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CN102084575A - 能量系统、能量装置、能量利用方法及能量传送方法 - Google Patents

能量系统、能量装置、能量利用方法及能量传送方法 Download PDF

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CN102084575A
CN102084575A CN2009801250887A CN200980125088A CN102084575A CN 102084575 A CN102084575 A CN 102084575A CN 2009801250887 A CN2009801250887 A CN 2009801250887A CN 200980125088 A CN200980125088 A CN 200980125088A CN 102084575 A CN102084575 A CN 102084575A
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motor
power
axle
power network
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CN2009801250887A
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斯科特·罗伯特·汉密尔顿
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Original Assignee
Demand Energy Networks Inc
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Abstract

本发明描述能量系统、能量装置、能量利用方法及能量传送方法。在一个布置中，能量利用方法包含：在第一时刻将第一能量从电力网提供到感应发电机；使用所述感应发电机及来自所述电力网的所述第一能量来给能量存储装置充电；使用来自所述能量存储装置的第二能量给马达供电，从而致使所述感应发电机在第二时刻期间产生第三能量；及将所述第三能量提供到所述电力网。本发明还描述其它布置。

Description

能量系统、能量装置、能量利用方法及能量传送方法
技术领域
在各种实施例中，本发明涉及能量系统、能量装置、能量利用方法及能量传送方法。
背景技术
存在产生交流(AC)电力的装置。这些装置中的一些装置经设计以在AC电力网(例如，由电气公用事业公司运营的AC电力网)不操作时产生AC电力。举例来说，通常使用柴油发电机来向建筑住宅计算机及/或电信设备提供紧急AC电力。在发生电力网故障的情况下，还通常使用具有蓄电池及换流器的小装置来向计算机提供AC电力。此类装置经配置以在电力网不操作时提供AC电力。
其它装置经配置以在电力网操作时将从风能或太阳能获得的AC电力传送到电力网。这些装置通常使用换流器来独立于电力网产生AC电压且接着将独立产生的电力同步地馈送到电力网中。
附图说明
下文参考以下附图描述本发明的实施例。
图1是根据一个实施例的能量系统的框图。
图2是根据一个实施例的能量装置网络的说明性图示。
图3是根据一个实施例的能量装置的框图。
图3A是根据一个实施例的能量装置的框图。
图3B是根据一个实施例的能量装置的框图。
图3C是根据一个实施例的能量装置的框图。
具体实施方式
根据本发明的一些方面，一种能量系统可在电力网不操作时向所述电力网提供电力。在一个实施例中，所述能量系统可包含具有轴及定子的感应发电机。所述感应发电机可连接到所述电力网，使得所述电力网为所述感应发电机供应励磁电压及感应电流。在一个实施例中，所述能量系统还可包含马达。在一个实施例中，所述马达可使用由能量存储装置存储的能量来使耦合到所述感应发电机的轴的转子以大于所述感应发电机的同步速度的旋转速度旋转。因此，所述感应发电机可经由所述转子与所述定子之间的感应磁性耦合产生传送到所述电力网的AC电力。
在一些实施例中，所述能量系统可补充所述能量存储装置中所存储的能量。在一些实施例中，所述能量系统可在所述能量存储装置中存储能量且稍后使用所存储的能量来产生AC电力并将所产生的AC电力传送到所述电力网。
在一些实施例中，所述能量系统可在电力可以第一价格购得时的时间期间从所述电力网汲取所述电力且将所述电力转换成由所述能量存储装置存储的能量。稍后，所述能量系统可将所存储的能量转换成AC电力且在所述电力可以高于所述第一价格的第二价格出售给运营所述电力网的实体时的时间期间向所述电力网提供所述AC电力。下文在说明性实施例中描述本发明的额外方面。
参考图1，其图解说明根据一个实施例的能量系统10。系统10包含电力网12、能量装置14及控制电路24。可能有包含更多、更少及/或替代组件的系统10的其它实施例。在一个实施例中，能量装置14包含能量存储装置16。
电力网12可经由多个电产生设施、传输线及其它基础结构将交流电力提供到地理区域。在一些实施例中，电力网12可由电气公用事业公司运营。由电力网12提供的电力可具有特定频率(例如，60Hz)。在一些实施例中，所述特定频率可随时间改变。
能量装置14可在多种不同模式中的一者中操作。在能量存储模式中，能量装置14可经由连接18从电力网12汲取电力(或在一些实施例中，从除了电力网12以外的电力源汲取电力)并将所述电力转换成适合于存储在能量存储装置16中的能量。在能量释放模式中，能量装置14可将存储在能量存储装置16中的一些或所有能量转换成适合于传送到电力网12的电力且接着经由连接18将经转换的电力传送到电力网12。
在能量装置14中存储能量且稍后使用所述能量来产生适合于传送到电力网12的电力可具有经济吸引力，因为在一些情况下由能量装置14在处于能量释放模式中时传送到电力网12的电力对于运营电力网12的公用事业公司来说可能比能量装置14在处于能量存储模式中时从电力网12汲取的电力更有价值。
在一个实施例中，AC电力网(例如电力网12)可在二十四小时周期期间向消费者提供不同的电力量。所提供的电力量可在所述二十四小时周期的第一部分期间为最大。此第一部分可以是在建筑物照明、HVAC系统、计算机、制造设备等的使用是最大时的典型工作小时期间。相比之下，在所述二十四小时周期的第二部分期间的电力消耗可显著低于在所述第一部分期间的消耗。所述第二部分可以是在大多数人在睡觉时的夜晚小时。
通常，电力网具有满足二十四小时周期的第一部分的需要的电力产生容量。然而，具有此电力产生容量可能是效率低下的，因为所述容量的许多在所述二十四小时周期的第二部分期间可能得不到利用。因此，一些电力网运营商提供两种不同的电费率以试图将电力消耗从所述二十四小时周期的第一部分转移到第二部分。举例来说，在所述第一部分期间，可以第一费率收取电费且在所述第二部分期间，可以较便宜的第二费率收取电费。此费率结构可鼓励电消费者将其消耗转移到其中可能减少支付电费的金钱数额的第二部分。
在一个实施例中，能量装置14可在电力以第二费率出售时的夜晚配置于能量存储模式中且可在由能量装置14产生的电力可以较昂贵的第一费率回售给电力网12的运营商时的白天期间配置于能量释放模式中。虽然电力网12的运营商在此交易中可能损失金钱，但所述交易对于电网运营商来说可仍为有益的，因为能量装置14可在电网运营商极其需要额外电力时的峰值使用周期期间将电力提供到电力网12。
在没有能量装置14所提供的电力的情况下，电网运营商可需要起动较昂贵或低效的产生设施或从另一公用事业购买电力以满足白天期间的峰值电力需求。另外或替代地，电网运营商可需要建造额外电力产生设施(例如，天然气或燃油电厂)以满足峰值需求。能够从能量装置14接收电力可比用以满足峰值电力需求的这些传统方法更高效且更具成本效益。
以上说明已假定除了电力网12以外的实体可从能量装置14中受益。或者，在一个实施例中，电力网12的运营商可拥有并操作一个或一个以上能量装置14以提供峰值需求周期期间的额外电力。
在一个实施例中，控制电路24可控制能量装置14的操作。举例来说，控制电路24可在二十四小时周期的第一部分期间(例如，在白天期间)将能量装置14配置于能量释放模式中且在二十四小时周期的第二部分期间(例如，在夜晚)将能量装置14配置于能量存储模式中。在一个实施例中，控制电路24可确定对电力的需求何时接近电力网12的容量且作为响应将能量装置14配置于能量释放模式中以将额外电力提供到电力网12。
在至少一个实施例中，控制电路24可包括经配置以实施由适当媒体提供的所要编程的电路。举例来说，控制电路24可实施为经配置以执行可执行指令(举例来说，包含软件及/或固件指令及/或硬件电路)的处理器及/或其它结构中的一者或一者以上。控制电路24的实例性实施例包含硬件逻辑、PGA、FPGA、ASIC、状态机及/或单独的或与处理器组合的其它结构。控制电路24的这些实例用于说明；可能有其它配置。
在一个实施例中，控制电路24可以是能量装置14的一部分。或者，控制电路24可位于能量装置14远处。在一个实施例中，控制电路24的一个部分可以是能量装置14的一部分且控制电路24的另一部分可位于能量装置14远处。
在一个实施例中，连接18可以是单相连接，借此能量装置14可将单相AC电力传送到电力网12及/或从电力网12接收单相AC电力。在另一实施例中，连接18可以是多相连接(例如，三相连接)，借此能量装置14可将多相AC电力传送到电力网12及/或从电力网12接收多相AC电力。
能量装置14可将由能量存储装置16存储的能量中的一些或所有能量转换成适合于传送到电力网12的格式。举例来说，在一个实施例中，能量存储装置16可包含经配置以供应直流(DC)电力的多个蓄电池且能量装置14可将来自所述蓄电池的DC电力中的一些或所有电力转换成单相AC电力或多相AC电力并经由连接18将所述AC电力提供到电力网12。
此外，能量装置14可通过将能量转换成适合于能量存储装置16的格式来增加由能量存储装置16存储的能量的量且接着将经转换的能量提供到能量存储装置16以供存储。举例来说，在一个实施例中，能量存储装置16可包含多个蓄电池且能量装置14可向能量存储装置16提供电流以给所述多个蓄电池充电。在一个实施例中，能量装置14可在给所述蓄电池充电时消耗来自电力网12的电力。
在一些实施例中，可使用多个能量装置(例如，能量装置14)来向电力网12提供电力。
参考图2，其图解说明根据一个实施例的能量装置14的系统20。系统20包含电力网12及多个能量装置14。能量装置14经由连接18连接到电力网12。可能有包含更多、更少及/或替代组件的系统20的其它实施例。
系统20还包含通信网络22。能量装置14可经由链路26连接到通信网络22。在一个实施例中，链路26可以是有线链路(例如，电话线、光纤线等)或无线链路(例如，红外链路、射频链路等)或有线与无线链路的组合。
控制电路24可经由通信网络22及链路26控制能量装置14。举例来说，控制电路24可将能量装置14配置于能量释放模式、能量存储模式中或另一模式中。
在一个实施例中，控制电路24可获得描述电力网12的状态的数据，例如描述电力网12的电特性的数据。举例来说，控制电路24可知晓由电力网12提供的AC电力的频率。控制电路24可使用所述数据来确定何时将能量装置14中的一者或一者以上配置于能量释放模式中。
举例来说，控制电路24可确定电力网12的频率正减小，因为对来自电力网12的电力的需求正增加。作为响应，控制电路24可将能量装置14中的几个能量装置配置于能量释放模式中以向电力网12供应额外电力。如果电力网12的频率增加，那么作为响应，控制电路24可不将能量装置14中的额外能量装置配置于能量释放模式中。然而，如果电力网12的频率继续减小，那么控制电路24可将能量装置14中的额外能量装置配置于能量释放模式中。
虽然图2中仅描绘了四个能量装置14，但在一些实施例中，网络20可包含连接到电力网12的数千个或数百万个能量装置14。此大数目的能量装置可能够向电力网12提供大量的电力。举例来说，在一些实施例中，可向电力网12提供数千千瓦电力，在一些情况下，如果电力网12的电力产生设施(例如，电厂)中的一者或一者以上出故障，那么此可足以使电力网12暂时保持稳定达一时间周期。
参考图3，其图解说明根据一个实施例的能量装置14。能量装置14包含具有轴40的马达34、具有轴38及定子36的发电机32及能量存储装置16。在一些实施例中，能量装置14还包含能量适配器46。还可能有包含更多、更少及/或替代组件的其它实施例。
轴40可经由耦合件42耦合到轴38，使得当轴40旋转时轴38也旋转，且相反当轴38旋转时轴40也旋转。在一个实施例中，耦合件42可以是柔性耦合件。
马达34可使用来自能量存储装置16的能量使轴40旋转。在一个实施例中，马达34可直接使用来自能量存储装置16的能量。举例来说，马达34可以是DC马达且能量存储装置可以是蓄电池。或者，能量装置14可包含能量适配器46，其可将来自能量存储装置16的能量转换成可由马达34使用的形式。举例来说，马达34可以是AC马达，能量存储装置16可包含蓄电池，且能量适配器46可以是经配置以将来自所述蓄电池的DC电流转换成可由马达34使用的AC电力的换流器。
还可能有马达34及能量存储装置16的其它实施例。在一个实施例中，马达34可以是气动马达且能量存储装置16可存储压缩空气或压缩气体。在另一实施例中，马达34可以是液压马达且能量存储装置16可存储加压或未加压的液体。在又一实施例中，马达34可以是DC电马达，能量存储装置16可存储氢气，且能量适配器46可以是使用所存储的氢气产生DC电流的燃料电池。还可能有马达34的其它实施例。
马达34可使轴40旋转。由于轴40可经由耦合件42耦合到轴38，因此除了使轴40旋转以外马达34还可使轴38旋转。
发电机32可以是感应发电机且可以是单相感应发电机或多相(例如，三相)感应发电机。因此，发电机32可包含轴38、耦合到轴38的转子(未图解说明)及定子36。定子36可邻近于轴38且在一个实施例中可至少部分地环绕轴38及所述转子。当将交流励磁电压施加到定子36时，定子36可在所述转子中感应出电流。所述电流可在所述转子中导致磁场，所述磁场与定子36中存在的磁场相互作用以使轴38旋转。在一些实施例中，不将电流直接供应到所述转子。而是，施加到所述定子的励磁电压在所述转子中感应出电流。在一个实施例中，所述发电机可称为异步的。
定子36可电连接到电力网12使得电力网12将励磁电压供应到定子36。所述励磁电压可以是AC电压。
在一个实施例中，所述马达与所述发电机可共用单个轴。所述马达在被供应能量时可使所述轴旋转，例如通过使附接到所述单个轴且与所述马达相关联的第一转子旋转。所述发电机可在附接到所述单个轴且位于邻近于所述发电机的定子处的第二转子(与所述发电机相关联)通过所述马达旋转时产生电力且可将所产生的电力传送到电力网。在一个实施例中，所述马达、所述发电机及所述单个轴可位于单个外壳内。
发电机32可具有与由电力网12提供的励磁电压的频率及定子36中的极的数目有关的相关联同步速度。在一个实施例中，定子36具有两个极且同步速度在每分钟的转数上为励磁电压的频率乘以六十。举例来说，如果励磁电压的频率为60Hz，那么同步速度为3600rpm。在一些实施例中，由电力网12供应的励磁电压的频率可随时间改变。因此，在励磁电压的频率改变时，发电机32的同步速度可随时间对应地改变。
在一个配置中，可阻止来自能量存储装置16的能量到达马达34，举例来说，因为关断了开关或阀门。在此配置中，马达34不使轴40旋转。然而，在此配置中，电力网12可将励磁电压供应到定子36且发电机32可起到使轴38转动的马达的作用。由于轴38耦合到轴40，因此发电机32可使轴40以及轴38旋转。因此，即使马达34不操作(即，不消耗来自能量存储装置16的能量)，轴40也可旋转。
发电机32可使轴38及40以小于发电机32的同步速度的旋转速度旋转。所述旋转速度与所述同步速度之间的差可称为发电机32的滑差。在此配置中，发电机32可不向电力网12提供任何电力。而是，发电机32可消耗由电力网12提供的电力。
在能量释放模式中，允许来自能量存储装置16的能量到达马达34(直接地或经由能量适配器46)。在此配置中，马达34使轴40旋转且因此也使轴38旋转。马达34可经配置以使轴40按恒定旋转速度旋转。举例来说，马达34可以是DC马达且能量装置14可包含脉宽调制器，所述脉宽调制器经配置以从能量存储装置16将DC电力以恒定平均速率提供到马达34直到能量存储装置16不再能够以所述恒定平均速率提供DC电力为止。由于马达34从所述脉宽调制器以所述恒定平均速率接收DC电力，因此马达34可使轴40以恒定旋转速度旋转。
类似地，马达34可以是AC马达且能量装置14可包含可变频率驱动器，所述可变频率驱动器经配置以从能量存储装置16将AC电力以恒定平均频率提供到马达34直到能量存储装置16不再能够以所述恒定平均频率提供AC电力为止。
所述恒定旋转速度可高于发电机32的同步速度。在此情况下，当定子36电连接到电力网12且正从电力网12接收励磁电压时，发电机32可经由定子36将AC电力供应到电力网12。供应到电力网12的电力量可取决于所述恒定旋转速度与所述同步速度之间的差。
所述电力可由发电机32的转子将电流感应到定子36中而产生，定子36将所述感应电流提供到电力网12。然而，在一个实施例中，所述电力可只有在电力网12电连接到定子36且正将AC励磁电压供应到定子36的情况下才产生。因此，如果电力网12与定子36断开电连接，那么发电机32可不在所述转子或定子36中产生任何电流或电压。
由于供应到电力网12的电力量可取决于轴38的旋转速度与发电机32的同步速度之间的差，且在由电力网12供应的励磁电压的频率改变的情况下发电机32的同步速度可改变，因此在所述励磁电压的频率改变的情况下，供应到电力网12的电力量可改变。
此电力改变可有助于使电力网12稳定。举例来说，由电力网12供应的励磁电压的频率可因对电力网12施加的额外需求而减小。如果所述频率减小，那么发电机32的同步速度也将减小。由于轴38的旋转速度(因马达34所致)保持恒定，因此轴38的旋转速度与所述同步速度之间的差将因励磁电压的频率的减小而增加。因此，发电机32提供到电力网12的电力量将增加。所述电力增加可有助于满足增加的需求，从而导致电网电压的频率的减小，此又将引起使电网电压的频率朝向电力网12的标称频率(例如，60Hz)增加，借此使电力网12稳定。
相反，由电力网12供应的励磁电压的频率可因对电力网12施加的减小的需求(或增加的电力供应)而增加。如果所述频率增加，那么发电机32的同步速度也将增加。由于轴38的旋转速度(因马达34所致)保持恒定，因此轴38的旋转速度与所述同步速度之间的差将因励磁电压的频率的增加而减小。因此，发电机32提供到电力网12的电力量将减小。所述电力减小可引起使电网电压的频率朝向电力网12的标称频率减小，借此使电力网12稳定。
参考图3A，其图解说明根据一个实施例的能量装置14A。如图3A中所图解说明，在一个实施例中，能量装置14A包含上文所描述的能量装置14的元件。另外，能量装置14A包含控制电路24且可任选地包含开关70、72及74。还可能有包含更多、更少及/或替代组件的其它实施例。
开关70可选择性地允许将能量从能量适配器46传送到马达34。开关72可选择性地允许将能量从能量存储装置16传送到能量适配器46或传送到马达34。开关74可将马达32及/或定子36选择性地电连接到电力网12。在一个实施例中，开关70、72及74可称为接触器。
能量装置14A的控制电路24的部分可经由通信网络22与控制电路24的另一部分通信。控制电路24可通过个别地断开或闭合开关70、72及74来控制开关70、72及74的状态。举例来说，当能量装置14A处于能量释放模式中时，控制电路24可闭合开关70及72，使得能量可从能量存储装置16穿过能量适配器46流动到马达34。因此，通过控制开关70及72，控制电路24可选择性地致使马达34使轴40及/或轴38旋转。此外，控制电路24可闭合开关74，使得来自电力网12的励磁电压可电连接到定子36。在一个实施例中，控制电路24还可(例如)通过启用能量适配器46以转换来自能量存储装置16的能量或通过阻止能量适配器46转换来自能量存储装置16的能量而控制能量适配器46。
在一个实施例中，控制电路24可在特定时间期间(例如，在夜晚)将能量装置14A配置于能量释放模式中。在另一实施例中，控制电路24可检测电力网12的频率低于阈值且作为响应可将能量装置14A配置于能量释放模式中。在另一实施例中，控制电路24可检测电力网12的频率高于阈值且作为响应可配置能量装置14A使得能量装置14A不处于能量释放模式中。在又一实施例中，控制电路24可响应于从能量装置14A的运营商接收到请求而将能量装置14A配置于能量释放模式中。
参考图3B，其图解说明根据一个实施例的能量装置14B。如图3B中所图解说明，在一个实施例中，能量装置14B包含上文所描述的能量装置14A的元件。另外，能量装置14B包含能量转换装置52。还可能有包含更多、更少及/或替代组件的其它实施例。
能量转换装置52可将能量转换成适合于存储在能量存储装置16中的形式。在一个实施例中，能量转换装置52可将从电力网12获得的能量转换成适合于由能量存储装置16存储的形式。举例来说，能量转换装置52可将轴38及/或轴40的旋转能量转换成适合于由能量存储装置16存储的形式。在一个实施例中，能量存储装置16可包含一个或一个以上蓄电池且能量转换装置52可将轴38及/或轴40的旋转能量转换成供应到所述一个或一个以上蓄电池的直流。在此实例中，能量存储装置16还可包含控制供应到所述一个或一个以上蓄电池的直流量的蓄电池充电器。
在一个实施例中，能量装置14B可配置(例如，由控制电路24)于能量存储模式中。在能量存储模式中，开关70及/或72可阻止来自能量存储装置16的能量到达马达34。因此，马达34可不使轴40旋转且可称为被停用。开关74可允许将定子36电连接到电力网12。因此，电力网12可向定子36供应可致使轴38(及因此轴40)旋转的AC励磁电压。可将轴38及/或40的旋转能量转换成适合于由能量存储装置16存储的形式，如上文所描述。在能量存储模式中，能量装置14B可消耗来自电力网12的电力。
在一个实施例中，由于发电机32可在停用马达34时的时刻期间使轴38旋转且因此使轴40旋转，因此发电机32可需要克服与轴40相关联的旋转摩擦以使轴40旋转。在一个实施例中，马达34可包含与轴40相关联的离合器。如果啮合所述离合器，那么马达34可使轴40旋转，但如果使所述离合器解啮合，那么马达34可不耦合到轴40且可不能够使轴40旋转。当能量装置14B处于能量存储模式中时，控制电路24可使所述离合器解啮合，使得与轴40相关联的旋转摩擦在所述离合器被解啮合时比在所述离合器被啮合时小。使所述离合器解啮合可允许能量装置14B将来自电力网12的能量较高效地转换成存储在能量存储装置16中的能量。
在一个实施例中，控制电路24可阻止能量转换装置52将轴38及/或轴40的旋转能量转换成适合于存储在能量存储装置16中的能量而能量装置14B配置于能量释放模式中使得存储在能量存储装置16中的能量不用于在能量存储装置16中存储额外能量。举例来说，在一个实施例中，能量转换装置52可以是交流发电机。在处于能量释放模式中时，控制电路24可阻止将场施加到所述交流发电机使得所述交流发电机不产生DC电流。
还可能有能量转换装置52的其它实施例。举例来说，能量转换装置52可以是压缩机，其经配置以将轴38及/或40的旋转能量转换成存储于能量存储装置16中的压缩气体。在另一实施例中，能量转换装置52可使用由电力网12供应的电力来形成氢气燃料，所述氢气燃料可存储于能量存储装置16中且稍后由能量适配器46用来形成由马达34消耗的DC电流。
在又一实施例中，能量转换装置52可包含蓄电池充电器，其可从电力网12汲取AC电力、将来自电力网12的AC电力转换成DC电流且使用所述DC电流给能量存储装置16的蓄电池充电。在一些配置中，控制电路24可经配置以启用及/或停用所述蓄电池充电器。
能量转换装置52的其它实施例可将并非从电力网12获得的能量(例如，天然出现的能量)转换成适合于存储在能量存储装置52中的形式。举例来说，能量转换装置52可将太阳能动力56及/或风动力58转换成DC电流，所述DC电流可用于给能量存储装置16的一个或一个以上蓄电池充电。
在一个实施例中，马达34可以是具有带有一个或一个以上磁铁的转子的DC马达。所述DC马达可由控制电路24控制以在轴38及40正通过发电机32旋转时提供DC电流。控制电路24可通过调整供应到所述DC马达的场电流量来控制由所述DC马达提供的DC电流量。因此，可使用所述DC马达来产生可用于给能量存储装置16的一个或一个以上蓄电池充电的DC电流。
在一个实施例中，控制电路24可确定存储在能量存储装置16中的能量的量。举例来说，如果能量存储装置16包含蓄电池，那么控制电路24可确定所述蓄电池的电压电平。控制电路24可使用所存储的能量的量来确定何时将能量装置14B配置于能量存储模式中。举例来说，如果存储在能量存储装置16中的能量的量降到低于阈值，那么控制电路24可将能量装置14B配置于能量存储模式中。因此，可将额外能量存储于能量存储装置16中。
另外或替代地，控制电路24可基于所存储的能量的量而将能量装置14B配置于能量释放模式中。
在一个实施例中，能量装置14B可经配置以在第一时间量中填充能量存储装置16且在第二时间量中消耗存储在能量存储装置16中的能量。所述第一时间量可小于所述第二时间量。举例来说，如果能量存储装置16包含蓄电池，那么能量装置14B可经配置以在第一时间量中给所述蓄电池充电且在第二时间量中使所述蓄电池放电(通过在能量释放模式中给马达34供电)。在一些实施例中，所述第一时间量可小于所述第二时间量的一半。
参考图3C，其图解说明根据一个实施例的能量装置14C。如图3C中所图解说明，能量装置14C包含上文所描述的马达34、轴40、耦合件42、轴38、定子36、发电机32、控制电路24以及开关70、72及74。在图3C的实施例中，马达34可以是AC感应马达。另外，能量装置14C包含蓄电池16A、经配置以将轴38及/或40的旋转能量转换成用于给蓄电池16A充电的DC电流的交流发电机52A、开关66及换流器46A。还可能有包含更多、更少及/或替代组件的其它实施例。
换流器46A可将由蓄电池16A供应的DC电流转换成供应到AC感应马达34的AC电力。在一个实施例中，由换流器46A产生的AC电力可具有比由电力网12供应的AC电力的频率高的频率。举例来说，由电力网12供应的AC电力可具有60Hz的频率且由换流器46A供应的AC电力可具有65Hz的频率。
由于给马达34供应由换流器46A提供的AC电力(其具有比由电力网12供应的AC电力的频率高的频率)，因此马达34可具有比发电机32的同步速度高的同步速度。因此，马达34可使轴40及38以比发电机32的同步速度高的旋转速度旋转，如上文所描述，其可产生可经由定子36提供到电力网12的电力。
开关66可用于允许或阻止将场电流从蓄电池16A供应到交流发电机52A。举例来说，当能量装置14C处于能量存储模式中时，允许所述场电流可使得交流发电机52A能够从轴40及/或38的旋转能量产生DC电流。举例来说，当能量装置14C处于能量释放模式中时，阻止所述场电流可阻止交流发电机52A从轴40及/或38的旋转能量产生DC电流。此外，与允许所述场电流时相比，阻止所述场电流可减少与轴40及/或38相关联的旋转摩擦。减少所述旋转摩擦可增加能量装置14C可向电力网12提供电力的效率。

Claims (40)

1.一种能量系统，其包括：
轴；
定子，其经定位而邻近于所述轴；
马达，其经配置以使用由能量存储装置存储的能量来使所述轴旋转；且
其中所述定子经配置以在所述定子电连接到交流电力网且所述马达正使所述轴转动时的时刻将电力供应到所述电力网。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以在所述马达不在使所述轴旋转时的时刻将所述轴的旋转能量转换成适合于由所述能量存储装置存储的形式的能量转换装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以将天然出现的能量转换成适合于由所述能量存储装置存储的形式的能量转换装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以将从所述电力网获得的能量转换成适合于由所述能量存储装置存储的形式的能量转换装置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述能量存储装置包括蓄电池且所述系统进一步包括经配置以给所述蓄电池充电的蓄电池充电器。
6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以选择性地致使所述马达使所述轴旋转的控制电路。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制电路包括位于所述马达附近处的第一部分及位于所述马达远处的第二部分，且所述第一部分经配置以经由通信网络与所述第二部分通信。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述马达包括第一马达，所述控制电路包括位于第二马达附近处的第三部分，且所述第二部分经配置以经由所述通信网络与所述第三部分通信且选择性地致使所述第二马达旋转。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制电路经配置以检测所述电力网的频率低于阈值且响应于确定而致使所述马达使所述轴旋转。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制电路经配置以检测所述电力网的频率高于阈值且响应于确定而阻止所述马达使所述轴旋转。
11.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制电路经配置以确定由所述能量存储装置存储的能量的量且基于所述能量的量而致使所述马达使所述轴旋转。
12.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制电路经配置以将所述定子选择性地电连接到所述电力网以使得所述定子能够将电力供应到所述电力网。
13.一种能量装置，其包括：
感应发电机，其包括轴及定子且经配置以在所述定子电连接到交流电力网时的第一时刻使所述轴旋转；
马达，其经配置以使用由能量存储装置存储的能量来使所述轴旋转；
能量转换装置，其经配置以将所述轴的旋转能量转换成待由所述能量存储装置存储的势能；且
其中所述感应发电机经配置以在所述马达正使所述轴旋转且所述定子电连接到所述电力网时的第二时刻经由所述定子将交流电力提供到所述电力网。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述轴包括第一轴，所述马达包括耦合到所述第一轴的第二轴，且所述马达经配置以使所述第二轴旋转。
15.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述能量存储装置包括蓄电池；且
所述能量转换装置经配置以在所述轴正旋转时产生直流电力且使用所述直流电力来给所述蓄电池充电。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述能量转换装置经配置以在第一时间量中将第一量的能量供应到所述蓄电池，且所述马达经配置以在第二时间量中消耗所述第一量的能量，所述第一时间量小于所述第二时间量。
17.根据权利要求13所述的装置，其中所述能量转换装置经配置以在所述定子电连接到所述电力网时的时刻将所述轴的所述旋转能量转换成由所述能量存储装置存储的势能。
18.根据权利要求13所述的装置，其进一步包括控制电路，所述控制电路经配置以将所述定子电连接到所述电力网且致使所述马达旋转，借此使得所述感应发电机能够将所述交流电力提供到所述电力网。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述控制电路经配置以在所述马达正旋转且正消耗从所述能量存储装置获得的动力的时间期间阻止所述能量转换装置将所述旋转能量转换成所述势能。
20.根据权利要求13所述的装置，其中所述能量存储装置存储压缩气体。
21.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述能量存储装置包括蓄电池；
所述马达为交流感应马达；且
所述装置进一步包括换流器，所述换流器经配置以将由所述蓄电池存储的所述能量转换成具有比由所述电力网提供的第二交流电力的频率高的频率的第一交流电力且将所述第一交流电力提供到所述交流感应马达。
22.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述马达经配置以使所述轴以比所述感应发电机的同步速度大的旋转速度旋转；
所述定子包括两个极；且
所述同步速度在每分钟的转数上等于所述电力网的交流电力的频率乘以六十。
23.一种能量利用方法，其包括：
接收将交流电力提供到电力网的请求；
响应于所述请求的所述接收而启用马达以使感应发电机的轴旋转，所述马达消耗由能量存储装置存储的能量以使所述轴旋转；及
在所述启用之后，将由所述感应发电机产生的交流电力提供到所述电力网。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述感应发电机为三相交流感应发电机。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述感应发电机为单相交流感应发电机。
26.根据权利要求23所述的方法，其中由所述电力网供应所述感应发电机的励磁电压。
27.一种能量提供方法，其包括：
使用马达来使感应发电机的轴以比所述感应发电机的同步速度大的旋转速度旋转；
在所述轴正旋转时，使用所述感应发电机来产生交流电力；及
将所述所产生的交流电力传送到电力网。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述使用所述马达来使所述轴旋转包括消耗由能量存储装置存储的能量。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述马达为直流电马达且所述方法进一步包括在所述直流电马达正使所述轴旋转时使用脉宽调制器将一致量的电力从所述能量存储装置供应到所述直流电马达。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述马达为交流电马达且所述方法进一步包括在所述交流电马达正使所述轴旋转时使用可变频率驱动器将具有一致频率的交流供应到所述交流电马达。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述马达包括气动马达。
32.根据权利要求27所述的方法，其中所述马达包括液压马达。
33.根据权利要求27所述的方法，其中：
所述轴包括第一轴；
所述马达包括离合器及耦合到所述第一轴的第二轴；且
所述方法进一步包括：
在启用所述马达时，啮合所述离合器；
在停用所述马达时，使所述离合器解啮合；且
其中与使所述第二轴旋转相关联的旋转摩擦在所述离合器被解啮合时比在所述离合器被啮合时小。
34.一种能量传送方法，其包括：
使感应发电机的轴以一旋转速度旋转；
在交流电力网正给所述感应发电机的定子提供具有第一频率的第一交变励磁电压时，第一次经由所述定子将第一电能以第一速率传送到所述电力网，所述第一电能由所述轴以所述旋转速度的所述旋转而产生；及
在所述第一次传送之后，在所述电力网正给所述定子提供具有不同于所述第一频率的第二频率的第二交变励磁电压时，第二次经由所述定子将第二电能以第二速率传送到所述电力网，所述第二速率不同于所述第一速率且所述第二电能由所述轴以所述旋转速度的所述旋转而产生。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一速率大于所述第二速率且所述第一频率小于所述第二频率。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一速率小于所述第二速率且所述第一频率大于所述第二频率。
37.根据权利要求34所述的方法，其中传送到所述电力网的所述第一电能包括交流。
38.一种能量利用方法，其包括：
在第一时刻将第一能量从电力网提供到感应发电机；
使用所述感应发电机及来自所述电力网的所述第一能量来给能量存储装置充电；
使用来自所述能量存储装置的第二能量给马达供电，从而致使所述感应发电机在第二时刻期间产生第三能量；及
将所述第三能量提供到所述电力网。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述给所述马达供电包括响应于所述电力网的电特性而给所述马达供电。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述充电包括在来自所述电力网的能量是以第一价格出售时的时间周期期间进行充电，且所述给所述马达供电包括在来自所述电力网的能量是以第二价格出售时的时间周期期间给所述马达供电，所述第二价格高于所述第一价格。
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