JP3242153U - 水圧エネルギー貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】水底に配置されているため、点検や保守が不便である問題を解決する水圧エネルギー貯蔵システムを提供する。【解決手段】貯水装置１、固定プラットフォーム２、揚水エネルギー貯蔵ユニット、第１パイプライン４及び第２パイプライン５を含み、エネルギー貯蔵システムのエネルギー解放時に、内外の差圧の作用下で、海水は第２パイプラインと第１パイプラインを介して貯水装置に入り、流体力学機械の回転を駆動することで、発電機の発電を駆動する。揚水エネルギー貯蔵ユニットは海面近くに配置できるため、固定プラットフォームの上部に固設される。水圧エネルギー貯蔵システムは海底に向かって延在する第２パイプラインを配置することによって、第１パイプライン及び流体力学機械とＵ字状パイプの構造を形成して、第２パイプラインの出口に圧力が十分であることを確保する。【選択図】図１

Description

本考案は電力エネルギー貯蔵技術分野に関し、具体的に水圧エネルギー貯蔵システムに関する。

従来の水圧エネルギー貯蔵システムは、貯水装置と揚水エネルギー貯蔵ユニットがすべて水底に配置され、揚水エネルギー貯蔵ユニットはポンプ水車を含み、ポンプ水車の両端はパイプラインを介して貯水装置と海水に連通され、ポンプ水車は発電機に接続される。エネルギー貯蔵時に、安価電気を利用して揚水エネルギー貯蔵ユニット中のポンプ水車を駆動し、貯水装置中の海水を海の中に排出する。貯水装置外部圧力がその内部圧力より高く、エネルギー蓄積時に、海水は差圧の作用によりパイプラインを介して貯水装置を自動的に駆動し、ポンプ水車の回転を駆動し、発電機の発電を駆動する。

上記水圧エネルギー貯蔵システムは、揚水エネルギー貯蔵ユニットが水底に配置されているため、揚水エネルギー貯蔵ユニットに故障が発生する場合、点検や保守が不便である。

本考案は、従来の技術における水圧エネルギー貯蔵システム中の揚水エネルギー貯蔵ユニットの点検保守が不便である問題を解決しようとする。

本考案は水圧エネルギー貯蔵システムを提供し、以下を含む。
貯水装置であって、海底に配置することに適している。
固定プラットフォームであって、一端が海底に固定するのに適し、他端が海面に向かって延在する。
揚水エネルギー貯蔵ユニットであって、固定プラットフォームの上部に固設される。前記揚水エネルギー貯蔵ユニットは流体力学機械を含み、前記流体力学機械は発電機に接続されるのに適する。
第１パイプラインであって、一端は前記貯水装置に連通され、他端は前記流体力学機械の第１接続口に接続するために上向きに延在する。
第２パイプラインであって、一端は前記流体力学機械の第２接続口に接続され、他端は海底に向かって延在するのに適する。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、前記流体力学機械はポンプ水車である。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、前記エネルギー貯水装置の底面は一側に向けて傾斜するように配置され、前記第１パイプラインの一端は前記貯水装置の最低点に連通される。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、さらに固定ブラケットを含み、前記固定ブラケットは海底に固定されるのに適し、前記固定ブラケットの上面は、一側に向かって傾斜して設けられ、前記貯水装置の底面は、前記固定ブラケットに固定される。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、２つ以上の前記貯水装置が設けられ、２つ以上の貯水装置間は、直列又は並列に接続されている。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、前記第１パイプラインには第１弁が設けられ、前記第２パイプラインには第２弁が設けられる。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、空気補給機構をさらに備え、前記空気補給機構の両端は、それぞれ前記貯水装置の内室及び大気に連通している。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、前記空気補給機構は、可撓性パイプラインと浮力ボールとを備え、前記可撓性パイプラインの両端は、それぞれ前記貯水装置の内室及び前記浮力ボールに連通し、前記浮力ボールには、大気に連通する空気口が設けられ、前記浮力ボールは、海面に浮上するのに適する。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、補水装置をさらに備え、前記補水装置は、前記固定プラットフォームに設けられ、かつ前記流体力学機械の上方に位置し、前記補水装置は、前記第２パイプライン及び／又は前記第１パイプライン内に水を補給できるため、前記第２パイプラインに連通し、前記第２弁は三方弁である。

選択可能に、上記水圧エネルギー貯蔵システムであって、前記補水装置は、補水タンクと第３パイプラインを備え、前記補水タンクは上部が開口し、前記補水タンクの上部は、海面の高水位よりも低く、前記第３パイプラインの両端は、それぞれ前記補水タンク及び前記三方弁に連通している。

本考案は、
本考案が提供する水圧エネルギー貯蔵システムは、作業時に、貯水装置と固定プラットフォームを海底に固定し、固定プラットフォームの他端は海面に向かって延在し、エネルギー貯蔵時に、流体力学機械が動作して貯水装置中の水を第１パイプラインと第２パイプラインを介して海に排出し、貯水装置の外部圧力はその所在水深の水圧で、貯水装置の内部圧力は負圧又は大気圧である。エネルギー解放時に、貯水装置内外の差圧の作用下で、海水は第２パイプラインと第１パイプラインを介して貯水装置に入り、流体力学機械の回転を駆動することで発電機の発電を駆動する。揚水エネルギー貯蔵ユニットは海面近くに配置できるため、固定プラットフォームの上部に固設される。故障時に作業員が水中で点検保守することを容易にするため、揚水エネルギー貯蔵ユニットが水面近くに配置することと、
水圧エネルギー貯蔵システムは、海底に向かって延在する第２パイプラインを配置することにより、第１パイプライン及び流体力学機械とＵ字状パイプの構造を形成して、第２パイプラインの出口に圧力が十分であることを確保し、それにより吸引された海水が受ける水圧と貯水装置外部の水圧が同じであることにし、海水が差圧の作用下で第２パイプラインを介して貯水装置に自動的に圧入されることを保証することと、
水圧エネルギー貯蔵システムは、自然潮汐補水を利用する補水タンクでエネルギー消費なしにＵ字状パイプ構造に補水を行い、Ｕ字状パイプ構造がエネルギー貯蔵及びエネルギー解放の過程において常に満水状態であることを保証し、Ｕ字状パイプ構造のガス漏れにより内部にキャビティが形成される問題を回避し、エネルギー貯蔵過程で排水が円滑に行われ、エネルギー解放過程で海水が貯水装置に円滑に圧入されることを保証するという利点を有する。

本考案の具体的な実施形態又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に具体的な実施形態又は従来技術の記述に用いる必要がある図面を簡単に紹介し、明らかに、以下の記述における図面は本考案のいくつかの実施形態であり、当業者にとっては、創造的な労力を要せずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

は本考案が提供する水圧エネルギー貯蔵システムの概略図である。

以下に図面を結合して本考案の技術的解決手段を明瞭、完全に記述し、明らかに、記述される実施形態は本考案の一部の実施形態であり、全ての実施形態ではない。本考案における実施形態に基づき、当業者が創造的な労力を行わずに得られた全ての他の実施形態は、いずれも本考案の保護範囲に属する。

本考案の記述において、説明すべきものとして、用語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「内」、「外」などが指示する方位又は、位置関係は図面に示された方位又は位置関係に基づくものであり、単に本考案を記述し且つ記述を簡略化するためのものであり、指す装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位で構造及び操作しなければならないことを指示又は示唆するものではないため、本考案に対する制限として理解できない。また、用語「第１」、「第２」、「第３」は、目的を記述するためだけに用いられ、相対的な重要性を指示又は示唆するものとして理解できない。

本考案の記述において、説明すべきものとして、特に明確な規定及び限定がない限り、用語「取り付け」、「接続」、「連結」は広義に理解すべきであり、例えば、固定接続であってもよく、着脱可能な接続であってもよく、又は一体的に接続されてもよく、機械的接続であってもよく、電気的接続であってもよく、直接接続してもよく、中間媒体を介して間接的に接続してもよく、２つの素子内部の連通であってもよい。当業者であれば、具体的な状況によって上記用語の本考案における具体的な意味を理解することができる。

また、以下に記述する本考案の異なる実施形態に係る技術的特徴は互いに矛盾しない限り、互いに結合することができる。

本考案が提供する水圧エネルギー貯蔵システムであって、図１に示されるように、貯水装置１、固定プラットフォーム２、揚水エネルギー貯蔵ユニット、第１パイプライン４及び第２パイプライン５を含み、ここで、貯水装置１は海底に設けられるのに適する。固定プラットフォーム２の一端は海底に設けられるのに適し、他端は海面に向かって延在する。揚水エネルギー貯蔵ユニットは固定プラットフォーム２の上部に固設される。揚水エネルギー貯蔵ユニットは流体力学機械３を含み，流体力学機械３は発電機に接続されるのに適する。第１パイプライン４の一端は貯水装置に連通し、他端は上向きに延在して流体力学機械３の第１接続口に接続される。第２パイプライン５の一端は流体力学機械３の第２接続口に接続され、他端は海底に向かって延在するのに適している。

この構造の水圧エネルギー貯蔵システムは、作業時に、貯水装置１と固定プラットフォーム２を海底に固定し、固定プラットフォーム２の他端は海面に向かって延在し、エネルギー貯蔵時に、流体力学機械３が動作して貯水装置１中の水を第１パイプライン４と第２パイプライン５を介して海に排出し、貯水装置１の外部圧力はその所在水深の水圧であって、貯水装置１の内部圧力は負圧又は大気圧である。エネルギー解放時に、貯水装置１内外の差圧の作用下で、海水は第２パイプライン５と第１パイプライン４を介して貯水装置１に入り、流体力学機械３の回転を駆動することで、発電機の発電を駆動する。揚水エネルギー貯蔵ユニットは海面近くに配置できるため、固定プラットフォーム２の上部に固設される。故障時に作業員が水中で点検保守することを容易にするため、揚水エネルギー貯蔵ユニットが水面近くに配置する。同時に、水圧エネルギー貯蔵システムは海底に向かって延在する第２パイプライン５を配置することにより、第１パイプライン４及び流体力学機械３とＵ字状パイプの構造を形成して、第２パイプライン５の出口に圧力が十分であることを確保し、それにより吸引された海水が受ける水圧と貯水装置１内部圧力が同じであることにし、海水が差圧の作用下で第２パイプライン５を介して貯水装置１に自動的に圧入されることを保証する。

浅海大陸棚９１は領域が広くてエネルギー貯蔵潜在力が大きいため、それを十分に利用すれば、洋上風力発電の建設を結び付けるのは適切で合理的である。浅海大陸棚９１の水深は通常２００メートル未満であって、従来の水圧エネルギー貯蔵システムの最適作業水深は７００メートルであるため、水深要件に厳しい。本構造の水圧エネルギー貯蔵システムは浅海大陸棚９１領域に適用でき、浅海大陸棚９１の水深２００メートル未満の広い領域を十分に利用し、水圧エネルギー貯蔵システムの適用範囲を広めることができる。浅海大陸棚９１領域は海水風力発電開発領域と交差し、水深の深い領域に比べてより汎用性に優れている。

選択可能に、前記流体力学機械３はポンプ水車である。エネルギー貯蔵時に、ポンプ水車はポンプとして用いられ、海水を貯水装置１から抽出する。エネルギー蓄積時に、ポンプ水車は水車として用いられ、海水が差圧の作用下で第２パイプライン５と第１パイプライン４を介して貯水装置１に自動的に圧入され、水車の回転を駆動して発電を行う。海水の流量が十分であるため、ポンプ水車は大流量低ヘッドユニットを採用して発電量を保証する。

図１のように、固定プラットフォーム２は、対向して設けられる２本のコラムと２本のコラムの頂部を跨いで設けられる支持ポストを含み、ポンプ水車は支持ポストの底部に吊り上げられる。第１パイプライン４の一端は貯水装置１の底部に連通し、他端はまず固定プラットフォーム２に向かって水平に延在した後に垂直上向きに延在して、ポンプ水車に向かって水平に延在してポンプ水車の第１接続口に接続され、第２パイプライン５の一端はポンプ水車の第２接続口に接続され、ポンプ水車に背向して水平に一定距離を延在してから垂直下向きに海底まで延在する。

好ましくは、貯水装置１の底面は一方側に向けて傾斜するように配置され、第１パイプライン４の一端は前記貯水装置１の最低点に連通される。貯水装置１の底面は片側に向かって傾斜するように設けられて、揚水中に貯水装置１内部の水がその最低点に均一に合流するようにし、第２パイプライン５の一端は貯水装置１の最低点に連通し、一つの取水点を設けることで貯水装置１内部の海水を効果的に排出することができ、貯水装置１底部を水平にしてその上に複数の取水点を配置するより、水圧エネルギー貯蔵システムの構造を効果的に簡潔化できる。

選択可能に、図１のように、水圧エネルギー貯蔵システムはさらに固定ブラケット６を含み、固定ブラケット６は海底に固定され、固定ブラケット６の上面は、一方側に向かって傾斜して設けられ、貯水装置１の底面は固定ブラケット６に固定され、固定ブラケット６は貯水装置１の取り付け位置と貯水装置１の底面勾配を保証する。例えば、固定ブラケット６はプレキャスト単一ブラケットであって、貯水装置１は両端が封じられたコンクリートプレキャストパイプラインであって、貯水装置１の縦断面は円形であって、その直径は１０メートルより大きく、長さは１００メートルより長く、貯水装置１の肉厚は１０ｃｍ～５０ｃｍであって、その最小容積を８０００立方メートルに保証して、発電量を保証する。

選択可能に、２つ以上の前記貯水装置１が設けられ、２つ以上の貯水装置１間は、直列又は並列に接続されている。用量や発電量の需要に応じて貯水装置１の数を調整できる。図１に示されるのは貯水装置１の端面であって、貯水装置１はその端面に垂直して延在し、図１のように、貯水装置１は直列に配列され、２つ以上の貯水装置１がその延在方向に沿って順次配置され、隣接する貯水装置１間はパイプラインを介して連通される。貯水装置１が並列に配列され、即ち２つ以上の貯水装置１が固定プラットフォーム２の近傍から固定プラットフォーム２を離れる方向（図１における左右方向）に沿って順次配置され、隣接される貯水装置１同士はパイプラインを介して連通され、具体的な接続方法は浅海大陸棚９１の地形特徴に基づいて柔軟に調整することができる。

第１パイプライン４に第１弁４１が設けられ、第２パイプライン５に第２弁５１が設けられる。第１弁４１は第１パイプライン４とポンプ水車との間の海水の流量と海水流れの停止作動制御のために用いられ、第２弁５１は第２パイプライン５の開閉を制御する。

図１を参照すると、水圧エネルギー貯蔵システムは空気補給機構をさらに備え、前記空気補給機構の両端は、それぞれ貯水装置１の内室及び大気に連通して、貯水装置１内部の大気圧を保ち、揚水と海水が差圧によって貯水装置１に自動的に圧入されることを容易にする。

例えば、空気補給機構は、可撓性パイプライン７１と浮力ボール７２とを備え、前記可撓性パイプライン７１の両端は、それぞれ貯水装置１の内室及び前記浮力ボール７２に連通し、前記浮力ボール７２には、大気に連通する空気口が設けられ、前記浮力ボール７２は、海面に浮上するのに適する。潮汐現象の影響を受けて、海面は一定周期内に海面の低水位９２と海面の高水位９３を有し、可撓性パイプライン７１の伸張程度は海面の高さによって変化して、浮力ボール７２が終始水面上に浮遊しながら大気に連通することを保証し、貯水装置１内部が大気圧にあることを保証する。

図１に示されるように、水圧エネルギー貯蔵システムは補水装置をさらに備え、補水装置は、固定プラットフォーム２に設けられ、かつポンプ水車の上方に位置し、補水装置は、第２パイプライン５及び／又は第１パイプライン４内に水を補給するため、前記第２パイプライン５に連通し、前記第２弁５１は三方弁である。第１パイプライン４と第２パイプライン５は一定時間使用した後にガス漏れが発生し易いため、第１パイプライン４と第２パイプライン５内にエアチャンバーが出現し、２つのパイプライン内の海水圧力が不足し、エネルギー貯蔵システムのエネルギー解放過程に影響を与える。補水装置は第２パイプライン５及び／又は第１パイプライン４内に水を補給して、Ｕ字状パイプ内部の水圧を保証し、エネルギー解放中に海水が円滑に貯水装置１に自動的に圧入され、エネルギー貯蔵過程に排水が円滑に行われることを保証する。第２パイプライン５は三方弁を介してそれぞれポンプ水車の第２接続口と補水装置に接続される。

具体的には、図１に示されるように、補水装置は、補水タンク８１と第３パイプライン８２とを備え、補水タンク８１は上部が開口し、補水タンク９３の上部は、海面の高水位９３よりも低く、第３パイプライン８２の両端は、それぞれ補水タンク８１及び前記三方弁に連通している。補水タンク８１の上部は開口し、補水タンク８１の上部は海面の高水位９３よりも低く、海水が満ち潮時に海水を補水タンク８１に自動的に注入し、三方弁を開にすれば、補水タンク８１内の水は自動的に第２パイプライン５、ポンプ水車と第１パイプライン４に流入し、第１パイプライン４と第２パイプライン５にガス漏れが発生する際に圧力安定化の役割を果たす。水圧エネルギー貯蔵システムは自然潮汐補水を利用する補水タンクでエネルギー消費なしにＵ字状パイプ構造に補水を行い、Ｕ字状パイプ構造がエネルギー貯蔵及びエネルギー解放の過程において常に満水状態であることを保証し、Ｕ字状パイプ構造のガス漏れによって内部にキャビティが形成される問題を回避し、エネルギー貯蔵過程で排水が円滑に行われ、エネルギー解放過程で海水が貯水装置１に円滑に圧入されることを保証する。

水圧エネルギー貯蔵システムのエネルギー貯蔵容量は、貯水装置１の容積とその所在水深と関連しており、設備出力はポンプ水車の出力の大きさに関連する。本システムの貯水装置１はポンプ水車に独立して配置され、エネルギー貯蔵容量の需要と設備出力の需要に応じて、異なる容積のエネルギー貯蔵装置と異なる出力のポンプ水車を配置することが可能で、水圧エネルギー貯蔵システムの柔軟性を向上させる。

実施例１の一番目の代替的実施形態として、補水装置は補水パイプラインであってもよく、補水パイプラインはポンプと水源を連通し、補水が必要である場合に補水パイプラインを介して第１パイプライン４と第２パイプライン５内に水をポンピングする。

実施例１の二番目の代替的実施形態として、空気補給機構は剛性パイプラインであってもよく、剛性パイプラインの一端は貯水装置１の内室に連通し、他端は海面の高水位９３以上まで延出する。

実施例１の三番目の代替的実施形態として、流体力学機械３にはさらにポンプと水車が含まれてもよく、ポンプと水車は並列に配列されて、ポンプと水車の機能をそれぞれ単独に実現する。

明らかに、上記実施例は単に明確に説明するための例示であり、実施形態を限定するものではない。当業者にとっては、上記説明に加えて他の異なる形態の変化又は変動を行うことができる。本明細書に全ての実施形態を網羅する必要がなくまたそれを行うことができない。それにより引き出された明らかな変化又は変動は依然として本考案の創造する保護範囲にある。

１ 貯水装置
２ 固定プラットフォーム
３ 流体力学機械
４ 第１パイプライン
４１ 第１弁
５ 第２パイプライン
５１ 第２弁
６ 固定ブラケット
７１ 可撓性パイプライン
７２ 浮力ボール
８１ 補水タンク
８２ 第３パイプライン
９１ 大陸棚
９２ 海面の低水位
９３ 海面の高水位

Claims (10)

1. 水圧エネルギー貯蔵システムであって、
   海底に設けられるのに適する貯水装置（１）と、
   一端が海底に固定するのに適し、他端が海面に向かって延在する固定プラットフォーム（２）と、
   発電機に接続されるのに適する流体力学機械（３）を備え、前記固定プラットフォーム（２）の上部に固設される揚水エネルギー貯蔵ユニットと、
   一端が前記貯水装置（１）に連通し、他端が上向きに延在して前記流体力学機械（３）の第１の接続口に接続される第１のパイプライン（４）と、
   一端が前記流体力学機械（３）の第２の接続口に接続され、他端が海底に向かって延在するのに適する第２のパイプライン（５）と、を備えることを特徴とする水圧エネルギー貯蔵システム。
2. 前記流体力学機械（３）は、ポンプ水車であることを特徴とする請求項１に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
3. 前記貯水装置（１）の底面は、一方側に向かって傾斜して設けられ、前記第１のパイプライン（４）の一端は、前記貯水装置（１）の最下点に連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
4. 海底に固定されるのに適する固定ブラケット（６）をさらに備え、前記固定ブラケット（６）の上面は、一方側に向かって傾斜して設けられ、前記貯水装置（１）の底面は、前記固定ブラケット（６）に固定されることを特徴とする請求項３に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
5. 前記貯水装置（１）は、２つ以上設けられ、２つ以上の貯水装置（１）同士は、直列又は並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
6. 前記第１のパイプライン（４）には、第１の弁（４１）が設けられ、、前記第２のパイプライン（５）には、第２の弁（５１）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
7. 空気補給機構をさらに備え、前記空気補給機構の両端は、それぞれ前記貯水装置（１）の内室及び大気に連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
8. 前記空気補給機構は、可撓性パイプライン（７１）と浮力ボール（７２）とを備え、前記可撓性パイプライン（７１）の両端は、それぞれ前記貯水装置（１）の内室及び前記浮力ボール（７２）に連通し、前記浮力ボール（７２）には、大気に連通する空気口が設けられ、前記浮力ボール（７２）は、海面に浮上するのに適することを特徴とする請求項７に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
9. 補水装置をさらに備え、前記補水装置は、前記固定プラットフォーム（２）に設けられ、かつ前記流体力学機械（３）の上方に位置し、前記補水装置は、前記第２のパイプライン（５）及び／又は前記第１のパイプライン（４）内に水を補給するように、前記第２のパイプライン（５）に連通し、前記第２の弁（５１）は三方弁であることを特徴とする請求項６に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。
10. 前記補水装置は、補水タンク（８１）と第３のパイプライン（８２）とを備え、前記補水タンク（８１）は上部が開口し、前記補水タンク（８１）の上部は、海面の高水位（９３）よりも低く、前記第３のパイプライン（８２）の両端は、それぞれ前記補水タンク（８１）及び前記三方弁に連通していることを特徴とする請求項９に記載の水圧エネルギー貯蔵システム。

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