(57)【要約】  電気グリッドの安定化のために使用される方法および駆動ライン。発電用の駆動ラインは制御可能なパワーユニットを有する。特に、パワーユニットとしてガスモータまたはガスタービンを使用することができる。さらに、駆動ラインは発電用の発電機を有する。電気グリッドに電力を供給するために発電機は電気グリッドに接続可能である。発電機とパワーユニットとの間においてトルク制限継手が駆動ラインに配置されている。トルクを制限するために、トルク制限継手がスリップし、制限されたトルクが発電機に提供される。
2018529902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電のための駆動ライン（１）であって、制御可能なパワーユニット（２）、特にガスモータ（３）またはガスタービン（５）と、電気グリッドに電力を供給するための、前記電気グリッドに接続可能な発電機とを有する、駆動ライン（１）において、
前記発電機（１５）と、前記パワーユニット（２）との間において、前記駆動ライン（１）にトルク制限継手（１６）が配置されていることを特徴とする、駆動ライン（１）。
【請求項２】
前記駆動ライン（１）は、前記パワーユニット（２）と前記トルク制限継手（１６）との間に配置されたギヤボックス（１３）を有することを特徴とする、請求項１に記載の駆動ライン（１）。
【請求項３】
前記トルクは、前記トルク制限継手（１６）のスリップによって制限されることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動ライン。
【請求項４】
前記トルク制限継手（１６）として摩擦継手（１１，９）が使用されており、前記摩擦継手（９，１１）は、好適には、冷却装置（６３）を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動ライン。
【請求項５】
前記冷却装置（６３）は、液体冷却ユニットを有することを特徴とする、請求項４に記載の駆動ライン。
【請求項６】
摩擦継手（９）として多板クラッチ（１１）が使用されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動ライン。
【請求項７】
前記トルク制限継手（１６）は、負荷制限および切断安全継手（４３）であり、前記負荷制限および切断継手（４３）は、切断の前に所定のスリップ角度までのスリップを提供することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の駆動ライン（１）。
【請求項８】
切断の前の前記所定のスリップ角度は、前記パワーユニット（２）の出力シャフトの回転速度に依存することを特徴とする、請求項７に記載の駆動ライン。
【請求項９】
前記トルク制限継手（１６）としてヒステリシス継手（６１）が使用されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の駆動ライン。
【請求項１０】
発電ユニットであって、制御可能なパワーユニット（２）、特にガスモータ（３）またはガスタービン（５）と、電気グリッドに電力を供給するための、前記電気グリッドに接続可能な発電機（１５）とを有する、発電ユニットにおいて、
前記発電機（１５）と、前記パワーユニット（２）との間にトルク制限継手（１６）が配置されていることを特徴とする、発電ユニット。
【請求項１１】
電気グリッドの安定化の方法であって、前記電気グリッドは、請求項１から９までのいずれか１項に記載の駆動ラインを有し、前記安定化は、
ａ．所定のトルクを超えたときにトルク制限継手（１６）のスリップにより、発電機に加えられるトルクを制限するステップと、
ｂ．スリップの継続時間および／または周波数に応じて切断安全継手（１６，１９）の作動によってパワーユニットを発電機から切断するステップと、
を含む、電気グリッドの安定化の方法。
【請求項１２】
前記スリップの継続時間および／または周波数は、前記トルク制限継手（１６）の温度上昇を測定するために配置された温度センサ（９３）によって検出される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、電気エネルギを供給するための駆動ラインに関する。エネルギ市場、特に欧州エネルギ市場は、集中電力供給から分散電極供給へ変化している。電気エネルギ／電流は、２つの異なる発生装置、つまり、発電所などの制御可能エネルギ発生装置と、太陽電力供給装置または風車電力供給装置などの非制御可能エネルギ発生装置とによって、供給される。
【背景技術】
【０００２】
集中電力供給から分散電力供給および非制御可能エネルギ発生装置への変化は、電力網において以下の電気的フォルト；１相、２相および３相の短絡、電圧変動、グリッドにおけるマイクロインタラプション、を生じている。全てのこれらの電気的フォルトは、駆動ラインにおいて過負荷を生ぜしめる可能性がある。過負荷は、公称トルクの７．５乃至１６．５倍となる可能性がある。電圧変動および電力故障を防止するために、電気グリッドのためのネットワークおよびシステムルールが、制定されている。
【０００３】
ルールは、電気発生装置はグリッドを安定させなければならないという、不安定なネットワークの場合の義務を含む。電気発生装置のために、特定の時間だけグリッドを離脱することはもはや許容されていない。現在のところ、国によって、１５０乃至３００ｍｓだけグリッドにとどまることが義務である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、電気グリッドを安定させることができる電気発生装置を提供することである。
【０００５】
さらに、本発明の課題は、故障後に、電気発生装置が、所定の時間にわたって電気グリッドに電力を供給することができることを保証することである。
【０００６】
本発明の別の課題は、非制御可能な電流発生装置の電流によって供給の変動を補償することができる電気発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、請求項１，１０および１１の特徴によって解決される。
【０００８】
制御可能なパワーユニットを有する駆動ラインを提供するために、エンドユーザの高い電力消費または家庭用ソーラ、ソーラ形式およびウィンドファームなどの非制御可能なパワーユニットからの電力の低い供給のときに電気グリッドに電力を供給することによって電力グリッドを安定させることが可能である。制御可能なパワーユニットは、非制御可能なエネルギ発生装置の変動を補償するためにおよび高い電力消費のときに始動させることができる。特に、ガスモータまたはガスタービンは、オンデマンドで始動させることができる好適なパワーユニットである。さらに、パワーユニットとして蒸気タービンを使用することができる。フォルトの場合にグリッドの不安定化を回避するためにパワーユニットと発電機との間にトルク制限継手が配置されている。特に、発電機に加えられるトルクを制限することができる。さらに、発電機の側におけるフォルトの場合、パワーユニットが保護されている。
【０００９】
好適な実施の形態では、パワーユニットとトルク制限継手との間において駆動ラインにギヤボックスが配置されている。ギヤボックスは、発電機および電気グリッドの需要に対する、パワーユニットの被駆動シャフトの回転速度の適応を提供する。
【００１０】
好適な実施の形態では、トルクが制限された継手は、スリップによって、伝達されるトルクを制限する。
【００１１】
好適な実施の形態では、トルク制限継手として摩擦継手が使用されており、摩擦継手は、好適には、冷却装置を有する。冷却装置は、スリップ中に摩擦によって生じた熱を逃がすことを助ける。好適な実施の形態では、冷却装置は液体冷却ユニットを有する。
【００１２】
好適な実施の形態では、摩擦継手として多板クラッチが使用される。多板クラッチは、高いトルクを伝達することができ、コンパクトであることができる。
【００１３】
好適な実施の形態では、トルク制限継手は、伝達可能な負荷を制限し、切断安全継手を有する。切断安全継手は、切断の前に所定のスリップ角度までのスリップを許容する。好適な実施の形態では、トルク制限継手は、所定の回数のスリップ動作の後または所定の時間の後、トルク制限継手をリセットするための機構を有する。
【００１４】
好適な実施の形態では、切断安全継手は、パワーユニットまたはギヤボックスの出力シャフトの回転速度およびスリップ角度に応じて切断を行う。これにより、低速において、高速におけるスリップと比較してより小さなスリップ角度を許容することが可能である。
【００１５】
好適な実施の形態では、トルク制限継手としてヒステリシス継手が使用される。ヒステリシス継手の利点は、トルク制限継手の相互作用部分の面の間の接触がないことである。したがって、摩耗がなく、３６０°を超える、数分から数時間までにわたるスリップ角度が許容できる。
【００１６】
制御可能な電力供給装置は、制御可能なパワーユニット、特に、ガスモータまたはガスタービンと、電力を電気グリッドに供給するために電気グリッドに接続可能な発電機と、パワーユニットを始動させるための制御装置とを備える駆動ラインを有する。トルク制限継手は、制限されたトルクを発電機に提供するために、発電機とパワーユニットとの間に配置されている。
【００１７】
電気グリッドの安定化のための方法は、制御可能な駆動ラインを少なくとも含む電気グリッドを含む環境において使用することができる。駆動ラインは、パワーユニットと、少なくとも１つの発電機と、パワーユニットと発電機との間に配置されたトルク制限継手とを有する。グリッドの安定化のための方法は、所定のトルクを超えたときにトルク制限継手のスリップによって発電機に加えられるトルクを制限するステップと、スリップの継続時間および／または周波数に応じて、切断安全継手の作動によって発電機からパワーユニットを切断するステップとを含む。
【００１８】
トルク制限継手の温度上昇の検出によりスリップの継続時間および／または周波数を測定することが好適な方法である。この温度測定によって、発電機からパワーユニットを切断するために切断部を作動させることが可能である。
【００１９】
本発明のその他の態様および利点は、以下の説明から明らかとなる。
【００２０】
図面の簡単な説明
本発明は、その課題および利点とともに、添付の図面とともに現時点で好適な実施の形態の以下の説明を参照することによって最もよく理解され得る。本発明の範囲は、これらの実施の形態によって制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】スリッピングクラッチを備える駆動ラインを示している。
【図２】安全クラッチと組み合わされたスリッピングクラッチを備える駆動ラインを示している。
【図３】モータと歯車との間に配置されたスリッピングクラッチを備える駆動ラインを示している。
【図４】スリッピングクラッチとしての多板クラッチを有するスリッピング継手を示している。
【図５】スリッピングクラッチとしてのヒステリシス継手を示している。
【図６】切断機構を備えないトルク制限クラッチを示している。
【図７】負荷制限クラッチとしてのスリッピングクラッチとしてのツインウォレットスリーブを示している。
【図８】スリッピングおよび負荷切断クラッチとしてのスマートセット（ＳｍａｒｔＳｅｔ）安全継手を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
好適な実施の形態の詳細な説明
図１は、電気グリッド１２に電力を供給するための発電装置としての駆動ライン１を開示している。電源として、ガスタービン５、ガスモータ３、蒸気タービンまたは水タービンを使用することによって、これは、制御可能なエネルギ発生装置である。特に、ガスモータ３を、極めて迅速に始動させることができる。したがって、電気グリッドは、この駆動ライン１を始動させることによって安定させることができる。
【００２３】
駆動ライン１は、パワーユニット２／パワー源としてガスモータ３またはガスタービン５を有する。パワーユニット２の回転運動は、電流を発生するために発電機１５に伝達される。パワーユニット２の回転速度を発電機１５に適応させるために、駆動ライン１において発電機１５とパワーユニット２との間にギヤボックス１３が配置されている。
【００２４】
集中発電から分散発電および非制御可能エネルギ発生装置への変更は、電気網において以下の電気的フォルトを生じる可能性がある。すなわち、１相、２相および３相の短絡、電圧変動および／またはグリッドにおけるマイクロインタラプションである。全てのこれらの電気的フォルトは、駆動ライン１において過負荷を生ぜしめる可能性がある。過負荷は公称トルクの７．５乃至１６．５倍である可能性がある。電圧変動およびパワー故障を防止するための結果として、電気的な駆動ライン１は、電気グリッド１２を安定させなければならない。電気グリッド１２にとどまるために、ギヤボックス１３と発電機１５との間に、駆動ライン保護として、駆動ライン１に、スリッピングトルク制限継手１６が組み込まれている。
【００２５】
駆動ラインがギヤボックス１３を有さない場合、スリッピングトルク制限継手１６は、パワーユニット２と発電機１５との間に配置されている。スリッピングトルク制限継手１６によって、パワーユニット２によって提供されるトルクは、所定の最大トルクに制限される。
【００２６】
ほとんどの場合、故障は、短い継続時間のものであり、特にミリ秒の範囲におけるものである。したがって、スリップは、短時間だけのものとなる。スリップによって熱が発生する。極めて短時間のスリップであるので、スリップ動作の間の時間は十分に長く、これにより、スリッピングトルク制限継手１６の過熱は生じない。
【００２７】
図２は、直列の、クラッチとも呼ばれる２つの継手を有する１つの実施の形態を開示している。一方の継手は、スリッピングトルク制限継手１６である。スリッピングトルク制限継手１６には、スリップセンサ９１として温度センサ９３が設けられている。温度センサによって、スリッピングトルク制限継手の温度が検出される。スリッピングトルク制限継手１６が、極めて頻繁にまたは長時間にわたってスリップすると、温度は所定の温度を超える。したがって、過熱のリスクが存在する。例えば、このような長いスリップは、パワーユニット２／ギヤボックス１３または発電機１５におけるブロックの結果であり得る。スリッピングトルク制限継手１６の過熱を回避するために、第２の継手１９が設けられている。第２の継手１９は、パワーユニット／ギヤボックス１３と発電機１５との間の切断を短期間で実行することができる。このような第２の継手１９の一例は、機械的ソリューションとしてのシヤーピン継手であることができる。スリップによって生ぜしめられた測定された温度を制御装置９５へ伝送することも可能であり、制御装置９５は、切断を提供するために第２の継手１９を電気的に作動させる。
【００２８】
図３において、駆動ライン１は、パワーユニット２／パワー源としてガスモータ３またはガスタービン５を有する。パワーユニット２の回転運動は、電流を発生するために発電機１５に伝達される。パワーユニット２の回転速度を発電機１５に適応させるために、駆動ライン１において発電機１５とパワーユニット２との間にギヤボックス１３が配置されている。幾つかの用途では、ギヤボックス１３は不要である。
【００２９】
不規則性および過負荷を補償するために、スリッピングトルク制限継手１６は、駆動ライン１において、駆動ライン保護として、ガスモータ３またはガスタービン５と発電機との間に組み込まれている。図示した実施の形態では、ギヤボックスは、駆動ラインの一部であり、トルク制限クラッチは、モータ３またはタービン５とギヤボックス１３との間に配置されている。このスリッピングトルク制限継手は、ガスタービン５またはガスモータ３のフォルトの場合にギヤを防止する。
【００３０】
図４は、スリッピングトルク制限継手１６としての多板クラッチ１１を開示している。多板クラッチ１１は、発電機１５からのパワーユニット２またはギヤボックス１３の切断のための機構を有さない。多板クラッチ１１は、摩擦面を備える多板２５と、ばね３５と、再調節装置２７とを有する。多板クラッチ１１は、所定の大きさまでのトルクを伝達する。このトルク量を超えることによって、クラッチ１１はスリップし始め、最大では、所定の量以下のトルクが伝達される。スリップによって熱が発生する。多板クラッチ１１のハウジングの冷却フィン（図示せず）またはその他の冷却装置によって熱を放出することができる。再調節装置２７は、多板クラッチ１１の摩擦面の摩耗を補償する。
【００３１】
図５は、ヒステリシス継手６１を示している。ヒステリシス継手６１は、磁石エレメント６７およびヒステリシスエレメント６９を有する。磁石エレメント６７とヒステリシスエレメント６９との間にエアギャップが配置されている。継手としての電気的なヒステリシスユニットは、極端に高いトルク範囲を有する。電流によって発生される磁束の場合に、これらの継手６１を遠隔で制御することができる。ドラッグトルクが最小であるので、これらのユニットは、あらゆる電磁製品の最も広い利用可能トルク範囲を提供する。全てのトルクは磁気的に伝達される。エアギャップ６５により接触は生じないので、トルク伝達コンポーネントのいずれにも摩耗が生じず、極めて長い寿命を提供する。ロータ６６に電流が加えられると、ロータ６６は磁束を生じる。ヒステリシスエレメント６９を有するヒステリシススリーブ６８は、磁束の強さに応じて磁化されるための能力を有する。これは、ロータ６６が回転したときに、ロータ６６とヒステリシススリーブ６８との間の磁気ドラッグが生じ、回転を生ぜしめることを意味する。ある意味では、ヒステリシススリーブ６８は、ロータ６６の後に引っ張られる。所要の出力トルクに応じて、この引っ張りは、結局、入力速度に合致することができ、１００％ロックアップを提供する。
【００３２】
電流がヒステリシス継手６１から除去されると、可動子は自由に回転し、ヒステリシススリーブ６８およびロータ６６双方の間で相対的な力が伝達されることはない。したがって、入力部と出力部との間に見られる唯一のトルクがドラッグを支持している。
【００３３】
永久磁石が装備された磁気ヒステリシス継手を使用することができる。加えられたトルクが所定のトルクを超えた場合、ヒステリシスエレメント６９を有するヒステリシススリーブ６８は、スリップし、加えられたトルクの一部のみが伝達される。接触は存在しないので、摩耗は生じない。スリップの間、ヒステリシス継手６１に熱が発生される。冷却フィン６３によって熱を排出することができる。
【００３４】
図６は、異なるトルク制限継手１６を示している。このトルク制限継手１６は、内側シャフト７１を有する。内側シャフト７１は、パワーユニット２の被駆動シャフトにフランジによって接続されている。くさび形スリーブ７３は、内側シャフト７１に対して同軸に配置されている。くさび形スリーブ７３の内面は、内側シャフト７１の外面と摩擦接触されている。くさび形スリーブは、内側シャフト７１のフランジ７２の遠い側にフランジ７４を有する。くさび形スリーブ７３は外側圧力リング７５によって包囲されている。くさび形スリーブ７３および外側リング７５の位置決めにより、所定の摩擦係合を選択することができる。したがって、この継手上で伝達可能な最大トルクは、制限され、予め決定される。
【００３５】
図７において、トルク制限継手１６の別の実施の形態が開示されている。このトルク制限継手１６は、摩擦継手９である。トルク制限継手１６は、内側シャフト７１を有する。内側シャフトには溝７７が設けられている。ツインウォレットスリーブ７９は、内側シャフト７１に対して同軸に配置されており、内側シャフト７１を包囲している。ツインウォレットスリーブ７９は、圧力流体入口４９を有する。ツインウォレットスリーブ７９を所定の圧力まで充填することによって、内側シャフト７１および外側ツインウォレットスリーブ７９の摩擦係合は、所定のトルクまでに制限される。加えられるトルクが所定のトルクを超えると、内側シャフト７１とツインウォレット外側スリーブ７９との間のスリップが生じる。内側シャフト７１は、内側シャフト７１の外面とツインウォレットスリーブ７９の内面との間に流体を提供するための第２の流体入口５０を有する。第２の入口５０は、摩擦係合を減じるために流体を導入するために使用される。過負荷状態を示す長いスリップが検出されると、第２の流体入口５０を通じた流体の導入によって、摩擦係合の顕著な減少が達成される。この流体を交換することによって、冷却ユニットは統合される。過負荷状態がもはや検出されないと、第２の流体入口はもはや加圧されない。流体は、ツインウォレットスリーブによって加えられる力により、第２の入口５０を通って流出する。内側シャフト７１の外面とツインウォレットスリーブ７９の内面との間の摩擦係合は、流体を絞り出すことによって、再確立される。
【００３６】
図８には、トルク制限継手１６としてのＶｏｉｔｈ社のスマートセット（ＳｍａｒｔＳｅｔ）継手が開示されている。スマートセット継手は、「トルク制限継手。セーフセット、スマートセットおよびオートセット（Ｔｏｒｑｕｅ  ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ．  Ｓａｆｅｓｅｔ，  ＳｍａｒｔＳｅｔ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｓｅｔ）」というタイトルで、パンフレットｃｒ４２１  ｅｎに記載されている。パンフレットの開示は引用により組み込まれる。
【００３７】
スマートセット４３は、スリップが制御される、プロセス改良継手である。スマートセットは、短い継続時間およびダイナミックトルクピークを減じるために、解放せずにスリップする能力を有する。スマートセットは、調節可能なピークシェーバとして機能することによって、プロセスを改良しかつ用途の出力を最大化する。スマートセットは、解放せずに、短いスリップでシステム過渡トルクを減じることができる。スマートセットは、多くの短いピークを経験する、始動または連続的な運転のために適応させることができる。技術は、セーフセット（ＳａｆｅＳｅｔ）継手の場合と同じであるが、スマートセットには、継手に付加的なスリップ特徴を提供するオートリセット（Ａｕｔｏｒｅｓｅｔ）装置という名称の遠心装置４５が装備されている。この遠心装置４５は、意図された用途の回転速度によって作動させられる。これは、高い過渡トルクの間に継手がスリップすることを可能にする。トルクピークが、完全なブロックのように、過負荷状況において長い継続時間であるならば、スマートセット継手は、通常のセーフセット継手として完全に解放し、その後、破局的な故障から駆動ラインを保護することができる。
【００３８】
スマートセットの遠心装置４５は、シャフト５７、ばね５９によって予負荷された遠心ユニット４６、半径方向に可動なスリーブ５８、メインレバー５５、メインレバー５５に回転可能に取り付けられかつばねによって予負荷されたストップレバー５６を有する。ストップレバー５６の回転運動は、ストッパによって制限され、ストッパはメインレバー５５に配置されている。さらに、メインレバー５５は、シヤーチューブ５３を収容するための開口を有する。メインレバー５５は、遠心装置４５のシャフト５７に回転可能かつ半径方向に可動に取り付けられている。メインレバー５５が回転した場合、シヤーチューブ５３はせん断し、油圧が低下し、被駆動エレメントと駆動エレメントとの摩擦面が分離する。メインレバー５５の回転は、解放突出部を備えるシフティングゲート５１によって作動させられる。スマートセット装置が駆動エレメントに取り付けられている場合、解放突出部を備えるシフティングゲート５１は、被駆動エレメントに関して固定されている。したがって、所定の角度を超えるスリップの場合、シヤーチューブのせん断が生じる。
【００３９】
別のトルク制限継手が市場で公知である。例えば、ＭＡＹＲ社は、ＥＡＳという名称のトルク制限継手を提供する。
【符号の説明】
【００４０】
１  エネルギ提供装置、駆動ライン
２  制御可能なパワーユニット
３  ガスモータ
５  ガスタービン
９  摩擦継手
１１  多板クラッチ
１２  電気グリッド
１３  ギヤボックス
１５  発電機
１６  トルク制限継手
１９  切断安全継手；第２の継手
２５  多板
２７  再調節装置
３５  ばね
４３  スマートセット（ＳｍａｒｔＳｅｔ）継手
４５  遠心装置
４６  遠心ユニット
４９  圧力流体入口
５０  第２の流体入口
５１  シフティングゲート
５３  シヤーオフチューブ
５５  メインレバー
５６  ストップレバー
５８  半径方向可動なスリーブ
６１  ヒステリシス継手
６３  冷却フィン、冷却装置
６５  エアギャップ
６６  ロータ
６７  磁石エレメント
６８  ヒステリシススリーブ
６９  ヒステリシスエレメント
７１  内側シャフト
７２  内側シャフトのフランジ
７３  くさび形スリーブ
７４  くさび形スリーブのフランジ
７５  外側圧力リング
９１  スリップセンサ
９３  温度センサ
９５  制御装置
【図１】
2018529902.tif 000003
【図２】
2018529902.tif 000004
【図３】
2018529902.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018529902.tif 000007
【図６】
2018529902.tif 000008
【図７】
2018529902.tif 000009
【図８】
2018529902.tif 000010
【国際調査報告】
2018529902.tif 000011
2018529902.tif 000012
2018529902.tif 000013