用ステーションと即時使用に変換した19箇所の混成ステーションを含む)と6箇所のエネルギー貯蔵ステーションを含めた総比率の数において使用された。これは、上記で説明した87%から13%の比率を占めた。   FIG. 10 shows how the supply schedule was performed using some predetermined immediate use, energy storage, and hybrid stations on the days during the period. Every day, all of the windmill stations were active, but at any given time the ratio between station types was adjusted based on how many hybrid stations were set up for immediate use and energy storage. . For example, on November 1, in the total number of wind turbines including 43 immediate use wind turbines (including 24 immediate use stations and 19 hybrid stations converted to immediate use) and 6 energy storage stations Used. This accounted for the 87% to 13% ratio described above.

11月5日の比率は、30箇所の即時使用風車(24箇所の即時使用ステーションと即時使用に変換した6箇所の混成ステーションを含む)と19箇所のエネルギー貯蔵風車ステーション(6箇所のエネルギー貯蔵ステーションとエネルギー貯蔵に変換した13箇所の混成ステーションを含む)を含んでいる。これは、上記で説明した60%から40%の比率を占めた。   The ratio for November 5 is 30 immediate use wind turbines (including 24 immediate use stations and 6 hybrid stations converted to immediate use) and 19 energy storage wind turbine stations (6 energy storage stations). And 13 hybrid stations converted to energy storage). This accounted for the 60% to 40% ratio described above.

11月6日の比率は、25箇所の即時使用風車タービン(24箇所の即時使用ステーションと即時使用に変換した1箇所の混成ステーションを含む)と24箇所のエネルギー貯蔵風車ステーション(6箇所のエネルギー貯蔵ステーションとエネルギー貯蔵に変換した18箇所の混成ステーションを含む)を含んでいる。これは、上記で説明した50%から50%の比率を占めた。   The ratio for November 6 is that there are 25 immediate use wind turbines (including 24 immediate use stations and one hybrid station converted to immediate use) and 24 energy storage wind turbine stations (6 energy storage stations). Station and 18 hybrid stations converted to energy storage). This accounted for the 50% to 50% ratio described above.

チャートはまた、いつ何時でも必要な貯蔵タンクの数が、活動中であるエネルギー貯蔵ステーションの数に依存することを示す。また、チャートは、20年の期間のコースに対して、これらの3つの異なる供給スケジュールによって発生するエネルギーのコストが比較的一定のまま、すなわち、1kW時あたりほぼ0.033ドルであることを示している。   The chart also shows that the number of storage tanks needed at any time depends on the number of active energy storage stations. The chart also shows that for a course of 20 years, the cost of energy generated by these three different supply schedules remains relatively constant, ie approximately $ 0.033 per kWh. ing.

即時使用のためにエネルギーを発生させる専用の水平軸風力タービン・システムの工程図を示す。1 shows a process diagram of a dedicated horizontal axis wind turbine system that generates energy for immediate use. エネルギーを圧縮空気エネルギー・システムに貯蔵するために変更された専用の水平軸風力タービン・システムの工程図を示す。FIG. 2 shows a process diagram of a dedicated horizontal axis wind turbine system modified to store energy in a compressed air energy system. 即時使用とエネルギー貯蔵との間で電気を発生させるための混成水平軸風力タービン・システムの工程図を示す。1 shows a process diagram of a hybrid horizontal axis wind turbine system for generating electricity between immediate use and energy storage. 圧力放出バルブシステムの実施例を示す。2 shows an embodiment of a pressure release valve system. カンザスの場所における風の1996年11月の月間度数分布図を示す。The monthly frequency distribution map of the wind in November 1996 in Kansas is shown. 1996年11月1日から11月6日の期間の間における同じカンザス地域での毎日6回の風歴を示す。Shown are six daily wind histories in the same Kansas region during the period from 1 November to 6 November 1996. Nordex N50/800とコンピューター・モデルの間の比較を示す。A comparison between the Nordex N50 / 800 and the computer model is shown. 1996年11月1日に関する2つの供給スケジュール可能性(能力)を示している2つのチャートを含む。Includes two charts showing two supply schedule possibilities (capabilities) for November 1, 1996. 即時使用とエネルギー貯蔵の間の比率87/13を示している2つのチャートを含む。両方ともに同じ1996年11月1日における一定出力の期間を風/電力利用可能性カーブと比較しているのが上のチャートであり、一定出力の期間をストレージに供給される電力量と比較するのが下のチャートである。Includes two charts showing the ratio 87/13 between immediate use and energy storage. Both charts compare the constant power period on November 1, 1996 with the wind / power availability curve, comparing the constant power period with the amount of power supplied to the storage. Is the chart below. 2つのチャートを含む。両方ともに同じ1996年11月1日における時間とともに貯蔵されたエネルギー量を示すのが上のチャートであり、および貯蔵における圧力と温度カーブを示すのが下のチャートである。Includes two charts. Both charts show the amount of energy stored over time on the same November 1, 1996, and the chart below shows the pressure and temperature curves during storage. 1996年11月5日の同じ場所における即時使用とエネルギー貯蔵の間の比率60/40を示している2つのチャートを含む。一定出力の期間を風/電力利用可能性カーブと比較しているのが上のチャートであり、一定出力の期間を貯蔵に供給される電力量と比較するのが下のチャートである。Includes two charts showing the ratio 60/40 between immediate use and energy storage at the same location on November 5, 1996. The upper chart compares the constant power period with the wind / power availability curve, and the lower chart compares the constant power period with the amount of power supplied to the storage. 1996年11月5日のための2つのチャートを含む。時間とともに貯蔵されたエネルギー量を示すのが上のチャートであり、貯蔵における圧力と温度カーブを示すのが下のチャートである。Includes two charts for November 5, 1996. The upper chart shows the amount of energy stored with time, and the lower chart shows the pressure and temperature curves during storage. 1996年11月6日の同じ場所における即時使用とエネルギー貯蔵の間の比率50/50を示している2つのチャートを含む。一定出力の期間を風/電力利用可能性カーブと比較しているのが上のチャートであり、一定出力の期間を貯蔵に供給される電力量と比較するのが下のチャートである。Includes two charts showing the ratio 50/50 between immediate use and energy storage at the same location on November 6, 1996. The upper chart compares the constant power period with the wind / power availability curve, and the lower chart compares the constant power period with the amount of power supplied to the storage. 1996年11月6日のための2つのチャートを含む。時間とともに貯蔵されたエネルギー量を示すのが上のチャートであり、貯蔵における圧力と温度カーブを示すのが下のチャートである。Includes two charts for November 6, 1996. The upper chart shows the amount of energy stored with time, and the lower chart shows the pressure and temperature curves during storage. 混成ステーションの設定に基づく活動中であった数の即時使用とエネルギー貯蔵風車ステーションを示し、使用された貯蔵タンクと各日の電力を生み出すための費用を含む3日間の日々の供給スケジュールを示すチャートである。Chart showing the number of immediate use and energy storage windmill stations that were active based on hybrid station settings, and a three-day daily supply schedule including the storage tank used and the cost to generate electricity each day It is.

Claims (20)

風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法であって、
複数の風車ステーションを有するウィンドファームを使用し、前記ウィンドファームは、風力発電電力を提供するために、予め定められた数の複数の即時使用ステーション、複数のエネルギー貯蔵ステーション、および複数の混成ステーションからなり;
前記ウィンドファームにおける、来るべき期間の風速状況の予報を予測するかまたは取得し;
前記来るべき期間の前記風速状況及び結果としての複数の風力利用可能レベルを予測するために複数の前記予報を使用し;
前記複数の即時使用ステーション及び前記複数のエネルギー貯蔵ステーションの両方から出され、並びに必要なときには、前記複数の混成ステーションから出されるエネルギーを利用するために、前記来るべき期間における複数の風速及び風力利用可能レベルについての複数の予測に基づいて、エネルギー送り出しスケジュールを用意し;
複数の風速及び風力利用可能レベル内における揺らぎ及び振動にかかわらず、複数の時間エネルギー送り出しレベルが実質的に一定のままである間は、前記来るべき期間において複数の定電力出力期間の数を減少させることを設定する前記送り出しスケジュールを使用することを特徴とする風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法。
A method for adjusting and stabilizing the delivery of wind power,
A wind farm having a plurality of windmill stations is used, the wind farm from a predetermined number of multiple immediate use stations, a plurality of energy storage stations, and a plurality of hybrid stations to provide wind power. Become;
Predict or obtain a wind speed forecast for the upcoming period on the wind farm;
Using a plurality of the forecasts to predict the wind speed situation and the resulting plurality of wind availability levels for the coming period;
Multiple wind speeds and wind utilizations in the coming period to utilize energy from both the multiple immediate use stations and the multiple energy storage stations, and when needed, from the multiple hybrid stations. Prepare an energy delivery schedule based on multiple predictions about possible levels;
Reduce the number of multiple constant power output periods in the coming period while the multiple time energy delivery levels remain substantially constant, regardless of fluctuations and vibrations within multiple wind speeds and wind availability levels A method for adjusting and stabilizing the delivery of wind power, characterized in that the delivery schedule is set to be used.
前記来るべき期間が次の24時間の期間である請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the upcoming period is the next 24 hour period. いかなる所定の24時間の期間中においても、7つを超えない定電力出力期間を設定する請求項1項に記載の方法。   The method of claim 1, wherein a constant power output period not exceeding seven is set during any given 24 hour period. 前記来るべき期間中に動作状態にあるべき即時使用ステーションとエネルギー貯蔵風車ステーション数の比を決定し、且つ必要に応じて動作状態にあるべきこれらのステーションの数を補うために前記混成ステーションを使用する請求項1に記載の方法。   Use the hybrid station to determine the ratio of the number of ready-to-use stations and energy storage wind turbine stations that should be in operation during the coming period, and to supplement the number of these stations that should be in operation if necessary The method according to claim 1. 前記送り出しスケジュールは、いかなる所定の時間においても貯蔵圧力量が600psigを上回らないか、または100psigより下にならないように、前記複数の予報に基づいて設定されるべく設計されているかまたは設定されている請求項1に記載の方法。   The delivery schedule is designed or set to be set based on the plurality of forecasts so that the storage pressure does not exceed 600 psig or fall below 100 psig at any given time. The method of claim 1. 送電網に電気エネルギーを直接供給するように前記複数の即時使用ステーションが設けられており、圧縮空気エネルギーをストレージに提供するように前記複数のエネルギー貯蔵ステーションが設けられており、そして電気エネルギーを直接供給するための即時使用ステーションであることと、圧縮空気エネルギーをストレージに提供するためのエネルギー貯蔵ステーションであることとの間を切り替わるように前記複数の混成ステーションが設けられている請求項1に記載の方法。   The plurality of immediate use stations are provided to directly supply electrical energy to the power grid, the plurality of energy storage stations are provided to provide compressed air energy to the storage, and the electrical energy is directly supplied. The plurality of hybrid stations are provided to switch between being an immediate use station for supply and being an energy storage station for providing compressed air energy to storage. the method of. 前記送り出しスケジュールは、前記複数の風力利用可能レベルが前記送電網で必要とされる電力需要を下回るときであっても、風力発電電力が複数の一定電力出力レベルで利用可能であることを確実にすることができる所定の貯蔵電力量を維持するために、前記即時使用ステーションから直接供給され得るエネルギー量と、前記エネルギー貯蔵ステーションからのストレージから提供され得るエネルギー量と、前記送電網により使用され且つ引き出されることが予測される電力量とを考慮に入れる請求項6に記載の方法。   The delivery schedule ensures that wind power is available at multiple constant power output levels even when the multiple wind available levels are below the power demand required by the grid. In order to maintain a predetermined amount of stored power that can be used, the amount of energy that can be supplied directly from the immediate use station, the amount of energy that can be provided from storage from the energy storage station, 7. The method of claim 6, taking into account the amount of power expected to be drawn. 前記送り出しスケジュールは、複数のエネルギー貯蔵ステーション及び前記来るべき期間の終わりにおいてエネルギー貯蔵モードに設定されているすべての混成ステーションからの貯蔵圧縮空気エネルギー量が、前記来るべき期間の始まりにおける貯蔵圧縮空気エネルギー量に等しいかそれよりも大きくなるように設定される請求項1に記載の方法。   The delivery schedule includes the amount of stored compressed air energy from a plurality of energy storage stations and all hybrid stations that are set to energy storage mode at the end of the upcoming period, and the stored compressed air energy at the beginning of the upcoming period. The method of claim 1, wherein the method is set to be equal to or greater than the quantity. 前記送り出しスケジュールは、貯蔵に利用できる風力が貯蔵外の風力発電電力の需要に等しいとき、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要よりも大きいとき、そして、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要より少ないときを考慮に入れる請求項1に記載の方法。   The delivery schedule is used when the wind power available for storage is equal to the demand for wind power outside the storage, when the wind power available for storage is greater than the demand for wind power outside the storage, and used for the storage The method of claim 1 taking into account when the available wind power is less than the demand for wind power outside the storage. 風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法であって、
少なくとも一つが直接発電のための発電装置を含み、少なくとも一つが圧縮空気をストレージに貯蔵するための圧縮機を含む複数の風車ステーションを使用し、
来るべき期間の風速状況の予報を予測するかまたは取得し;
前記来るべき期間の前記風速状況及び結果としての複数の風力利用可能レベルを予測するために複数の前記予報を使用し;
前記来るべき期間の風速及び複数の風力利用可能レベルについての前記複数の予報に基づいて、複数の前記発電装置から出されるエネルギーと貯蔵圧縮空気エネルギーを利用するエネルギー送り出しスケジュールを用意し;
風速及び風力利用可能レベル内における揺らぎ及び振動にかかわらず、複数の時間エネルギー送り出しレベルが実質的に一定のままである間は、前記来るべき期間において複数の定電力出力期間の数を減少させることを設定する前記送り出しスケジュールを使用することを特徴とする風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法。
A method for adjusting and stabilizing the delivery of wind power,
Using a plurality of windmill stations including at least one generator for direct power generation and at least one compressor for storing compressed air in storage;
Predict or obtain wind speed forecasts for the coming period;
Using a plurality of the forecasts to predict the wind speed situation and the resulting plurality of wind availability levels for the coming period;
Providing an energy delivery schedule that utilizes energy from the plurality of generators and stored compressed air energy based on the wind speed for the coming period and the plurality of forecasts for a plurality of available wind levels;
Decrease the number of multiple constant power output periods in the coming period, while the multiple time energy delivery levels remain substantially constant, regardless of fluctuations and vibrations within the wind speed and wind availability level. A method for adjusting and stabilizing the delivery of wind power, characterized by using the delivery schedule to set
前記来るべき期間が次の24時間の期間である請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the upcoming period is the next 24 hour period. いかなる所定の24時間の期間中においても、7つを超えない定電力出力期間を設定する請求項10項に記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein a constant power output period of no more than 7 is set during any given 24 hour period. 前記来るべき期間中に動作状態にあるべき即時使用ステーションとエネルギー貯蔵風車ステーション数の比を決定することを備えている請求項10に記載の方法。   11. The method of claim 10, comprising determining a ratio of the number of immediate use stations and energy storage wind turbine stations that should be in operation during the coming period. 即時使用とエネルギー貯蔵との間が切替え可能な所定の数の混成ステーションが設けられ、所定の数の比に設定される請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein a predetermined number of hybrid stations are provided that can be switched between immediate use and energy storage and set to a predetermined number of ratios. 前記送り出しスケジュールは、いかなる所定の時間においても貯蔵圧力量が600psigを上回らないか、または100psigより下にならないようにすべきことを考慮に入れ設定されている請求項10に記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the delivery schedule is set to take into account that the amount of stored pressure should not exceed 600 psig or fall below 100 psig at any given time. 送電網に電気エネルギーを直接供給するように前記複数の即時使用ステーションが設けられており、圧縮空気エネルギーをストレージに提供するように前記複数のエネルギー貯蔵ステーションが設けられており、そして、前記送り出しスケジュールは、前記即時使用ステーションから直接供給され得るエネルギー量と、前記エネルギー貯蔵ステーションからのストレージへ供給され得るエネルギー量とを考慮に入れる請求項13に記載の方法。   The plurality of immediate use stations are provided to directly supply electrical energy to the power grid, the plurality of energy storage stations are provided to provide compressed air energy to the storage, and the delivery schedule 14. The method of claim 13, taking into account the amount of energy that can be supplied directly from the immediate use station and the amount of energy that can be supplied to storage from the energy storage station. 前記送り出しスケジュールは、前記複数の風力利用可能レベルが前記送電網で必要とされる電力需要を下回るときであっても、風力発電電力が複数の一定電力出力レベルで利用可能であることを確実にすることができる所定の貯蔵電力量を維持し得るように、前記即時使用及びエネルギー貯蔵ステーションから前記送電網により使用され且つ引き出されることが予測される電力量を考慮に入れる請求項16に記載の方法。   The delivery schedule ensures that wind power is available at multiple constant power output levels even when the multiple wind available levels are below the power demand required by the grid. 17. The amount of power expected to be used and withdrawn by the grid from the immediate use and energy storage station so that a predetermined amount of stored power that can be maintained is taken into account. Method. 前記送り出しスケジュールは、前記来るべき期間の終わりにおける貯蔵圧縮空気エネルギー量が、前記来るべき期間の始まりにおける貯蔵圧縮空気エネルギー量に等しいかそれよりも大きくなるように設定される請求項17に記載の方法。   18. The delivery schedule according to claim 17, wherein the delivery schedule is set such that the amount of stored compressed air energy at the end of the upcoming period is equal to or greater than the amount of stored compressed air energy at the beginning of the upcoming period. Method. 前記送り出しスケジュールは、貯蔵に利用できる風力が貯蔵外の風力発電電力の需要に等しいとき、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要よりも大きいとき、そして、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要より少ないときを考慮に入れる請求項18に記載の方法。   The delivery schedule is used when the wind power available for storage is equal to the demand for wind power outside the storage, when the wind power available for storage is greater than the demand for wind power outside the storage, and used for the storage 19. A method according to claim 18, taking into account when the available wind power is less than the demand for wind power outside the storage. 前記所定の数の比は、前記来るべき期間中の風速について少ないあるいは多い変化があることを示す予報に基づいて前記来るべき期間のために決定及び設定され、風速に変化が少ないときは、より多くの即時使用ステーションが要求され、風速により多くの変化があるときは、より多くのエネルギー貯蔵ステーションが要求される請求項14に記載の方法。   The predetermined number of ratios is determined and set for the upcoming period based on a forecast indicating that there is less or more change in wind speed during the upcoming period, and more when the change in wind speed is less 15. The method of claim 14, wherein more energy storage stations are required when more immediate use stations are required and there are more changes in wind speed.
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