CN113329937A - 流体置换系统 - Google Patents

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CN113329937A CN201980046063.1A CN201980046063A CN113329937A CN 113329937 A CN113329937 A CN 113329937A CN 201980046063 A CN201980046063 A CN 201980046063A CN 113329937 A CN113329937 A CN 113329937A
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Innovator Energy LLC
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Abstract

本发明涉及用于从在水体或液体中或在水体或液体上方或与水体或液体接触的区域泵送或移除流体的系统和方法，以及所述系统和方法的应用。一些实施例可以应用于例如抑制或防止液体环境中结构的结垢或生长物形成。其他实施例可以应用于例如能量储存装置或潮汐能发电系统。

Description

流体置换系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月11日提交的临时申请编号62/670,133的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
背景技术
结垢、污垢、其他“生长物”和腐蚀可能会损坏水基础设施和其他液体基础设施。结垢、污垢、其他“生长物”和腐蚀可能会通过增加的阻力和重量而降低船和其他水上载具的效率、基础设施的寿命、基础设施的结构完整性；堵塞管道；以及减小码头和浮标的浮力。
现有技术中的用于防止结垢、污垢和其他“生长物”的技术包括防污剂和抗结垢剂。防污剂和抗结垢剂有许多明显的缺点。它们通常对环境有害，并可能对水生生态系统有毒。它们通常只是暂时的，并且需要重新应用或替换以继续有效。它们通常较为昂贵，这包括由于材料成本、应用成本及其暂时性的性质而带来的。
在码头和其他永久性或半永久性水中基础设施中，通常不使用防污剂和抗结垢剂。通常，藤壶和/或其他生长物会被定期地从码头的底部移除。藤壶和其他生长物会给码头增加很大的重量，并可能会损伤或刺破码头浮筒。移除昂贵且劳动强度大，而且只是暂时的解决办法。
发明内容
本发明涉及用于从在水体或液体中或者在其上方或与其接触的区域泵送或移除流体的系统和方法，以及所述系统和方法的应用。
一些实施例可以适于例如抑制或防止液体环境中结构的结垢或生长物形成。所述液体环境可以包括含水的(aqueous)和/或无水的环境。本文描述的一些实施例可以抑制或消除或防止生长物形成或结垢，而不需要涂层、涂漆、手动清洁/擦洗或本领域描述的其他方法。生长物形成可以包括，但不限于，以下中的一个或更多个或其组合：海生生长物，污垢，海生生物，海生动物，无机结垢，有机结垢，藤壶，贻贝，蛤蜊，牡蛎，蠕虫，虾，甲壳类，生物膜，藻类，细菌，真菌或变形虫。如果需要，移动部件(用于所述实施例，涉及抑制或防止液体环境中结构的结垢或腐蚀或生长物形成)，比如泵和发电机，可以完全位于水体或液体的表面之上。
一些实施例可以应用于例如增加或减少浮式结构(比如码头)的高度。本文描述的一些实施例可以涉及通过将空气泵送到所述浮式结构内或下方的凹形区域中使得空气或其他气体或其他低密度流体至少部分地置换所述凹形区域中的一部分水来增加浮式结构在液体的表面上方的高度。类似地，浮式结构在液体的表面上方的高度可以通过允许气体从所述凹形区域逸出或通过将气体泵送出所述凹形区域来降低。空气或其他气体可以使用一个或更多个管转移到所述凹形区域内或从所述凹形区域转移出。凹形区域可以对水或其他液体开放。如果有利的话，气体的泵送或释放可以使用完全在水体或液体之外的移动部件来进行。通过使移动部件在水或液体外部而且不与水或液体接触，所述移动部件(例如，空气泵)可以包括较低成本的设备，可以比较不易于结垢，并且可以具有较长的寿命。
一些实施例可以应用于例如能量储存装置。一些实施例可以包括在水体或液体的表面下方的储存区域和在水体或液体的表面附近或上方的储存区域。为了给所述能量储存装置“充能”，可以将低密度流体(比如相对较低密度的液体或气体)泵送到所述储存区域中，从而置换较高密度的流体，比如水。为了使所述能量储存装置释能，可以允许所述较高密度的流体置换所述较低密度的流体，从而由于较低密度的流体流动通过发电机而发电。如果需要，用于所述能量储存装置(比如泵和发电机)的移动部件，可以完全位于水体或液体的表面上方。
一些实施例可以应用于例如潮汐能发电系统，其通过由于例如潮汐导致的水位变化来产生能量。一些实施例可以包括使用由于潮汐导致的水位上升致使的空气或其他流体离开储存区域的移位来产生能量，比如电力。一些实施例可以包括利用由于潮汐导致的水位降低引起的空气或其他流体到储存区域中的运动来发电。如果需要，用于所述潮汐发电系统(比如泵和发电机)的移动部件，可以完全位于水体或液体的表面上方。
重要的是要注意，本文描述的实施例可以被结合，并且本文描述的系统和方法可以重叠或者具有多个同时的应用。
附图说明
图1：在每个浮体或浮筒的底部上具有凹形区域“气窝”(“3”)的示例性码头。
图2(上方)：在每个浮体或浮筒的底部上具有凹形区域“气窝”(“3”)的示例性码头，其具有相互连接的空气泵和管。
图3：具有延伸“壁”的示例性实施例，所述延伸的壁可以用于在例如波浪、湍急水流或码头的角度显著改变的情况下防止空气或气体损失。
图4：示例性实施例，其中，改变气窝中的气体的体积调节了浮式结构(比如码头)的角度和/或液体表面上方的高度。图4可以示出高度增加。
图5：示例性实施例，其中，改变气窝中的气体的体积调节了浮式结构(比如码头)的角度和/或液体表面上方的高度。图5可以示出高度降低。
图6：采用较低密度的流体和较高密度的流体的实施例的示例性简要构造。
图7：步骤1：图7可以示出正在经受充能的能量储存实施例。
图8：步骤2：图8可以示出处于相对充能状态的能量储存实施例。
图9：步骤3：图9可以示出正在释能的能量储存实施例。
图10：步骤4：图10可以示出处于相对释能状态的能量储存实施例。
图11：图11可以示出一示例性实施例，其中，处于较高压头高度或在表面上方的LDL和/或HDL储存区域位于平台或浮式平台上。
图12：图12可以示出一示例性实施例，其中，处于较高压头高度(head height)或在表面上方的LDL和/或HDL储存区域位于陆地上。
图13：图13可以示出一示例性实施例，其中采用了多个表面下储存区域以用于能量储存和/或化学储存。
图14：步骤1(较高潮汐，正在填充与电生成)，图14可以示出正在发电的实施例。
图15：步骤2(高潮汐，腔体填满的)，图15可以示出储存区域几乎填满水的实施例。
图16：步骤3(较低潮汐，正在排空与发电)，图16可以示出在与储存区域内的水位相比周边水体的水位相对低时进行发电的实施例。
图17：步骤4(较低潮汐，排空的)，图17可以示出储存区域几乎排空水的实施例。
图18：替代的步骤4(较低潮汐，排空的，取决于年份时间和位置)，图18可以示出储存区域几乎完全排空水的实施例。
图19：步骤5(较低潮汐，将剩余水泵出)，图19可以示出空气被泵送到储存区域中以移除或置换残余水的实施例。
图20：步骤1(较高潮汐，正在填充，电生成)，图20示出了水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图21：步骤2(高潮汐，腔体填满的)，图21示出了水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图22：步骤3(较低潮汐，正在排空与发电)，图22示出了水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图23：步骤4(较低潮汐，排空的)，图23示出了水空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图24：步骤1(较高潮汐，正在填充，正在发电)，图24示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图25：步骤2(较高潮汐，满的)，图25示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图26：步骤3(较低潮汐，正在排空)，图26示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图27：替代的步骤3(较低潮汐，正在排空，取决于潮汐和位置)，图27示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图28：步骤4(较低潮汐，排空的)，图28示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图29：图29示出了具有浮式泵或发电机站的示例性实施例。
具体实施方式
实施例的第一描述
示例性实施例可以包括连接到液体结构的底部或侧部的“壁”。液体结构可以包括、但不限于以下中的一者或更多者或组合：浮式结构、码头、浮标、平台、浮体、船、平底船、艇或表面结构。液体结构也可以包括这样的结构：所述结构锚定至陆地或至少部分地由陆地支撑，同时还在水中或接近水或与水接触，或浸没在水中或与水接触，或与另外的液体接触。
在一种示例性实施例中，所述结构可以是码头(请注意：码头被提供为示例性浮式结构，本文描述的实施例的要素可以应用于本文所述的其他浮式或非浮式结构)。“壁”连接至码头或作为码头的部件或作为码头的底部的形状的特征，其可以连接到码头的侧部或底部，或着靠近码头的底部的周围。替代地，码头的底部的形状可以定制成具有所述“壁”，其中例如，所述“壁”可以是码头的形状的一部分，而不是相连接的独立材料。所述“壁”可以突出超过浮式码头的与水接触的大部分或全部的竖直水深。“壁”与结构的连接可以理想地是气密或水密的。所述“壁”可以简单地包括凹形结构或凹形结构的突出部分。
所述壁可以导致例如位于浮式结构的底部附近的凹形区域或腔体的形成，或者可以包括浮式结构的底部的大部分。在本实施例中，气体可以占据所述凹形区域的至少一部分。所述气体可以包括、但不限于以下中的一者或更多者或组合：空气，氮气，水蒸气，甲烷，氢气，烟气，二氧化碳，氧气，惰性气体，氩气，氦气，几乎不溶于水的气体，碳氢化合物，臭氧或它们的组合。气体可以至少暂时地或半永久地或几乎永久地“被截留”在所述凹形区域中。所述凹形区域中的所述“截留的”气体可以被称为“气窝”或“空气窝”。所述气体保持在所述凹形区域中，因为例如，1)水与气体相比的较大密度；和/或2)气体几乎不能穿过水/气体界面；和/或3)凹形区域的相对气密性或气密密封。
空气窝的工作原理可以通过使用简单的空饮料杯和装满水的容器来演示。当空饮料杯被颠倒倒置并以颠倒的位置浸没在水的表面下方时，所述饮料杯中的空气可以被截留在所述饮料杯内，因为水可能由于空气不能通过饮料杯向上逸出而不能替换所述空气。所述截留的空气可以是空气窝的示例，并且杯子内的截留空气的区域可以是凹形区域或腔体的示例。现有技术中已经采用所述空气窝效应的示例性应用可以包括“潜水钟”。
所述气窝或空气窝可以导致在水和凹入区域的表面的至少一部分之间形成分离或不连续的分离。因为水与凹形区域的固体表面之间的气窝的物理分离或屏障，水可以与所述固体表面的至少一部分脱离接触。凹形区域的固体表面的表面积中的显著部分可以与所述气窝接触。被空气窝置换的水的表面积中的显著部分可以在空气-水界面处与气窝接触。与所述气窝接触的所述凹形区域或表面积可以包括例如表面结构的底部的底部的显著部分或几乎全部的表面积。与所述气窝接触的所述凹形区域或表面积可以包括可能暴露于水或其他液体或易受水或其他液体影响或以其他方式与水或其他液体接触的表面积的显著部分或几乎全部。所述显著部分可以包括大于结构的与液体或水体接触的表面的底部的5％，或大于10％，或大于20％，或大于30％，或大于40％，或大于50％，或大于60％，或大于70％，或大于80％，或大于90％，或大于95％。
污垢或结垢或生长物形成可以被液体与凹形区域的表面的至少一部分之间的例如由于所述气窝导致的所述分离或不连续的分离抑制。当水与固体表面直接接触时，在水环境中通常出现结垢或污垢或生长物。所述空气窝使水的显著的表面积能够与水-气体界面或者水-空气界面接触而不是与固体表面接触(否则其可能与固体表面接触)。所述气体分离或空气屏障防止液体滋生的(liquid-borne)或水滋生(water-borne)的污垢或结垢物或生长物粘附至所述固体表面。所述凹形区域可以包括浮式结构或与液体接触的结构的底部的表面积的至少一部分。所述凹形区域可以包括所述浮式结构或与液体接触的结构的底部的显著部分或大部分或几乎全部的表面积，相对于没有气窝或空气窝的相同结构，这可以使污垢或结垢或生长物形成能够大量减少。
污垢或结垢物或生长物通常通过与固体表面直接接触而自水粘附至表面。水滋生的污垢或结垢物或生长物通常不能穿过空气或其他气体到达固体表面。重要的是要注意，在水滋生的污垢或结垢物或生长物能够以某种方式穿过空气或其他气体到达固体表面的情况下，通过所述气体传递的质量可能比水与固体表面直接接触的情况小若干数量级。结果，相对于固体表面与水直接接触的环境，水滋生的污垢或结垢物或生长物可能没有足够的质量传递来在气体或空气环境中进行基本上任何或相对等效的污垢、结垢或生长。
气窝或凹形区域或二者都可能增加或降低稳定性。稳定性可能增加，例如，由于在一个侧部上具有气体-固体界面、在另一侧部具有固体-水界面的结构所形成的“抽吸”效应或吸引。稳定性可以通过例如降低码头的重心来增加，例如通过向凹形区域的“壁”增加重量。通过向凹形区域的壁或在结构底部附近增加重量，在例如结构上的重量不平衡或大浪的情况下，结构可能不太可能倾斜成足以损失气窝中的气体。气窝或凹形区域可能会通过潜在地增加重心而降低稳定性。如果结构处于具有显著波浪或潜在汹涌水流的环境中，则可能需要例如结合回转稳定器或稳定锚或稳定重物或稳定接地结构，以增加稳定性或使倾斜最小化。
可以使用气窝或凹形区域或能够形成气窝的表面修饰物来防止腐蚀或劣化。例如，当储存在水下时，腐蚀敏感材料或装置可以被放置在气窝中。例如，当推进器或船不使用时，船的推进器可以被气窝包围，这可以通过用凹形区域围绕或包围所述推进器来实现。例如，当不使用时，水下液压设备或水下调整片可以被气窝包围。
可以将管放置在气窝或凹形区域中，并且可以使用所述管和/或气泵(其可以连接到所述管)将气体(例如，包括但不限于本文所述的气体，比如空气或氮气)泵送到凹形区域中。管的开口之一可以放置在所述凹形区域内或所述凹形区域下。最初将气体泵送到所述凹形区域中可以使得能够在所述凹形区域中形成气窝。在形成气窝后，可以将额外的气体泵送到所述区域中，从而进行例如以下的一种或更多种或组合(包括，但不限于)：使所述气窝扩大以代替可能已经从所述气窝逸出的气体，或者使过量气体能够从所述气窝和凹形区域外流或溢出。
所述凹形区域或气窝可能在例如大浪的情况下或当结构以显著角度倾斜时被水渗透。可能有利的是，所述水接触是暂时的或尽可能短的持续时间，以最小化由例如水接触导致的潜在结垢或污损或腐蚀。一种潜在地使水接触的频率最小化的方法可以包括使用例如管或加压空气储罐将空气或其他气体泵送到所述凹形区域或腔体中。所述空气或其他气体可以被连续泵送到所述凹形区域中，或者可以仅在某些情况下被泵送到所述凹形区域中。例如，所述某些情况可以包括当气窝或空气窝处于失去空气的风险或处于水渗透到凹形区域中的风险时。例如，所述某些情况可以包括当结构倾斜超过特定角度时，这可以被触发或测量，例如，使用本领域已知的用于测量角度变化或移动的设备。例如，所述某些情况可以包括当所述凹形区域的固体表面的一部分被润湿或至少部分被润湿或与水接触时，这可以例如使用水传感器或润湿传感器或本领域已知的类似装置来触发或测量。
可能期望的是，“壁”是耐用的并且能够应对码头或多个码头的重量并抵抗其他物体或元件的破坏。例如，所述壁可以包括例如“裙部”，其中材料可以在结构上是可弯曲的，但是可以储存空气窝。尽管与气垫船不同，但是所述“裙部”可以类似于气垫船中使用的“裙部”，所述裙部可以部分或全部保持在水的表面下方。
一种示例性的耐用的壁包括管，所述管连接到码头的底部并附接在例如码头底部的外周边附近，并且所述管可以围绕码头的外周边。为防止损伤“壁”，管可以在移动码头时塌缩。该管可以使用例如(包括，但不限于)气动或液压压力装置(比如气动或液压压力或填充有气动或液压流体)而膨胀或可以变得更刚性。所述管可以以防止空气或水穿过码头和管“壁”之间的连接的方式连接到码头。
本发明和/或本发明的元件(可以包括、但不限于“壁”、气窝、凹形区域、管、气泵或空气泵，和/或本文描述的实施例的其他元件)可以被改装到现有结构上，或者可以是新结构的元件。
本发明还可以应用于防止或最小化非水液体环境中的污垢或结垢物或生长物。
浮式结构的部分可以与水或液体接触，例如，其可以包括凹形区域或气窝外的固体表面。与水或液体接触的所述固体表面可能易于受到生长物、污损或结垢影响。重要的是要注意，水或液体的表面下方的大部分固体表面积可以与气窝接触，并且因此可能不易受到生长物、污损或结垢的影响或不太容易形成生长物、污损或结垢。这可能具有显著减少或消除固体结构的大部分表面下表面积上的生长物、污损或结垢的形成的效果。与水或液体接触的表面可能形成生长物、污损或结垢，但是可能需要的是要注意：1)侧壁通常比浮式结构的底部/水下主体/下腹部更容易清洁/擦洗；2)生长物、污垢或结垢形成的总量可能显著少于不使用本发明的情况；3)通过将过量空气泵送到所述凹形区域中并促进小空气泡的形成(其可以沿结构的侧部上升)，可以产生空气幕，该空气幕使未被空气窝保护的区域上的生长物形成最小化。
水可以指一定量的液体。所述量的液体可以包括、但不限于包含至少一部分水(包括盐水)的一定量的液体。所述量的液体可以包括但不限于海洋环境、水生环境、河流、湖泊、卤水池、压裂水、废水、油储存、化学品储存或其他液体环境。
气窝可以在低湍流或最小湍流或非湍流条件下被截留或静止。非湍流条件可以包括这样的环境：在所述环境中，水是平静的且对于肉眼来说不移动，并且所述水中的结构对于肉眼来说也不移动。低湍流或最小湍流条件可以包括这样的环境：在所述环境中，水是平静的且对于肉眼来说是移动的，和/或所述水中的结构是平静的并且对于肉眼来说是移动的。在低湍流环境中，虽然存在可辨别的移动，但是水或结构的移动不足以使气窝中的气体的超过10％、或超过20％、或超过25％、或超过30％、或超过40％、或超过50％在30秒内从结构下方逸出。重要的是要注意，所述气体逸出可能不包括气体从所述气窝中的有意移除或气体通过与所述气窝相互连接的管逸出。
一些实施例可以用于促进生长物形成，比如某些形式的生长物。例如，本文描述的实施例(比如气窝)可以形成在某个区域中，以杀死入侵的藻类物种或入侵鱼类的卵、其他潜在有害的水滋生的生命形式。例如，气窝可以实现局部氧化。例如，气窝可以实现局部脱氧。例如，气窝可以实现局部冷却，其可以包括蒸发冷却，这可以增加例如珊瑚的寿命或改善其健康。例如，气窝可以实现局部pH调节，比如通过CO2移除或CO2气体脱离的pH增加。
示例性实施例设备和描述：
码头模块的示例性成本估算：
·大型码头模块尺寸：8米长X 5米宽X3/4米高
·码头的底部上包含约5米长、3米宽、0.07米深(凹形区域的总体积为1.05立方米)的凹形区域
·以下成本估算假设码头要么建造有凹形区域，要么改装有凹形区域
·用于码头上有电网电源的实施例的示例设备(材料CAPEX)：
ο空气泵-例如：0.38PSI，每分钟200升，35瓦特，$12
ο1/2英寸内直径的乙烯基管，50英尺：$30
ο低功率定时器中断：$13
ο三轴陀螺仪中断板(其还可以在码头的角度改变时触发开/关开关)：$12.50
ο总CAPEX：$67.50
·在码头上有电网电源的示例性实施例(带开-关计时器的年度OPEX)：
ο假设泵以每30分钟2.5分钟或每1小时5分钟的计时器运行
ο泵的年度电力消耗：25.55kWh
ο在$0.10处，年度电力成本为每kWh$2.55
·具有用于码头上的电源的带有电池配置的太阳能板的示例性实施例(CAPEX)：
ο空气泵-例如：0.38PSI，每分钟200升，35瓦，$12
ο1/2英寸内直径的乙烯基管，50英尺：$30
ο低功率定时器中断：$13
ο三轴陀螺仪中断板(其还可以在码头的角度改变时触发开/关型开关)：$12.50
ο总CAPEX：$67.50(如果太阳能板和电池也计费为CAPEX，则总共$108.13)
·具有用于码头上的电源的带有电池配置的太阳能板的示例性实施例(具有开-关计时器的年度OPEX)：
ο假设泵以每30分钟2.5分钟或每1小时5分钟的计时器运行
ο泵的年度电力消耗：25.55kWh
ο太阳能板(基于10％的容量因子来确定，一个100W的太阳能板用于3个码头模块)：每个码头模块$28.63
ο用于3个码头模块的264Wh的电池(储存1.17天)每个码头模块$25
ο电力的OPEX：$0
ο电池寿命：5-10年
ο每年电池的成本(假设5年的寿命)：$5
ο太阳能板的寿命：25年
ο每年太阳能板的成本(假设25年的寿命)：$1.15
ο总年度OPEX：$6.15
示例性的最低可行的原型材料：
·1-3瓦特的DC水用空气泵
·定时器中断开-关型开关，例如，每10分钟自动打开气泵20秒
ο示例：
·Adafruit TPL5110低功率定时器中断
·0.1秒至400天的微型计时器时间延迟继电器
·小型可再充电电池组，比如用于智能手机充电的10Wh电池组
·连接空气泵和塑料箱的底部的管
·具有精细周边唇缘(其在塑料容器底部上形成矩形凹形区域)的塑料箱。替代 地，可以使用颠倒的塑料箱来模拟凹形区域
·用以在水之外储存电子装置的塑料箱
示例性实施例：
用于防止水结构上的污垢和结垢的系统，包括：
·包含凹形区域的结构，
·其中，所述凹形区域包含气窝，
·其中，所述气窝导致水和所述凹形区域的表面的至少一部分之间的不连续的分离。
用于防止水结构上的污垢和结垢的系统，包括：
·包含腔体的结构，
·其中，所述腔体包含气窝，
·其中，所述气窝导致液体与所述腔体的至少一部分之间的不连续的分离。
示例性子实施例
·其中，所述不连续的分离抑制了与所述气窝占据的所述区域接触的固体表面上结垢物、污垢和生长物的形成。
·其中，具有位于所述凹形区域下方或内部的开口的管与加压气体源相互连接。
·其中，所述加压气体源可以包括空气泵、气体泵、加压气体管线或其组合。
·其中，所述管连接到允许控制气体通过所述管进入或离开所述气窝的阀。
·其中，对于所述结构处于所述水中的时间的超过30％、或超过40％、或超过50％、或超过60％、或超过70％、或超过80％、或超过90％、或超过95％，与所述气窝接触的固体表面积的至少一部分与水分离或不直接接触。
·其中，所述水包括一定量的液体。
·其中，所述气窝置换液体。
·其中，所述气窝在低湍流或最小湍流或非湍流条件下被截留或静止。
·其中，气体可以连续或半连续地或在需要补充气体的情况下被泵送到所述气窝中。
·其中，气体被泵送到所述气窝中，超过所述腔体或凹形区域的体积容量，从而导致溢出的气泡。
·其中，所述溢出的气泡减少了不与所述气窝直接接触的固体表面积上的污垢。
·其中，使用对结构的部段的形状修饰，所述溢出的气泡沿着不与所述气窝直接接触的所述固体表面积有条不紊地分散。
·其中，所述形状修饰可以包括穿孔、凹坑、微观修饰、表面形态或宏观修饰。
·其中，所述结构在水面上的高度可以通过增加或减少所述凹形区域或腔体中的气体的体积来调节。
·其中，所述凹形区域或腔体被改装到先前存在的结构上。
·其中，所述凹形区域或腔体是先前存在的结构的形状的一方面。
·其中，所述凹形区域或腔体是新结构的形状的一方面。
·其中，所述凹形区域或腔体的形状或尺寸或强度或刚度是可调节的。
·其中，所述可调节性可以包括所述凹形区域或所述凹形区域的“壁”的受控形成或塌缩。
·其中，所述可调节性可以包括所述凹形区域或所述凹形区域的“壁”使用气动或液压装置而受控形成或塌缩。
·其中，所述可调节性可以包括所述凹形区域的受控体积或深度或表面积。
·其中，所述气窝的体积、或形状、或表面积、或深度是可调节的。
·其中，所述气窝可调节性涉及以下中的一者或更多者或组合：添加或从所述气窝移除气体的能力、改变所述气窝或凹形区域的形状或轮廓的能力、调节凹形区域的“壁”的形状或尺寸的能力。
·其中，除了气体之外或代替气体，所述气窝包含非水液体。
·其中，所述气窝的表面是疏水的或包含疏水涂层。
·其中，所述气窝或凹形区域或腔体可以用作潜水钟或暂时庇护所或储存区域。
·其中，所述管连接到止回阀，该止回阀允许气体(比如空气)进入所述管和/或所述凹形区域，然而不允许空气从所述区域释放。
通过引用结合于此的现有技术
·藤壶的物理移除(Physically Removal of the Barnacles)：https://www.scubadubacorp.com/Dockcleaning.htm
·空气气泡幕-喷洒在船体上的空气气泡(Air bubble curtain-air bubblesare sparged over hull)：https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/20464177.2009.11020214
·https://www.researchgate.net/profile/Sandra_Shumway/publication/ 44684741_
利用曝气作为简单的对环境无害的手段以防止生物淤积/链接/ 0c96051ffe80269766000000.pdf(The_use_of_aeration_as_a_simple_and_ environmentally_sound_means_to_prevent_biofouling/links/ 0c96051ffe80269766000000.pdf)
·https://patents.google.com/patent/US20050087117A1/en
附图标记：
·‘1’或‘(1)’：浮式平台或码头的顶部部段。
·‘2’或‘(2)’：浮体或浮筒，浮式平台或码头的底部部段。
·‘3’或‘(3)’：气体或空气窝，其可以处于“2”的底部或下侧上的凹形区域中。
·‘4’或‘(4)’：液体，比如一定量的水或油。
·‘5’或‘(5)’：延伸壁，其可以延伸超过空气窝的竖直深度。
·‘6’或‘(6)’：在“2”的与水接触的侧壁上的空气或气体气泡幕，“6”可以由被泵送到凹形区域和气窝中的气体超过了凹形区域的气体容量的体积造成。侧壁中的穿孔或凹坑可以有利于所述气泡幕。气泡幕可以减少不与气窝接触的表面上的生长物形成。
·‘7’or‘(7)’：连接至管(具有箭头的管线)的空气泵或气体泵。管可以将由所述泵泵送的所述气体或空气与凹形区域相互连接。
图1：在每个浮体或浮筒的底部上具有凹形区域“气窝”(“3”)的示例性码头。气窝可以使码头的底部上的大部分表面积或码头的与空气窝接触的表面积能够不具有或具有最小水平的污垢、结垢物或生长物。
图2：在每个浮体或浮筒的底部上具有凹形区域“气窝”(“3”)的示例性码头。管可以被放置在码头的下方或连接到码头的底部。空气或其他气体可以被泵送到管中，所述管将气体引导到气窝中。如果气体的体积超过凹形区域或腔体的体积，则气泡可以沿着码头的侧部上移，如果需要，气泡可以沿着码头的侧部形成气泡幕(“6”)。例如在凹形区域的“壁”中布置凹坑或穿孔可以促成所述气泡幕。凹坑或穿孔可以位于凹形区域的所述“壁”的竖直深度的底部附近。所述气泡幕可能对于最小化气窝的外部的污垢、结垢和生长物来说是期望的。如果需要连续的气泡幕，可能需要连续的泵送空气流。
图3：具有延伸“壁”的示例性实施例，所述延伸壁可以用于在例如波浪、湍急水流或码头的角度显著改变的情况下防止空气或气体损失。延伸壁可以延伸到超过空气窝的深度的深度。如果需要，延伸壁可以进行配重，以降低重心。可能期望的是，防止空气窝延伸至延伸壁的全部深度(例如，以确保码头稳定)，在这种情况下，可能期望的是，在延伸壁的某些部分中包括小穿孔。在具有延伸壁的实施例中，空气或其他气体可能需要不太频繁地或在较少的情况下被泵送到空气窝中。
图4：一种示例性实施例，其中，改变气窝中的气体的体积调节了浮式结构(比如码头)的角度和/或液体表面上方的高度。图4可以示出通过将空气泵送到两个凹形区域中、增加空气窝的体积以及使水从凹形区域移出来增加码头在水的表面上方的高度。本实施例对于增加或减少高度或减小码头的吃水可能是有利的。有利的是，由于例如由例如相对较小的压头高度而导致的凹形区域中潜在的较低的空气压力，可能需要相对较少的能量以增加码头的高度。有利的是，不需要移动部件与液体接触。
图5：一种示例性实施例，其中，改变气窝中的气体的体积调节了浮式结构(比如码头)的角度和/或液体表面上方的高度。图5可以示出通过从凹形区域释放空气、增加空气窝的体积以及使水从凹形区域移出来减小码头在水的表面上方的高度。本实施例对于增加或减少高度或减小码头的吃水可能是有利的。
实施例的第二描述
示例性能量储存实施例概述：介绍了用于能量储存和/或同时用于油储存或化学品储存的系统和方法。在一些实施例中，能量经由一种或更多种不溶性或低溶解度的流体之间的流体静压力差来储存，这可以由所述一种或更多种流体之间的密度差引起。例如，该技术可以利用水体的深度来实现这种流体静压。一种实施例可以包括例如相对高密度的液体和相对低密度的液体或流体，所述相对低密度的液体或流体可以具有比相对高密度的液体低的密度。端到端技术可以是封闭系统，或者至少在水体的表面下方是封闭的。在一些实施例中，所有或几乎所有的移动部件都在水体(例如海洋或湖泊)的表面上方，或者有利地，在水下或水下深处没有移动部件、或者没有实质上的移动部件、或者没有相对成本高的移动部件，或者在水下大于250英尺的深度没有移动部件，或者在水下大于1000英尺的深度处没有移动部件。可能有益的是，所述系统为封闭系统，其中，内部流体(例如高密度液体和低密度液体)彼此直接接触。内部流体可以与周围的水体分离或基本不接触。水体中的水可以简单地用来确保压力(例如液体压力)在内部流体和周围水体或外部水体之间处于平衡。容器的外部和内部之间的压力平衡可以使得例如能够使用较低成本的材料，因为例如至少一部分材料可能不需要抵抗压力差或显著的压力差。例如，能量可以被储存在容器内部的媒介(例如：液体)之间的流体静压力差中，其中，一种或更多种媒介具有比另一种或更多种媒介高的流体静压力。流体静压力差异可以由相同压头高度下不同密度的液体的流体静压力差异来引起。一种实施例可以包括这样的介质，所述介质包括两种或更多种具有不同密度的不混溶或低溶解度的液体。处于相同或相似高度的两种或更多种液体之间的密度差异可以引起静水压差。有利地，由于液体的不可压缩性和水力发电机的高效率，该过程可以以大于70％或80％的往返效率运行。
各实施例可以采用液体、固体、气体、超临界流体或其他介质物相。例如，因为所述集成系统可以是封闭系统，所以可以有利地使用一种或更多种物相。例如，在封闭系统中，可能不存在周围水体的污染的问题，除非例如存在泄漏。
在一种实施例中，较高密度的液体(比如水)的液体储存部和较低密度的液体(比如丁烷)的液体储存部被布置在与单独的液体-液体界面容器相比相对较高的压头高度处。所述相对较高的压头高度可以包括、但不限于以下中的一者或更多者或其组合：位于水体的表面中的较小深度，处于水体的表面处，在水体的表面上方，在水体的表面上漂浮，位于邻近水体的陆地上，或者位于另一水体上，或者位于陆地上。可能期望的是，较高密度的液体具有与相同深度处的周围水体相同或相似的密度。例如，如果包含高密度的液体和低密度的液体的管道或容纳件(container)处于海洋中，则较高密度的液体可以包括与周围水体或其他周围介质具有相同或相似或相对接近密度的液体。可替代地，较高密度的液体可以在密度上明显不同于周围水体或其他周围介质，当在这样的实施例中时，可能需要耐压差的材料。单独的液体-液体界面储存容器可以位于比液体储存部低的压头高度处。所述液体-液体界面储存容器可以使用一个或更多个管连接到一个或更多个较高压头高度的液体储存容器。管可以用于输送较低密度的液体或较高密度的液体或其组合。一个或更多个管可以连接到一个或更多个阀或泵或密封连接接头。例如，较低密度的液体可以连接到一个或更多个液体管，所述液体管可以连接到一个或更多个泵或发电机，或者连接到低密度液体储存部或其组合。例如，较高密度的液体可以连接到一个或更多个液体管，所述液体管可以连接到一个或更多个泵或发电机，或者连接到较高密度液体储存部或其组合。
例如，储存能量可以涉及将较低密度的液体泵送到一个或更多个管中，将至少一部分较高密度的液体从一个或更多个管以及一个或更多个水下容器转移到较高密度液体储存部中，或者替代地，将较高密度的液体置换到周围水体中。由于相同液压压头高度的低密度液体和高密度液体之间的流体静压力的差异，能量可以是储存的能量——例如，当低密度被泵送到管或储存容器中时，其克服了较高密度液体的流体静压力，从而发展出液压压头。当储存装置停止充能时，可以使用阀来防止所述一种或更多种液体处于不期望的逆向流动方向。
在泵送操作期间，可以使用止回阀来防止低密度液体处于逆向泵送方向。如果不存在泄漏，能量储存时长可能是无限的。在释能期间，一个或更多个阀可以打开，从而使得加压的低密度液体能够至少部分地被转移，并且使得所述低密度液体能够为发电机提供动力。阀、泵、发电机和其他移动部件可以位于表面处或正好在表面下，或在陆地上，或它们的组合，因为这可以降低资金、操作和/或维护成本。
在另一实施例中，该过程可以是开放系统，其中较高密度的流体包括一种或更多种液体或水体(比如，例如水或盐水或油或相对便宜的液体)中的流体。为了充能，低密度液体可以被泵送到一个或更多个容器中，从而置换容器中的较高密度的水或液体。该过程可能污染湾中的水，然而这可以通过以下(包括但不限于)来最小化：最小化混合、防止污染物液体液位(例如低密度液体液位)靠近或超过容器的边缘、使用低溶解度或不溶性液体或介质的组合、使用无害或廉价的低密度液体、或它们的组合。在本实施例中，高密度液体储存容器可能是不必要的，从而潜在地降低了资金成本和复杂性。本实施例的一个版本可以包括颠倒的桶，在桶的封闭的面向上的侧部的内部上具有管开口，并且在桶的面向底部的侧部上具有向周围液体打开(例如，水体或海洋或湖泊)的端口。本实施例的一个版本可以包括颠倒的桶，其具有管和端口，所述管连接至液密端口，所述液密端口连接至桶的面向上的侧部，所述端口在桶的面向底部的侧部上向周围的液体(例如，水体或海洋或湖泊)打开。本实施例的一个版本可以不包含任何液密端口—管可以被供给到上下颠倒的容器或桶的开放侧部中，并且附接到容器或桶的内部的底部(因为上下颠倒，所以在桶的顶部的内部)。所述替代实施例的优点包括(但不限于)简化的结构、较高的压力耐受性、较低的泄漏或污染风险以及低成本。一个或更多个容器或桶可以进一步连接到重物或锚，并且桶的上部区域可以连接到漂浮物，以将所述一个或更多个容器或桶维持在期望的位置(例如，颠倒位置)。一个或更多个管可以进一步连接到泵或发电机，所述泵或发电机可以进一步连接到一个或更多个低密度流体储存容器。所述一个或更多个较低密度液体(或其他流体，比如气体)储存容器可以位于较高压头高度处，例如，接近水面、在水面处或在水体的表面上方。在充能期间，较低密度的液体(或其它流体，比如气体)可以被泵送到容器中，从而置换较高密度的液体。在释能期间，低密度液体可以被泵送到容器中，从而置换较高密度液体。
低密度液体的压力：
低密度液体的压力在液体受迫以用于置换较高密度的液体时(如储存能量时的情况)可能处于比周围水体高的压力，其中，低密度液体和周围水体之间的压力差随着深度减小而增加。在低密度液体和高密度液体之间的界面处，两种液体的压力可以相等或接近相等。随着低密度液体的深度减小(或者低密度液体在液体-液体界面上方越高)，较低密度液体与较高密度液体在压力上的偏差越大，或者低密度液体的净压力越大。因此，横跨深度或压头高度输送较低密度液体的管或其他容器可能需要压力耐受性，该压力耐受性要求可能随着深度减小(或距液体-液体界面或最深点的液压高度更大)而增加。在该实施例中，泵或发电部的点可以包括最高压力。描述这一现象的一种方式是：
如果将开放的管竖直地放置在水体中，管内部的水虽然被分开，但在任何给定的深度处在大多数情况下仍处于与周围水体相同的压力，因为在管中给定点上方，管内部的水所施加的水压力与包围管的水相同。类似地，当不同密度的液体，比如较低或较高密度的液体，被放置在开放空气中的封闭底部容器中时，液体在任何给定点处的压力可以等于液体中某一点上方的液体所施加的液体压力。在相同的高度或深度处，较低密度的液体可能具有比较高密度的液体显著较低的重力衍生压力。当较低密度液体在经受重力的位置处置换较高密度液体时(例如，由于施加外部力)，该较低密度液体在液体-液体界面或低密度液体的最深点上方的任何给定高度处所经受的净压力或压力差为：
PNet＝PHD-PLD
其中：
‘PNet’可以是较低密度液体在液体-液体界面或较低密度液体的最低深度上方的给定高度处的净压力；
‘PHD’可以是较高密度液体在液体-液体界面或低密度液体的最低深度上方的高度处的重力压力压头；
‘PLD’可以是较低密度液体在液体-液体界面或低密度液体的最低深度上方的高度处的重力压力压头。
图6：图6示出了采用较低密度的流体和较高密度的流体的实施例的简要配置。带有黑色文字的两个盒子是较高压头高度的液体储存容器。较高压头高度的液体储存区域经由管或管道连接到一个或更多个单独的储存容器。在图6中，管连接到单个储存容器，该单个储存容器在液体(比如水体)的表面以下的压头高度处并且位于较高压头高度的液体储存容器以下的压头高度处，所述单个储存容器可以被称为较低压头高度的储存容器。较高密度液体管或管道连接到较低压头高度的储存容器的底部处的一个或更多个端口。较低密度液体管或管道连接到较低压头高度的储存容器的顶部处的一个或更多个端口。重要的是要注意，较低压头高度的储存容器上的端口的布置位置可能并不重要，并且端口可以被布置成(包括，但不限于)：彼此接近，彼此竖直地交叉，彼此水平地交叉，随机布置，或者呈另一构造，或者它们的组合。对于端口来说，可能重要的是液密。一个例外是，例如，如果重液体端口向周围的水湾开放，则可能消除对用于较高密度液体的液密端口的需要，并且可能消除对高密度液体管或储存容器的需要。较低压头高度的容器内部的较高密度液体和较低密度液体交汇的区域可以被称为流体-流体界面或液体-液体界面。所述液体可以直接接触，在这种情况下，可能期望的是这些液体是不混溶的。这些液体还可以通过分离器或筒(包括但不限于筒或浮式筒)而被间隔或分离或构成不连续液体。如果采用浮式筒来将较高密度液体与较低密度液体分离，可能期望的是，浮式筒具有比较高密度液体低的密度而具有比较低密度液体高的密度。例如，可以使用液体-液体分离器或筒来减少液体-液体混合(对于可溶性液体尤其重要)，或者在开放水域是高密度液体、较高密度液体的情况下，减少了环境污染。通过将较低密度液体泵送到较低密度液体管或管道中来储存能量，这可以将较高密度液体从较低压头高度的储存容器中置换出。储存的能量可以通过使被置换的水进入较低压头高度容器来释放，这可以转移较低压头高度的液体并发电。在图1所示的构造中，泵/发电机被示出为连接到较低密度液体管道或管，这可以实现较高的泵送效率。泵可以在水表面上方，从而实现水下没有移动部件。较低密度液体在充能和释能期间中可以处于压力下。
泵/发电机可以连接到较高密度液体。直接泵送较高密度液体的一个潜在挑战是充能可能需要形成部分真空，这可能效率较低，并且即使在纯真空的情况下，也可能没有足够的驱动力来从较低压头高度容器中移除足够的较高密度液体。例如，如果泵或发电机直接接触或泵送较高密度液体，则可能期望泵或发电机在水位线下方。
液体储存区域可以包括储存较低密度液体或较高密度液体的储罐或贮存器。基本上不混溶或不溶可以指一种液体小于50重量百分比(wt％)、或小于40wt％、或小于30wt％、或小于20wt％可溶在另一种液体中。
对于较高密度液体储存区域来说，在水线下方或者在与液体-液体界面或较低密度液体的最低点相同或相似或比其低的深度可能是有利的。例如，如果较高密度的液体具有与围绕能量储存装置的液体(比如水体)相同的密度，这可能是有利的。例如，较高密度液体储存区域可以包括与周围液体(例如水体)在压力上平衡的囊状储存装置。例如，较高密度液体储存区域可以包括具有浮式顶盖或可移动顶盖的储存装置，所述储存装置与周围液体(比如水体)在压力上平衡。
较低压头高度容器可以是耐受压力差的。低压头高度容器所需的压力耐受性可随着距较低密度液体的最低点或液体-液体界面的竖直距离而增加。可能有利的是，使容器的竖直高度最小化，从而相比之下使低压头高度容器所经受的压力差最小化。这可以将较低密度液体的压力差中的更多或大部分转移到管道/管。随着距较低密度液体的最低点或液体-液体界面的竖直距离的增加，逐渐增加对较低压头高度容器的加强可能是有利的。例如，逐渐增加对较低压头高度容器的加强的结构可以类似于水塔，其中，容器随着较高的流体静压力而逐渐更加耐受压力并被加强。
例如，较高密度液体储存部和较低密度液体储存部可以位于表面下方、漂浮在表面上或者在陆地上。在一些实施例中，较高密度液体储存部可以包括周围水体。在一些实施例中，较高密度液体储存部可以位于与较低密度液体储存部不同的位置。例如，较高密度液体储存部可以是水体表面下方的囊状可膨胀且可收缩的体积储存区域，而较低密度液体储存区域可以位于陆地上。
能量储存装置可以在储存容量的任一点处进行充能或释能。例如，如果该装置至少部分地被充能，那它就可以释能。例如，如果该装置至少部分地被释能，那它就可以充能。例如，如果设备完全充能，它可能没有能力进一步充能。例如，如果设备完全释能，它可能没有能力进一步释能。
示例逐步描述：
图7：步骤1：图7可以示出正在经受充能的能量储存装置。液体泵可将较低密度液体(LDL)加压并泵送到连接到较低压头高度的储存区域的管道中，这可以允许LDL置换较低压头高度储存部中的较高密度液体(HDL)。当HDL被LDL置换时，重力势能可以被储存起来。在图7中，HDL可以被显示为被转移到低压头高度储存区域上方的HDL储存区域。例如，如果HDL储存区域包括与周围液体的流体静压力平衡的流体或与周围液体具有相同密度的流体，则所述HDL储存区可以位于其它位置，例如，在液体的表面下方，或在与较低压头区域相同的高度或深度处，或在液体-液体界面的深度之下。所述泵(一个或多个)可以通过做功来提供动力，例如电力、液压或机械做功。
LDL可以是挥发性液体(比如丙烷或丁烷)，并且LDL储存区域可以是封闭的。不管LDL是否是挥发性的，LDL储存区域可以对外部空气封闭。如果LDL具有足够的挥发性，那么LDL中的顶部空间气体可以包括处于气相的LDL。如果LDL具有足够高的分压(例如，丙烷或丁烷)，那么LDL储存区域可以是压力耐受的并且符合适当的安全防护措施。
HDL可以是挥发性液体。HDL可以包括水。可能期望的是，HDL储存区域不向外部空气开放，因为生物污染物质和其他污染物可能会进入。替代地，例如，HDL储存区域的顶部空间可以包括经过滤或处理的空气。
图8：步骤2，图8可以示出处于相对充能状态的能量储存装置。在充能或释能时，或在充能时或在处于稳定状态时，可以使用止回阀来防止液体流动到LDL储罐中。
可能不利的是使LDL进入较高密度液体区域，例如，如果HDL储存区域位于比LDL高的高度处，在过度充能期间可能发生这种情况。如果发生这种情况，例如，如果HDL储存区域相对于LDL液体-液体界面处于更高的高度，LDL可能漂浮到HDL储存区域的表面。例如，这可以通过使用以下中的一种或更多种或其组合从HDL中移除LDL来补救：倾析、旋风分离、聚结器、过滤器或其他相或液体-液体分离的手段。如果LDL在HDL储存区域的条件下形成气相，则LDL可以通过例如以下(包括但不限于)中的一种或更多种或其组合来分离：从顶部空间移除LDL气体、压缩顶部空间气体、冷却顶部空间气体、气体分离方法、变压吸附、变压吸收、薄膜、蒸馏、燃烧、吸收或吸附。
图9：步骤3，图9可以示出正在释能的能量储存装置。HDL可以置换表面下储存区域中的LDL，这可能导致高压LDL通过发电机，产生电能并进入例如LDL储存储罐。
图10：步骤4，图10可以示出处于相对释能状态的能量储存装置。在释能或充能时，或在充能或处于稳定状态时，可以使用止回阀来防止液体流动到LDL储罐中。
图11：图11可以示出一种示例性实施例，其中，处于较高压头高度或在表面上方的LDL和/或HDL储存区域位于平台或浮式平台上。如果需要，能量储存装置和陆地之间的唯一直接相互连接可以是用于传输电力的媒介，比如电缆。
图12：图12可以示出一种示例性实施例，其中，处于较高压头高度或在表面上方的LDL和/或HDL储存区域位于陆地上，比如在海岸上或者在岛屿上。
图13：图13可以示出一种示例性实施例，其中采用多个表面下储存区域以用于能量储存。如果存在多于一个表面下储存区域，则这些表面下储存区域可以相互连接，这可以使较高压头高度储存区域和较低压头高度或表面下储存区域之间的管道的数量最小化。
示例实施例的示例性安装：
1、将管(较低密度液体管和较高密度液体管)连接到液密容器的两个端口。这些管可以卷绕成卷或呈其它储存构型。
a.端口的位置可能是重要的，并且可以定位成例如使混合最小化。例如，对于低密度液体管连接，端口可以位于容器的顶部附近，而对于高密度液体管，端口可以位于容器的底部附近。
b.管可以连接至一卷或更多卷管。
c.管或容器可能需要承受压力，尽管在一些实施例中，只有传输较低密度液体的管必须承受显著的压力差。
2、用与周围水体相同或相似密度的液体(例如：如果是海洋，与海水密度相同，其可以是包含诸如甘油或乙二醇或丙二醇的稠密有机添加剂的水溶液或盐水。可能期望的是，所述液体不包括生物污垢、结垢物质或导致腐蚀或劣化的物质)填充容器或管或二者。替代地，液体可以包括生物污垢、结垢物质或导致腐蚀或劣化的物质，例如原海水或原湖水或原油储存液体或原废水或其他液体。在本步骤中，填充容器或管或二者的液体可以被认为是较高密度的液体。
3、将管附接至其预期的储罐和发电机/泵。
4、为了确保容器保持在期望的位置(例如，比如直立)并防止管缠结，本实施方式可以涉及将一个或更多个重物或锚附接到容器的底部附近，以及将一个或更多个浮力浮体附接到容器的顶部附近。浮体或靠近容器的顶部的浮体或其组合可以进一步附接到管线上，该管线可以通过连接器连接，所述连接器包括可拆卸机构，比如夹或可远程拆卸的夹。
5、允许容器下沉至期望深度，例如，靠近或在水体的底部处。在容器下沉时解开管和管线(例如，浮式管线或引管道线)。
6、当容器到达其预期深度(例如：重物或锚到达底部的深度)时，可以拆卸引导管线或者可以将引导管线附接至浮体，从而指定位置。
7、为了充能，将低密度液体泵送到液体管或容器中，从而置换较高密度液体，所述较高密度液体通过邻近的管行进到储存容器中。在充能期间，低密度液体可以置换管中或容器中或其组合中的较高密度液体。
8、为了释能，打开阀，从而允许加压的低密度液体(例如，来自步骤8)到达发电机(该发电机可以是例如，单独的发电机或者可以是可以可逆地用作发电机的泵)。
本文所述的能量储存技术的潜在益处：
·>80％的往返效率
ο液体泵和发电机实现高效率和低热力学损失
·无限可用陆地面积(坐落在水体或海洋底部)
·无限储存时间
·无限充能/释能循环
ο海洋中没有移动部件
ο没有劣化或腐蚀
ο试剂不与海洋接触(诸如海洋的水体仅用于产生具有相同的周围静水压力的深度/压头高度)
ο不受海洋或水体生长物(例如，藤壶，淤泥)的影响
·完全封闭的系统
·每kWh成本-丁烷成本～每m3液体$300
·能量密度(1000m处-1m3丁烷-水约为1kWh的电力)
·无环境影响
ο封闭的系统
ο无毒试剂(如果发生泄漏)
·丰富、无毒、不挥发的试剂和建筑材料
·简单、低成本的结构
ο本技术中的静水压力可以与其环境相同。允许在构造中使用低成本、低压力耐受性的材料。(注意：连接至低密度液体的管可能需要较高的压力耐受性)
ο水中没有移动部件
ο实施例可以包括三个储罐(两个在水面，一个在海底)，两个管道以及一个泵/发电机
可能期望的是，高密度液体(HDL)具有与周围水体液体相同的密度。这可以使得容器和/或管道内部的流体静压力与周围容器和/或管道相似，从而能够潜在地使用成本较低、较低压力耐受性的材料。
为了使所介绍的储存装置的能量密度最大化，可能期望的特性包括、但不限于较大的净密度差(即，[高密度液体的密度]-[“低密度液体”的密度])以及较低的温度或压力导致的液体压缩(例如，水在高压下最小地压缩)。这方面的示例包括但不限于丙烷(LDL)和水(HDL)
为了实现所介绍的储存装置的有效功能，可能期望的特征包括、但不限于两种或更多种基本上不溶或不混溶的试剂。可能期望的是高密度液体和低密度液体彼此基本不溶或不混溶。
为了使资本成本最小化，可能期望的特性包括、但不限于低成本试剂、低密度液体的低密度和/或低腐蚀性或非腐蚀性试剂。例如，丁烷和丙烷成本低，并且在较高压力操作时是液体。
为了使资本成本最小化，可能期望的特性包括、但不限于使用与已整合过程中的试剂相容的材料。例如，聚丙烯或HDPE便宜、丰富、耐腐蚀，并且与水、海水、丁烷和丙烷相容。
能量储存装置也可以是储存碳氢化合物液体或化学品或挥发性碳氢化合物的设备。例如，LDL储存区域和较低压头高度储存区域可以包括用于碳氢化合物的储存部，所述碳氢化合物比如，例如包括但不限于原油、汽油、柴油、煤油、乙烷、丙烷、丁烷、己烷、辛烷、环丙烷或癸烷，或它们的组合。碳氢化合物液体在被用于或运输到各种应用(比如聚合物生产、燃料或其他用途)之前，以少量、中量或大量储存。通过将能量储存装置用作同时相对低密度液体的储存装置，可以避免碳氢化合物液体的资本支出。例如，石油和天然气公司、碳氢化合物运输公司、石油贸易商、商品贸易商、化学品公司以及碳氢化合物或其他相对低密度液体的其他用户可以使用本发明的能量储存装置作为碳氢化合物液体储存装置。例如，能量储存装置的所有者或操作者可以因储存或维护或储存相对低密度液体而得到补偿。尽管可以购买相对低密度的液体，但是在本实施例中，相对低密度的液体可以有利地不被能量储存装置的所有者或操作者购买。替代地，能量储存装置的所有者或操作者可以因适当地储存相对低密度的液体而得到补偿。这可以消除支付购买碳氢化合物液体的资本费用的需要，同时也为储存碳氢化合物液体开发了新的收入来源。
高密度液体可以包括在水中具有有限溶解度的较高密度液体，比如碳酸丙烯酯(密度约为1.2g/cm3)或乙二醇二乙酸酯(密度约为1.128g/cm3)。由于所述较高密度液体在水中具有有限溶解度，所以水可以用作低密度液体。所述较高密度液体可以是低成本的、不挥发的和相对无毒的，使得它们能够大量用在水生或海洋环境中。水生和海洋在本文中可以互换使用。
可以使用有脊储存区域或容器以用于位于水的表面下方的区域或储存区域。所述储存区域可以包括、但不限于目前用于在海洋或其他水体的表面下方储存原油或化学品的储存容器。包括无脊或有脊储存区域或容纳件的储存区域可以位于水体或液体之外。替代地或附加地，储存区域可以位于战略石油储备、石油储存部、天然气储存部、液体储存部、盐水层、地质构造或油气井处。可能期望的是，一个或更多个经受大于大气压力的流体静压力的储存区域处于周围环境施加类似或补充压力的环境中，以最小化储存区域或容纳件的强度要求和潜在成本。在固体周围环境(比如诸如盐穴的地质构造)的情况下，地质构造或人工构造的地质构造可以直接用于容纳或储存所述液体，并且可以自身用作储存区域。
示例性实施例：
·一种能量储存装置，包括：
ο两个或更多储存区域，
ο其中，至少一个储存区域处于比另一储存区域大的压力，
ο其中，使用在相同的压头高度或深度下，较低密度液体和较高密度液体之间压力上的差异来储存能量。
·一种能量储存装置，包括：
ο两个或更多储存区域，
ο其中，至少一个储存区域处于比另一储存区域大的压力，
ο其中，所述能量储存装置通过以下来充能：将相对低密度的液体泵送到储存区域中以置换相对较高密度的液体，
ο其中，所述能量储存装置通过以下来释能：允许相对较高密度的液体置换相对较低密度的液体并允许所述较低密度的液体流动以给发电机或液压涡轮机赋能。
·一种同时用作大型能量储存装置的水下石油或化学品储存设施，包括：
ο两个或更多储存区域，
ο其中，至少一个储存区域处于比另一储存区域大的压力，
ο其中，使用在相同的压头高度或深度下，较低密度液体和较高密度液体之间压力上的差异来储存能量。
·一种同时用作大型能量储存装置的水下石油或化学品储存设施，包括：
ο两个或更多储存区域，
ο其中，至少一个储存区域处于比另一储存区域大的压力，
ο其中，所述能量储存装置通过以下来充能：将相对低密度的液体泵送到储存区域中以置换相对较高密度的液体，
ο其中，所述能量储存装置通过以下来释能：允许相对较高密度的液体置换相对较低密度的液体以及允许所述较低密度的液体流动以为发电机或液压涡轮机赋能。
·一种用于储存能量/电力同时储存天然气的方法，包括：
ο将天然气储存在水体的表面下方的储存区域中或气袋中，
ο将天然气压缩或泵送到所述气袋或储存区域中(这可能扩大所述储存区域的体积)从而储存电力，
ο通过允许所述天然气离开所述气袋或储存区域并通过发电机或涡轮来释能或产生电力，
ο其中，所述储存区域通过一个或更多个管或管道连接到表面上的天然气管路或LNG设施或天然气设施。
示例性子实施例：
·其中，在由较高密度液体的重力带来的压力压头超过较低密度液体的重力压力压头的条件下，能量在使用较低密度液体置换较高密度液体时被储存。
·其中，泵可以可逆地用作发电机。
·其中，一个储存区域位于水体的表面下方，并且另一储存区域位于水体的表面附近或上方。
·其中，所述储存区域用作油或化学品储存。
·其中，所述低密度液体或高密度液体或二者都是需要储存的油或化学品。
·其中，水体的表面下方的储存区域构成较高压力、较低压头高度的储存区域，而水体的表面上方的储存区域构成较低压力、较高压头高度的储存区域。
·其中，泵或发电机位于水体的表面附近或上方。
·其中，在水体的表面下方的所述储存区域包含具有开口的凹形区域，所述开口在所述凹形区域的底部附近，向周围水体开放。
·其中，筒或分离器位于较低密度液体和来自周围水体的水之间或将它们分隔。
·其中，在水体的表面下方的所述储存区域包括可扩大或可收缩或柔性结构，比如囊或袋或球囊，其可以在充能期间扩大并填充有低密度液体，并在释能期间塌缩或收缩或排空。
·其中，包括可膨胀或可收缩或柔性结构的所述储存区域可以使所述储存区域周围的水移位。
·其中，高密度液体构成围绕储存区域的水或水体。
·其中，水体的表面下方的所述储存区域可以锚定或拴系到所述水体的底部附近的地上。
·其中，泵或发电机与低密度液体接触。
·其中，泵或发电机与高密度液体接触。
·其中，泵或发电机位于水的表面下方。
·其中，泵或发电机与高密度液体接触，并位于较低压头高度、较高压力的储存区域附近。
·其中，在充能期间，高密度液体被泵送出储存区域，并且较低密度液体替换较高密度液体。
·其中，使用一个或更多个储存区域来储存一种或更多种化学品。
·其中，低密度液体或高密度液体或二者包括被储存的化学品。
·其中，低密度液体或高密度液体或二者可以添加至所述系统或从其移除。·其中，所述储存设施/能量储存装置位于石油平台或化学品设施附近。
·其中，在从所述储存区域中移除后，在使用或运输所述一种或多种液体之前，使用处理单元将残留的高密度液体从低密度液体中分离出来，或者相反。
·其中，当需要过量储存时，可以使用储存单元来储存油或化学品。
·其中，储存单元可以包含更多低密度液体，或填充有低密度液体，或几乎充满地填充有低密度液体，或者填充有更多低密度液体，从而临时或半永久或永久地用于油或化学品储存，例如在需要所述储存的情况下。
·其中，储存单元可以包含更多高密度液体，或填充有高密度液体，或几乎充满地填充有高密度液体，或者填充有更多高密度液体，从而临时或半永久或永久地用于油或化学品储存，例如在需要所述储存的情况下。
·其中，该系统可以被优化，从而根据例如包括但不限于以下中的一个或更多个或组合来优先处理或平衡能量储存或油储存或化学品储存或它们的组合：
ο需要储存的化学品或油的量，
ο化学品储存或油储存的市场利率/价格，
ο电网中的能量储存的市场利率/价格，
ο可用于能量储存的套利价值，
ο可用于化学品储存的套利价值。
·其中，低密度液体是低密度流体。
·其中，所述低密度流体包括气体。
·其中，所述低密度流体或气体可以包括天然气。
·其中，可以在所述系统中使用所述天然气，用于能量产生和石油天然气储存。
·其中，天然气可以压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)的形式储存。
·其中，所述储存区域通过一个或更多个管或管道连接到表面上的天然气管路或LNG设施或天然气设施。
·一种用于储存能量/电力同时储存天然气的方法，包括：
ο将天然气储存在水体的表面下方的储存区域中或气袋中，
ο将天然气压缩或泵送到所述气袋或储存区域中(这可能扩大所述储存区域的体积)从而储存电力，
ο通过允许所述天然气离开所述气袋或储存区域并通过发电机或涡轮来释能或产生电力，
ο其中，所述储存区域通过一个或更多个管或管道连接到表面上的天然气管路或LNG设施或天然气设施。
较低压头高度、较高压力的储存区域可等同于水体的表面下方的储存区域。
能量密度(丁烷-水)：
Figure BDA0002889236770000331
Figure BDA0002889236770000341
液体密度
下表示出了可以用于本文介绍的技术中的各种示例液体的密度。
Figure BDA0002889236770000342
Figure BDA0002889236770000351
Figure BDA0002889236770000361
Figure BDA0002889236770000371
Figure BDA0002889236770000381
Figure BDA0002889236770000391
Figure BDA0002889236770000401
Figure BDA0002889236770000411
低密度液体或高密度液体可以来源于例如废弃产品。例如，低密度液体或高密度液体可以来源于例如包括但不限于以下中的一种或更多种或其组合：废弃食用油、废弃塑料、转化为液体的废弃塑料、转化为燃料油的废弃塑料、废弃甘油、废弃酒精、废弃冷却剂、废弃防冻剂、废弃润滑剂、废弃燃料、污染的油、污染的化学品或过期物品。
通过引用并入本文的现有技术：
海洋可再生能量储存(ORES)系统(Ocean Renewable Energy Storage(ORES)System)：水下能量存储概念分析(Analysis of an Undersea Energy Storage Concept)，2013，10.1109/JPROC.2013.2242411https://ieeexplore.ieee.org/document/6471167/)(https://www.renewableenergyworld.com/articles/2016/09/storing-energy-in-the- sea-a-new-design-for-marine-energy-storage.html).
申请14/003,567,20140060028，抽水蓄能发电厂(Pumped-Storage PowerPlant)，https://patents.justia.com/patent/20140060028
实施例的第三描述
潮汐发电系统
描述：本实施例可以涉及用于由因潮汐导致的水位变化来生成能量的方法和系统。一些实施例可以应用于例如潮汐能发电系统，其通过由于例如潮汐导致的水位的变化来生成能量。一些实施例可以包括使用由于潮汐导致的水位上升而从储存区域置换空气或其他流体从而产生能量，比如电。一些实施例可以包括利用由于潮汐导致的水位降低而引起的空气或其他流体到储存区域中的运动来发电。空气的运动或空气的置换可以通过一个或更多个管传递到例如表面，和/或可以使用例如气动发电机转换成电力。如果需要的话，电的产生、气动泵、气动发电机和/或其他部件都可以位于水或储存区域之外的表面上。如果需要，可以使用不同于空气的另一种气体或流体，或者除空气之外使用另一种气体或流体，或者使用另一种气体或流体与空气结合。所述储存区域可以包括水或空气或流体不可渗透的材料或结构，所述材料或结构具有包含可以被流体占据的空间的凹形区域。所述凹形区域可以由多孔材料占据，例如沙子或岩石或煤渣块或塑料瓶或包装材料，其可以包含可以被流体(比如水或空气)占据的空间。所述储存区域可以包括水或气密衬垫或防水布，其在沙子或岩石或煤渣块或塑料瓶或包装材料或固体材料的一部分上形成凹形区域，所述凹形区域具有可以被流体(比如水或空气)占据的空间。所述储存区域可以包括刚性结构，比如旧船或塑料容纳件。所述储存区域可以包括袋、囊或柔性结构，当在例如较低潮汐处填充有气体或低密度液体时，所述袋、囊或柔性结构可以扩大，而当在较高潮汐处所述气体或低密度液体被释放通过例如发电机时，所述袋、囊或柔性结构可塌缩。所述凹形区域可以包括可以被诸如水或空气的流体占据的开放空间。所述凹形区域可以定位成使得凹形区域面向地球的表面的方向(例如，重力的力的方向)，使得较低密度流体可以在需要的情况下被截留在所述凹形区域中。所述凹形区域可以包含在所述凹形区域内部具有开口的管。所述管可以与表面相互连接，在该表面处，其可以连接到气动泵或气动发电机或液压泵或液压发电机。所述管可以放置在所述凹形区域下和周围(与例如穿过所述储存区域的材料相反)，因为这可以降低穿过所述储存区域的泄漏的可能性。
凹形区域或储存区域可以包括用于其他目的的基础设施，所述基础设施可以包括但不限于以下中的一个或更多个或组合：污水管道系统、排水系统、活水系统、废水系统、排水管道、进入管道、流出管道或水储存区域。
凹形区域或储存区域可以用多孔材料填充物填充。所述多孔材料填充物可以包括但不限于以下中的一个或更多个或其组合：沙子，碎石，岩石，包装材料，或煤渣块，或塑料瓶，或塑料容纳件，或塑料桶，或相互连接的煤渣块，或相互连接的塑料容纳件，或相互连接的包装材料。
凹形区域或储存区域可以是现有的或新的海洋结构的部件或者被构建到其中。例如，凹形区域或储存区域(其可以与空气管和气动发电机/泵整合)可以被制造为组件堤道、防波堤、建筑基础、填埋区或土地扩张或人工岛屿。有利的是，在构造后很少看到或很少被利用的滨水土地的下层面可以被转化为用于从潮汐或水体的水位变化中产生可再生电力的手段。
例如，凹形区域或储存区域可以以三个总体步骤被构造成堤道或填埋区或人工岛屿的部分：1)空气管可以放置在将要构造的海洋结构的区域中。该空气管可以具有这样的端部，所述端部位于最终构造的凹形区域或储存区域的竖直高度附近的一定竖直高度处。如果有利的话，水管可以被放置在将要构造的海洋结构的区域中，以便于水在最终构造的凹形区域或储存区域中流动。替代地，如果例如不使用水管的话，水渗流或渗透可能是水流的唯一来源。2)可以添加多孔材料填料物，比如岩石、或沙子、或煤渣块或其它填充材料，或本文所述的其它多孔填充材料，或其组合。所述填充材料可以包括凹形区域或储存区域的内部。所述填充材料可以围绕空气管。可以期望的是，所述填充材料包围空气管，尽管如此不是基本上或完全堵塞或扭结或阻塞空气管。填充材料可以被仔细地布置，以匹配储存区域或凹形区域内衬的设计或轮廓。3)内衬可以放置在所述填充材料和管道上。可以期望的是，内衬与填充材料的轮廓相匹配，并且可以期望的是，内衬在填充材料或储存区域的整个竖直深度上围绕填充材料。内衬可以包括但不限于以下中的一个或更多个或其组合：HDPE内衬，或LDPE内衬，或铝内衬，或钢内衬，或金属涂层内衬，或金属内衬，或水泥内衬，水泥层，或黏土内衬，或填埋区内衬，或池塘内衬，或湖泊内衬，储存池内衬，或尼龙内衬，或土工合成内衬，或PVC内衬，或袋，或织物，或纺织品，或网状物，或高强度聚合物内衬，或织造内衬，或编织内衬，或包括多个材料层用于强度或流体密闭的内衬，或防水布。
在已经布置了内衬之后，可以添加包括海洋结构的其余部分的材料以例如构造海洋结构。如果有利的话，缓冲材料可以添加到内衬的顶部或底部，以最小化潜在的磨损与撕裂或防止内衬中穿孔的形成。所述缓冲材料可以包括但不限于以下中的一个或更多个或其组合：沙子，或粗麻布，或股线，或纺织尼龙，或凯夫拉，或碎石，或黏土，或泥土，或泡沫，或水泥，或混凝土，或网状物，或织物，或纺织品，或橡胶。有利的是，可以构造本发明的在水的表面下方或地下或在储存区域或腔体内没有移动部件的潮汐发电系统。
例如，凹形区域或储存区域可以被构造为人工礁的一方面，或者由原本可能会沉没的船舶或结构构成。例如，凹形区域或储存区域可以使用倒置的船舶或轮船或船或邮轮或驳船来构造。有利的是，船的船体可能已经是流体密闭的，尽管如果需要，可以采用额外的修补或加强。一种示例性的实施方式可以包括以下步骤中的一个或更多个：1)将管和/或水管道布置在所述船舶内部。空气管的开口可以放置或附接在船舶的底部附近(当所述船舶变成储存区域或凹形区域时，所述开口可以靠近储存区域或凹形区域的最终顶部)。水管可以用于促进水流入和流出储存区域或凹形区域。2)将多孔填充材料布置到所述船舶的至少一部分中。当船舶的开放空间被空气占据时，所述多孔填充材料可以用于防止船舶漂浮。替代地或附加地，可以通过使用锚和线来防止所述船舶漂浮，所述锚和线可以均匀地分布在船舶上。如有必要，船舶内剩余的空气空间的一部分可以用水填充以促进下沉。3)翻转所述船舶使其倒过来，并将所述船舶放置在水体的底部处或附近。可能期望的是，填充材料至少部分地包含在船舶中，以防止填充材料的显著的不受控制的溢流。由于所述船舶内被至少部分地覆盖的隔室，可以包含填充材料。替代地或附加地，所述填充材料可以使用织物或网状物或股线或网来容纳。在船舶接近所述水体的底部时，进行该步骤可能是有利的，以便例如使填充材料的不受控制的溢流最小化。空气管道可以连接到位于表面附近、表面处或上方的空气泵或气动发电机。水管道可以向周围水体开放。有利的是，如果储存区域或凹形区域位于水体的底部附近，则在整个能量产生步骤中，它可能经历接近或几乎水体的全部液压压头，尽管这可能取决于所述凹形区域相对于水体的深度的竖直高度以及低潮和高潮之间的水位差。
一些实施例可以利用水体中的储存区域中由于可能因潮汐导致的水位变化而产生的液压差异来发电。一种实施例可以包括水体的表面下方的储存区域。在相对较低的水位或潮汐期间，可以使用例如一个或更多个管将空气泵送到储存区域中，从而置换所述储存区域中的水。在相对较高的水位或潮汐期间，可以允许水从所述储存区域中置换空气，并且所述空气可以通过例如一个或更多个管进入气动发电机，从而产生有用的功或电力。重要的是要注意，在较高的水位或潮汐时，储存区域中的液压压力可能显著大于较低水位或潮汐期间在储存区域中的液压压力。例如，由于相比于在较低的水位或潮汐期间将空气泵送到所述储存区域中所需的能量或电力，在较高的水位或潮汐时由被置换到发电机中的空气中产生的能量或电力的量显著较大，所以可以产生净能量或电力。所产生的净能量或电力可以包括在较高水位或潮汐期间产生的能量与在较低水位或潮汐期间消耗的能量之间的差异。
实施例可以在一个或更多个潮汐周期期间发电。例如，一些实施例可以在大约1天周期的4个潮汐循环(例如：2个高潮汐，2个低潮汐)期间发电，这方面的示例可以是采用地下腔体的实施例，所述地下腔体具有在较高潮汐或较低潮汐或二者处的海洋水位的范围中的深度。例如，一些实施例可以在大约1天周期的两个潮汐循环(例如：2个高潮汐)期间发电，这方面的示例可以是采用下部水储存区域的实施例，所述下部水储存区域位于与一定区域中的低潮汐深度的水深度的下方或附近或大致相同的水深度处。例如，一些实施例可以在比其可用容量少的循环期间发电-这方面的示例可以是采用具有在较高潮汐或较低潮汐或二者时的海洋水位的范围内的深度的地下腔体的实施例，其中，该过程仅在较高潮汐期间发电。仅在较高潮汐期间发电的实施例可能是有利的，因为一些腔体可能在结构上不适合部分真空，在一天期间的所有四次潮汐移动期间发电可能需要所述部分真空。
如果有利的话，所述过程可以采用水电发电机或水力发电机。重要的是要注意，使成本最小化并使寿命最大化，使用通过空气置换提供动力的气动发电机可能是有利的。
腔体、储存区域或凹形区域可以是类似的术语或同义词。
示例性优点：
·成本：
ο材料成本低。材料成本可以简单地包括内衬、管道、填充材料(如果不是已经存在于周围环境中的话)以及气动发电机或泵。
ο劳动力成本可能会有所不同，这取决于安装是否是另一个项目的一部分，比如海洋结构的构造，以及安装是否需要在地表下方挖掘或疏浚。
·抗逆力与耐久性：
ο一些实施例可以位于地下或水体的表面下方，从而减少来自波浪和碎片的潜在危害。
ο一些实施例可以在水体的表面下方没有移动部件，从而减少或消除因腐蚀、结垢或碎片导致的潜在复杂性。
ο如果需要，移动部件可以不与水或水体接触或直接接触，从而降低其成本并延长其预期寿命。
·效率：
ο使用相对低压的压缩空气提供动力的气动发电机可以以大于50％、或大于60％、或大于70％、或大于80％、或大于90％的效率发电。
示例性的逐步描述
地下的空气与水腔体：
综述：图14-图19可以示出采用了地下储存区域或腔体的实施例。每个图都可以示出通过由于例如包括但不限于潮汐导致的水位的变化来发电的方法中的示例性步骤。在图14-图19中，储存区域或腔体可以包括大部分开放的空间，以供诸如空气或水的流体占据。
图14：步骤1(较高潮汐，正在填充，电生成)，图14可以示出正在发电的实施例。空气被允许通过空气管或气动泵中的阀的开口释放，这允许空气通过管道离开储存区域进入可以发电的气动发电机中。由于周围或附近水体中的水位相对于储存区域中的水位相对较高，所以储存区域中的空气压力可以大于大气压力。来自周围或附近水体的水可以通过泵或经由渗漏行进到储存区域中，从而置换所述储存区域中的空气。可以通过控制进入气动发电机的空气的流动速率来控制离开储存区域的空气的流动速率和进入储存区域的水的速率。
图15：步骤2(高潮汐，腔体填满)，图15可以示出储存区域几乎填满水的实施例。储存区域可以被认为在其实现以下中任一个时是几乎装满水的：1)储存区域中的水位接近附近水体的最近潮汐范围中的最大水位或处于该最大水位；或者2)水体积达到储存区域的最大实际体积容量。
图16：步骤3(较低潮汐，正在排空与发电)，图16可以示出在与储存区域内的水位相比周围水体的水位相对低时进行发电的实施例。当水离开所述储存区域时，由于空气流动到储存区域中，可以生成能量，并且其中所述空气的流动为例如气动发电机提供动力。水流出所述储存区域可以通过水管道或水渗漏。重要的是要注意，储存区域的深度或者水管道的深度(如果水管道连接到储存区域的话)可以理想地低于水体中的水的深度，以防止不受控制的水离开储存区域或空气进入储存区域。空气流动和水离开可以通过打开连接到空气管或气动发电机的阀来控制。
图17：步骤4(较低潮汐，排空的)，图17可以示出储存区域几乎排空水的实施例。储存区域可以被认为在其实现以下中的一个时是几乎排空水的：1)储存区域中的水位接近附近水体的最近潮汐范围中的最小水位或处于该最小水位；或者2)储存区域中没有水。
图18：替代的步骤4(较低潮汐，排空的，取决于年份时间和位置)，图18可以示出储存区域完全排空水的实施例。重要的是要注意，从储存区域离开的水生成的能量可能需要水管道或者需要储存区域至少部分位于水的表面下方，以防止无意的空气或水流动。重要的是要注意，几乎完全被空气占据的储存区域可以最大化潜在的能量生成能力。
图19：步骤5(较低潮汐，将剩余水泵出)，图19可以示出空气被泵送到储存区域中以移除残余水的实施例。例如，当周围水体中的水位相对较低时，可以进行将空气泵送到储存区域中。在较低潮汐时将空气泵送到储存区域中(并置换残余水)所需的能量可能显著小于通过储存区域中的被空气占据的可置换体积的增加所生成的能量。此外，空气可以被泵送到储存区域中，以移除可能已经截留在空气管道中的水。
水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例：
综述：图20-图23可以示出采用地下储存区域或腔体的实施例。每个图都可以示出在通过由于例如包括但不限于潮汐导致的水位的变化来发电的方法中的示例性步骤。在图14-图19中，储存区域或腔体大部分可以包括多孔填充材料，所述多孔填充材料可以包含空间以供诸如空气或水的流体占据。用于发电的步骤可以类似于图14-图19所示的步骤。
图20：步骤1(较高潮汐，正在填充，电生成)，图20示出了水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图21：步骤2(高潮汐，腔体填满的)图21示出了水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图22：步骤3(较低潮汐，正在排空与发电)，图22示出了水/空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
图23：步骤4(较低潮汐，排空的)，图23示出了水空气腔体或储存区域包含多孔材料的示例性实施例。
水下容器(整个发电期间可接近完全压头高度)：
图24：步骤1(较高潮汐，正在填充，正在发电)，图24示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图25：步骤2(较高潮汐，满的)，图25示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图26：步骤3(较低潮汐，正在排空)，图26示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图27：替代的步骤3(较低潮汐，正在排空，取决于潮汐和位置)，图27示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图28：步骤4(较低潮汐，排空的)，图28示出了水/空气腔体或储存区域位于水体上或水体内的示例性实施例。
图29：图29示出了具有浮式泵站或发电机站的示例性实施例。
可以理解的是，尽管以上附图中的很多附图都示出了在水体的底部处或其附近的容器或其他储存结构，但是它可以位于水面以下任何方便的位置。在一些实施例中，它可以停泊在水体的底部和/或顶部。
空气可以用本文所述的其他流体替代。在流体包括液体的情况下，可以使用水轮发电机或水力发电机来代替气动发电机。
相对较高的潮汐是指水体中的水位高于相对较低的潮汐期间的水位时。水位变化可能主要是由于引力潮引起的水位的变化。
示例性实施例：
·一种潮汐发电系统，包括：
ο包括由至少一部分不透水材料包围的腔体、或凹形区域、或储存区域的区域，
ο其中，在相对较高潮汐时，水从所述区域中置换空气，
ο其中，在相对较低潮汐时，空气置换水，
ο其中，电力是通过空气移至或移出所述区域而产生的。
示例的示例性子实施例：
·其中，能量或电力是使用气动涡轮机或发电机而生成的。
·其中，所述区域位于地表下方，或堤道内，或填埋区，或人工岛，或防波堤，或建筑基础，或结构基础或其组合。
·其中，所述储存区域包含多孔填充材料。
·其中，所述多孔填充材料包括以下中的一个或更多个或组合：沙子，碎石，岩石，包装材料，或煤渣块，或碎料瓶，或塑料容纳件，或塑料桶，或相互连接的煤渣块，或相互连接的塑料容纳件，或相互连接的包装材料。
·其中，所述不透水材料可以包括内衬。
·其中，空气利用管道离开和进入所述区域。
·其中，所述管道在所述储存区域内具有开口，或者在水的表面上方具有开口，或者二者都有。
·其中，水经由水渗漏进入或离开所述区域。
·其中，水经由管道进入或离开所述区域。
·其中，水通过不透水材料或所述区域中的开口进入或离开所述区域。
·其中，所述区域在结构上是刚性的。
·其中，所述区域在结构上是柔性的或可扩张或可塌缩的，并且可以包括囊、袋或类似装置。
·其中，所述空气位于所述结构上柔性的区域内，并且所述结构上柔性的区域在较低潮汐期间膨胀并在较高潮汐期间塌缩。
·其中，所述塌缩通过将空气从所述结构上柔性的区域置换到气动发电机中来产生电力。
·其中，所述区域包括用于另外的目的的基础设施，比如以下中的一个或更多个或其组合：污水管道系统、排水系统、活水系统、废水系统、排水管道、进入管道、进入系统、流出管道、流出系统或储存区域。
·其中，内衬包括以下中的一个或更多个或其组合：HDPE内衬，或LDPE内衬，或铝内衬，或钢内衬，或金属涂层内衬，或金属内衬，或水泥内衬，水泥层，或黏土内衬，或填埋区内衬，或池塘内衬，或湖泊内衬，储存池内衬，或尼龙内衬，或土工合成内衬，或PVC内衬，或袋，或织物，或纺织品，或网状物，或高强度聚合物内衬，或织造内衬，或编织内衬，或包括用于强度和流体密闭的多个材料层的内衬，或防水布。
·其中，所述区域被构造为人工礁的一方面，或者由原本可能沉没的船舶或结构或其组合构造而成。
·其中，空气在较低潮汐期间被泵送到所述区域中，并且空气在较高潮汐期间从所述区域被释放到发电机中。
·其中，较高潮汐期间生成的能量超过较低潮汐期间消耗的能量。
·其中，空气被泵送到所述区域中以储存电力。
·其中，空气从所述区域释放以产生电力。
·其中，本发明可以用作潮汐能发电装置、能量储存装置或二者。
具体的实施例
用于“防止海洋结构结垢的系统和方法”的实施例
1.一种用于减少水中结构上结垢的系统，包括：
水中结构，其包括至少一个暴露于水的表面；
凹形区域，其位于暴露于水的该表面的至少一部分上，其中，所述凹形区域被构造成维持水和所述区域之间的基本不连续的物理分离，并且其中，所述凹形区域的至少一部分被气体占据。
2.根据实施例1所述的系统，其中，通过控制所述凹形区域中的气体的量来维持基本不连续的物理分离。
3.根据实施例1所述的系统，还包括控制器和操作性地连接到所述凹形区域的气体源，其中，控制器和气体源控制气体的量。
4.根据实施例3所述的系统，其中，所述控制器和气体源用于在所述凹形区域的至少一部分中用气体置换水。
5.根据实施例1所述的系统，其中，所述气窝在受控的时间段内被可控地固定。
6.根据实施例5所述的系统，其中，所述时间至少约为5秒。
7.根据实施例1所述的系统，其中，所述基本上不连续的物理分离存在的时间大于使用所述结构的时间的30％。
8.一种用于减少水中结构上结垢的系统，包括：
水中结构，其包括至少一个在使用所述结构时暴露于水的表面；
凹形区域，其位于暴露于水的该表面的至少一部分上，其中，所述凹形区域被构造成维持水和所述区域之间的基本不连续的物理分离。
9.根据实施例8所述的系统，其中，所述凹形区域下方的体积是可调节的。
10.根据实施例8所述的系统，其中，凹形区域的表面积是可调节的。
11.根据实施例8所述的系统，其中，凹形区域相对于水的高度是可调节的。
12.根据实施例8所述的系统，其中，所述凹形区域下方的体积、凹形区域的表面积或凹形区域在水上方的高度中的至少一个通过改变凹形区域的表面形态或凹形区域上的表面形态来调节。
13.根据实施例8所述的系统，其中，暴露于水的该表面的至少一部分基本上是疏水的。
14.一种改进的水中结构，包括：
一结构，其包括至少一个在使用所述结构时暴露于水的表面，其中，改进包括：
将暴露于水的所述表面的至少一部分构造成使得当使用所述结构时，所述部分与水具有不连续的分离，并且其中，当使用所述结构时，与水具有不连续的分离的该部分在所述部分和水之间提供气窝。
15.根据实施例14所述的改进的水中结构，其中，通过调节所述窝中的气体的量来控制暴露于水的该表面与水的基本不连续的物理分离的量。
16.根据实施例14所述的改进的水中结构，其中，所述不连续的分离存在的时间大于使用所述结构的时间的30％。
17.根据实施例14所述的改进的水中结构，其中，与缺少所述不连续部分的类似结构相比，被构造为不连续的所述部分减少了至少50％的可见结垢。
18.根据实施例14所述的改进的水中结构，其中，所述窝中的气体的量是可调节的。
19.根据实施例14所述的改进的水中结构，其中，所述气窝的体积是可调节的。
20.根据实施例14所述的改进的水中结构，其中，所述不连续的分离部分的表面积或体积是可调节的。
21.根据实施例14所述的系统，其中，不连续的分离部分相对于水的高度是可调节的。
针对“用于发电的低密度流体置换”的实施例
1.一种用于发电的系统，包括：
第一储存贮存器，其靠近水体的表面并被构造成储存与水基本不混溶的低密度流体；
第二储存贮存器，其位于水体的表面之下并被构造成储存水；泵；以及
发电机；
其中，所述泵、发电机以及所述第一贮存器和第二贮存器操作性地连接，使得通过将所述第一储存贮存器中的低密度流体泵送到所述第二储存贮存器来置换所述第二储存贮存器中的水而储存电力，并且通过允许所述第二储存贮存器中的低密度流体返回到所述第一贮存器来产生电力(或释能)。
2.根据实施例1所述的系统，其中，泵和发电机可以是同一单元。
3.根据实施例1所述的系统，其中，所述第二储存贮存器包括可扩大或可收缩的结构。
4.根据实施例1所述的系统，其中，所述第二储存贮存器包括囊、袋或球囊。
5.根据实施例1所述的系统，其中，所述第二储存贮存器包含具有开口的凹形区域，所述开口在所述凹形区域的底部附近向水体开放。
6.根据实施例1所述的系统，其中，所述第二储存贮存器被拴系至所述水体的底部。
7.根据实施例1所述的系统，其中，低密度流体包括碳氢化合物液体或天然气。
8.根据实施例1所述的系统，其中，低密度流体包括压缩天然气或液态天然气。
9.根据实施例1所述的系统，其操作性地连接到需要电力的单元。
10.一种用于生成能量的方法，包括：
通过用第二流体置换具有第一密度的第一流体的至少一部分来储存能量，其中，第二流体具有低于所述第一流体的第二密度，并且，所述第一流体和第二流体基本上彼此不混溶；
通过用较高密度的第一流体置换较低密度的第二流体的至少一部分来允许动力释能；
其中，所述产生步骤、允许步骤或二者都通过压力和重力来促成。
11.根据实施例10所述的方法，其中，所述产生步骤、允许步骤或二者发生在水的表面下方，其中所述水用于促成压力。
12.根据实施例10所述的方法，其中，所述第一流体是水。
13.根据实施例10所述的方法，其中，所述第二流体包括压缩天然气、液态天然气、液态烃、石油醚或原油。
14.根据实施例10的方法，其中具有第二密度的第二流体储存在水体的表面附近。
15.根据实施例10所述的方法，其进一步包括将动力释能转换成电力。
16.根据实施例10所述的方法，其进一步包括储存所述动力释能。
17.根据实施例10所述的方法，其进一步包括将动力释能转换成电力。
18.根据实施例10所述的方法，其中，第一流体或第二流体包括废液。
19.根据实施例10所述的方法，其中，第一流体或第二流体包括由固体废物产生的流体。
20.根据实施例10所述的方法，其中，第一流体或第二流体包括食用油。
用于“水下能量储存和电力”的实施例
1.一种用于由潮汐发电的方法，包括：
提供腔体，该腔体与潮汐水域操作性地结合并被构造成使得在较高潮汐时空气被水置换，并且使得在较低潮汐时水被空气置换；
在较高潮汐时用水置换腔体内的空气的至少一部分；
在较低潮汐时用空气置换腔体内的水的至少一部分；
其中，水、空气或二者的置换产生动力。
2.根据实施例1所述的方法，其中，腔体在底部上开放。
3.根据实施例1所述的方法，还包括将被置换空气中的至少一部分转移到气动发电机。
4.根据实施例1所述的方法，其进一步包括在置换空气期间控制空气的流动速率。
5.根据实施例1所述的方法，其进一步包括在置换空气期间控制水的流动速率。
6.根据实施例1所述的方法，其中，腔体在地上。
7.根据实施例1所述的方法，其中，腔体在地下。
8.根据实施例1所述的方法，其中，腔体至少部分浸没在潮汐水体中。
9.根据实施例1所述的方法，还包括通过一个或更多个管道将被置换空气的至少一部分转移到气动发电机。
10.根据实施例1所述的方法，其中，腔体包括柔性内衬。
11.根据实施例1所述的方法，其中，腔体是刚性的。
12.根据实施例1所述的方法，其中，腔体是可扩张的或可收缩的。
13.根据实施例1所述的方法，其被构造为使得在较高潮汐时产生的能量超过在较低潮汐期间消耗的任何能量。
14.一种由潮汐发电的方法，包括：
提供腔体，其至少部分地填充有多孔材料和空气，该腔体与潮汐水操作性地结合并被构造成使得在较高潮汐时空气被水置换，并且使得在较低潮汐时水被空气置换；
在较高潮汐时用水置换腔体内的空气的至少一部分；
在较低潮汐时用空气置换腔体内的水的至少一部分；
其中，水、空气或二者的置换产生动力。
15.根据实施例14所述的方法，其中，多孔材料包括沙子、碎石、岩石、包装材料、或煤渣块、或塑料瓶、或塑料容纳件、或塑料桶、或相互连接的煤渣块、或相互连接的塑料容纳件、或相互连接的包装材料、或它们的混合物。
16.根据实施例14所述的方法，其中，腔体包括柔性内衬。
17.根据实施例14所述的方法，其中，腔体是刚性的。
18.根据实施例14所述的方法，其中，腔体是可扩张的或可收缩的。
19.根据实施例14所述的方法，还包括将被置换空气中的至少一部分转移到气动发电机。
20.根据实施例14所述的方法，其进一步包括在置换空气期间控制水的流动速率。

Claims (15)

1.一种用于减少水中结构上结垢的系统，包括：
水中结构，其包括至少一个在所述结构在使用时暴露于水的表面；
凹形区域，其位于暴露于水的所述表面的至少一部分上，其中，所述凹形区域被构造成维持水和所述区域之间的基本不连续的物理分离。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述凹形区域下方的体积是可调节的。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述凹形区域的表面积是可调节的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述凹形区域相对于水的高度是可调节的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述凹形区域下方的体积、凹形区域的表面积、或凹形区域在水上方的高度中的至少一者通过改变所述凹形区域的表面形态或所述凹形区域上的表面形态来调节。
6.一种用于储存能量的方法，包括：
通过用第二流体置换具有第一密度的第一流体的至少一部分来储存能量，其中，所述第二流体具有比所述第一流体低的第二密度，并且所述第一流体和第二流体基本上彼此不混溶；
通过用较高密度的第一流体置换较低密度的第二流体的至少一部分来允许动力释能；
其中，所述产生步骤、允许步骤或二者都通过压力和重力来促成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述产生步骤、允许步骤或二者发生在水的表面下方，其中，所述水用于促成压力。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一流体是水。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二流体包括压缩天然气、液态天然气、液态烃、石油醚或原油。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，具有第二密度的第二流体储存在水体的表面附近。
11.一种用于通过潮汐发电的方法，包括：
提供腔体，所述腔体与潮汐水操作性地结合并被构造成使得在较高潮汐时空气被水置换，并且使得在较低潮汐时水被空气置换；
在较高潮汐时用水置换所述腔体内的空气的至少一部分；
在较低潮汐时用空气置换所述腔体内的水的至少一部分；
其中，水、空气或二者的置换产生动力。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述腔体在底部是开放的。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将被置换空气的至少一部分转移到气动发电机。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在置换空气期间控制空气的流动速率。
15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在置换空气期间控制水的流动速率。
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