BRPI0907201B1

BRPI0907201B1 - Sistema e método de armazenamento de energia

Info

Publication number: BRPI0907201B1
Application number: BRPI0907201-2A
Authority: BR
Inventors: Orlo James Fiske
Original assignee: Lauchpoint Technologies, Inc.
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2020-03-10
Also published as: ES2637007T3; US8966899B2; RU2010136986A; US8166760B2; ZA201006340B; EP2263006A4; MX2010008494A; WO2009100211A3; CN101932830B; JP5441930B2; US20090193808A1; CN103321850A; WO2009100211A2; CN103321850B; EP2263006B1; DK2263006T3; KR20100129732A; BRPI0907201A2; EP2263006A2; CN101932830A

Abstract

sistema e método de armazenamento de energia um sistema inclui pelo menos um corpo, um tirante de suspensão para suspender o corpo para movimento com a gravidade a partir de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação, elétrica acoplada com o corpo e um gerador de energia através do tirante de suspensão para acionar o gerador para gerar eletricidade a partir do movimento do corpo com a gravidade a partir da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação. o pelo menos um corpo tem uma massa de pelo menos aproximadamente 100 toneladas; a primeira e a segunda posição de elevação definem uma distância entre elas de pelo menos aproximadamente 200 metros; e/ou o sistema inclui ainda um operador configurado para operar o tirante de suspensão para mover de forma controlada o pelo menos um corpo contra a gravidade a partir da segunda posição de elevação para a primeira posição de elevação para aumentar a energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo, e para manter a energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS DE PATENTE CORRELATOS

Esse pedido reivindica prioridade para, e o benefício do Pedido Provisional de Patente dos Estados Unidos 61/026.657, depositado em 6 de fevereiro de 2008, Pedido Provisional de Patente dos Estados Unidos 61/081.340, depositado em 16 de julho de 2008, Pedido Provisional de Patente dos Estados Unidos 61/140.921, depositado em 26 de dezembro de 2008, e Pedido de Patente dos Estados Unidos 12/365.848, depositado em 4 de fevereiro de 2009, cujos conteúdos são aqui incorporados integralmente mediante referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

Modalidades da presente invenção se referem aos sistemas e métodos para armazenar energia. As modalidades podem ser usadas, por exemplo, para armazenar energia durante os períodos "fora de pico" (isto é, períodos de tempo durante os quais as demandas de energia são inferiores em relação aos períodos de "pico") e/ou energia gerada a partir de fontes renováveis, tais como, mas não limitadas ao vento. Em uma modalidade específica, um sistema de armazenamento de energia é configurado para operação em terra. Em outra modalidade específica, um sistema de armazenamento de energia é configurado para operação em uma extensão aquática, tal como, mas não limitado a um oceano.

ANTECEDENTES

Prover energia adequada para atender às diversas necessidades de energia da sociedade está se tornando, a cada ano, mais problemático. As fontes convencionais tais como carvão, petróleo e gás, estão se tornando mais dispendiosos e mais difíceis de encontrar. Ao mesmo tempo, os subprodutos de combustão produzem poluição do ar e eles aumentam a quantidade de dióxido de carbono atmosférico, ameaçando o ambiente global com sérias consequências.

Uma tecnologia atualmente capaz de prover armazenando de energia de tal capacidade é hidro bombeamento. Um exemplo dessa tecnologia é mostrado no sistema 10 da Figura 1. Com referência à Figura 1, o sistema emprega dois reservatórios grandes de água 102 e 105 localizados em diferentes elevações com relação um ao outro. A água 106 é bombeada pela bomba 101 a partir do reservatório mais baixo 102 para o reservatório mais alto 105 sempre que energia em excesso estiver disponível, e energia em excesso (menos quaisquer perdas devido a ineficiências) é armazenada no sistema 10. (A energia em excesso é gerada pela rede de energia 108 e aciona motor elétrico 100 por intermédio da subestação 107.) A energia armazenada no sistema 10 é liberada conforme a seguir. A água 106 é liberada a partir do reservatório mais alto 105 através da turbina hidráulica 103 para dentro do reservatório mais baixo 102 para produzir energia mecânica. A energia mecânica é convertida em energia elétrica pelo gerador 104 e provida à rede de energia 108 por intermédio da subestação 107.

Instalações de grande escala de sistemas tais como o sistema 10, podem prover uma energia de saída de pico superior a 1.000 megawatts (MW) e uma capacidade de armazenamento de milhares de megawatt/horas (MW-H). Hidro bombeamento tem sido uma tecnologia de armazenamento de grande volume comum por décadas, proporcionando capacidade mundialmente. Contudo, restrições geográficas, geológicas e ambientais associadas ao modelo dos reservatórios para tais sistemas, além de custos aumentados de construção, tornaram essa tecnologia muito menos atraente para expansão futura. Assim, essa tecnologia pode não prover um método prático para fornecer a ampla aplicabilidade, capacidade, baixo custo e compatibilidade ambiental exigidos para suportar as necessidades de expansão futuras, que podem incluir, por exemplo, uma conversão da infraestrutura de energia a partir de fontes de hidrocarboneto para fontes renováveis de energia.

SUMÁRIO DA REVELAÇÃO

Modalidades da presente invenção são dirigidas aos sistemas de armazenamento de energia que podem servir como fontes de energia de carga base despachável, confiável, assim como fornecimentos de produção intermitente. Em modalidades específicas, os sistemas podem aproveitar fontes de energia renováveis, tais como, mas não limitadas a, àquelas coletadas pelos painéis solares e turbinas eólicas. De acordo com as modalidades da presente invenção, uma fração significativa da produção a partir dos dispositivos de energia solar e/ou eólica pode ser direcionada para unidades de armazenamento de energia de grande escala, que podem então liberar a energia conforme necessário.

Em relação às tecnologias tais como hidro bombeamento, modalidades da presente invenção são dirigidas para expansão da faixa de locais adequados onde o armazenamento de energia pode ser realizado.

Características das modalidades da invenção incluem: potencial de elevada potência (1.000 megawatts ou mais); grande capacidade de armazenamento de energia (incluindo, mas não limitado às 8 horas ou mais em potência nominal) ; minimização de impacto ambiental adverso; e proximidade com as linhas de transmissão de força ou de um mercado de eletricidade grande, tal como, mas não limitado a uma cidade.

No caso de hidro bombeamento, pode ser difícil localizar os locais capazes de prover todas ou algumas dessas características. Modalidades da presente invenção são dirigidas à expansão da faixa de locais de instalação adequados para explorar locais que existem em grande número próximo a muitas das principais cidades dos Estados Unidos e do mundo.

De acordo com uma modalidade, um sistema para armazenar energia inclui pelo menos um corpo, um tirante de suspensão para suspender o pelo menos um corpo para movimento com a gravidade a partir de uma posição de primeira elevação para uma posição de segunda elevação, e um gerador de energia elétrica acoplado com o pelo menos um corpo através do tirante de suspensão para acionar o gerador de energia elétrica para gerar eletricidade a partir do movimento do pelo menos um corpo com a gravidade a partir da posição de primeira elevação para a posição de segunda elevação. O pelo menos um corpo tem uma massa de aproximadamente 100 toneladas; (b) a posição de primeira elevação e a posição de segunda elevação definem uma distância entre elas de aproximadamente 200 metros; e/ou (c) o sistema inclui ainda um operador configurado para operar o tirante de suspensão para mover de forma controlável o pelo menos um corpo contra a gravidade a partir a posição de segunda elevação para a posição de primeira elevação para aumentar a energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo, e para manter a energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo.

De acordo com outra modalidade, um método para armazenar energia inclui prover um tirante de suspensão para suspender pelo menos um corpo para movimento com a gravidade a partir da posição de primeira elevação para uma posição de segunda elevação, e acoplar um gerador de energia elétrica com o pelo menos um corpo através do tirante de suspensão para acionar o gerador de energia elétrica para gerar eletricidade a partir do movimento do pelo menos um corpo com a gravidade a partir da posição de primeira elevação para a posição de segunda elevação. O pelo menos um corpo tem uma massa de pelo menos aproximadamente 100 toneladas; (b) a posição da primeira elevação e a posição da segunda elevação definem, entre elas, uma distância de pelo menos aproximadamente 200 metros; e/ou (c) o método inclui ainda configurar um operador para operar o tirante de suspensão para mover de forma controlável o pelo menos um corpo contra gravidade a partir da posição de segunda elevação para a posição de primeira elevação para aumentar uma energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo, e manter a energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo.

Esses e outros aspectos se tornarão evidentes a partir dos desenhos a seguir e da descrição detalhada das modalidades exemplares.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é um diagrama esquemático generalizado de um sistema de armazenamento de energia hidro bombeado. A Figura 2 é um diagrama esquemático generalizado de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 3 mostra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 4 ilustra um domo de sal. A Figura 5 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 6 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 7 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

As Figuras 8A e 8B mostram respectivamente uma vista superior e uma vista lateral de pesos de armazenamento de acordo com uma modalidade. A Figura 9 mostra uma prateleira de armazenamento de acordo com uma modalidade.

As Figuras 10A, 10B e 10C ilustram uma operação de uma garra de acordo com uma modalidade.

As Figuras 11A, 11B e 11C ilustram um sistema de guincho de acionamento de fricção de acordo com uma modalidade. A Figura 12 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade, e a Figura 12A mostra uma vista em seção transversal de uma plataforma flutuante de acordo com uma modalidade. A Figura 13 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

As Figuras 14A e 14B mostram respectivamente uma vista superior e uma vista lateral dos pesos de armazenamento de acordo com uma modalidade. A Figura 15 ilustra uma prateleira de armazenamento de acordo com uma modalidade.

As Figuras 16A, 16B e 16C ilustram uma operação de uma garra de acordo com uma modalidade. A Figura 17 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

As Figuras 18A e 18B mostram respectivamente uma vista superior e uma vista lateral de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

As Figuras 19A, 19B e 19C ilustram uma instalação de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

As Figuras 20A, 20B e 20C ilustram uma instalação de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 21 é um diagrama esquemático generalizado de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 22 é um diagrama esquemático generalizado de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

As Figuras 23A e 23B ilustram uma operação de um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 24 mostra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 25 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 26 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 27 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 28 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade. A Figura 29 ilustra um método de armazenamento de energia de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA A descrição detalhada seguinte é do melhor modo atualmente considerado de implementar as modalidades da invenção. Essa descrição não deve ser considerada em um sentido limitador, mas é feita meramente com o propósito de ilustrar os princípios gerais das modalidades da invenção. O escopo da invenção é mais bem-definido pelas reivindicações anexas.

Modalidades da presente invenção se referem aos sistemas e métodos para armazenar energia que podem ser usados, por exemplo, para armazenar energia gerada durante os períodos "fora de pico" (isto é, períodos de tempo durante os quais as demandas de energia são menos intensas em relação aos períodos de "pico") e/ou energia gerada a partir de fontes renováveis, tais como o vento e o sol. Em modalidades específicas, os métodos e sistemas para armazenar energia são configurados para operação em terra. Em outras modalidades específicas, métodos e sistemas para armazenar energia são configurados para operação em um ambiente aquático, tal como, mas não limitado ao oceano.

De acordo com uma modalidade, a demanda de energia do período de "pico" é considerada como sendo de aproximadamente 50% superior à demanda de energia do período fora de pico. De acordo com outras modalidades, a demanda de energia do período de "pico" pode ser definida em outros níveis adequados, incluindo, mas não limitado a aproximadamente 100 ou 200% superior à demanda de energia do período fora de pico.

Um aspecto da invenção envolve armazenar energia fora de pico e/ou energia renovável para uso durante períodos de pico. Como tal, de acordo com as modalidades da invenção, os sistemas de armazenamento de energia podem servir como fontes de energia de carga base despachável, seguros, assim como fontes de produção intermitente. De acordo com modalidades específicas da presente invenção, uma porção significativa da saída a partir das fontes solares e/ou eólicas é dirigida para os sistemas de armazenamento de energia, os quais podem então liberar a energia, por exemplo, em uma base conforme necessário.

Um diagrama generalizado de um sistema 20 de acordo com as modalidades da presente invenção é mostrado na Figura 2. Modalidades exemplares do sistema 20 são descritas aqui com referência às aplicações baseadas em terra e na água. Com referência à Figura 2, um peso de armazenamento 202 é suspenso por um tirante de suspensão 205 para movimento ao longo de uma trajetória geralmente vertical. Em modalidades específicas, a trajetória substancialmente vertical (isto é, paralela à direção da força gravitacional). Em outras modalidades, a trajetória pode ser inclinada, com um componente vertical - por exemplo, a trajetória é inclinada no sentido para baixo. Em modalidades especificas, a trajetória pode ter uma extensão vertical adequada tal como, mas não limitada a, uma extensão de aproximadamente 1.000 metros ou mais. Em uma modalidade específica, o comprimento vertical da trajetória é de aproximadamente 6.000 metros. De acordo com uma modalidade, o peso 202 é construído de um material denso tal com, mas não limitado a, concreto, concreto reforçado e/ou aço. De acordo com modalidades específicas, a massa do peso 202 é de pelo menos aproximadamente 100 toneladas, ou é de pelo menos aproximadamente 1.000 toneladas. Para reduzir os custos, o material denso pode ser um material de custo relativamente baixo. De acordo com modalidades específicas, o tirante de suspensão 205 pode ser qualquer estrutura de conexão adequada tal como, mas não limitada a um cabo, um fio, uma corda, uma correia, ou uma corrente.

Um operador 201 é acoplado com o tirante de suspensão 205. 0 operador 201 opera o tirante de suspensão 205 para mover o peso 202 contra gravidade, como será descrito em mais detalhe abaixo. De acordo com uma modalidade, o operador 201 é um guincho. 0 guincho 201 pode ser acoplado com um motor 200 para acionar o guincho 201. Em algumas modalidades, o motor 200 é acoplado com (ou pode operar como) o gerador. O motor e/ou gerador 200 pode ser acoplado com a subestação 203. A subestação 203 serve para converter a energia a partir de uma fonte de "transmissão" para um alvo de "distribuição". Em mais detalhe, a subestação 203 pode incluir transformadores que reduzem as voltagens de transmissão (por exemplo, na faixa de dezenas ou centenas de milhares de volts) para voltagens de distribuição, as quais, por exemplo, podem ser inferiores a 10.000 volts. A subestação 203 pode ter um barramento que pode dividir a energia de distribuição em múltiplas direções. A subestação 203 também pode ser disjuntores e interruptores de tal modo que a subestação 203 pode ser desconectada das fontes de transmissão e/ou alvos de distribuição, se desejado. A subestação 203 é acoplada com um transmissor de energia elétrica, tal como, mas não limitada a uma rede de energia 204. A rede de energia 204 pode servir como uma fonte de energia para o sistema 20. Em outras modalidades, a fonte de energia pode ser um ou mais dispositivos para capturar energia renovável tal como, mas não limitada a, uma turbina eólica ou um painel solar. A rede de energia 204 também pode receber a energia liberada pelo sistema 20 e transportar essa energia para um alvo.

Continuando com referência à Figura 2, em operação, a energia é provida pela fonte, por exemplo, rede de energia 204. Nas modalidades onde a energia é provida por uma fonte industrial tal como uma rede de energia, a energia é transformada pela subestação 203 para uso adequado pelo motor 200. O motor 200 aciona o guincho 201 para erguer o peso de armazenamento 202 a partir de uma primeira elevação (um local mais distante do guincho 201) até uma segunda elevação (uma localização mais próxima do guincho 201). Como tal, a energia potencial, gravitacional, do peso de armazenamento 202 é aumentada, e o aumento em energia é armazenado no sistema (por exemplo, mediante manutenção da energia potencial gravitacional do peso de armazenamento 202). A energia armazenada é liberada quando o peso de armazenamento 2 02 é reduzido. A redução do peso de armazenamento gira o tambor do guincho 201, o que efetivamente aciona o motor/gerador 200 para produzir energia elétrica. A energia elétrica é condicionada pela subestação 203 para transmissão pela rede de energia 204.

Como tal, a energia que é gerada durante os períodos fora de pico (por exemplo, períodos de dias durante os quais a energia está em demanda relativamente baixa) pode ser armazenada no sistema 200 para uso posterior (por exemplo, períodos de pico do dia durante os quais a energia está em demanda relativamente elevada). Por exemplo, energia fora de pico pode ser usada para aumentar o peso de armazenamento 202 para a segunda elevação durante períodos fora de pico. Como tal, a energia fora de pico (ou uma porção significativa da energia fora de pico) é armazenada no sistema 20. A energia armazenada pode ser liberada durante períodos de pico mediante liberação do peso 202 de tal modo que ele caia de volta para a primeira elevação, desse modo produzindo energia para uso durante os períodos de pico. 0 sistema 20 é configurável para armazenar uma quantidade desejada (ou quantidades desejadas) de energia. Por exemplo, certa quantidade de energia pode se armazenada em tal sistema, se a massa do peso 202 e/ou o comprimento vertical da trajetória (isto é, a trajetória ao longo da qual o peso 202 é abaixado e levantado) é configurado conformemente. Por exemplo, no caso de um piso feito de concreto, devido ao fato do concreto ter uma densidade de aproximadamente 2.500 quilogramas (kg) por metro cúbico, tal peso provê uma força descendente de aproximadamente 24.525 Newtons (N) por metro cúbico. A energia (trabalho) liberada pelo abaixamento de um metro cúbico de concreto através de 1.000 metros de elevação pode ser calculada como: W = Força x distância = 24.525 N x 1.000 m = 24.525 megajoules = ~6.8 quilowatt-horas De acordo com uma modalidade, o peso 202 é abaixado (ou levantado) em uma velocidade geralmente constante de tal modo que a energia é liberada (ou armazenada) em uma taxa correspondentemente constante. De acordo com outras modalidades, o peso 202 é abaixado (ou levantado) em duas ou mais velocidades diferentes - por exemplo, em uma velocidade durante 500 metros iniciais e em outra velocidade durante o restante da trajetória - tal que a energia é liberada (ou armazenada) em duas taxas correspondentes. Por exemplo, durante uma porção inicial da trajetória, o peso pode ser abaixado em certa velocidade e, então, durante uma segunda porção da trajetória após a porção inicial, o peso é abaixado em metade da velocidade da porção inicial. Como tal, durante a segunda porção, a energia é produzida em uma taxa de aproximadamente metade da taxa na qual a energia é produzida durante a porção inicial. Isso pode corresponder a uma maior demanda de energia durante o tempo da porção inicial em relação à demanda por energia durante o tempo da segunda porção. De acordo com ainda outras modalidades, o abaixamento (ou erguimento) do peso 202 é acelerado ou desacelerado de tal modo que a taxa na qual a energia é liberada (ou armazenada) também é correspondentemente acelerada ou desacelerada.

De acordo com uma modalidade, a eficiência de armazenamento (isto é, a relação da energia que é gerada pelo sistema 20 para a energia que é armazenada no sistema 20) é aperfeiçoada mediante abaixamento do peso 202 em velocidades relativamente modestas para minimizar (ou ao menos reduzir) as perdas de arrasto implicadas quando o peso 202 é abaixado.

Uma vista lateral de uma modalidade de um sistema 30 que é instalado em terra é mostrada na Figura 3. Com referência à Figura 3, uma casa de força 3 05 é sustentada na superfície terrestre 306. A casa de força 305 pode ser posicionada diretamente na superfície da terra 306. Em outras modalidades, a casa de força 3 06 pode ser posicionada acima da superfície terrestre - por exemplo, em uma plataforma de tal modo que a casa de força se apóia na superfície da terra. A casa de força 305 pode ser acoplada com dispositivos/sistemas tal como a subestação 203 e a rede de energia 204 da Figura 2. A casa de força 305 inclui um guincho 301. O guincho 3 01 é acoplado com um cabo de guincho 3 02 que pode ser envolto em torno do tambor do guincho 301. Um peso 303 é suspenso pelo cabo de guincho 302. Em outras modalidades, uma correia ou corrente pode ser usada em vez de um cabo para suspender o peso 303. 0 peso é suspenso de tal modo que ele pode ser abaixado e erguido dentro do eixo 304. Conforme será descrito em mais detalhe abaixo, o eixo 3 04 pode ser formado em um local tal como, mas não limitado, a um domo de sal. De acordo com uma modalidade, a orientação do eixo 304 é geralmente vertical (isto é, paralela à direção de força gravitacional). De acordo com outras modalidades, a orientação do eixo pode ser inclinada com um componente vertical correspondendo ao ângulo. De acordo com uma modalidade adicional, a profundidade do eixo 3 04 está entre aproximadamente 1.000 e 6.000 metros.

Similar ao sistema da Figura 2, o guincho 3 01 pode ser acoplado a um motor/gerador para produzir energia elétrica para a transmissão a uma rede (por exemplo, rede de energia 204 da Figura 2) por intermédio de linhas de transmissão. De acordo com uma modalidade adicional, uma caixa de engrenagem é acoplada entre o guincho 301 e o gerador/motor para multiplicar a taxa de rotação do motor/gerador. De acordo com ainda outra modalidade, um sistema de condicionamento de energia (por exemplo, subestação de força 203 da Figura 2) é acoplado entre o motor/gerador e a rede para converter a saída do gerador em uma forma apropriada (ou adequada) para transmissão para a rede e/ou para converter energia elétrica a partir da rede na forma adequada para acionar o motor.

Com referência à Figura 3, a energia armazenada no sistema 300 quando o guincho 301 é acionado (por exemplo, utilizando eletricidade a partir de uma rede de força que aciona o motor/gerador) para levantar o peso de armazenamento 303 contra a gravidade até uma primeira elevação. A energia armazenada no sistema 30 é liberada quando o peso de armazenamento 303 pode ser liberado de tal modo que ele se desloca com a gravidade. Devido ao fato do peso 303 continuar a ser acoplado com o guincho 301 por intermédio do cabo de guincho 302, o guincho 301 é girado quando o peso 303 se desloca para baixo no eixo 304. O movimento do peso 303 gira o guincho 3 01, desse modo gerando força, como descrito anteriormente.

Conforme descrito anteriormente com referência à Figura 2, um peso de um sistema pode ser abaixado (ou levantado) em duas ou mais velocidades diferentes. Com referência à Figura 3, em uma modalidade, uma velocidade na qual o peso 303 é levantado pelo guincho 301 é controlada eletronicamente. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, um motor/gerador para acionar o guincho 301 é controlado por um circuito de controle acoplado com o motor/gerador para controlar a taxa na qual o cabo de guincho 302 é recolhido pelo guincho 301. De acordo com outra modalidade, tal circuito de controle pode ser acoplado com o guincho 301 para controlar tal taxa.

Continuando com referência à Figura 3, em uma modalidade, uma velocidade na qual o peso 3 03 é abaixado pelo guincho 301 é controlada mediante configuração de uma frequência de operação de um gerador (por exemplo, gerador 200 da Figura 2) acoplado com o guincho. Configurar a frequência de operação para ser de certo valor correspondentemente determina a velocidade na qual o peso 303 é abaixado. Alternativamente, se tal gerador for sincrono com uma rede de força (por exemplo, rede de força 204 da Figura 2) , a relação de engrenagem de uma caixa de engrenagens pode ser configurada para controlar a velocidade na qual o peso 303 é abaixado. Por exemplo, e de acordo com uma modalidade, uma caixa de engrenagens pode ser acoplada entre o guincho 301 e o gerador (vide, por exemplo, a Figura 21) . Configurar a relação de engrenagem de tal modo que uma caixa de engrenagens seja de certo valor correspondentemente determina a velocidade na qual o peso 303 é abaixado.

Continuando com referência à Figura 3, em uma modalidade alternativa, uma velocidade na qual o peso 303 é abaixado pelo guincho 301 é controlada por, ou mediante uso de uma estrutura mecânica. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, a estrutura de amortecimento (proporcionando, por exemplo, um ou mais níveis de amortecimento) é provida para controlar a taxa na qual o cabo de guincho 302 é retirado do guincho 301. Tal estrutura de amortecimento pode incluir, mas não é limitada a um grampo ajustável configurado para aumentar a resistência à rotação do tambor do guincho 301. De acordo com outra modalidade, o guincho 301 inclui uma estrutura para estabelecer tal resistência (tal como, mas não limitada a um parafuso que pode ser apertado ou afrouxado). A estrutura de amortecimento descrita acima pode ser operável manualmente (por exemplo, a partir de um local acessível a um operador humano) ou por intermédio de um dispositivo eletronicamente controlável tal como um acionador.

Os custos de construção associados ao sistema 30 podem ser reduzidos, por exemplo, mediante redução do custo de construção do eixo geralmente vertical (por exemplo, o eixo 304 da Figura 3). Os custos associados com a construção do eixo podem depender da disponibilidade dos estratos de subsuperfície através dos quais tal eixo pode ser perfurado mais facilmente.

De acordo com uma modalidade, o eixo é construído em um local que tem um depósito adequadamente grande de um material macio - por exemplo, um mineral macio. De acordo com uma modalidade específica, o eixo é construído em um domo de sal. Os domos de sal são depósitos de sal que, por exemplo, podem ter um diâmetro em seção transversal de 10 quilômetros e uma profundidade de 6 quilômetros (ou mais). Eles podem consistir principalmente em cloreto de sódio cristalizado (isto é, sal de rocha), que é um mineral muito macio.

Com referência à Figura 4, é mostrada uma vista em seção transversal de um local que tem um domo de sal 400. O domo de sal pode estar localizado adjacente a múltiplas camadas de estratos de subsuperfície. As camadas de estratos de subsuperfície podem ser de um material diferente tendo um nível de dureza diferente daquele do sal de rocha.

De acordo com uma modalidade, um exemplo de um domo de sal adequado é aquele no qual as cavernas são comumente criadas utilizando mineração de solução. Tal domo de sal é comumente usado para armazenar gás natural ou produtos de petróleo (por exemplo, cavernas 421, 422, 423, 424 da Figura 4).

Com referência à Figura 5, é mostrado um sistema de armazenamento de acordo com uma modalidade. A casa de força 305 é instalada no (ou próximo) do topo do eixo 3 04 e um peso de armazenamento 3 02 é suspenso para movimento ao longo da dimensão vertical do eixo. Porções do eixo podem ser circundadas pela sobrecarga 500 e rocha selante 501. Uma porção do eixo pode ser envolta pelo domo de sal 502. Tal eixo pode ser construído, por exemplo, utilizando uma máquina de perfuração de eixo, com as aparas carregadas para a superfície pela lama de perfuração. De acordo com uma modalidade, ao menos porções do eixo são revestidas com um material de reforço tal como, mas não limitado ao concreto, aço ou um material similar para minimizar a probabilidade de colapso ou intrusão de solo.

Nos locais de alguns domos de sal, a profundidade de eixo grande que pode ser obtida e a facilidade de construção de eixo proporcionam o potencial para grande capacidade de armazenamento por eixo construído. Por exemplo, um eixo tendo um diâmetro em seção transversal de 20 metros e uma profundidade de 6 quilômetros proporcionaria espaço suficiente para uma massa de armazenamento de concreto de mais do que 100.000 toneladas, desse modo proporcionando uma capacidade de armazenamento da ordem de 3 gigawatt-horas.

Devido ao diâmetro em seção transversal relativamente grande de alguns domos de sal, os domos de sal podem acomodar dois ou mais sistemas (por exemplo, sistema 300) de acordo com as modalidades da presente invenção. Com referência à Figura 6, é mostrado um domo de sal 600 acomodando múltiplos eixos 3 04, cada eixo correspondendo a uma casa de força 305. (Os eixos adjacentes (ou vizinhos), e as casas de força, são separados mutuamente, por uma distância adequada.) Por exemplo, um domo de sal tendo um diâmetro em seção transversal de 2 quilômetros tem uma área de seção transversal de aproximadamente 3 quilômetros quadrados. Se a "área ocupada" por cada casa de força 305 (que pode prover acesso suficiente à casa de força) tem aproximadamente 250 metros quadrados, o domo de sal pode acomodar um total de 12.000 pares de casa de força/eixo. Se cada um desses pares provê 25 megawatts de força por 8 horas, ou 200 megawatt-horas, a capacidade total da instalação seria de 300 gigawatts por 8 horas, ou 2.400 gigawatt-horas.

De acordo com uma modalidade, um sistema é configurado para abaixar e levantar dois ou mais pesos. Por exemplo, os pesos são abaixados ou levantados por um conjunto de guincho individualmente (por exemplo, um de cada vez) . Com referência à Figura 7, um grupo de pesos de armazenamento 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 705f, e 704g são manipulados no sistema. Os pesos individuais podem ser acoplados ao conjunto de guincho 701 por intermédio do cabo de guincho 703. De acordo com uma modalidade, os pesos são geralmente iguais em massa em relação uns aos outros e geralmente similares em tamanho e formato. De acordo com outra modalidade, os pesos têm diferentes massas em relação uns aos outros e/ou têm diferentes tamanhos e formatos. Conforme explicado previamente, as massas dos pesos podem ser escolhidas para prover a quantidade de energia que é gerada (ou armazenada) quando o peso é abaixado (ou levantado) a partir da (ou para) elevação mais alta.

Na elevação mais alta, os pesos 704b-704g são suportados por uma prateleira 702 localizada no (ou próxima do) topo do eixo 704. Um exemplo de uma prateleira 702 será descrita em mais detalhe abaixo com referência à Figura 9. Na elevação inferior, os pesos podem se apoiar uns nos outros e/ou em uma base (por exemplo, base 8 06 da Figura 8B) localizada na (ou próximo da) parte inferior do eixo 704 .

Com referência à Figura 8A, é mostrada uma vista superior do peso de armazenamento 804a de acordo com uma modalidade. De acordo com uma modalidade, o peso de armazenamento 804a tem uma seção transversal circular. De acordo com outras modalidades, o peso de armazenamento tem uma seção transversal oval, quadrada, ou retangular. O peso 804a pode ter um receptáculo 805 para estabelecer interface com o cabo de guincho (por exemplo, cabo de guincho 703 da Figura 7) para facilitar o erguimento e o abaixamento do peso 804a ao longo do eixo. De acordo com uma modalidade, o peso é construído de concreto, concreto reforçado ou outro material adequadamente denso. De acordo com uma modalidade, o receptáculo de garra 805 é formado de um material durável tal como, mas não limitado ao aço.

Com referência à Figura 8B, uma vista em seção transversal de uma pilha de pesos de armazenamento na configuração abaixada é mostrada de acordo com uma modalidade. O peso 804 é posicionado para se apoiar diretamente sobre a base 806. Os pesos 804b e 804a são posicionados para se apoiar, respectivamente, sobre o peso 804c e 804b.

Conforme descrito anteriormente, na elevação mais alta, os pesos podem ser sustentados por uma prateleira de armazenamento localizada no topo do eixo. Com referência à Figura 9, é mostrada uma vista em seção transversal de uma prateleira de armazenamento 900 de acordo com uma modalidade. A prateleira de armazenamento tem uma armação 901 que é dimensionada para ser posicionada dentro do eixo (por exemplo, eixo 704 da Figura 7) . A armação pode incluir, por exemplo, uma estrutura semelhante a tubo cilíndrico ou outra estrutura adequada formando uma ou mais paredes em torno da periferia do eixo (por exemplo, eixo 704) , pelo menos ao longo de uma porção do comprimento do eixo.

De acordo com uma modalidade, a armação 901 é configurada para prover uma ou mais paredes adjacentes a bordas opostas de cada um dos pesos. De acordo com uma modalidade, a armação 901 inclui engates 902 (por exemplo, engates 902a e 902b) incluindo membros projetados retráteis que podem ser controlados para se estender a partir da, e retrair para dentro da armação 901. Os engates 902a e 902b podem ser configurados para reter os pesos no lugar, conforme desejado. Os engates 902a são mostrados em um estado estendido para sustentar os pesos de armazenamento 904a e 904b. De acordo com uma modalidade, no estado estendido, os engates são configurados para engatar seletivamente uma ou mais superfícies de extremidade tais como, mas não limitadas às superfícies inferiores dos pesos. De acordo com outra modalidade, os engates são configurados para engatar seletivamente e se estender para dentro de um ou mais recessos (tais como, mas não limitados aos entalhes) nos pesos. Os engates 902b são mostrados em um estado retraído. Contudo, os engates 902b podem ser estendidos para receber um próximo peso que é erguido até a elevação mais alta. De acordo com uma modalidade, no estado retraído, os engates são configurados para retrair até posições que desengatam os engates dos pesos, tal como, mas não limitadas às posições dentro dos recessos (tal como, mas não limitadas aos entalhes) na armação 901.

Conforme descrito anteriormente, os engates podem ser controlados para se estender a partir da, e retrair para dentro da armação. De acordo com uma modalidade, os engates têm acionadores que podem ser controlados para estender seletivamente e retrair os engates. Em uma modalidade adicional, os acionadores são manualmente controláveis por intermédio, por exemplo, de alavancas ou interruptores que são capazes de operação manual a partir de um local acessível a um operador humano.

De acordo com outra modalidade adicional, os acionadores são controláveis eletronicamente. Os acionadores estão em comunicação com o conjunto de circuitos eletrônicos por intermédio, por exemplo, de um ou mais tirantes de suspensão condutivos ou sem fio. Exemplos de tirantes de suspensão eletricamente condutivos incluem, mas não são limitados aos fios ou cabos elétricos. O controle dos acionadores pelo conjunto de circuitos eletrônicos pode se basear em hardware e/ou software. Por exemplo, dispositivos sensores detectando a presença de um peso em certa posição podem acionar o acionador para estender o engate(s) correspondente a partir da posição retraída (vide, por exemplo, engate 902b da Figura 9) até a posição estendida (vide, por exemplo, engate 902a da Figura 9). Como outro exemplo, uma rotina de software detectando a demanda por energia adicional em certo momento pode disparar o acionador para retrair o engate(s) correspondendo a partir da posição estendida para a posição retraída de tal modo que o peso engatado é liberado da prateleira.

Outras rotinas de controle para controlar o sincronismo das operações de estender ou retrair o engate (para seletivamente reter ou liberar os pesos) podem ser providas, mediante hardware e/ou software adequado e meios eletrônicos de processamento adequados para processar as rotinas e prover sinais de controle aos acionadores de engate. Tais rotinas de controle podem se basear, ao menos em parte, na detecção da presença de um peso ou na detecção de uma demanda no sentido de energia adicional (por exemplo, uma demanda excedendo um valor limite específico) e/ou outros fatores incluindo, mas não limitados às horas predefinidas do dia, datas, condições ambientais, ou entrada manual.

Embora a modalidade na Figura 9 mostre os engates em uma ou mais paredes da armação 901 e recessos ou superfícies de detenção nos pesos 904a-b, em outras modalidades, os engates retráteis/projetados podem estar localizados nos pesos, e os receptáculos podem estar posicionados na armação ou prateleira. Em ainda outras modalidades, os engates podem ser membros pivotantes, conforme será descrito em mais detalhe abaixo com relação à Figura 15.

De acordo com uma modalidade, para armazenar (ou liberar) energia, o conjunto de guincho 701 levanta (ou abaixa) os pesos de armazenamento, um de cada vez, para posicionar os pesos no topo (ou na parte inferior) do eixo. Com referência às Figuras 10A, 10B e 10C, um exemplo de uma interface de garra é descrito em mais detalhe. A garra 1000 é posicionada na extremidade do cabo de guincho móvel 1010. A garra tem uma porção central 1000a e um ou mais membros projetados 1000b. A garra também pode ter um canal interno através do qual pode se estender um conector, tal como, mas não limitado a um cabo ou arame. Em uma modalidade, os membros projetados 1000b são acoplados de forma pivotante ao corpo central 1000a. Em uma modalidade adicional, os membros projetados são pivotantes entre uma primeira posição (um estado aberto) na qual se estende uma porção do membro lateralmente além da largura do corpo central e uma segunda posição (um estado fechado) no qual o membro é alinhado dentro dos limites do corpo central. A garra 1000 pode ser controlada para ser colocada no estado fechado ou no estado aberto. De acordo com uma modalidade, a garra é controlada para alternar e entre esses dois estados de uma maneira semelhante à forma na qual os engates 902 da Figura 9 são controlados, conforme descrito com referência à Figura 9. Por exemplo, os membros projetados 1000b podem ter acionadores que são controláveis para pivotar seletivamente os membros projetados. Em uma modalidade adicional, os acionadores são controláveis manualmente por intermédio, por exemplo, de alavancas ou de um interruptor que é capaz de operação manual.

De acordo com modalidades adicionais, os acionadores podem ser controlados eletronicamente. Os acionadores estão em comunicação com conjunto de circuitos eletrônicos por intermédio, por exemplo, de um ou mais tirantes de suspensão condutivos ou sem fio. Exemplos de tirantes condutivos eletricamente incluem, mas não são limitados aos fios ou cabos elétricos. O controle dos acionadores por intermédio do conjunto de circuitos eletrônicos pode ser basear em hardware e/ou software. Por exemplo, dispositivos sensores detectando a presença de um peso em torno do corpo central 1000a podem disparar o acionador para pivotar o membro projetado a partir da posição posicionada (vide, por exemplo, a Figura 10A) para a posição aberta (vide, por exemplo, a Figura 10B). Como outro exemplo, uma rotina de software detectando a demanda por energia adicional em um determinado momento e a presença de um peso em torno do corpo central 1000a pode disparar o acionador para pivotar o membro projetado a partir da posição fechada para a posição aberta de tal modo que o peso engatado pode ser abaixado. De acordo com uma modalidade, o controle do membro projetado da garra é coordenado com o controle dos engates (por exemplo, engate 902 da Figura 9) que bloqueiam a posição dos pesos, por exemplo, de tal modo que a garra é configurada para estar na posição aberta antes dos engates que engatam certo peso serem retraídos para liberar o peso.

Conforme descrito previamente com referência aos engates 902 da Figura 9, outras rotinas de controle para controlar o sincronismo de abertura e fechamento da garra (para seletivamente reter ou liberar os pesos) podem ser providas mediante hardware e/ou software adequado e meios eletrônicos de processamento adequados para processar as rotinas e prover sinais de controle aos acionadores de garra.

Um tirante de suspensão de guia 102 0 se estende através de um canal na garra 1000 e pelo menos uma porção do cabo de guincho 1010. Em modalidades da invenção, o tirante de suspensão de guia 1020 pode incluir, mas não é limitado a um cabo de guia, um arame de guia ou um tubo de guia. A posição do tirante de suspensão de guia 1020 pode ser fixada de forma estável, por exemplo, mediante fixação de uma extremidade do tirante de suspensão de guia em um membro fixo (por exemplo, a base 1040 da Figura 10A) . Para facilidade de descrição, o tirante de suspensão de guia 1020 será referido como um cabo de guia.

Com referência à Figura 10A, é mostrado o engate da garra com um peso 1030 que deve ser levantado. Na Figura 10A, a garra 1000 está em seu estado fechado, e o peso 1030 está apoiado sobre a base 1040. Guiados pelo cabo de guia 1020, a garra fechada 1000 e o cabo de guincho 1010 podem ser abaixados passando pelo receptáculo de garra 1031 do peso de armazenamento 1030. Como a garra 1000 está em seu estado fechado, ela pode ser estendida além do receptáculo de garra 1031 e para dentro do canal 1032 do peso 1030.

Com referência à Figura 10B, a garra 1000 é mostrada em seu estado aberto. Nesse estado, protuberâncias 1001 se estendem a partir do corpo da garra 1000. As protuberâncias 1001 são configuradas para engatar o receptáculo de garra 1031 do peso 1030. Como tal, quando a garra aberta 1000 e o cabo de guincho 1010 são erguidos ao longo do canal 1032, as protuberâncias 1001 engatam o receptáculo de garra 1031, e o peso 1030 é capaz de ser levantado pelo cabo de guincho 1010 (vide, por exemplo, a Figura 10C) . O levantamento do peso é guiado pelo cabo de guia 1020. 0 cabo de guia 1020 garante que os pesos de armazenamento sejam alinhados adequadamente com a base 104 0 (durante abaixamento dos pesos de armazenamento) e também controlam o levantamento dos pesos para a prateleira de armazenamento (por exemplo, prateleira 900 da Figura 9) . Por exemplo, o cabo de guia 1020 pode possibilitar que a garra 1000 rapidamente engate outra vez o peso de armazenamento 1030 quando for desejado que o peso de armazenamento 1030 seja levantado e retornado à prateleira (por exemplo, prateleira 900 da Figura 9).

Como tal, a garra 1010 pode ser usada para individualmente erguer os pesos ao longo do eixo. De uma maneira semelhante, a garra pode individualmente engatar os pesos (por exemplo, por intermédio do receptáculo de garra 1001) de tal modo que os pesos podem ser individualmente abaixados ao longo do eixo. Por exemplo, na elevação mais alta, a garra fechada é abaixada além de um receptáculo de garra de um peso selecionado e é colocada no estado aberto para engatar o receptáculo de garra. Quando o peso é liberado da prateleira (por exemplo, os engates sustentando o peso são retraídos para a prateleira), o abaixamento do cabo de guincho e da garra abaixará o peso ao longo do eixo. Quando o peso atinge a parte inferior do eixo, a garra 1000 é colocada em seu estado fechado para desengate a partir do peso. 0 cabo de guincho 1010 e a garra 1000 podem ser então erguidos para recuperar outro peso. A distribuição da massa de um peso através de múltiplos pesos pode reduzir o esforço imposto aos dispositivos tais como o guincho e o cabo de guincho. Os pesos de ligeiramente mais do que 100 toneladas cada um, quando abaixados em uma taxa de 10 metros por segundo, podem prover 10 megawatts de energia de saída. Utilizando mais do que um sistema (por exemplo, o sistema descrito com referência à Figura 7) em cooperação (ou tandem) mutuamente podem auxiliar a prover um nível mais regular de energia de saída ou um nível mais regular de disponibilidade de armazenamento com relação ao tempo.

De acordo com uma modalidade, um sistema de guincho de acionamento de fricção 110 é empregado para levantar e abaixar os pesos em um sistema empregando múltiplos pesos.

Com referência à Figura 11A, a polia de guincho 1101 é acoplada operativamente com as polias de guincho 1102 e 1103. A polia 1108 também é acoplada operativamente com as polias de guincho 1102 e 1103. As polias de guincho 1102 e 1103 são operativas para erguer e abaixar um conjunto respectivo de pesos ao longo de trilhas 1104 e 1105. Para levantar os pesos, uma ou mais das polias podem ser operativamente acopladas a uma fonte e acionamento (tal como, mas não limitada a, um motor) para receber uma força de acionamento para levantar o peso. Por exemplo, essa polia de guincho 1101 pode ser acoplada operativamente com tal fonte de acionamento. Com referência à Figura 11B, os tambores das polias de guincho 1102 e 1103 giram em direção contrária para levantar as garras 1106 e 1107. De acordo com uma modalidade, o sistema de guincho 110 utiliza garras, por exemplo, (mas não limitado) as garras similares à garra 1000, que foi descrita com referência às Figuras 10A, 10B e 10C. Por exemplo, quando a garra 1106 é engatada com um peso para abaixar o peso a partir do topo do eixo até a parte inferior do eixo, o tambor da polia de guincho 1103 é induzido a girar em uma direção no sentido horário. Simultaneamente, o tambor da polia de guincho 1102 é induzido a girar em uma direção no sentido anti-horário, desse modo erguendo a garra 1107 em direção ao topo do eixo. A manipulação das duas garras 1106 e 1107 por um único laço de cabo 1109 pode tornar o sistema de guincho 110 mais eficiente. Por exemplo, quando uma garra (por exemplo, garra 1106) está carregando um peso a partir do topo do eixo para a base, a outra garra (por exemplo, a garra 1107) estará subindo, vazia, a partir da parte inferior do eixo para o topo. A primeira garra libera o seu peso (por exemplo, na base 1110), e a segunda garra engata um peso e transporta o mesmo para a parte inferior do eixo, e assim por diante. Embora apenas quatro pesos sejam mostrados na Figura 11A, outras modalidades do sistema podem acomodar menos ou mais do que quatro pesos. Com referência à Figura 11C, é mostrada uma vista em seção transversal do eixo. Dois pesos 1109 são posicionados para movimento ao longo de sua trilha respectiva 1104 e 1105.

De acordo com certas modalidades, sistemas similares àqueles descritos acima (por exemplo, sistema 20 da Figura 2) são configurados para uso em um ambiente aquático, tal como, mas não limitado a uma grande extensão de água - por exemplo, um oceano, mar, lago profundo ou semelhante.

Com referência à Figura 12, é mostrada uma vista lateral de um sistema baseado no mar 120 de acordo com uma modalidade. O sistema inclui uma plataforma flutuante 1210. De acordo com uma modalidade exemplar, a plataforma 1210 é formada de um ou mais membros de flutuação, cilíndricos (vide, por exemplo, os membros 1211 da vista em seção transversal da Figura 12A) . De acordo com uma modalidade adicional, os membros 1211 são geralmente recipientes ocos, herméticos, fechados que contém um material menos denso do que a água (por exemplo, o ar) para aumentar a flutuação da plataforma 1210. De acordo com uma modalidade adicional, os membros cilíndricos 1211 contêm um material (por exemplo, espuma de baixa densidade) para impedir que os membros encham com água e afundem no caso de um vazamento. De acordo ainda com outra modalidade adicional, membros interiores de reforço estrutural (por exemplo, escoras) podem ser posicionados dentro dos membros cilíndricos para prover reforço estrutural adicional.

Em outras modalidades, os membros 1211 podem assumir a forma de outros formatos, tais como, mas não limitados àqueles de caixas poligonais ou de esferas.

De acordo com uma modalidade, as paredes dos membros cilíndricos são formadas de aço ou de um material adequadamente rígido e/ou durável. Uma plataforma formada pelos membros cilíndricos, como aquela descrita com referência às Figuras 12 e 12 a, é conhecida como uma plataforma do tipo "longarina". De acordo com modalidades alternativas, plataformas flutuantes podem ser formadas de acordo com outros modelos adequados.

Continuando com referência à Figura 12, a plataforma 1210 suporta uma casa de força 1200, por exemplo, em uma extremidade da plataforma. Conforme descrito com relação às modalidades anteriores, a casa de força 1200 pode incluir um guincho 1201, um motor/gerador e outro equipamento correlato. Um lastro 1220 é posicionado, por exemplo, em uma extremidade oposta da plataforma 1210 em relação à extremidade na qual está localizada a casa de força. Conforme será descrito em mais detalhe abaixo, o lastro 122 0 é para posicionamento do sistema 120 para uso operacional.

De acordo com outras modalidades, a casa de força 1200 (por exemplo, o guincho 1201, motor/gerador, equipamento relacionado) pode ser posicionada na plataforma (por exemplo, em uma câmara dentro da plataforma) para estar mais próxima do lastro 1220 de tal modo que o centro de gravidade do sistema 120 é abaixado. Como tal, o sistema pode ser submerso mais profundamente na extensão de água, e pode se tornar menos suscetível ao movimento devido às correntes de vento e água. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, a casa de força 1200 pode ser posicionada imediatamente acima do lastro 1220. Em uma modalidade onde a casa de força 12 00 está alojada em uma câmara na plataforma 1210, a câmara pode ser pressurizada e/ou vedada para impedir que água entre na câmara.

Com referência à Figura 12A, na plataforma 1210, um canal ou passagem geralmente vertical 1212 é provido geralmente no centro da plataforma. O canal pode ser definido por um membro tal como, mas não limitado a um membro cilíndrico tal como um tubo ou um eixo. O canal 1212 se estende através da plataforma 1210 para facilitar o erguimento ou abaixamento do cabo de guincho 1230, que é acoplado com o guincho 1201.

Em uma extremidade, o cabo de guincho (ou arame, corda, correia, corrente ou semelhante) 1230 é acoplado com o guincho 1201. Na extremidade oposta, o cabo de guincho 1230 é acoplado com o peso de armazenamento 1240. Como tal, o peso de armazenamento 124 0 é suspenso na água pelo cabo de guincho 1230. De acordo com uma modalidade, o peso de armazenamento 1240 é similar aos pesos de armazenamento descritos acima com relação a outras modalidades (por exemplo, peso de armazenamento 303 da Figura 3). Por exemplo, o peso de armazenamento 124 0 pode ser construído de concreto, concreto reforçado, aço, ou algum material adequadamente denso.

De acordo com uma modalidade, a plataforma 1210 é atracada no leito oceânico 1270 da extensão de água para impedir que o sistema 120 derive devido às correntes de água ou vento. De acordo com uma modalidade, a plataforma 1210 é fixada no leito oceânico 1270 por intermédio de cabos de atracação 1250. De acordo com uma modalidade, aos cabos de atracação podem ser qualquer estrutura de conexão adequada tal como, mas não limitada aos cabos, cordas, ou correntes que podem ser fixadas no leito oceânico mediante estacas, âncoras ou semelhante. Um ou mais dos cabos de transmissão elétrica 1260 podem ser providos para transportar energia liberada pelo sistema 120. De acordo com uma modalidade, os cabos de transmissão 1260 se estendem a partir da casa de força 1210 até o leito oceânico 1270, e a partir do leito oceânico para a terra para conexão com uma rede de energia elétrica (por exemplo, rede de energia elétrica 204 da Figura 2).

Em operação, o sistema da Figura 12 opera similarmente aos sistemas descritos acima com relação a outras modalidades (por exemplo, sistema 300 da Figura 3) . 0 erguimento do peso de armazenamento 1240 utilizando o guincho 1201 armazena energia no sistema 120 na forma de energia de potencial gravitacional. O abaixamento do peso de armazenamento 1240 libera a energia armazenada, gerando energia que pode ser transmitida pelo cabo de transmissão 1260.

De acordo com uma modalidade, o abaixamento do peso 1240 através da água em velocidades modestas minimiza (ou ao menos reduz) as perdas de tração. Por exemplo, uma esfera de concreto de 10 metros de diâmetro pode ter uma massa de 1.309 toneladas e, correspondentemente, pode liberar mais de 6,3 megawatts/horas de energia quando ela é abaixada através de 3.000 metros de água. Se o peso for abaixado em uma velocidade de 1 metro por segundo, a energia é liberada na taxa superior a 7,5 megawatts durante aquele período. Como tal, de acordo com um sistema modelado, estima-se que perdas de tração podem alcançar menos do que 0,3% da energia liberada. Um peso tendo um formato computado para prover melhor performance hidrodinâmica do que uma esfera (por exemplo, um peso no formato de cápsula com extremidades arredondadas tal como um peso tendo um formato do peso 1240) reduzirá ainda mais as perdas de tração.

Conforme descrito anteriormente com referência à Figura 2, um peso de um sistema pode ser abaixado (ou levantado) em duas ou mais velocidades diferentes. Conforme descrito acima com referência à Figura 3, em uma modalidade, com referência à Figura 12, uma velocidade na qual o peso 1240 é levantado pelo guincho 1201 é controlada eletronicamente. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, um motor/gerador para acionar o guincho 1201 é controlado por um circuito de controle acoplado com o motor/gerador para controlar a taxa na qual o cabo de guincho 123 0 é recolhido pelo guincho 1201. De acordo com outra modalidade, tal circuito de controle pode ser acoplado com o guincho 1201 para controlar tal taxa.

Continuando com referência à Figura 12, em uma modalidade, uma velocidade na qual o peso 124 0 é abaixado pelo guincho 1201 é controlada mediante configuração de uma frequência operacional de um gerador (por exemplo, gerador 200 da Figura 2) acoplado com o guincho. A configuração da frequência de operação para ser de certo valor correspondentemente determina a velocidade na qual o peso 1240 é abaixado. Alternativamente, se tal gerador for síncrono com uma rede de energia elétrica (por exemplo, rede de energia elétrica 204 da Figura 2) , a relação de engrenagem de uma caixa de engrenagens pode ser configurada para controlar a velocidade na qual o peso 1240 é abaixado. De acordo com uma mod8, uma caixa de engrenagens pode ser acoplada entre o guincho 1201 e o gerador (vide, por exemplo, à Figura 21). A configuração da relação de engrenagem de tal caixa de engrenagens para ser de certo valor correspondentemente determina a velocidade na qual o peso 1240 é abaixado.

Continuando com referência à Figura 12, em uma modalidade alternativa, uma velocidade na qual o peso 1240 é abaixado pelo guincho 1201 é controlada pela estrutura mecânica ou mediante uso de uma estrutura mecânica. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, uma estrutura de amortecimento (proporcionando, por exemplo, um ou mais níveis de amortecimento) é provida para controlar a taxa na qual o cabo de guincho 1230 é retirado a partir do guincho 1201. Tal estrutura de amortecimento pode incluir, mas não é limitada a um grampo ajustável que pode ser configurado para aumentar a resistência à rotação do tambor do guincho 1201. De acordo com outra modalidade, o guincho 1201 inclui uma estrutura para definir tal resistência (tal como, mas não limitada a um parafuso que pode ser apertado ou afrouxado). A estrutura de amortecimento descrita acima pode ser manualmente operável (por exemplo, a partir de um local acessível a um operador humano) ou mediante um dispositivo eletronicamente controlável tal como um acionador.

Similar ao sistema da Figura 7, um sistema baseado no mar de acordo com uma modalidade pode empregar dois ou mais pesos de armazenamento. Com referência à Figura 13, o sistema 130 inclui os pesos 1340a, 1340b, 1340c, 1340d e 1340e. Similar ao sistema da Figura 7, os pesos 1340a a 1340e podem ser individualmente erguidos e abaixados. Quando erguidos, os pesos podem ser sustentados por uma prateleira 1350 suspenso a partir da plataforma 1310. De acordo com uma modalidade, a prateleira 1350 é similar às prateleiras tal como a prateleira 900, que foi descrita com referência à Figura 9. Para liberar energia, o guincho 1301 abaixa os pesos de armazenamento, um de cada vez, e apoia os mesmos sobre uma base 1380 colocada no leito oceânico da extensão de água. Como será descrito em mais detalhe com relação à Figura 15, de acordo com uma modalidade, os pesos podem ser sustentados pela prateleira de armazenamento 1350 utilizando engates. Conforme será descrito em mais detalhe com relação à Figura 16, de acordo com uma modalidade, uma garra 1600 é usada para engatar cada peso de armazenamento 1340a, 1340b, 1340c, 1340d, 1340e para erguer e abaixar o peso através da água.

De acordo com uma modalidade, um cabo de guia 1370 (o qual pode ser similar, por exemplo, ao cabo de guia 1020 das Figuras 10A, 10B e 10C) pode ajudar a garantir que os pesos de armazenamento 1340a a 1340c sejam adequadamente alinhados com a base de descanso 1380 e possibilita que a garra 1600 rapidamente engate-se outra vez com um peso para retornar o peso para a prateleira 1350. De acordo com uma modalidade, dois ou mais sistemas tal como o sistema da Figura 13 são usados em cooperação (ou em tandem) para prover um nível mais regular de energia de saída e/ou um nível mais regular de disponibilidade de armazenamento.

Com referência à Figura 14A, é mostrada uma vista superior de um peso de armazenamento 1440 de acordo com uma modalidade. De acordo com uma modalidade, o peso 144 0 é configurado para desempenho subaquático aperfeiçoado. O receptáculo de garra 1441 é provido para se engatar com a garra (por exemplo, garra 1600 da Figura 13). Além disso, o receptáculo de garra 1441 define (ao menos em parte) o canal 1444 através do qual a garra (por exemplo, garra 1600 da Figura 13) , o cabo de guincho, e o cabo de guia (por exemplo, cabo 1370 da Figura 13) podem se estender. O peso 144 0 pode ser moldado de tal modo que a maior parte (ou grande parte) de sua massa esteja localizada em sua periferia. Em uma modalidade onde o peso tem uma seção transversal circular, a maioria (ou grande parte) de seu peso está localizada em seu aro 1442. Como tal, o peso é mais bem-adequado para diminuir o arrasto. Em outras modalidades, a porção periférica do peso 1440 pode ter outros formatos adequados. De acordo com uma modalidade, a densidade do material formando o aro 1442 pode ser maior do que a densidade do material formando a porção interior 1443 do peso. De acordo com outra modalidade, a porção interior 1443 é aberta (ou oca). 0 ar 1442 (e potencialmente outras porções do peso) pode ser construído de concreto reforçado ou de um material adequadamente forte de tal modo que o peso é mais capaz de resistir á pressão da água quando o peso está submerso significativamente abaixo da superfície da água.

Com referência à Figura 14B, é mostrada uma vista em seção transversal lateral dos pesos 1440b, 1440c, 1440d e 144Oe. De acordo com uma modalidade, os pesos são configurados para se apoiar sobre a base 1480. De acordo com uma modalidade, cada um dos pesos é configurado de tal modo que o seu centro de gravidade está localizado abaixo do receptáculo de garra 1441 para melhorar a estabilidade do peso quando ele é abaixado ou erguido através da água. De acordo com uma modalidade adicional, o peso 144 0 é aerodinâmico para suavizar a área de superfície das suas superfícies externas (tal como, mas não limitada às superfícies diretamente empurrando contra a água quando o peso é abaixado ou erguido) para minimizar (ou reduzir) o arrasto e fluido.

Uma modalidade da prateleira de armazenamento é mostrada na Figura 15. De acordo com uma modalidade, a prateleira 150 tem uma armação 1560 que é configurada para prover uma ou mais paredes adjacentes às extremidades opostas de cada um dos pesos. A armação 1560 pode incluir engates retráteis (ou pivotantes) 1562 (por exemplo, engates 1562a e 902b) que são controláveis de modo a se estender (ou pivotar) a partir da armação 1560 e retrair para dentro (ou girar de volta para) a armação 1560.

Em uma modalidade, os engates 1562 são acoplados de forma pivotante à armação. Em uma modalidade adicional, os engates podem ser pivotados entre uma primeira posição (um estado estendido) na qual uma porção do engate se estende lateralmente além da largura da armação e uma segunda posição (um estado retraído) na qual o engate está geralmente alinhado com ou dentro dos limites da armação.

Os engates são controláveis de modo a serem colocados no estado estendido ou no estado retraído. De acordo com uma modalidade, o controle dos engates é similar àquele descrito com relação aos engates 902 da Figura 9. Por exemplo, os engates 1562 podem ter acionadores que são controláveis para seletivamente girar o engate. Em uma modalidade adicional, os acionadores são manualmente controláveis por intermédio, por exemplo, de alavancas ou de um interruptor que é capaz de ser manualmente operado, por exemplo, conforme descrito acima com relação à Figura 9. De acordo com outra modalidade adicional, os acionadores são controláveis eletronicamente de uma maneira similar ao controle eletrônico dos acionadores dos engates 902 da Figura 9.

Os engates 1562a e 1562b são configurados para sustentar pesos na prateleira de armazenamento 150. Os engates 1562a são mostrados em um estado estendido para sustentar o peso de armazenamento 1540. De acordo com uma modalidade, no estado estendido, os engates engatam um detalhe de superfície (tal como, mas não limitado, a uma superfície inferior) do peso. Os engates 1562b são mostrados em um estado retraído. Contudo, os engates 1562b podem ser estendidos para sustentar um próximo piso que é erguido.

De acordo com outra modalidade, os engates 1562 são configurados para se estender a partir da armação 1560 e retrair para dentro da mesma, similar à configuração dos engates 902, que foram descritos com referência à Figura 9. A operação da garra 1600 é descrita agora em mais detalhe com referência às Figuras 16A, 16B e 16C. Em uma modalidade, a garra 1600 é similar à garra 1000, que foi descrita com referência às Figuras 10A, 10B e 10C. Por exemplo, similar à garra 1000, a garra 1600 tem um corpo central 1600a e um ou mais membros projetados 1600b. Adicionalmente, a garra 1600 também pode ter um canal interno através do qual um conector tal como, mas não limitado a um cabo ou arame, pode se estender. Adicionalmente, em uma modalidade, os membros projetados 1600b são acoplados de forma pivotante ao corpo central 1600a. Em uma modalidade adicional, os membros projetados são pivotantes entre uma primeira posição (um estado aberto) na qual uma porção do membro se estende lateralmente além da largura do corpo central e uma segunda posição (estado fechado) na qual o membro é geralmente alinhado com, ou dentro dos limites do corpo central.

De acordo com uma modalidade, a operação da garra 1600 é similar à operação previamente descrita com referência à garra 1000 das Figuras 10A, 10B e 10C. A garra 1600 pode ser posicionada na extremidade do cabo de guincho 1661. A garra 1600 pode ser configurada para ser colocada em um estado fechado ou em um estado aberto de uma maneira similar àquela descrita com relação à garra 1000 das Figuras 10A, 10B e 10C. Além disso, em uma modalidade, o controle do estado da garra 1600 e o controle do estado dos engates (por exemplo, engates 1562 da Figura 15) são coordenados de uma maneira similar àquela descrita com relação aos engates 92 e à garra 1000. O cabo de guia 1670 se estende através de um canal na garra 1600 e ao menos uma porção do cabo de guincho 1661. A posição do cabo de guia 1670 pode ser fixada de forma estável mediante fixação de uma extremidade do cabo de guia na base 1680.

Com referência à Figura 16A, o engate de um peso que está sendo abaixado é mostrado. A garra 1600 está em seu estado aberto. Nesse estado, protuberâncias 1601 se estendem a partir do corpo da garra 1600. As protuberâncias 1601 são configuradas para engatar o receptáculo de garra 1641 do peso 1640. Como tal, quando a garra 1600 é aberta, as protuberâncias 1601 engatam o receptáculo de garra 1641, e o peso 1640 pode ser abaixado com o cabo de guincho 1661. 0 abaixamento do peso 1640 é guiado pelo cabo e guia 1670. O cabo de guia 1670 pode garantir que o peso de armazenamento seja adequadamente alinhado propriamente com a base de descanso 1680 e também pode possibilitar que a garra 1600 se engate outra vez, mais rapidamente com o peso quando for desejado que o peso seja retornado à prateleira (por exemplo, a prateleira 15 da Figura 15). Com referência à Figura 16B, o peso 1640 é abaixado para descansar sobre a base 1680.

Com referência à Figura 16C, a garra 1600 é configurada para liberar o peso 164 0 de modo que a garra 1600 e o cabo de guincho 1661 podem ser erguidos para recuperar um próximo peso. A garra 1600 está em uma posição fechada. Como a garra 1000 está em seu estado fechado, ela pode se desengatar do receptáculo de garra 1641 do peso 1640. Como resultado, a garra 1600 e o cabo de guincho 1661 podem ser erguidos para deixar o peso 1640 permanecendo em sua posição de descanso (por exemplo, sobre a base 1680).

Como tal, a garra 1600 pode ser usada para individualmente abaixar os pesos através da água. Entende- se que, de uma forma similar, a garra pode ser usada para individualmente erguer os pesos através da água. Conforme descrito previamente com relação à Figura 15, quando o peso é erguido para a prateleira de armazenamento, ele pode ser sustentado pela prateleira (por exemplo, utilizando-se os engates mostrados na Figura 15).

De acordo com uma modalidade, um sistema (por exemplo, o sistema da Figura 13) pode ser configurado de modo a ser acionado por energia renovável assim como fontes mais convencionais tais como hidrocarbonetos para levantar os pesos nos momentos desejáveis.

Com referência à Figura 17, um sistema 170 pode incluir um gerador de energia de turbina eólica 1600. O gerador 1700 é para gerar energia para acionar o guincho 1720 para levantar o peso 1720 através da água. Como tal, a energia eólica capturada pelo gerador de energia de turbina eólica 1700 pode ser armazenada no sistema 170 como potencial energia gravitacional. A energia armazenada pode ser liberada em um momento posterior (por exemplo, quando a demanda por energia for maior).

Locais oceânicos, incluindo locais localizados relativamente distantes da terra, podem ser apropriados para uma turbina eólica, tal como a turbina eólica 1700. Se o local estiver localizado relativamente distante da terra, a turbina eólica pode estar além da faixa visível e/ou audível a partir da terra. Portanto, os observadores em terra provavelmente tenderíam a não ver a turbina como um "algo feio de ser visto" e/ou como uma fonte significativa de poluição mediante ruído. Adicionalmente, locais podem ser escolhidos de modo a estarem afastados de rotas prováveis ou conhecidas mais frequentemente usadas pelas aves em migração. Portanto, é menos provável que a operação da turbina venha a afetar a vida selvagem. Tais locais podem ser selecionados para minimizar o impacto ambiental.

Além disso, como o sistema da Figura 17 proporciona uma superfície (por exemplo, uma superfície da estrutura de plataforma 173 0 tal como uma superfície da casa de força 1710) para sustentar a turbina 1700, uma plataforma separada para sustentar a turbina eólica não é exigida, reduzindo-se assim os custos tipicamente associados com a instalação de uma turbina eólica em alto-mar ("offshore"). A plataforma 1730 pode ser configurada para ser suficientemente flutuante para sustentar o peso da turbina 1700 de modo que as pás da turbina acima da água durante operação. Um lastro 1740 na parte inferior da plataforma 1730 ajuda a manter o sistema 170 em uma posição operacional.

Conforme descrito anteriormente, ao menos parte da energia capturada pela turbina eólica 1700 pode ser armazenada e subsequentemente liberada em um momento mais adequado para produzir um nível mais equilibrado de energia de saída com o passar do tempo. Como tal, a turbina eólica é desse modo convertida a partir de uma fonte de energia relativamente intermitente que poderia prover energia de um valor apenas relativamente baixo (por exemplo, energia que é capturada durante os períodos fora de pico) para uma fonte de energia despachável que fornece energia de um valor relativamente superior (por exemplo, energia que é provida durante períodos de pico). Em outras palavras, a energia eólica que é capturada durante os períodos de baixa demanda de energia, tal como tarde da noite, pode ser armazenada no sistema. A energia armazenada pode ser liberada (por exemplo, para uma rede de energia elétrica) durante os períodos de elevada demanda de energia, quando a energia é muito mais valiosa.

De acordo com uma modalidade, um sistema tal como o sistema da Figura 17 pode ser configurado para transporte conveniente e instalação no mar. As Figuras 18A e 18B, respectivamente, mostram vistas, superior e lateral, de um sistema de acordo com tal modalidade. Como será descrito em mais detalhe abaixo, o sistema 180 pode ser posicionado em seu lado (por exemplo, na posição ilustrada na Figura 18B), por exemplo, para transporte, armazenamento, ou manutenção, em terra e em dique seco. O sistema 180 pode ser configurado de tal modo que equipamento pesado tais como guindastes podem não ser exigidos para mover o sistema.

Com referência à Figura 18, o sistema 180 inclui uma longarina 1850, dispositivos de flutuação 1830, uma turbina eólica 1890 incluindo torre 1810, suportes de torre 1800, pistão deslizável 1880 e tanque de lastro 1840. De acordo com uma modalidade, a longarina 1850 tem um cilindro 1860 dimensionado para receber a torre 1810. De acordo com uma modalidade adicional, a longarina 1850 é similar em estrutura à longarina 1210, o qual foi descrito com referência à Figura 12. Por exemplo, a longarina 1850 pode incluir um ou mais membros de flutuação, cilíndricos que podem ser similares aos membros 1211, os quais também foram descritos com referência à Figura 12. Os dispositivos de flutuação 1830 também podem ser similares aos membros 1211. A turbina eólica 1890 inclui pás e torre 1810 que sustentam as pás da turbina. De acordo com uma modalidade, os dispositivos de flutuação 1880 são similares em estrutura aos membros 1211. Os suportes de torre podem incluir uma estrutura maleável que pode ser configurada para ter um formato de acordo com um objeto adjacente (por exemplo, a torre 1810).

De acordo com uma modalidade, o sistema 180 é configurado de tal modo que a torre de turbina eólica 1810 é retraída para dentro de um cilindro (por exemplo, um cilindro central) 1860 da longarina 1850. Uma extremidade da torre 1810 é acoplada com um pistão deslizável 1880. Em uma modalidade, os suportes de torre 1800 podem ser providos de forma removível na entrada para o cilindro 1860 para sustentar a torre 1810 (por exemplo, para minimizar oscilação durante transporte). Em uma modalidade, um tanque de lastro 1840 está localizado na extremidade oposta da longarina 1850. Em uma modalidade adicional, boias de estabilização 1830 são fixadas de forma removível em cada lado da longarina 1850 para estabilizar a plataforma durante transporte. Continuando com referência à Figura 18A, o sistema ilustrado está pronto para ser transportado (por exemplo, rebocado) para um local de instalação (por exemplo, um local de instalação localizado em alto-mar ("offshore")).

Com referência à Figura 18D, o sistema ilustrado está no local de instalação aquática e pronto para ser instalado no local.

Um procedimento para instalar a plataforma para operação será descrito agora com referência às Figuras 19A, 19B e 19C. Com referência à Figura 19A, o tanque de lastro 1840 pode ser configurado para admitir água 1900. Quando o tanque de lastro 1840 continua a admitir água, o centro de gravidade de longarina 1850 muda de acordo. A mudança no centro de gravidade faz com que a extremidade lastrada da longarina 1850 afunde mais profundamente na água (vide, por exemplo, as Figuras 19A e 19B) . O tanque de lastro 1840 é configurado para admitir uma quantidade suficiente de água de tal modo que a posição de equilíbrio da longarina é uma posição vertical (vide, por exemplo, a Figura 19C). Quando a longarina 1850 fica na vertical, conforme mostrado na Figura 19C, ele pode ser então posicionado no local desejado e então atracado no leito oceânico da extensão de água de modo que a sua posição é fixa. Um ou mais pesos de armazenamento podem ser acoplados para operação com o sistema de tal modo que a potencial energia gravitacional pode ser armazenada no sistema. Por exemplo, um ou mais pesos de armazenamento podem ser acoplados de acordo com uma configuração similar àquela ilustrada na Figura 17. O procedimento para instalar a plataforma para operação será descrito agora adicionalmente com referência às Figuras 20A, 20B e 20C. Conforme descrito previamente, a torre 1810 é posicionada em um cilindro 1860 no centro da longarina 1850, e a extremidade inferior da torre 1810 é acoplada com um pistão deslizável 1880. O pistão 1880 é induzido a deslizar para cima, desse modo empurrando a torre 1810 em uma direção para cima (vide, por exemplo, às Figuras 20B e 20C). De acordo com uma modalidade, o pistão 1880 é induzido a deslizar para cima quando o ar é bombeado para dentro do cilindro 1860, no local abaixo do pistão 1880 (entre o pistão 1880 e o tanque de lastro 1840) . Um orifício de entrada de ar adequado (não mostrado) pode ser provido na longarina para conexão com uma fonte de ar pressurizado (não mostrada). O deslizamento do pistão 1880 pode ser continuado até que a torre 1810 alcance a sua posição completamente estendida. A entrada de ar pode ser vedada após o pistão 1880 ser deslizado para sua posição estendida. De acordo com uma modalidade, a torre 1810 alcança a sua posição completamente estendida quando o pistão 1880 atinge a extremidade da longarina 1850 (vide, por exemplo, a Figura 20C). A torre 1810 pode ser aparafusada ou de outro modo adequadamente fixada no local.

De acordo com técnicas conhecidas, uma torre de turbina eólica, a qual pode ser de mais de 100 metros de altura, requer guindastes extremamente altos e dispendiosos para erguer a torre e guinchar a nacela e pás de turbina da torre. Isso seria especialmente difícil e dispendioso em águas oceânicas profundas, onde as ondas podem ser grandes e os ventos podem ser fortes. Como contraste, o procedimento descrito com referência às Figuras 19A, 19B, 19C, 20A, 20B e 20C podem não exigir tal equipamento, desse modo economizando tempo e custo. Além disso, certas etapas no procedimento podem ser reversíveis. Por exemplo, a torre 1810 pode ser abaixada (por exemplo, retraída) de volta para dentro do cilindro 1860 - por exemplo, para colocar a nacela mais próxima da água onde a substituição de componentes defeituosos pode ser realizada mais facilmente.

Conforme descrito anteriormente, turbinas eólicas com sistemas de armazenamento de energia, como aqueles revelados aqui com referência a certas modalidades, podem proporcionar economias significativas de custo. A energia do vento pode ser usada para girar um rotor em um motor/gerador para gerar energia elétrica a ser usada para levantar um ou mais pesos. Alternativamente, com referência à Figura 21, uma turbina eólica 2110 é acoplada diretamente de forma mecânica com um sistema de armazenamento de eixo (por exemplo, um sistema similar ao sistema de armazenamento da Figura 13) , permitindo uso direto da energia eólica para guinchar o peso de armazenamento 2130 por intermédio do guincho 2120. Isto é, a rotação do rotor da turbina 2110 faz com que gire uma ou mais engrenagens da caixa de engrenagens 2140. A rotação das engrenagens faz com que gire o tambor do guincho 2120, desse modo levantando o peso 2130. O acoplamento de um gerador entre a turbina 2110 e o guincho 2120 pode não ser exigido, desse modo economizando custos e tornando o projeto do sistema 210 mais simples e menos complexo. Como descrito anteriormente, tal sistema facilita a liberação da energia eólica capturada (por exemplo, para uma rede de energia elétrica) em uma base conforme necessário, mais propriamente do que apensa quando o vento sopra. Como resultado, o valor da energia eólica pode ser substancialmente aumentado.

Uma representação esquemática de um sistema combinado 220 de acordo com outra modalidade é mostrada na Figura 22. No sistema 220, a turbina eólica 2200 aciona uma bomba hidráulica 2210, a qual bombeia o fluido hidráulico (por exemplo, fluido hidráulico de alta pressão) através de uma mangueira de pressão 2220 para um motor hidráulico 2230. 0 motor hidráulico 2230 aciona o guincho 2240 para levantar o peso de armazenamento 2250. De acordo com uma modalidade, quando o peso de armazenamento 2250 é abaixado, o guincho 2240 é girado para girar uma ou mais engrenagens da caixa de engrenagens 2270. A rotação das engrenagens é convertida em energia elétrica pelo gerador 2260. De acordo com uma modalidade adicional, duas ou mais linhas hidráulicas tal como mangueira de pressão 2220 podem ser acopladas em conjunto para acionar o motor hidráulico 2230, facilitando assim o acionamento do guincho 2240 utilizando a saída de mais do que uma turbina eólica.

Outra modalidade da invenção será descrita agora com referência às Figuras 23A e 23B. O sistema 230, nas Figuras 23A e 23B, inclui uma estrutura de eixo 2320 incluindo, por exemplo, mas não limitada a um tubo geralmente cilíndrico feito de um material adequadamente rígido, tal como, mas não limitado a material metálico, plástico ou compósito ou semelhante. O tubo tem um canal central no qual um peso 2310 é sustentado para movimento entre uma primeira posição (mostrada na Figura 23B) e uma segunda posição (mostrada na Figura 23A) . O sistema 23 0 inclui também uma bomba 234 0, uma tubulação 2360 e um motor/gerador 2350. De acordo com uma modalidade, a tubulação inclui, mas não é limitada a uma estrutura semelhante a tubo feita de material adequadamente rígido, tal como, mas não limitado a metal, plástico, material compósito ou semelhante. O peso 2310 é dimensionado para deslocamento dentro do canal da estrutura de eixo 2320. Em uma modalidade, o peso é feito de um material adequadamente denso tal como, mas não limitado ao concreto, aço ou semelhante. As vedações de pressão 2320 são dimensionadas para ao menos cobrir uma lacuna entre o peso 2310 e a periferia interna da estrutura de eixo 2320 para formar uma vedação impermeável à água entre as mesmas. De acordo com uma modalidade, as vedações de pressão são formadas de um material flexível, durável tal como, mas não limitado, ao plástico, borracha ou semelhante. A operação do sistema 2300 é similar àquela do sistema da Figura 2 em que o sistema 2300 também armazena potencial energia gravitacional utilizando um peso de armazenamento que é induzido a ser levantado e abaixado. Com relação à modalidade da Figura 23A, o peso 2310 é posicionado no canal da estrutura de eixo 2320 que facilita o influxo e o fluxo de saída de um fluido hidráulico. Para facilidade de descrição, a estrutura de eixo 2320 será referida como um tubo de armazenamento. De acordo com uma modalidade, o fluido hidráulico é água. Continuando com referência à Figura 23A, o peso 2310 é dimensionado para ser posicionado de forma deslizante dentro do tubo 2320. De acordo com uma modalidade, o peso 2310 é dimensionado para encaixar estreitamente, mas de forma deslizante dentro dos confins do tubo 2320. Como tal, o tamanho do peso pode ser maximizado para aumentar a quantidade de potencial energia gravitacional que pode ser capturada pelo peso, sem afetar significativamente a liberdade de deslocamento do peso dentro do tubo 2320. De acordo com uma modalidade adicional, uma vedação de pressão 2330 pode ser provida no peso 2310 para impedir que o fluido hidráulico flua além da vedação 2330. Conforme mostrado na Figura 23A, a vedação 2330 é disposta na extremidade inferior 2310A do peso 2310. Em outras modalidades, a vedação 2330 pode ser disposta na extremidade superior 2310B do peso 2310, ou entre a extremidade inferior 2310A e a extremidade superior 2310B.

Continuando com referência à Figura 23A, uma bomba (ou bomba-turbina) 2340 é conectada pelo tubo 2360 ao topo e base do tubo 2320, e é conectado através de um eixo de acionamento a um motor/gerador elétrico 2350. Conforme mostrado na Figura 23A, a bomba 2340 é posicionada próxima à extremidade superior do tubo 2320. Em outras modalidades, a bomba 2340 é posicionada próxima à extremidade inferior do tubo 2320, ou entre as extremidades, superior e inferior. O motor/gerador 2350 também é conectado a uma fonte externa de energia elétrica, tal como a rede de energia elétrica 2380, por exemplo, por intermédio da subestação 2370.

Em operação, quando energia elétrica é provida pela fonte externa 2380 ao motor/gerador 2350, o motor/gerador 2350 aciona a bomba 2340 para aumentar a pressão do fluido hidráulico ao longo da direção indicada nas setas da Figura 23A na tubulação 2360. Como resultado, a pressão no fluido abaixo do peso 2310 é aumentada, forçando o peso 2310 a subir em direção à extremidade superior do eixo 2320. Como tal, a potencial energia gravitacional é armazenada no sistema 230 (vide, por exemplo, a configuração da Figura 23B) . De acordo com uma modalidade, quando o peso 2310 alcança uma posição elevada (tal como, mas não limitada à posição da Figura 23B), os engates, conforme descrito acima, válvulas no tubo 2360 ou no tubo 2360, uma trava na bomba-turbina ou outra estrutura adequada são operados para manter a pressão do fluido hidráulico sustentado o peso 2310. Por exemplo, similar aos engates anteriormente descritos, tais estruturas podem ser operadas manualmente e/ou eletronicamente.

De acordo com outras modalidades, ar ou outro material gasoso pode ser usado mais propriamente do que (ou em combinação com) um liquido no eixo 2320 para empurrar o peso 2310 em uma direção para cima. De acordo com essa modalidade, um compressor de ar pode ser usado em vez da (ou além da) bomba 234 0 para aumentar a pressão do ar, desse modo levantando o peso 2310. A liberação de energia armazenada no sistema 230 será descrita agora em mais detalhe com referência à Figura 23B. Em uma modalidade, as estruturas de manutenção (por exemplo, engates, válvulas, ou travas) são operadas para liberar a pressão do fluido hidráulico sustentando o peso 2310. Quando o peso 2310 é deixado cair em direção à extremidade inferior do eixo 2320, a massa do peso força o líquido a fluir para fora através do tubo 2320 e através da tubulação 2360 na direção das setas indicadas na Figura 23B na tubulação 2360. O fluxo de líquido aciona a bomba 2340, o que faz com que o gerador 2350 produza energia elétrica a ser transmitida, por exemplo, para a rede de energia elétrica 2380. Nas modalidades empregando substância gasosa (tal como, mas não limitada ao ar) em vez de um líquido, o peso que cai 2310 faz com que o ar embaixo do peso 2310 e na tubulação 2360 seja pressurizado. O ar pressurizado aciona a bomba/turbina 234 0, o que faz com que o gerador 2350 produza energia elétrica.

De acordo com uma modalidade empregando um líquido como o material pressurizado, o líquido é selecionado/configurado para reduzir as perdas de energia operacional que podem ocorrer no sistema. Por exemplo, em uma modalidade, a composição do líquido é modificada mediante adição de polietileno-óxido ou uma substância similar ao líquido (por exemplo, água) para diminuir a turbulência que pode ser experimentada pelo peso em movimento 2310 e para diminuir a quantidade de fricção causada pelo deslizamento da vedação de pressão 2330 contra o tubo 2320. De acordo com ainda outra modalidade, pode ser usado um líquido diferente de água. Por exemplo, petróleo pode ser usado porque ele tem uma densidade inferior a da água. Portanto, o uso de petróleo pode aumentar a flutuação negativa e a capacidade de armazenamento efetivo proporcionado pelo peso 2310 em uma base por metro cúbico. Além disso, a substituição de água por petróleo diminuiría a fricção causada pelo deslizamento da vedação de pressão 2330 contra o tubo 2320.

Como descrito anteriormente com referência à Figura 2, um peso de um sistema pode ser abaixado (ou erguido) em duas ou mais diferentes velocidades. Com referência à Figura 23A, em uma modalidade, uma velocidade na qual o peso 2310 é erguido pelo fluido é controlada eletronicamente. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, o motor/gerador 2350 para acionar a bomba-turbina 2340 é controlado por um circuito de controle acoplado com o motor/gerador para controlar o nível de pressão de fluido que é produzida. De acordo com outra modalidade, tal circuito de controle pode ser acoplado com a bomba-turbina 2340 para controlar tal taxa.

Continuando com referência à Figura 23A, em uma modalidade, uma velocidade na qual o peso 2310 é abaixado ao longo do tubo 2320 é controlada mediante configuração de uma frequência de operação do gerador 2350. A configuração da frequência de operação para ser de certo valor correspondentemente determina a velocidade na qual o peso 2310 é abaixado. Alternativamente, se o gerador 2350 for síncrono com a rede de energia elétrica 2380, a relação de engrenagens de uma caixa de engrenagens pode ser configurada para controlar a velocidade na qual o peso 2310 é abaixado. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, uma caixa de engrenagens pode ser acoplada entre a bomba-turbina 2340 e o gerador 2350 (similar à configuração ilustrada na Figura 21) . Configurar a relação de engrenagem de tal caixa de engrenagens para ser de certo valor correspondentemente determina a velocidade na qual o peso 2310 é abaixado.

Continuando com a Figura 23A, em uma modalidade alternativa, uma velocidade na qual o peso 2310 é abaixado ao longo do tubo 2320 é controlada mediante, ou utilizando uma estrutura mecânica. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, uma estrutura de amortecimento (proporcionando, por exemplo, um ou mais níveis de amortecimento) é provida para controlar a taxa na qual o fluido é forçado para fora do tubo 2320 e para dentro do tubo 2360. Tal estrutura de amortecimento pode incluir, mas não é limitada a uma válvula controlando tal influxo para o tubo 2360. De acordo com outra modalidade, a bomba-turbina inclui uma estrutura para estabelecer uma taxa de influxo a partir do tubo 2360 e para a bomba-turbina. A estrutura de amortecimento descrita acima pode ser operável manualmente (por exemplo, a partir de um local acessível a um operador humano) ou por intermédio de um dispositivo eletronicamente controlável tal como, mas não limitado a um acionador de válvula.

De acordo com outra modalidade (similar às modalidades respectivas das Figuras 7 e 13), múltiplos pesos são utilizados. Em algumas instâncias, bombas (ou bomba-turbina) tal como a bomba 2340 da Figura 23A pode acomodar apenas até certo nivel de pressão de água ou "altura de carga" . Como o nível da pressão de água produzida por um peso (por exemplo, o peso 2310 da Figura 23A) é determinado pela densidade e altura do peso, um peso suficientemente grande e denso pode potencialmente produzir mais pressão de água do que a bomba pode confortavelmente manejar. Mediante uso de múltiplos pesos, cada um dos quais é dimensionado para produzir um nível de pressão de água que pode ser acomodado pela bomba, aumentos incrementais na pressão de água podem ser mantidos dentro de níveis confortáveis.

Na modalidade ilustrada nas Figuras 23A e 23B, um tubo 2320 e um tubo 2360 são mostrados. Em outras modalidades, uma configuração paralela de dois ou mais tubos similar ao tubo 2320 (cada um tendo um peso similar ao peso 2310 contido nesse lugar) podem ser acoplados entre a bomba-turbina 2340 e o tubo 2360. Em outras modalidades, uma configuração paralela de dois ou mais tubos similares ao tubo 2360 pode ser acoplada entre o tubo 2320 e a bomba-turbina 2340. Em ainda outras modalidades, uma configuração paralela de dois ou mais tubos similar ao tubo 2320 (cada um tendo um peso similar ao peso 2310 contido nesse lugar) pode ser acoplada entre a bomba-turbina 2340 e uma configuração paralela de dois ou mais tubos similares ao tubo 2360. A operação das modalidades descritas nesse parágrafo pode ser similar à operação previamente descrita com referência às Figuras 23A e 23B.

Com referência à Figura 24, é mostrado um sistema empregando múltiplos pesos. 0 sistema 240 inclui motor/gerador 2450, bomba-turbina 2440, tubo 2420, tubo de retorno 2460, e vedações de pressão 2330. Em uma modalidade, uma ou mais dessas estruturas é similar à estrutura(s) correspondente no sistema da Figura 23. O sistema 240 inclui também uma pluralidade de pesos 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, e 2410e. Conforme descrito com outros pesos nessa revelação, os pesos 2410a-c podem ser formados de um material adequadamente denso (por exemplo, aço, concreto, ou semelhante) . Em uma modalidade, cada um dos pesos inclui uma válvula 2412. Cada um dos pesos 2410a, 2410b, 2410c, 2410d e 2410e define um canal interno 2411 através do qual uma substância líquida tal como, mas não limitada à água, pode passar. De acordo com uma modalidade, os pesos 2410a-2410e podem ser sustentados por uma prateleira de armazenamento (não mostrada) localizada no topo do tubo 2420 e similar à prateleira 900 descrita com referência à Figura 9. Além disso, tal prateleira pode incluir engates (por exemplo, engates similares aos engates 902, os quais foram descritos com referência à Figura 9) que são conf iguráveis para reter os pesos no lugar na prateleira.

Em conjunto com os engates similares aos engates 902 da Figura 9, as válvulas 2412 são conf iguráveis para posicionar os pesos, conforme desejado. Válvulas 2412 de pesos 2410a-2410b são mostradas em um estado aberto. De acordo com uma modalidade, no estado aberto, as válvulas foram configuradas para retrair (ou pivotar) para abrir o canal interno 2411 em uma extremidade (por exemplo, a extremidade inferior do canal) de tal modo que o líquido pode entrar no canal naquela extremidade. Como tal, os pesos correspondentes não são configurados para movimento controlado ao longo do tubo 2420. A válvula 2412 do peso 2410 é mostrada em um estado fechado. De acordo com uma modalidade, no estado fechado, a válvula foi configurada para se estender (ou pivotar) para fechar o canal interno 2411 em uma extremidade (por exemplo, a extremidade inferior do canal) de tal modo que o líquido não pode entrar no canal naquela extremidade. Similar ao controle dos membros projetados da garra 1000, conforme descrito com referência à Figura 10, as válvulas 2412 são controláveis de modo a serem colocadas no estado aberto ou fechado. De acordo com uma modalidade, as válvulas têm acumuladores que, em uma modalidade adicional, são manualmente controláveis ou eletronicamente controláveis.

Conforme descrito acima, cada um dos pesos pode incluir uma válvula operável 2412, a qual (em seu estado aberto) proporciona entrada de líquido no volume interno 2411. Quando a válvula 2412 é fechada, a válvula 2412 impede a entrada do líquido no volume interno. O armazenamento de energia e a liberação acompanhante e energia armazenada no sistema da Figura 24 podem ser conduzidos de uma maneira similar àquela descrita com referência âs Figuras 23A e 23B.

Com referência à Figura 24, durante ambas as fases de operação, de armazenamento de energia e de liberação de energia, a válvula 2412 no peso (ou pesos) que é selecionado para ser erguido (ou abaixado) no eixo 2420, é colocada em seu estado fechado (vide, por exemplo, a válvula 2412 do peso 2410e na Figura 24, a qual está em um estado fechado. Como resultado, o peso 2410e se desloca em uma direção no sentido para baixo ao longo do tubo 242 0, aumentando assim de forma incrementai a pressão do líquido fornecido à bomba-turbina 2440.

Além disso, durante ambas as fases de operação, de armazenamento de energia e de liberação de energia, a válvula 2412, no peso (ou pesos) que é selecionado para permanecer estacionário, é colocada em seu estado aberto (vide, por exemplo, a válvula 2412 do peso 2410a na Figura 24) . Como resultado, a posição do peso 2410a no tubo 2420 permanece geralmente estável.

Nas modalidades descritas acima, a pressão do líquido é produzida sob um corpo (por exemplo, o peso 2310 da Figura 2 3A) que é formado de um material que tem uma densidade superior àquela do líquido fluindo no tubo. Além disso, a pressão do líquido pode ser produzida acima de um corpo - por exemplo, um corpo formado de um material que tem uma densidade que é inferior àquela do líquido fluindo no tubo. Tal pressão pode ser formada no sistema 250, o qual será descrito agora com referência à Figura 25. 0 sistema inclui motor/gerador 2550, bomba-turbina 2540, peso 2510, vedações de pressão 2530 e tubo 2520. Em uma modalidade, um ou mais dessas estruturas é similar à estrutura(s) correspondente no sistema da Figura 23. 0 sistema inclui também estrutura de eixo 2560. O eixo 2560 inclui, por exemplo, mas não é limitado, geralmente a um tubo cilíndrico feito de um material rígido adequado, tal como, mas não limitado a metal, plástico, um material compósito ou semelhante. O eixo 2560 tem um canal central no qual um recipiente 2570 é sustentado para movimento entre uma primeira posição (mostrada na Figura 25) e uma segunda posição em uma extremidade superior do tubo 2560 (não mostrado) . 0 recipiente 2570 pode ter um formato de uma cápsula, cilindro, esfera, uma caixa, ou outros formatos.

De acordo com uma modalidade, o recipiente 2570 é geralmente um recipiente fechado, geralmente oco, impermeável â água que contém um material menos denso do que o líquido de pressurização (por exemplo, ar). De acordo com uma modalidade, o recipiente 2570 é um recipiente de ar, e a pressão do ar dentro do recipiente 2570 pode ser configurada para compensar a pressão externa do líquido para impedir o colapso do recipiente 2570. Vedações de pressão 2580 são posicionadas no recipiente 2570. Similar em função às vedações 2330 da Figura 23, as vedações de pressão 2580 de uma modalidade são dimensionadas para ao menos cobrir uma lacuna entre o recipiente 2570 e a periferia interna do tubo 2560 para formar entre os mesmos uma vedação impermeável à água.

Com referência à Figura 25, para liberar a energia armazenada, um sistema facilita o movimento no sentido para baixo do peso 2510, o qual, similar ao peso 2310 da Figura 23A, é composto de um material que é mais denso do que o líquido sob o peso 2510. A força de pressurização causada pelo movimento no sentido para baixo do peso 2510 ao longo do eixo 2520 pode ser aumentada pela força de pressurização causada pelo movimento ascendente do recipiente flutuante 2570 ao longo do eixo 2560. O recipiente 2570 contém um material que é menos denso do que o líquido fluindo nos eixos 2520 e 2560.

Em uma modalidade alternativa, o sistema emprega o recipiente flutuante 2570, mas não o peso 2510 no armazenamento de energia e na liberação da energia armazenada. Similar às modalidades previamente descritas, o recipiente 2570 dessa modalidade alternativa contém um material que tem uma densidade inferior a do líquido circundante. A energia é armazenada quando a turbina aumenta a pressão do fluido ao longo de uma direção oposta às setas indicadas na Figura 23A no eixo 2540. Como resultado, a pressão no fluido acima do recipiente 2530 é aumentada, empurrando o recipiente 2530 em direção à extremidade inferior do eixo 2540. Como tal, a energia é armazenada no sistema 250 (vide, por exemplo, a configuração da Figura 25).

Com referência à Figura 26, é mostrada outra modalidade. Características dessa modalidade incluem uma estrutura integrada que pode ser configurada de forma relativamente compacta. Nessa modalidade, um sistema 260 inclui motor/gerador 2650, bomba-turbina 2640, um tubo de retorno 2660 e vedações de pressão 2630. Em uma modalidade, uma ou mais dessas estruturas é similar à estrutura(s) corresponde no sistema da Figura 23. O sistema 260 inclui também um tubo 2620. O tubo de armazenamento 2620 inclui, sem limitação, um tubo geralmente cilíndrico feito de material adequadamente rígido tal como, mas não limitado a metal, plástico, um material compósito ou semelhante. 0 tubo cilíndrico do tubo de armazenamento 2620 define um canal interno através do qual se estende pelo menos uma porção do tubo de retorno 2660. Em uma modalidade, o peso 2610 é dimensionado para se deslocar dentro do tubo 2620 e, como tal, tem um formato que se conforma geralmente a um volume interno do tubo 2620. De acordo com uma modalidade, vedações de pressão deslizantes 2630 são posicionadas no peso 2610 para ao menos cobrir uma lacuna entre o peso 2610 e o tubo de armazenamento 2620. As vedações 2630 impedem que fluido pressurizado flua além da vedação.

Na configuração ilustrada na Figura 26, energia é liberada quando o peso 2610 se desloca em uma direção no sentido para baixo ao longo do tubo 2620. A massa do peso 2610 força o líquido a fluir para fora através do tubo 2620 e através do tubo 266 0 na direção das setas indicadas na Figura 26 no tubo 2660. O fluxo do líquido aciona a bomba 2640, que faz com que o motor/gerador 2650 produza energia elétrica a ser transmitida, por exemplo, para uma rede de energia elétrica.

De acordo com uma modalidade adicional, o tanque de pressão 2670 é provido em uma extremidade do tubo de armazenamento 2620. O tanque de pressão 2670 pode conter ar comprimido ou um gás adequado. Como tal, o tanque de pressão 2670 permite que a pressão absoluta na saída de turbina seja aumentada, impedindo assim a cavitação e o dano resultante aos componentes de turbina.

De acordo com uma modalidade, a energia eólica pode ser usada para acionar sistemas incluindo sistemas tal como o sistema 260 da Figura 26. Com referência à Figura 27, é mostrada uma representação esquemática de uma modalidade de um sistema acionado pelo vento 270. De acordo com essa modalidade, a turbina eólica 2700 aciona uma bomba hidráulica 2770 para bombear fluido hidráulico (por exemplo, água) através de uma mangueira de pressão 2780 e para o tubo de retorno 2760. A pressão da água força o peso 2710 a se deslocar para cima ao longo do tubo de armazenamento 2720. O uso da bomba hidráulica 270 pode ajudar a eliminar as perdas de eficiência associadas com o uso de uma bomba elétrica (por exemplo, as perdas de eficiência incorridas mediante conversão da energia eólica em eletricidade (para operar a bomba elétrica) e então converter a eletricidade de volta para energia mecânica (na bomba elétrica) ) . Além disso, a pressão do fluido proporcionada pela turbina elétrica 2700 à bomba-turbina 2740 (por intermédio da mangueira de pressão 2780) pode ser combinada com a pressão de fluido provida a partir do peso de armazenamento em deslocamento no sentido para baixo, 2710, para a bomba-turbina 2740 (por intermédio do tubo de retorno 2760) para acionar a bomba-turbina, girando assim o motor/gerador 2750 e fornecendo eletricidade, por exemplo, a uma rede de energia elétrica. Isso ajuda a eliminar a necessidade de um gerador diretamente acoplado à torre de turbina eólica. Como tal gerador pode ser pesado e/ou dispendioso, eliminar a necessidade de tal gerador diminui as exigências e/ou custos estruturais do sistema.

De acordo com outra modalidade, com referência à Figura 28, um sistema 280 similar ao sistema 260 da Figura 26 pode ser configurado para instalação em um local aquático. De acordo com uma modalidade, o tubo de armazenamento 2820 pode ser configurado para se apoiar sobre o leito oceânico da extensão de água (por exemplo, um oceano) . Cabos de esteio 2890 (as quais, de acordo com uma modalidade, são similares aos cabos de atracação 1250 da Figura 12) servem para ancorar o sistema no leito oceânico e auxiliam na manutenção do sistema em uma orientação geralmente vertical. De acordo com uma modalidade adicional, uma ou mais câmaras de flutuação 2892 são providas na (ou próximo da) extremidade superior do sistema para auxiliar na manutenção da orientação geralmente vertical do sistema. De acordo com uma modalidade, as câmaras de flutuação 2892 podem ser membros que flutuam os quais geralmente são ocos e que contêm um material que tem uma densidade inferior a da água. De acordo com uma modalidade, a câmara de flutuação 2892 é formada de um material rígido, durável tal como, mas não limitado a: metal, plástico, um material compósito ou semelhante. De acordo com uma modalidade, com referência à Figura 28, o topo do sistema é posicionado acima da superfície do oceano para, por exemplo, proporcionar uma plataforma sobre a qual uma turbina eólica pode ser sustentada. De acordo com outras modalidades, o sistema pode ser completamente submerso na extensão aquática, para reduzir a suscetibilidade do sistema às forças do vento e das marés.

Com referência à Figura 29, será descrito agora um método de armazenar energia de acordo com uma modalidade. Conforme mostrado na etapa 291, um peso de armazenamento é elevado contra a gravidade a partir de uma primeira elevação para uma segunda elevação durante um período fora de pico, quando a demanda de energia é inferior em relação a um período de pico. Como tal, a energia potencial gravitacional do peso de armazenamento é aumentada. Conforme mostrado na etapa 292, a potencial energia gravitacional do peso de armazenamento é mantida para liberação durante um período de pico. De acordo com uma modalidade adicional, conforme mostrado na etapa 293, a energia potencial gravitacional do peso de armazenamento é liberada durante o período de pico. O peso de armazenamento pode ser abaixado pela ação da gravidade de tal modo que sua potencial energia gravitacional é liberada.

Modalidades da presente invenção se referem aos sistemas de armazenamento de energia que podem servir como fontes de energia de carga base despachável, seguras, assim como fontes de energia intermitentes. Em modalidades específicas, os sistemas podem aproveitar a energia produzida pelas fontes renováveis, tais como aquela coletada pelos coletores solares e as turbinas eólicas. De acordo com as modalidades da presente invenção, uma fração significativa da saída a partir das fontes de energia solar e/ou energia eólica é direcionada para as unidades de armazenamento de energia de grande escala, as quais podem então liberar essa energia em um momento posterior (por exemplo, em uma base conforme necessário).

Embora certas modalidades que foram descritas acima sejam dirigidas aos sistemas mediante os quais a energia "fora de pico" é armazenada para utilização de "pico" subsequente, modalidades da invenção também são dirigidas aos sistemas para regulagem de frequência, ou regulagem, de geração de energia. Em tais sistemas, diferenças entre os níveis da energia gerada e os níveis da energia demandada são equilibradas para reduzir ou minimizar tais diferenças. De acordo com tais modalidades, o percurso ao longo do qual um peso de armazenamento (por exemplo, um peso similar ao peso de armazenamento 202 da Figura 2) pode se deslocar pode ter um comprimento vertical adequado tal como, mas não limitado a, um comprimento de aproximadamente 200 metros ou mais. Em uma modalidade específica, o comprimento vertical do percurso está entre aproximadamente 200 metros e 400 metros. A descrição precedente de certas modalidades da invenção foi apresentada com propósitos de ilustração e descrição. Não se pretende ser exaustivo, ou limitar a invenção à forma exata revelada. Muitas modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Portanto, pretende-se que o escopo da invenção seja limitado não por essa descrição detalhada, mas, mais propriamente, pelas reivindicações aqui anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema (240) para armazenar energia caracterizado por compreender: pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e); uma estrutura de eixo oca (2420) apresentando um volume interior para conter um fluido, o pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) sendo disposto dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2420) para movimento com a gravidade de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2420); uma estrutura de trajeto de retorno de fluido (2460) acoplada na comunicação de fluxo de fluido com a estrutura de eixo oca (2420), para comunicar o fluido com a primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2420), a primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2420) sendo localizada verticalmente abaixo do pelo menos um corpo; um gerador de energia elétrica (2450) operativamente acoplado à estrutura de trajeto de retorno de fluido (2460) para acionar o gerador de energia elétrica (2450) para gerar eletricidade pelo movimento de pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) com a gravidade de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação; em que o pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) compreende uma pluralidade de corpos (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e), e em que o sistema ainda compreende uma estrutura (900, 902) para suspender cada um dos corpos (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) e seletivamente liberar os corpos (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) para movimento individual com a gravidade de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de suspensão (900, 902) compreende uma pluralidade de engates (902), cada um dos engates (902) sendo configurável seletivamente para engatar um dos corpos (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de trajeto de retorno (2460) compreende um cano de fluido acoplado a pelo menos a primeira porção da estrutura de eixo oca (2420) e a segunda extremidade de uma bomba de fluido ou turbina (2440).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma bomba de fluido ou turbina (2440) acoplada em comunicação de fluido com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2460) e mecanicamente conectada com o gerador de energia elétrica (2450), em que a estrutura trajeto de retorno (2460) compreende um cano de fluido acoplado a uma extremidade da primeira porção da estrutura de eixo oca (2420) e a uma segunda extremidade da bomba de fluido ou turbina (2440), para transformar a pressão de fluido entre a primeira porção da estrutura de eixo oca (2420) e a bomba de fluido ou turbina (2440).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender pelo menos uma tampa (2330) disposta para inibir o fluxo de fluido através do pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e), entre a primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2420) e uma segunda porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2420) que é localizada verticalmente acima do pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma segunda porção da estrutura de eixo oca (2420) que está localizada verticalmente acima do pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) está em comunicação de fluxo de fluido com a estrutura de trajeto de retorno (2460).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma turbina de bomba (2440) disposta em comunicação de fluxo de fluido entre a segunda porção da estrutura de eixo oca (2420) e a estrutura de trajeto de retorno (2460).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o gerador de energia elétrica (2450) está operacionalmente acoplado à turbina de bomba (2440) para seletivamente acionar a turbina de bomba (2440).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) inclui uma passagem de fluxo de fluido (2411) através da qual o fluido flui quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) é suspenso, o sistema ainda incluindo uma válvula (2412) associada com a passagem de fluxo de fluido (2411) de cada corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) é seletivamente abre e fecha a passagem de fluxo de fluido (2411) .

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a válvula (2412) é operada para seletivamente abrir a passagem de fluxo de fluido de um dos corpos (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) está suspenso e fixo e para seletivamente fechar a passagem de fluxo de fluido do corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) é liberado para movimento da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação.

11. Sistema (230; 240) para armazenar energia caracterizado por compreender: pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e); uma estrutura de eixo oca (2320; 2420) apresentando um volume interior contendo um fluido, o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) estando disposto dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) para movimento com gravidade de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420), para forçar a saída do fluido da primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) pelo movimento de pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) da primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação, a primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) sendo localizada verticalmente abaixo do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e); uma estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) acoplada em comunicação de fluxo de fluido com a estrutura de eixo oca (2320; 2420), para receber o fluido expelido da primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) quando o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) se move de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420); e um gerador de energia elétrica (2350; 2450) operacionalmente acoplado à estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) para receber uma força de acionamento de um fluido recebido por uma estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) da primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420), para acionar o gerador de energia elétrica (2350; 2450) para gerar eletricidade sob movimento de pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreender uma conexão de fluxo de fluido entre a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e uma segunda porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420), a segunda porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) estando localizada verticalmente acima do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) acoplado em comunicação de fluido com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e mecanicamente conectada com o gerador de energia elétrica (2350; 2450), para recebimento da pressão de fluido da estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e acionamento do gerador de energia elétrica (2350; 2450) para gerar a eletricidade sob movimento do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) pela gravidade da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender a bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) acoplada em comunicação em fluido com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e mecanicamente conectado com o gerador de energia elétrica (2350; 2450), em que o gerador de energia elétrica (2350; 2450) apresenta um modo de motor elétrico para acionar a bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) para forçar o fluido na estrutura de trajeto de retorno (2360; 2460) e aumentar a pressão de fluido na primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) por quantidade suficiente para mover o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) da segunda posição de elevação em direção à primeira posição de elevação.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a estrutura de trajeto de retorno (2360; 2460) compreende um cano de fluido acoplado a uma extremidade para a primeira porção da estrutura de eixo oca (2320; 2420) e uma segunda extremidade para uma bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) .

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) acoplada em comunicação de fluido com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e mecanicamente conectado com o gerador de energia elétrica (2350; 2450), em que a estrutura de trajeto de retorno (2360; 2460) compreende um cano de fluido acoplado a uma extremidade da primeira porção da estrutura de eixo oca (2320; 2420) e uma segunda extremidade da bomba de fluido ou turbina (2340; 2440), para transformar a pressão de fluido entre a primeira porção da estrutura de eixo oca (2320; 2420) e a bomba de fluido ou turbina (2340; 2440).

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ainda compreender pelo menos uma tampa disposta para inibir o fluxo de fluido através de pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e), entre a primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) e uma segunda porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) que está localizada verticalmente acima de pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e).

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) compreende um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) apresentando uma passagem de fluxo de fluido (2411) que se estende através do corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) e uma válvula de fluido (2412) localizado entre a passagem (2411) para seletivamente permitir ou inibir fluxo de fluido através da passagem (2411).

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a válvula de fluido (2412) é controlada para ser fechada para inibir o fluxo de fluido através da passagem quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) se move com a gravidade da segunda posição de elevação para a primeira posição de elevação.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a válvula de fluido (2412) é controlada para abrir para permitir o fluxo de fluido através da passagem (2411) quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) está seguro na segunda posição de elevação.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a válvula de fluido (2412) é controlada para abrir para permitir o fluxo de fluido através da passagem (2411) quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) está seguro na segunda posição de elevação.

22. Sistema para armazenar energia caracterizado por compreender: pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e); a estrutura de eixo oca (2320; 2420) apresentando um volume interior para conter um fluido, o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) estando disposto dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) para movimento com a gravidade da primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação dentro do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420); a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) acoplado em comunicação de fluxo de fluido com a estrutura de eixo oca (2320; 2420), para receber fluido da primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420), a primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) estando localizada verticalmente abaixo do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e); um gerador de energia elétrica (2350; 2450) operacionalmente acoplado com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) para acionar o gerador de energia elétrica (2350; 2450) para gerar eletricidade sob movimento do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) com gravidade da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação; e uma conexão de fluxo de fluido entre a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e uma segunda porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420), a segunda porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) estando localizada verticalmente acima do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e).

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o gerador de energia elétrica (2350; 2450) está disposto a uma terceira posição de elevação que é mais alta em elevação do que a segunda posição de elevação.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o gerador de energia elétrica (2350; 2450) está disposto a uma a terceira posição de elevação que é mais alta em elevação do que a primeira posição de elevação.

25. Método para armazenar energia caracterizado pelo fato de compreender: dispor pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) dentro do volume interior de um recipiente de fluido para movimento com a gravidade dentro do volume interior do recipiente de fluido de uma primeira posição de elevação para uma segunda posição de elevação, para forçar a saída do fluido de uma primeira porção do volume interior do recipiente de fluido pelo movimento de pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação, a primeira porção do volume interior do recipiente de fluido estando localizada verticalmente abaixo do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e); acoplar uma estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) em comunicação de fluxo de fluido com o recipiente de fluido, para receber fluido expelido da primeira porção do volume interior do recipiente de fluido quando o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) se move da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação dentro do volume interior do recipiente de fluido; acoplar um gerador de energia elétrica (2350; 2450) com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) para receber uma força de acionamento do fluido recebido pela estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460)_de uma primeira porção do volume interior do recipiente de fluido, para acionar o gerador de energia (2350; 2450) elétrica para gerar eletricidade sob movimento do pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação.

26. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de compreender o acoplamento de uma bomba em comunicação de fluxo de fluido com a estrutura de trajeto de retorno (2360; 2460), para controlavelmente mover o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) contra a gravidade da segunda posição de elevação para a primeira posição de elevação para aumentar a energia potencial gravitacional do pelo menos um corpo.

27. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de ainda compreender: acoplar uma bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) em comunicação em fluido com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e com o gerador de energia elétrica (2350; 2450), para receber uma pressão de fluido da estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e acionar o gerador de energia elétrica (2350; 2450) para gerar eletricidade sob movimento de pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) pela gravidade da primeira posição de elevação para a segunda posição de elevação.

28. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de ainda compreender: acoplar uma bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) em comunicação em fluido com a estrutura de trajeto de retorno de fluido (2360; 2460) e com o gerador de energia elétrica (2350; 2450); e fornecer o gerador de energia elétrica (2350; 2450) com um modo de motor elétrico para acionar a bomba de fluido ou turbina (2340; 2440) para forçar um fluido na estrutura de trajeto de retorno (2360; 2460) e aumentar a pressão de fluido na primeira porção do volume interior da estrutura de eixo oca (2320; 2420) por uma quantidade suficiente para mover o pelo menos um corpo (2310; 2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) da segunda posição de elevação em direção à primeira posição de elevação.

29. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que pelo menos um corpo compreende um corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) que apresenta uma passagem (2411) de fluxo de fluido que se estende através do corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) e uma válvula de fluido (2412) localizada dentro da passagem para seletivamente permitir ou inibir o fluxo de fluido através da passagem (2411) .

30. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de ainda compreender configurar a válvula de fluido (2412) para ser fechada para inibir o fluxo de fluido através da passagem (2411) quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) se move com a gravidade da segunda posição de elevação para a primeira posição de elevação, e para abrir para permitir o fluxo de fluido através da passagem (2411) quando o corpo (2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e) está seguro na segunda posição de elevação.