要求。
[0067]本发明的第十二目标在于，循环使用再生成的废热以对水加热，供使用或储存以供按需的可用性，同时降低输入能量要求。
[0068]本发明的第十三目标在于，从局部化未经处理的水源或受污染的公用水供应中提供便携式水。
[0069]本发明的第十四目标在于储存热能以启用可缩放的消费者的大量能量储存。
[0070]本发明的第十五目标在于，使用所储存的热能以转换为局部化的基本负载电能。
[0071]本发明的第十六目标在于，使用所储存的热能以转换为局部化的热应用使用，以供按需的可用性和使用。
[0072]本发明的第十七目标在于，使用所储存的化学能以转换为电能和热能。
[0073]本发明的第十八目标在于减少电力和热生成的碳足迹。
[0074]本发明的第十九目标在于，减少局部化能量消耗的碳足迹。
[0075]本发明的第二十目标在于实现用于生成、储存和再生的局部化可再生能量生态系统。
[0076]此外，通过本文中的以下附图和描述，其他目标将是明显的。
【附图说明】
[0077]图1是根据按本发明的电过程的实施例的一个或多个示例的流程图。
[0078]图2是示出根据图1的实施例的输出的流程图。
[0079]图3是根据按本发明的分层的热储存容器的实施例的一个或多个示例的示意图。
[0080]图4是根据按本发明的热太阳能过程的实施例的一个或多个示例的流程图。
[0081]图5a是根据按本发明的斯特林发动机的气缸体的实施例的一个或多个示例的总体示意图。
[0082]图5b是根据按本发明的具有双活塞的单个斯特林发动机的截面端视图的实施例的一个或多个示例的示意图。
[0083]图5c是根据按本发明的仅具有缩放热机设计所必要和需要的改变的单个斯特林发动机的截面端视图的实施例的一个或多个示例的示意图。
[0084]图6a是根据吸收体场地单元(“AFU” )的实施例的一个或多个示例的示意图，反射器面板定位在两个双收集器单元之间。示出该AFU和反射器面板与相对于双收集器单元的太阳的明显表示的角度有关。优化反射器面板的位置和取向以获取最大的反射能量。图6a也示出移动式反射器面板的承载(carriage)装置。它示出跟踪机制的“移动和转动”操作的操作。
[0085]图6b是根据按本发明的太阳能-热收集器和太阳能光伏装置的实施例的一个或多个示例的示意图。
[0086]图6c是根据按本发明的收集器的超轻型索桁桥结构的整体视图和一些细节的实施例的一个或多个示例的示意图。
[0087]图7是根据描绘按本发明的氢能可再生操作能量站(“HEROES”)的共同连接的实施例的一个或多个示例的流程图。
[0088]图8是根据按实施例的多效制冷过程的实施例的一个或多个示例的流程图。
[0089]图9是根据按本发明的可再生能量铝工厂(“REAP”)和可再生能量钢工厂(“RESP”)的共同安装连接的实施例的一个或多个示例的流程图。
[0090]图10是根据按本发明的改进型智能电网(ULTRAGRID?)层的实施例的一个或多个示例的流程图。
【具体实施方式】
[0091]以下是对具有一体式控制系统(有时称为“系统”)的基于混合式三联产系统的微电网的实施例的详细描述。呈现以下描述以使本领域中任何技术人员能够完成和使用本发明的过程，并且在特定的应用及其要求的上下文中提供以下描述。对于所公开实施例的各种修改对本领域技术人员将是显而易见的，并且可将本文中所定义的一般原理应用于其他实施例和应用，而不背离本发明的精神和范围。由此，本发明不限于所示实施例，而应当根据符合本文所公开的原理和特征的最广泛范围。以下所包括的描述参考所附附图，提供所附附图以对说明优选实施例。然而，此类实施例不表示本发明的完整范围。特别地指出了发明人不视为是其发明的主题，并且在本申请的权利要求书中明显地要求其权利。
[0092]现在参考这些附图，图1是根据按本发明的电过程的实施例的一个或多个示例的流程图。该过程利用一种或多种能源，包括但不限于:风力104、太阳能PV 107、热太阳能106、地热100、水电102、能量储存110子系统和/或公用事业电力电网108。排除公用事业电力电网108的上述列表由本发明的可再生能源112组成。所述可再生能源112将能源馈入私有电网109，可转而使用该私有电网109以经由发电机114和/或斯特林发动机116创造有用的功。在系统中将公用事业电力电网108用于高温热储存容器118的再加热或维持热，并在私有电网109达不到最终用户的电力需求的情况下用作备用能源。上述斯特林发动机116利用来自可再生能源112以及来自高温热储存容器118的一种或多种热能来创造有用的功和/或电能。
[0093]本发明由用于能量生成、处理、转移和储存110的核心可再生能量设备组成，其具有共同的共享智能交互式能量生成系统178和智能机器学习系统。所公开的多个实施例提供了用于以热学热能形式生成热能的过程或用于传递到冷基的(cold based)热储存124的冷冻器和/或冷却过程的过程。可由太阳能收集系统收集太阳能106、107的功率，可由风轮机收集风力104的功率，可通过地热电力厂来收集地热100的功率，可通过水电发电源或被连接以从可用的电网108的能源收集电力的电网108来收集水电102的功率。
[0094]为减小可再生电力112的成本和/或增加其可靠性，图1的系统可基于电力需求，储存来自可再生能量生成的能量，并且随后以来自所储存的能量的电、热、氢、惰性气体提取和氨的形式生成能量。首先，可将能量储存在诸如电池、氢、氨183和其他储存的气体(例如，氩、氦、氖等)之类的化学储存系统中。
[0095]其次，可将该能量储存为高、中或低热流体(例如，熔融盐等)中的热或储存为所储存的冷温热储存124 (例如，冰、相变材料)。可附加地将高温、中温、低温和冷温工作流体置入隔热的储存容器，以在短期内将热能保留为所储存的流体和/或材料，并且/或者使用外部热输入来维持可用的热能能力。可附加地将低热容工作流体置入隔热的储存容器以在短期内将热保留为低热容流体，并且/或者使用外部热输入来维持可用的低热容流体能力。
[0096]为了从所储存的能量中生成电力，化学转移机制可以选择性地从储存110转移化学制品，以便提供按需的能量生成。此外，热转移机制能量生成允许该系统选择性地从热储存I1转移热，以便提供按需的能量生成。可使用未经转换的热能来启动斯特林发动机116的热能输入。一旦转移了热，热也可使工作流体沸腾(例如，由于所述工作流体的低沸点)，从而生成用于使轮机176的转子叶片转动的蒸汽和/或水汽。轮机176和/或斯特林发动机116可生成可用的功能量，其随后可用于驱动将电力提供给负载或其他用途(例如，为泵或压缩机提供转动和/或直线能量和/或将热能提供给热密集型应用)的发电机114。
[0097]来自所储存的可再生能量的此类按需的能量生成可附加地减少与其他发电站的操作相关联的成本以补偿在从可再生能量112中进行能量生成中的波动。按照相同的准贝1J，使用与特定流体耦合的机械元件(例如，转动-传输机制、直线传输机制、转子叶片和/或气体/工作流体激活的活塞)和摩擦来储存能量可对按比例缩放的常规的能量储存机制(诸如，电池和/或泵式储存水电的环境和面积特定的限制约束)提供成本节省。换言之，图1的系统将促进电力、氢、氨的有效、经济和/或可靠的生成、惰性气体的处理和利用可再生能量112的其他热密集型应用。
[0098]热能的产生基于生成输入的波动因固有设计的改动而是可接受的前提，固有设计的改动在高能量生成可用性期间使产生最大化，并且可按比例缩小或进入待命(standby)模式以匹配来自更低生成容量期间的输入限制。然而，可再生能量112技术的生成输出可能由于环境改变和有效动作中的固有变化而波动。此外，此类波动可能阻止可再生能量112生成技术将能量生成与能量需求(例如，电网电力需求、热应用和组件)相平衡。结果，响应于电力需求的改变和/或可再生的生成电力的供应的波动，这些系统可能导致与操作和/或关闭由其他形式的能量(例如，氢、氨、热、煤、天然气、水电102功率、核动力)驱动的发电机114相关联的成本。通过促进电、热和化学相互作用以及经由互连混合式风力104和太阳能106能量生成系统而进行的能量转换来实现优选实施例。或者，可替代地热100、水电102和其他电网108能量连接的输入源。优选实施例的效率和成本效益通过其示例性能量生成能力而成为可能，该示例性能量生成能力是改进的和包含的混合式能量生成系统178的结果，该混合式能量生成系统178包括其废热回收系统，该废热回收系统使用回收的能量以实施并实现使用所有可用的系统资源的最大益处。通过使资本密集型固定资产货币化同时减少重叠的和不需要的冗余过程，可使基础设施的利用最大化以实现能量的最低可能的层次化成本。本发明显著减小了通过增加对所投资的资本支出的更多回报所提出的投资资本要求。
[0099]参考图2，示出根据实施例的热能转移机制。如上所述，热能转移机制将启用从中温120或低温122储存容器到工作流体的选择性转移和/或结合吸收冷却过程来使用以传递到冷能量储存124。热能转移机制和/或设备可包括诸如隔热管和隔热组件之类的隔热组件。导热组件可包括促进热能转移机制的金属表面、歧管(manifold)、导电棒、散热器和/或其他结构。相反，隔热组件可包括真空隔热板和/或其他隔热材料或结构。
[0100]所公开的多个实施例提供了生成电能和热能用于电力生产和热应用使用的主要目的的系统。在操作期间，该系统使用混合式的风力104和太阳能106能量的混合以使白天和夜间的电能和热能生成最大化。也建立了向内部电网109的连接以供内部的工业使用或作为外部电网的能量供应方。也可附加地将地热100和水电102或外部源用于电能生成输入。然后，可将所生成的能量连接到氢电解器。该级使用进入的水和电流以将所述水分离成氢气和氧气。然后，将被分离的氢气和氧气移到净化器和干燥器级以去除杂质并准备转移到它们相关联的临时储存系统。这允许使用所储存的气体以作为给料输出，并且/或者在进一步的级中处理为附加产物和副产物。
[0101]本发明包括部署成用于收集热能106的集中式热太阳能收集126系统。将所述热能106转移并且随后将其储存在高温118、中温120或低温122储存容器中，并且处理其以用于冷温热储存124。在夜间和不充足的热收集期间，该系统分接(tap)其热118、120、122和冷124热储存的储备，用于应用使用或发电。或者，可将地热100和用于热生成的其他电和化学反应用于热生成和热能收集。
[0102]在一些实施例中，选择性地将热能从特定流体转移到工作流体涉及:在该特定流体和工作流体之间设置隔热组件以将热能保留在该特定流体中；并且重定位该隔热组件，以便将热从该特定流体通过导热组件转移至工作流体。部署高温118、中温120、低温122和冷温124热储存系统以用于提供按需的热能的主要目的。需要该热能用于热应用以及热到电转换应用的使用。此外，该系统部署冷却系统和冷冻器系统以提供合适的压强和冷却用于局部化冷储存124系统，并用于针对主动式和被动式使用两者的进一步的冷温应用要求。也部署高温118、中温120、低温122和冷温124热储存系统以用于提供热交换所需的热能的次要目的，该热交换使用转移流体或工作流体使轮机的叶片转动以产生转动功能量和/或斯特林循环116应用气体和/或工作流体膨胀和收缩以产生有用的功。工作流体也可导致气体和/或工作流体的膨胀和收缩应用，以使活塞上的力产生运动用于提供有用的功。一些实施例使用转动的叶片，其包括螺旋桨、叶轮、一个或多个桨片和/或卷筒中的至少一个。一些实施例使用与低熔点相关联的工作流体。然后可回收工作流体以用于能量回路使用，并进行处理以供系统重新使用。
[0103]在一些实施例中，该系统也使用隔热容器110或地热储存以将热保留在特定流体中。在一些实施例中，导热组件是具有高热导率的组件，诸如，金属表面、歧管、导热棒和/或散热器。最后，该系统使用经转移的转动能来生成功或扭矩。
[0104]此外，在一些实施例中，所转移的特定流体使工作流体沸腾。然后，通过在汽缸中暴露压缩气体和/或工作流体以使该气体和/或工作流体膨胀可生成转动能以将力提供给活塞，随后，该活塞将该运动运用为曲轴202上的转动或线性发电机114的线性运动。使用转动能或线性运动来驱动应用或诸如机械连杆机构(linkage)、旋转斜盘(swash plate)、压缩机、泵或发电机114之类的组件。
[0105]通过转移轴转动和/或线性运动来利用所生成的转动和/或线性功能量以向水泵提供将进入的水变成加压水所需的能量，以迫使水经过例如由脱盐、蒸馏和/或反渗透组成的水净化系统，随后被储存在罐和/或高位水罐中作为附加的能量储存110以用于按需的使用。然后，可使用所生成的转动和/或线性功能量以提供转动和/或线性能量来驱动压缩机建立足够的操作压强。这进而使变压吸附能够恰当地运行。该过程允许分离、隔离和储存气体和/或工作流体，以将其作为附加的能量储存110供按需的使用。最后，可使用所生成的转动和/或线性功能量以提供转动和/或线性能量来驱动发电机114以提供电能生产。然后，可将该能量转移到内部电网109网络中，以供系统使用，通过对电解器供电用于附加的氢生产，或使之作为电网能量供应方而可用。
[0106]参考图3，示出分层的热能储存容器196。在本发明的实施例中，可将中温和低温热能量流体储存在同一个储存容器110中。如所示出的那样，需要使用具有分开的中温回路和低温回路界面的温跃层(thermocline) 200。在本发明的实施例中，构想了中温储存部120将保存处于或大约处于15.56°C (60° F)的流体，而低温热储存122部将保存处于或大约处于4.44°C (40° F)的流体。不应当将图3中所示的特定的步骤安排解释为限制多个实施例的范围。
[0107]接下来参考图4，示出实施例的热太阳能过程的流程图。所示的隔热容器促进了将来自可再生能量112的能量储存在热容流体中。然后，可基于与能量要求相关联的能量需求，使用所储存的能量以生成电能和热能。为了从所储存的能量中发电，可选择性地将来自特定流体的相关联的储存110的化学制品和/或热从特定流体转移到工作流体。例如，可在该特定流体和工作流体之间设置隔热组件以将热保留在该特定流体中。在低太阳能106需求和/或低风力104需求和/或高电力需求时期期间，可重定位该隔热组件，以使热从该特定流体通过诸如金属表面、歧管、导电棒和/或散热器之类的导热组件转移至工作流体。最后，使用工作流体中经转移的热来发电。更具体地说，该工作流体可与低沸点相关联，使得从特定流体到该工作流体的热的转移迅速使该工作流体沸腾。然后，可使用来自沸腾的工作流体的水汽和/或蒸汽来转动轮机的转子叶片，并且可使用轮机176来驱动转动设备以获得可用的功，并且/或者可使用斯特林发动机116以从热能中直接创造可用的功。
[0108]参考图5，描绘了本发明的斯特林发动机116的优选实施例。图5a描绘了总体的斯特林发动机116块。图5b描绘了涵盖本发明的具有两个活塞的单个斯特林发动机116的截面端视图。图5c描绘了涵盖本发明的单个斯特林发动机116的截面端视图。曲轴202通过连接杆204附连至活塞销(wrist pin) 206和膨胀活塞208 ;所述膨胀活塞208在膨胀汽缸210中做往复运动。围绕着该膨胀汽缸210并顺序地与之连接的是热交换器212、再生器214、冷却器216和鞘汽缸218。在冷却器216下面的是导管(duct) 220，其将所述冷却器216与压缩汽缸209连接。在所述压缩汽缸209内部，经换位的(transposed)压缩活塞做往复运动。如图5b中所示，该压缩活塞包括外圆柱部、环222、圆锥截面224和盖垫密封片(head gasket seal)226。
[0109]本发明的优选实施例主要由用于单引擎双汽缸的γ型斯特林发动机1