JP2024503133A - 液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス、ならびに駆動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、貯水場（２）と、貯水場（２）内に配置され、貯水場（２）内の水位（４）を下方位置（５）から上方位置（６）へと上昇させることで持ち上げることができ、かつ上方位置（６）に固定できる第１の浮体（３）と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第１の発生器（７）と、第１の浮体（３）を第１の発生器（７）に接続し、第１の浮体（３）と第１の発生器（７）との間で運動エネルギーを伝達するように設計された第１のエネルギー伝達装置（８）とを備える、液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）に関する。本発明はさらに、エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）の駆動方法１００に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスに関する。

再生可能エネルギーの使用が増えつつあることに照らして、エネルギー貯蔵の選択肢の重要性が高まりつつある。

例えば、クレーンと複数のブロックとを備えるエネルギー貯蔵システムが国際公開第２０２０／０１８３２９号から公知であり、このクレーンは、ブロックを積み重ねることによってブロックを下位から上位へと動かすことができる。このようにして電気エネルギーは、ブロックの位置エネルギーという形で蓄えられる。ブロックを上位から下位へと動かすことによって、ブロックが降下したときの運動エネルギーから電気エネルギーを生成することができる。このエネルギー貯蔵システムは、例えば日中に太陽エネルギーから生成された電気を、積み重なったブロック内の位置エネルギーという形で貯蔵することができ、かつ、夜間には積み重なったブロックの位置エネルギーを電気に変換することができ、この電気は後に送電網に供給される。

さらに、揚水発電所が長年にわたり公知であり、揚水発電所でのエネルギーの貯蔵において、水の位置エネルギーが上昇するように、水は電気エネルギーによって貯蔵タンクに向かい上方に圧送される。貯蔵された水は電気エネルギーの生成に利用され、このときに水の高低差を均等化することによって、発生器に接続されたタービンが駆動される。

しかし、このプロセスの有効性は、例えば２００ＭＷのタービンの駆動には毎秒１１，０００リットルの水処理量が必要であるという理由で、制限されてしまう。さらに、揚水発電所は、対応する分量の水が利用可能である貯蔵タンクのための空間とともに、十分な高低差をもたらす地理的プロファイルを有する場所でしか駆動することができない。また揚水発電所には、選択された場所の生態系と景観の両方に対する実質的な破壊が伴う。

エネルギー貯蔵に加えて、その最中に確立された風力エネルギー生成および太陽エネルギー生成を含む技術が存在するにもかかわらず、特に最も信頼性が高く一貫したエネルギー回収をできる限り可能にする、環境に優しく持続可能な電力発生技術の需要が依然として存在している。さらなる公知技術には潮力発電所が含まれ、この潮力発電所では、海の潮汐運動に付随する位置および運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、海流の干満によってタービンが駆動される。しかし、干満が切り替わるまでの間、海流がまったく行き渡らない、または非常に限られた海流しか行き渡らないため、電気エネルギーの生成には非常に大きな変動を伴う。塩水に関連する金属成分の腐食も問題である。

独国特許出願公開第１０ ２０１９ ００８ ３９３号明細書からは、水を充填された容器内の浮体が下方位置と上方位置との間で移動可能であって、水を充填された容器内の水位が未変化のままである、エネルギー貯蔵システムが公知である。この上方位置は浮体の対応する浮揚によって想定され、一方で下方位置は、引き綱により浮体を下方に牽引することによって達成される。浮体を下方位置に取り付けることによって、エネルギーを貯蔵することができる。しかし、引き綱に張力を加えて、浮体の下方位置への移動を可能にするには、第一に電気エネルギーが絶対的に不可欠である。

さらに、米国特許第４，２０７，７４１号明細書からは、ピストンを水槽内で往復移動させることによって作動液に圧力が加えられるエネルギー貯蔵装置が知られている。

国際公開第２０１１／０７２２８０号は、流体を収容するためのタンクと、当該タンクの充填または排水のための入口および出口とを有するエネルギー生成装置を開示している。さらに、タンク内を下方位置と上方位置との間で垂直に移動する容器が設けられる。この容器の動きによって生成されたエネルギーの伝達を可能にするために、エネルギー伝達装置が容器に結合される。容器には流体を充填することもできる。

この観点で、本発明の目的は、効果的で環境に優しく、信頼性の高いエネルギー貯蔵を可能にするエネルギー貯蔵デバイス、およびそれに関連する駆動方法を開示することである。さらに、環境に優しく、持続可能で、信頼性が高く、かつ一貫した方法で電気エネルギーを生成できるエネルギー変換装置、およびその対応する駆動方法も、望まれる。

この目的は、独立請求項の主題によって実現される。本発明による解決策のさらなる発展は、従属請求項にて対処される。

本発明による液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスは、後述ではデバイスとして記載されており、貯水場と、貯水場内に配置され、貯水場内の水位を下方位置から上方位置へと上昇させることで持ち上げることができ、かつ上方位置に固定できる第１の浮体と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第１の発生器と、第１の浮体を第１の発生器に接続し、第１の浮体と第１の発生器との間で運動エネルギーを伝達するように設計された第１のエネルギー伝達装置とを備えている。

貯水場は、天然の水資源、例えば海または湖によって形成することができる。代替的に、貯水場は、人工的に構成された容器とすることができる。これにより、さらなる用途を割当て可能となり、かつ資源を節約するという形で本デバイスを設置することができるように、既存の貯水場、例えば水泳プールや沈殿槽を利用するための選択肢が提供される。

本デバイスは塩水または淡水のいずれかの中で駆動させることができ、腐食の低減という点では淡水中での駆動が有利である。

浮体は浮揚性であり、例えば、コンクリートタンク、（古い）船、容器などの形に構成することができる。既存の物体は、さらなる用途を割当て可能となり、かつ資源を節約するという形で本デバイスを設置することができるように、好ましくは浮体として利用することができる。

発生器は、選択されたエネルギー範囲内で運動エネルギーを電気エネルギーに変換可能であるという前提で、種々の構造形態を呈することができる。

エネルギー伝達装置は、第１の浮体から発生器への運動エネルギーの伝達に利用される。これは例えば、ラック、ボーデンケーブル、チェーン、歯車、滑車、変速機などを備えることができる。

本デバイスにより、貯水場内の水位が上昇したときに、位置エネルギーという形でエネルギーを蓄えることができる。このことは、例えば満潮や波などの自然現象によって起こり得るか、または、例えばポンプによって追加の水を貯水場に導入することによって達成され得る。

水位の上昇により、第１の浮体は下方位置から上方位置へと上昇する。したがって、第１の浮体の位置エネルギーが増加する。換言すると、水位の変化は、第１の浮体を下方位置から上方位置へと上昇させるための駆動力として利用される。常時、第１の浮体は少なくとも部分的に水位より上に位置しており、すなわち第１の浮体は水面に浮かんでいる。

第１の浮体を上方位置に固定することにより、第１の浮体の位置エネルギーを貯蔵することができる。固定は、水位と無関係に浮体の上方位置を定める固定デバイスによって実行される。

任意選択で、固定は、上方位置より上の複数の位置で可能とすることができる。第１の浮体を固定するための固定デバイスの作用は、貯水場内の水位が低下したとしても第１の浮体が上方位置に留まるような作用である。

固定デバイスは、例えば固定ボルトの形で構成することができる。固定デバイスは、固定が必要な場合に、固定されつつも脱着可能な接続部を第１の浮体と貯水場の壁部との間に形成できるように、貯水場の壁部に締結させることができる。代替的に、固定デバイスはまた、第１のエネルギー伝達装置と協働して第１の浮体を間接的に据え付けることができ、このため、第１の浮体に堅く結合される第１の固定要素が移動すると、第１の浮体と第１の発生器との間での運動エネルギーの伝達が防止される。

固定デバイスは、第１の浮体を上方位置に固定することによって上方位置に付随する位置エネルギーを貯蔵するための、簡単かつ信頼性の高い選択肢をもたらす。その結果、水位の低下にかかわらず、第１の浮体は、第１の浮体に貯蔵される位置エネルギーを、必要な場合にのみ、かつ水位の低下とは無関係に運動エネルギーへと変換できるように、上方位置に維持することができる。

貯蔵エネルギーを放出するために、すなわち、貯蔵された位置エネルギーを電気エネルギーへと変換するために、第１の浮体は、上方位置から例えば下方位置へと戻るように下降される。したがって、先ず位置エネルギーが運動エネルギーへと変換され、次いで運動エネルギーが第１の発生器によって電気エネルギーへと変換される。第１の浮体から第１の発生器への運動エネルギーの伝達は、第１のエネルギー伝達装置によって実行される。

生成された電気エネルギーは、電気設備の駆動に直接利用できる。換言すると、本デバイスは、デバイスの位置において直接、ゆえに利用可能なあらゆる電力網と独立して、電気エネルギーの貯蔵と生成を可能にすることができる。

代替的または付加的に、生成された電気エネルギーは、電力網へと注入することができる。電力網への注入は、有利には、一方で貯蔵および生成の部位に、他方で消費の部位に地理的に分離することを可能にする。

第１の浮体を上方位置から下降させることによる位置エネルギーの運動エネルギーへの変換、およびその後電気エネルギーへの変換に加えて、第１の浮体の下方位置から上方位置への上昇に伴う第１の浮体の運動エネルギーの一部も、第１の発生器によって電気エネルギーへと変換することができる。換言すると、浮体の上昇中と下降中の両方で、電気エネルギーを回収することができる。

本デバイスは、有利には、風や日光などの自然現象への絶対的な依存をなくして、効果的で環境に優しく信頼性の高いエネルギー貯蔵をエネルギー変換とともに可能にする。

実施形態のさらなる変形によれば、貯水場は、天然の水資源、例えば海や湖とすることができる。

天然の水資源の利用により、本デバイスの構築が容易になる。さらに、水位の変動には、例えば干満や波などの自然のプロセスを利用することができる。加えて、天然の水資源に含まれるエネルギーの貯蔵変換は、電気エネルギーを持続可能かつ環境に優しい方法で生成することができるように可能とされる。

代替的に、貯水場は、第１の容器であって、当該第１の容器への給水または第１の容器からの排水のための閉鎖可能な開口部を有している第１の容器の形で構成することができる。この開口部は、好ましくは、例えば第１の容器を完全に空にすることが可能となるように、第１の容器の下端に配置することができる。

第１の容器は、好ましくは人工的に構成された容器、好ましくは既存の第１の容器である。これによって、デバイスが任意の場所で構築されて駆動することができるように、天然の貯水場の存在と独立して本デバイスを構築することが可能になる。

第１の容器の開口部は、第１の容器内の水位の下降がいずれも開口部の閉鎖によって防止することができるように、例えばダンパによって閉鎖可能な配置で構成される。第１の容器内の水位を上昇させるために、水を第１の容器に流入できるように開口部が開かれる。

任意選択で開口部は、例えばパイプによって天然の水資源に導水可能に接続することができる。これにより、第１の容器と天然の貯水場との間で水の交換が可能になる。

例えば、第１の容器は、湖または海に配置することができる。これにより干満および／または波が、第１の容器への給水および／または第１の容器からの排水のために利用可能になり、これにより、上述の記載に従いエネルギー貯蔵およびエネルギー変換に利用可能な、第１の容器内の水位の変動が可能になる。

任意選択で、本デバイスは貯水容器を備えることができ、このとき第１の容器の開口部は、例えばパイプによって導水可能に貯水容器に接続される。

貯水容器は、さらなる用途を割当て可能となり、かつ資源を節約するという形で本デバイスを設置することができるように、好ましくは人工的に構成された容器、好ましくは例えば水泳プールや沈殿槽などの既存の容器とすることができる。さらに好ましくは、貯水容器は、水が重力の作用のみによって、部分的または全体的のいずれかで貯水場から貯水容器へと流れることができるように、貯水場より下方に配置することができる。

第１の容器内の開口部が、天然の水資源および／または貯水容器に導水可能に接続される場合、本デバイスは、天然の水資源から、および／または貯水容器から貯水場へと水を送り込むためのポンプ装置を備えることができる。

このポンプ装置は、第１の容器内の水位を変動させるための単純かつ効果的で、信頼性の高い選択肢をもたらす。

実施形態のさらなる変形例によれば、本デバイスは、第１の容器に加えて、第２の容器であって、当該第２の容器への給水または第２の容器からの排水のための閉鎖可能な開口部を有する第２の容器と、第２の容器内に配置され、第２の容器内の水位を下方位置から上方位置へと上昇させることで持ち上げることができ、かつ上方位置に固定できる第２の浮体と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第２の発生器と、第２の浮体を第２の発生器に接続し、第２の浮体と第２の発生器との間で運動エネルギーを伝達するように設計された第２のエネルギー伝達装置とを備えることができる。第２の容器は、例えばパイプによって第１の容器に、および／または貯水容器もしくは天然の水資源のいずれかに導水可能に接続される。

第１の浮体を有する第１の容器、および第２の浮体を有する第２の容器は、デバイスの構築に伴う複雑さとコストを削減するように、同一の設計とすることができる。

第２の容器、第２の発生器、および第２のエネルギー伝達装置のより詳細な説明については、第１の容器、第１の発生器、および第１のエネルギー伝達装置についての上述の記載を参照することができ、この記載は対応する形で転写可能である。

第２の容器は、例えば第１の容器より下方に配置することができる。「より下方（ｂｅｌｏｗ）」という用語は、地球の重力場に関連する垂直位置、すなわち地球の中心に近い方の位置を表す。第１の容器と第２の容器との高低差は、例えばこれら容器内の最下点間で測定して１～２メートルの間とすることができる。

任意選択で、さらなる容器、浮体、発生器、ならびにエネルギー伝達装置を設けることができ、これらはそれぞれ互いに上下に配置され、および／または、貯水容器もしくは天然の水資源のいずれかへと導水可能に接続される。こうしてエネルギー貯蔵容量を増加させることができ、特に一貫した電気エネルギー生成が確保される。

実施形態のさらなる変形によれば、第１および／または第２の浮体は、水を充填可能な中空体という形で構成することができる。

中空体の構造設計は、その上端を開閉可能とすることができる。浮体の上方位置での位置決め中に浮体を充填することによって、浮体の質量、したがって貯蔵される位置エネルギーは、浮体が下方位置に下降するとより多くの運動エネルギーを電気エネルギーに変換できるように増加させることができる。

この目的のために、本デバイスは、第１および／または第２の容器より上方に配置される水容器を備えることができ、この水容器は、特に浮体をそれぞれの上方位置で位置決めする間に、例えばパイプによって導水可能に第１および／または第２の浮体に接続される。

ここで、「より上方」という用語は、地球の重力場に関連する垂直位置、すなわち地球の中心から離れて動かされる位置を表す。水容器は、さらなる用途を割当て可能となり、かつ資源を節約するという形で本デバイスを設置することができるように、好ましくは人工的に構成された容器、好ましくは水泳プールや沈殿槽などの既存の容器とすることができる。

水容器は、例えば、さらなるポンプ装置によって充填可能となるように構成することができる。この目的のためにエネルギーが必要とされるが、水容器の充填は、通常であれば必要以上となる電気エネルギーを、水容器へと圧送される水の位置エネルギーという形で少なくとも部分的に貯蔵できるように、電力網システム上に余剰エネルギーが生じる期間中に実行できる。

代替的または付加的に、例えば河川または小川から水容器への自然な水の流入が可能である。

実施形態のさらなる変形によれば、第１のエネルギー伝達装置を、第１の浮体と第１の発生器との間で運動エネルギーを直接伝達するように構成することができ、および／または第２のエネルギー伝達装置を、第２の浮体と第２の発生器との間で運動エネルギーを直接伝達するように構成することができる。

換言すると、第１のエネルギー伝達装置は第１の浮体を第１の発生器に直接接続することができ、および／または第２のエネルギー伝達装置は第２の浮体を第２の発生器に直接接続することができる。こうして、第１の浮体から第１の発生器への、および／または第２の浮体から第２の発生器への運動エネルギーの伝達は、直接実行、すなわち、例えば圧力エネルギー、すなわち加圧容器の位置エネルギーなどエネルギーの他の形態への変換を介在させることなく実行することができる。このようしてエネルギー損失を低減できるので、圧力エネルギーを運動エネルギーに変換するためのさらなるエネルギー変換装置は不要である。さらに、耐圧性の配線も容器も必要とされない。

本発明のさらなる態様は、上述の記載によるエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの駆動方法に関する。本方法は、貯水場内の水位の変動により、下方位置から上方位置へと、および上方位置から下方位置へと第１の浮体を移動させることと、下方位置から上方位置へと、および上方位置から下方位置へと第１の浮体を移動させる間に、第１の浮体から第１の発生器へと運動エネルギーを伝達することと、伝達された運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することとを含む。

エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの利点は、駆動方法に相応して関連付けられる。エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスについての記載は、同時に駆動方法の説明に利用することができる。

本方法は、任意選択で第１の浮体を上方位置に固定することを含み得る。本方法のさらなる特徴は、エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの機能説明から得られる。

本発明は、以下で好ましい実施形態に関して、かつ添付の図面を参照して例示的に記述され、以下に記載される特徴のそれぞれは、それ自体で、または様々な相互の組合せで、本発明の一態様を表すことができる。図面では、次のとおりである。

液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの第１の例示的な実施形態を示す斜視図である。 液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの第２の例示的な実施形態を示す断面図である。 液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの第３の例示的な実施形態を示す断面図である。 液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの第４の例示的な実施形態を示す断面図である。 液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイスの第５の例示的な実施形態を示す断面図である。 例示的な駆動方法のフロー図を示す図である。

以下に記載される例では、その例の要素を形成するとともに、例示目的のために本発明を実施可能な特定の実施形態が表される添付の図面を参照する。本文脈では、例えば、「上方」、「下方」、「前方」、「後方」、「前の」、「後の」などの方向を表す用語は、記載される図に表される配向を参照しつつ利用される。実施形態の構成要素は多数の異なる配向で位置決めすることができるので、方向を示す用語は例示として提供されており、決して限定的なものではない。例外は、地球の重力場における垂直位置を指すとともに、したがって地球の中心から距離が近い方向を示す「～の下方」および「～の上方」という用語に当てはまる。この点で、等価な質量の「～の上方」の配置には、「～の下方」の配置よりも大きな位置エネルギーが付随する。

本発明の保護範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、かつ構造的または論理的な変形例を実行できることが理解される。本明細書に記載の種々の例示的な実施形態の特徴は、別段の定めのない限り、相互に組み合わせる可能であることが理解される。その結果として、以下の説明はあらゆる限定的な意味で理解されるべきではなく、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。

本明細書の文脈では、「接続された」という用語は、直接の接続と間接的な接続の両方を表すために利用される。図中、同一または類似の要素は、適切な範囲で同じ参照符号によって識別される。

図１は、エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１の第１の例示的な実施形態を表すスケッチを示す。デバイス１は、天然の水資源１２、好ましくは潮差が広い海という形にある貯水場２を利用する。貯水場２には水が含まれている。貯水場内の水位４は、潮差に応じて下方水位２１と上方水位２２との間で変動し、すなわち、下方水位２１は引き潮時の水位４に相当し、上方水位２２は満潮時の水位４に相当する。代替的または付加的に、水位４は、水波に応じても変動し得る。

貯水場２は、少なくとも１つの側面が壁部２３によって区切られている。壁部２３は、例えば防波堤という形で構成することができる。

貯水場２には、例示的な実施形態では中空コンクリート体である第１の浮体３が配置される。第１の浮体３は、その最下部の区画面２４が浮遊状態にある場合に下方水位２１の高さにほぼ相当するように、浮揚性として構成される。図１では、下方位置５にある第１の浮体３は、実線で表される。水位４が上昇すると、第１の浮体は下方位置５から上方位置６へと上昇する。図１では、上方位置６にある第１の浮体３は、破線で表される。

壁部２３には、例示的な実施形態ではレールシステムという形で構成される固定デバイス９が配置され、これに沿って、第１の浮体３は下方位置５と上方位置６との間を移動することができる。例えばブレーキシューという形で、すなわち浮体３に締結されて固定デバイス９の対応する係止ラグと協働するフック形状の係止デバイスという形で構成することが可能な（図示されていない）固定要素によって、第１の浮体は、水位４が低下したときに第１の浮体３の沈下がいずれも防止されるように、上方位置６に据え付けることができる。

デバイス１は、第１のエネルギー伝達装置８によって第１の浮体３に接続される、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第１の発生器７をさらに備えている。例示的な実施形態では、第１のエネルギー伝達装置８は、ローププーリ２５およびガイドプーリ２６を経由するケーブルプルという形で構成される。

エネルギー貯蔵のために、第１の浮体３は、貯水場２内の水位４が上昇すると下方位置５から上方位置６へと移動し、そこで運動エネルギーが位置エネルギーに変換される。固定デバイス９によって第１の浮体３を上方位置６に固定することによって、上方位置６にある第１の浮体の位置エネルギーという形でエネルギーを貯蔵することができる。

貯蔵された位置エネルギーを放出するために、第１の浮体３は下方位置５へと戻される。こうして、上方位置６にある第１の浮体３の位置エネルギー成分は、運動エネルギーに変換されてエネルギー伝達装置８によって発生器７へと伝達され、発生器によりこの運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、当該電気エネルギーは例えば（図示されない）電力網に注入される。

これに相応して、第１の浮体３を下方位置５から上方位置６へと上昇させる間に、運動エネルギーをエネルギー伝達装置８によって発生器７へと伝達し、当該発生器によって電気エネルギーに変換することもできる。

その結果、水位４が下方水位２１と上方水位２２との間で変動することによって、付随するエネルギーを電気エネルギーに変換することができる。水位４が自然原因によって変動する場合、電気エネルギーは、環境に優しく持続可能な方法で回収することができる。第１の浮体３を上方位置６に固定することによって、電気エネルギーを必要に応じて生成できるようなエネルギー貯蔵のための選択肢がもたらされる。

複数の浮体、固定デバイス、発生器などの組立て、ならびにエネルギー貯蔵およびエネルギー変換のプロセスの対応する制御によって、電気エネルギーは、一貫した信頼性の高い方法で送達することができる。

図２は、液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１の第２の例示的な実施形態を示す。第１の例示的な実施形態（図１を参照）による液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１との違いとして、貯水場２は、天然の水資源１２ではなく、第１の容器１０という形で構成されている。第１の容器１０は、人工的に構成された容器１０であり、かつ第１の容器１０への給水および第１の容器１０からの排水のための開口部１１を備えており、この開口部によって第１の容器内の水位４を変動させることができる。当然ながら、複数の開口部１１を設けることも可能であり、それによって水位４の制御を容易にすることができる。開口部１１は、例えば図２に示されるシャッタの形で構成できる閉鎖デバイス２０によって閉じることが可能である。

開口部１１は、天然の水資源１２、例えば海または湖に導水可能に接続される。天然の水資源１２の水位２７が、例えば干満および／または波に付随して変動した場合、それに応じて水を第１の容器に流入、または第１の容器から排出することができる。駆動の原理に関しては、図１についての記載を参照することができる。

しかし、任意選択でこの例示的な実施形態９では、上方の水位４によって第１の浮体３を上方位置６に固定することも可能であるため、固定デバイス９を省くことができ、このとき上方水位２２は、開口部１１を閉じることによって一定に維持することができる。

図３は、液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１の第３の例示的な実施形態を示す。第２の例示的な実施形態（図２を参照）よる液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１との違いとして、貯水場２の開口部１１は、天然の水資源１２ではなく貯水容器１３に導水可能に接続されている。この目的のためにパイプ２８が使用される。他の態様では、図２による記載が適用される。

貯水容器１３は、人工的に構成された容器である。このためデバイス１は、天然の水資源１２とは独立して構築し、かつ駆動させることができる。具体的には、デバイス１の構築に付随して環境破壊がほとんどまたは全く生じないように、既存の構造、例えば、廃発電所にある水容器や発生器などを利用することができる。本デバイスは、例えば、費用対効果の高い構築も可能となるよう、原則的に地上に構築することができる。

貯水容器１３内にはポンプ装置１４が配置されており、これによって、水を貯水容器１３から第１の容器１０へと圧送することができる。ポンプ装置１４は、電力によって駆動可能である。例えば、電力網に存在する余剰エネルギーは、水を貯水容器１３から第１の容器１０へと圧送するのに利用することができる。換言すると、デバイス１は、例えば太陽エネルギー設備または風力タービンによって高量の太陽光照射または卓越風の条件下で生成される電力網内の余剰電気エネルギーに対するバッファ貯蔵器として利用することができる。

図４は、液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１の第４の例示的な実施形態を示す。第３の例示的な実施形態（図３を参照）による液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１との違いとして、付加的に、第２の容器１５であって、当該第２の容器１５への給水および第２の容器１５からの排水のための閉鎖可能な開口部１１ｂを有する第２の容器１５が、設けられている。第２の容器１５は第１の容器１０と同一の設計で構成されるので、第２の容器１５内に配置され、第２の容器１５内の水位を下方位置５から上方位置６へと上昇させることで持ち上げることができ、かつ上方位置６に固定できる第２の浮体１６と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第２の発生器１７と、第２の浮体１６を第２の発生器１７に接続し、第２の浮体１６と第２の発生器１７との間で運動エネルギーを伝達するように構成される第２のエネルギー伝達装置１８とを有している。

第２の容器１５は、パイプ２８ｂによって導水可能に第１の容器１０に接続されており、閉鎖装置２０ｂによって閉じることができる。閉鎖デバイス２０ｂは、閉鎖デバイス２０、２０ａのように、シャッタの形で構成することができる。さらに、第２の容器１５は、さらなるパイプ２８ｃによって導水可能に貯水容器１３に接続されており、閉鎖デバイス２０ｃによって閉じることが可能である。

第４の例示的な実施形態では、第２の容器１５は、開口部１１ｂが開いている場合に第２の容器１５が第１の容器１０から水を自動的に充填されるように、第１の容器１０より下方に配置されている。本構成により、２つの浮体３、１６が時間的にずらして動かされると、特に一貫した電力の生成が可能となり、その結果、第１の発生器７と第２の発生器１７は、電力生成において時間差を伴って利用することができる。したがって、電力生成の停止を回避することができる。

図５は、液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１の第５の例示的な実施形態を示す。第３の例示的な実施形態（図３を参照）による液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１との違いとして、付加的に、水容器１９が第１の容器より上方に配置されており、この水容器は、パイプ２８ｄによって導水可能に第１の浮体３に接続可能である。したがって、前述の記載により、中空コンクリート体という形で構成される第１の浮体３は、第１の容器３が上方位置６に位置する場合、水容器１９から水を充填され得る。

水を充填することで第１の浮体３の質量は増加し、こうして浮体の位置エネルギーが上昇する。結果的に、第１の浮体が上方位置６から下方位置５に下降すると、より多くの運動エネルギーを第１の発生器７に伝達することができる。第１の浮体３が下方位置５に戻される場合、水を第１の浮体３から第１の容器１０へと放出することができる。この目的のために、第１の浮体３の（図示されていない）開口部を利用することができる。

水容器１９は、ポンプ装置によってさらなる（図示されていない）水容器から充填することができ、この目的のために、好ましくは電力網内の余剰電気エネルギーを利用することができる。代替的または付加的に、水容器１９は、天然水源、例えば小川から充填することもできる。

対応する方法では、さらなる水容器を第２の浮体に割り当てることもでき、または、第１の浮体３と第２の浮体１６の両方を、同じ水容器１９から充填することができる。

当然ながら、水容器１９は、同様の方法で第１の容器１０と組み合わせて利用することができ、その開口部１１は天然の水資源１２に導水可能に接続され、このとき第１の容器１０は、例えば海に浮かぶ廃船の船体という形で構成される。

図６は、エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１、例えば図１～図５を参照して上述されるエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス１の例示的な駆動方法１００を示す。

方法１００の開始に進むと、プロセス工程Ｓ１で、第１の浮体３は下方位置５から上方位置６へと動かされ、それに応じて貯水場２内の水位４が変動、すなわち上昇する。これによりプロセス工程Ｓ３で、運動エネルギーがエネルギー伝達装置８によって第１の浮体３から第１の発生器７に直接伝達される。伝達された運動エネルギーは、プロセス工程Ｓ４で電気エネルギーへと変換される。

その後、プロセス工程Ｓ２で、第１の浮体３は上方位置６から下方位置５に戻され、それに応じて貯水場２内の水位４が変動、すなわち下降する。これによりプロセス工程Ｓ３で、運動エネルギーがエネルギー伝達装置８によって第１の浮体３から第１の発生器７に直接伝達される。伝達された運動エネルギーは、プロセス工程Ｓ４で電気エネルギーへと変換される。

プロセス工程Ｓ４に進むと、方法１００は、プロセス工程Ｓ１に戻って継続するか、または終了することができる。

１ 液圧器械式のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス
２ 貯水場
３ 第１の浮体
４ 水位
５ 下方位置
６ 上方位置
７ 第１の発生器
８ 第１のエネルギー伝達装置
９ 固定デバイス
１０ 第１の容器
１１、１１ａ、１１ｂ 開口部
１２ 天然の水資源
１３ 貯水容器
１４ ポンプ装置
１５ 第２の容器
１６ 第２の浮体
１７ 第２の発生器
１８ 第２のエネルギー伝達装置
１９ 水容器
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 閉鎖デバイス
２１ 下方水位
２２ 上方水位
２３ 壁部
２４ 最下部の区画面
２５ ローププーリ
２６ ガイドプーリ
２７ 天然の水資源の水位
２８、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ パイプ
１００ 駆動方法
Ｓ１ 貯水場内の水位の変動による第１の浮体の下方位置から上方位置への移動
Ｓ２ 貯水場内の水位の変動による第１の浮体の上方位置から下方位置への移動
Ｓ３ 第１の浮体から第１の発生器への運動エネルギーの伝達
Ｓ４ 伝達された運動エネルギーの電気エネルギーへの変換

Claims (12)

1. 貯水場（２）と、
   前記貯水場（２）内に配置され、前記貯水場（２）内の水位（４）を下方位置（５）から上方位置（６）へと上昇させることで持ち上げることができ、かつ前記上方位置（６）に固定できる第１の浮体（３）と、
   運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第１の発生器（７）と、
   前記第１の浮体（３）を前記第１の発生器（７）に接続し、前記第１の浮体（３）と前記第１の発生器（７）との間で運動エネルギーを伝達するように設計された第１のエネルギー伝達装置（８）と、
   前記第１の浮体（３）を前記上方位置（６）に据え付けるように構成される固定デバイス（９）と
   を備える、液圧機械エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
2. 前記貯水場（２）が天然の水資源（１２）である、請求項１のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
3. 前記貯水場（２）が、第１の容器（１０）であって、該第１の容器（１０）への給水または第１の容器（１０）からの排水のための閉鎖可能な開口部（１１、１１ａ）を有している第１の容器（１０）の形で構成される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
4. 前記開口部（１１、１１ａ）が、天然の水資源（１２）に導水可能に接続される、請求項３に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
5. 貯水容器（１３）を備えており、
   前記開口部（１１、１１ａ）が、導水可能に前記貯水容器（１３）に接続されている、
   請求項３または４に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
6. 前記天然の水資源（１２）から、および／または前記貯水容器（１３）から前記貯水場（２）へと水を送り込むためのポンプ装置（１４）
   を備える、請求項４または５に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
7. 第２の容器（１５）であって、該第２の容器（１５）への給水または第２の容器（１５）からの排水のための閉鎖可能な開口部（１１ｂ）を有する第２の容器（１５）と、
   前記第２の容器（１５）内に配置され、前記第２の容器（１５）内の水位を下方位置（５）から上方位置（６）へと上昇させることで持ち上げることができ、かつ前記上方位置（６）に固定できる第２の浮体（１６）と、
   運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための第２の発生器（１７）と、
   前記第２の浮体（１６）を前記第２の発生器（１７）に接続し、前記第２の浮体（１６）と前記第２の発生器（１７）との間で運動エネルギーを伝達するように設計された第２のエネルギー伝達装置（１８）と
   を備えており、
   前記第２の容器（１５）が、前記第１の容器（１０）に、および／または前記貯水容器（１３）もしくは前記天然の水資源（１２）のいずれかに導水可能に接続される、請求項３から６のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
8. 前記第２の容器（１５）が、前記第１の容器（１０）より下方に配置される、請求項７に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
9. 前記第１の浮体（３）および／または前記第２の浮体（１６）が、水を充填可能な中空体という形で構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
10. 前記第１の容器（１０）および／または前記第２の容器（１５）より上方に配置される水容器（１９）を備えており、
    前記水容器（１９）が、導水可能に前記第１の浮体（３）および／または前記第２の浮体（１６）に接続可能である、
    請求項９に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
11. 前記第１のエネルギー伝達装置（８）が、前記第１の浮体（３）と前記第１の発生器（７）との間で運動エネルギーを直接伝達するように構成され、および／または前記第２のエネルギー伝達装置（１８）が、前記第２の浮体（１６）と前記第２の発生器（１７）との間で運動エネルギーを直接伝達するように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス（１）の駆動方法（１００）であって、該駆動方法は、
    Ｓ１、Ｓ２：貯水場（２）内の水位（４）の変動により、下方位置（５）から上方位置（６）へと、および前記上方位置（６）から前記下方位置（５）へと第１の浮体（３）を移動させることと、
    Ｓ３：前記下方位置（５）から前記上方位置（６）へと、および前記上方位置（６）から前記下方位置（５）へと前記第１の浮体（３）を移動させる間に、前記第１の浮体（３）から第１の発生器（７）へと運動エネルギーを伝達することと、
    Ｓ４：伝達された前記運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することと
    を含む、駆動方法（１００）。
    

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