JP5964979B2 - 揚水発電所 - Google Patents
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Description
風力発電所及び/又は太陽光発電システム等の、時間とともに変動するエネルギーを生産する複数の一次発電所と、
本発明による1つ又は複数の水中揚水発電所と、
電気エネルギーの複数の消費地点と、
複数の消費地点、水中揚水発電所及び一次発電所を互いに接続している送電線の網状組織と、を備える。この送電線の網状組織により、一次発電所からの余剰のエネルギーがあるとき、一次発電所により生成された電気エネルギーは、水中揚水発電所により可逆的に貯蔵され、高需要時に、電気エネルギーを回収し、回収された電気エネルギーを複数の消費地点へ供給することができる。
E(kW)=V(m3)×T(m)×9.81/3600
体積V=10000m3、水深T=2000m、並びに球形状及び28mの空洞直径を有する圧力容器20の例において、だいたいE=58000kWh=58MWhの電気エネルギーEを貯蔵することができる。このことは、約10メガワットの電力出力を6時間という時間にわたって供給することができることを意味する。風力又は太陽光エネルギーによってポンプ貯蔵量を日周期で再充填する、つまり日周で貯蔵体積Vの充填及び排出を行う場合、年間約20000MWhの貯蔵エネルギー量がもたらされる。
2 風力タービン
3 太陽光発電システム
4 送電線
6 揚水発電所
8 海洋底
12 送電線
14 負荷
16 ポンプ
18 内部空洞
19 内部圧力容器部材
20 圧力容器
20a 一体型蓄積複合体
21 追加の圧力容器
22 圧力容器接続部
23 接続継手
24 水だめ
26 遮断弁
28 外壁
30 蓄積システム
32 取水/放水弁
34 取水口
35 放水口
36 タービン
38 空洞
40 基礎本体
41 充填材
42 主通路
43 副通路
44 延長部
46 カバー
48 電力供給網
50 水中送電線
52 ケーブル
54 浮標
60 ポンプ−タービンユニット
62 第2のポンプ−タービンユニット
Claims (17)
- 風力発電所(2)及び/又は太陽光発電システム(3)等の他の発電所からの電気エネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する水中揚水発電所(6)であって、
水で充填することができるとともに共通の蓄積容積を構成する少なくとも2つの圧力容器(20)を有するモジュール方式の蓄積システムと、
水深(T)に対応する静水圧(PT)に抗して前記蓄積システムから直接に周囲の海洋(1)へ水を流出させる放水口(35)と、
前記放水口(35)に配置され、前記蓄積システムから前記周囲の海洋へ水を排出し、前記周囲の海洋(1)の前記静水圧(PT)に抗して水を排出するときに、電気エネルギーを、排出された水柱に対応する位置エネルギーへ変換するポンプ(16)と、
前記水深に対応する前記静水圧(PT)により前記周囲の海洋(1)から直接に前記蓄積システムへ水を流入させる取水口(34)と、
前記取水口(34)に配置され、前記水深(T)に対応する前記静水圧(PT)により水が流入するときに、前に排出された水柱の前記位置エネルギーを電気エネルギーへ戻すように変換する共通の発電機(36)と、
前記蓄積システムから分離することが可能である分離可能なポンプ−タービンユニット(60)及び/又は基礎本体(40)と、
前記電気エネルギーを海洋表面から前記水中揚水発電所(6)へ送り、また戻す送電線(12)と、
を備え、前記圧力容器(20)は、前記ポンプ(16)により空の状態に排出され海洋底(8)における前記静水圧(PT)による変形に耐えることができるように耐圧に構成されており、
前記基礎本体(40)又は前記分離可能なポンプ−タービンユニット(60)は、余分なポンプ及び弁、及び/又は、前記取水口及び放水口(34、35)を自動清掃する清掃システムを含む水中揚水発電所。 - 前記圧力容器は、水だめ(24)により互いに連結されており、前記放水口(35)は、前記水だめに配置されている請求項1に記載の水中揚水発電所。
- 前記圧力容器(20)と前記水だめ(24)との接続部は、前記圧力容器(20)のうちの少なくとも1つと前記蓄積システムとの接続を断つための少なくとも1つの遮断弁(26)を有する請求項2に記載の水中揚水発電所。
- 前記ポンプ−タービンユニット(60)は、少なくとも前記取水口(34)、前記放水口(35)、前記ポンプ(16)、前記発電機(36)及び電気設備を備え、前記ポンプ−タービンユニット(60)は、保守・点検作業目的で前記海洋表面へ分離して運ばれる請求項1〜3のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記ポンプ(16)は、共通のポンプであり、前記共通のポンプ及び前記共通の発電機(36)は、可逆式のポンプ−タービンを形成し、前記ポンプ−タービンは、組み合わされた取水口及び放水口(34、35)に配置されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記共通の蓄積容積は、複数の円筒形の圧力容器(20)を備え、前記複数の円筒形の圧力容器(20)は、一列に並べられて互いに接続されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記圧力容器(20)は、管部分であり、前記管部分の壁厚は、前記管部分が前記海洋底(8)における水圧に耐えるのに十分な厚みを有するように選択されている請求項6に記載の水中揚水発電所。
- 前記圧力容器(20)は、内部圧力容器部材(19)であり、一体型蓄積複合体(20a)は、管の形態の前記内部圧力容器部材(19)を密接に詰めてつくられており、前記管の間の空洞は、前記一体型蓄積複合体を安定させるとともに前記蓄積システムを重くするために充填材で充填されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記基礎本体(40)は、前記圧力容器(20)、前記ポンプ(16)及び前記タービン(36)を収容するように構成されており、前記基礎本体(40)は、前記基礎本体(40)の内部の一体化された主通路(42)を介して、収容された前記圧力容器(20)を前記ポンプ(16)に接続し、前記圧力容器(20)は、前記基礎本体(40)を介して互いに接続されており、前記圧力容器(20)は、前記基礎本体を介して接続された共通の圧力容器の容積を形成している請求項1〜8のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記基礎本体(40)は、前記海洋底(8)に前記基礎本体を安定かつ固定して支持する脚部(46)を有する請求項9に記載の水中揚水発電所。
- 前記圧力容器(20)及び/又は前記基礎本体(40)は、前記圧力容器(20)を前記基礎本体(40)及び/又は直接追加の圧力容器(21)に取り外し可能に接続するための自己封止式の接続継手(23)を有する請求項1〜10のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記圧力容器(20)及び/又は前記基礎本体(40)は、重り材で充填される空洞(38)を有する請求項1〜11のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 前記圧力容器(20)及び/又は前記基礎本体(40)は、追加の補強を行う内部支持枠を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 空の状態である前記圧力容器(20)及び/又は前記基礎本体(40)は、水より軽く、したがって海洋表面に浮くことができ、これらの構成要素は、浮いている状態で設置場所へ運ぶことができるとともに前記設置場所において沈めることができ、保守・点検作業目的で水面へ戻すことができるようになっている請求項1〜13のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
- 電力供給網であって、
風力発電所(2)及び/又は太陽光発電システム(3)等の、時間とともに変動する電気エネルギーを生産する複数の一次発電所と、
請求項1〜14のいずれか一項に記載の少なくとも1つの水中揚水発電所(6)と、
電気エネルギーの複数の消費者(14)と、
前記消費者、前記少なくとも1つの水中揚水発電所及び前記一次発電所を互いに接続する送電線(12、50)の網状組織と、
を備え、前記一次発電所からの余剰のエネルギーがあるとき、前記一次発電所により生産された前記電気エネルギーは、前記少なくとも1つの水中揚水発電所により一時的に可逆的に貯蔵され、高需要時に、電気エネルギーが回収され、回収された前記電気エネルギーは、前記消費者へ供給されることができるようになっている電力供給網。 - 風力発電所(2)及び/又は太陽光発電システム(3)等の一次発電所からの電気エネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する方法であって、
水で充填することができるとともに海洋底に沈められた少なくとも2つの人工の圧力容器(20)が設けられた水中揚水発電所(6)を設け、前記水中揚水発電所(6)は、前記蓄積システムから分離することが可能である分離可能なポンプ−タービンユニット(60)及び/又は基礎本体(40)が設けられており、前記圧力容器(20)は、ポンプで排出されて空の状態になり、前記海洋底(8)で静水圧(PT)による変形に耐えることができるような耐圧を有し、
前記電気エネルギーを貯蔵するために、前記水中揚水発電所(6)から直接水深に対応する前記静水圧(PT)の周囲の海洋へポンプで水を排出し、前記電気エネルギーを水深(T)における水柱に対応する位置エネルギーへ変換し、
前記電気エネルギーを回収するために、前記水深(T)に対応する前記静水圧(PT)により水が前記周囲の海洋から直接に前記水中揚水発電所(6)へ流入し、これにより前記水深における水柱の前記静水圧(PT)に対応する前記位置エネルギーを発電機(36)により電気エネルギーへ変換し、
送電線(12)により、前記電気エネルギーを、一時的に可逆的に貯蔵されるために海洋表面から前記水中揚水発電所(6)へ下方に伝導し、そして、前記電気エネルギーを、消費のために前記水中揚水発電所(6)から再び海洋表面へ戻るように伝導し、
前記基礎本体(40)又は前記分離可能なポンプ−タービンユニット(60)は、余分なポンプ及び弁を含み、及び/又は、前記取水口及び放水口(34、35)は、自動清掃される方法。 - 前記水中揚水発電所(6)が初めは浮くように前記水中揚水発電所(6)の質量を排出される水の質量よりも小さくするために前記水中揚水発電所(6)を初めに浮力調整し、前記水中揚水発電所(6)を沈める場所においてバルク材及び/又はバラスト水を基礎本体(40)及び/又は前記圧力容器(20)へ注入することにより前記水中揚水発電所(6)の質量を増大し、それによって、前記水中揚水発電所(6)の質量は、排出された水の質量より大きくなり、前記水中揚水発電所(6)を沈めて前記海洋底(8)に設置する請求項16に記載の方法。
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