JP6709225B2 - 液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、エネルギーを生成する技術、とりわけ、エネルギー貯蔵設備を有する深海洋浮体式タービン技術（deep offshore floating turbine technologies）に関する。

発明の背景
世界的な電気エネルギー需要は、継続的に増大している。大量の電気エネルギーが、現在、石油、ガス、石炭または原子力発電所により生成されている。しかしながら、石油、ガスおよび石炭を燃焼させると、汚染大気をもたらし、かつ、これらの燃料資源はすべて、急速に減少している。核エネルギーは、核廃棄物の処分を必要とし、該核廃棄物は、何世紀にもわたって危険なままである。

自然エネルギー源は、事実上無尽蔵であり、かつ、自然の風、太陽、潮汐および波エネルギーといった種々の形態で、世界中で大量に入手可能である。残念ながら、自然エネルギー源は、不規則な性質を有し、かつ、家庭および産業における電気エネルギーのピーク需要は、通常、自然エネルギー源の供給力と一致しない。

風力エネルギー変換技術は、今日、清潔かつ安全なエネルギーの供給を確実にする一方で、低炭素経済の発展を効果的に助け得る、利用可能な最も技術的に進んだ技術の一つであるとみなされている。しかしながら、風は、本質的に変わりやすい。風の強い日もあれば、そうでない日もあり、かつ、１日の中でさえ、風は終日変わる。結果的に、ピーク需要期間中に弱風から入手可能な潜在的エネルギーと、夕方のような送電網の需要が低いかもしれない期間中に強風から入手可能な潜在的エネルギーとの間の不釣合いが頻繁に起こる。さらに、エネルギーを必要とする都市から離れた位置にあるという風力発電施設の性質により、時々、風力発電施設において生成された電力は、電力をそれを必要とする送電網に伝える伝送線の容量を越え得る。最大風力の間に生成された電力を伝えることができないので、風力発電施設は、最大率で電気エネルギーを生成し得るタービンを、頻繁に空回りさせるであろう。

同様に、太陽エネルギーは、典型的には日中、最も豊富であるが、太陽電池は、夜、電気を生成しない。さらに、太陽光発電施設は、しばしば、それらが役に立つ送電網からかなり離れた位置にあり、かつ、伝送線は、太陽光発電施設から遠くの送電網へ伝えられるかもしれない電力量を制限し得る。もし、送電線が日中に生成された太陽光発電施設の電力の全量を伝える能力を欠けば、エネルギーは取り除かれ、廃棄されなければならないであろう。

同様に、潮力および波力は、しばしば、電気エネルギー需要のピーク時と一致しない。

したがって、自然エネルギー源から取得されるエネルギーは、必要に応じて、電力需要期間中に放出可能であるように、いくぶん貯蔵されることが必要である。

後の分配のために余剰電力を貯蔵するために、種々の技術が利用可能である。エネルギー貯蔵の一つの方法は、電池の使用である。大規模な蓄電池が商業ベースで開発されてきており、かつ、発電施設と産業の両方において使用されてきている。蓄電池は、しかしながら、耐久性および維持に関する問題により好ましくない。さらに、多くの大規模な電池は、鉛電極および酸性電解質を使用しており、これらの部品は、環境面で有害である。

エネルギーはまた、ウルトラキャパシタに貯蔵され得る。キャパシタは、それが充電を貯蔵し、該充電が必要な時に迅速に放電され得るように、線電流により充電される。電力を適切な位相および周波数の交流に変換するために、適切な電力調整回路が使用される。しかしながら、相当量の電気エネルギーを貯蔵するためには、そのようなキャパシタの大規模なアレイが必要となる。ウルトラキャパシタは、より環境に良く、かつ、電池よりも長持ちするが、実質的により高価であり、かつ、内部の誘電体の故障などによる定期的な交換を未だ必要とする。

本技術分野において、揚液・圧縮空気システムが知られている。例えば、米国特許第４，０１０，６１４号は、自然エネルギーを使用可能な電力に変換するためのシステムについて説明する。該システムは、余剰エネルギーの貯蔵のための高架式の貯蔵器を含む。太陽熱収集器は、発電機および液圧ポンプを駆動させるために、蒸気を生成する。電気エネルギーの需要が発電機の容量を下回る時、余剰エネルギーは、液圧ポンプを駆動されるために使用される。水は、液圧ポンプにより下層の貯蔵器から高架式の貯蔵器へと運ばれ、それにより潜在的エネルギーを貯蔵する。需要が発電機の容量を超えて増大する時または太陽エネルギーの供給が十分に低減する時、第二の発電機を駆動させるために、高架式の貯蔵器からの水が使用される。

米国特許第４，０５８，０７０号は、圧縮空気に変換される風の運動エネルギーを利用するシステムについて説明し、該圧縮空気は、所定の出力圧力で当該システム内に貯蔵される。前記圧縮空気は、発電機に連結されたタービンを駆動させるために使用される。

米国特許第４，２０６，６０８号は、電気の生成において自然エネルギーを利用するための装置および方法について説明する。複数の自然エネルギー源から取得される自然エネルギーは、作動液を加圧するために利用される。複数の自然エネルギー源は、一の特定の形態の自然エネルギーの供給における定期的かつ断続的な変動が、他の形態の自然エネルギーにより補償されてもよいように使用される。加圧作動液は、圧力貯蔵タンクに供給され、ここでは、圧縮性流体が、加圧作動液により圧縮される。電気エネルギーは、加圧作動液により生成され、かつ、必要に応じて種々の消費者に供給される。消費者により必要とされない余剰電気は、液圧ポンプを駆動させる電動機に供給される。余剰エネルギーは、高圧貯蔵タンクの供給される作動液を加圧するために、それにより利用される。この方法では、余剰エネルギーは、保存され、かつ、不必要に浪費されない。

米国特許第７，２３９，０３５号は、総合的な風力揚水式水力発電システムについて説明し、該システムは、共通バス用の出力電力を生成するように構成された少なくとも一つの風力タービン発電装置と、共通バス用の出力電力を生成するように構成された少なくとも一つの水力発電装置とを含む。前記水力発電装置は、水流により駆動される。前記風力タービン発電装置および前記水力発電装置は、それらに関連する対応する局所制御を含み、かつ、一組の監視制御が、共通バスおよび各局所制御と連通している。

既存の商業用洋上風力発電施設は、典型的には通常５０メートルを超えない深さの浅瀬用にのみ適する風力タービンを支持するために、海底取付基盤技術に基づいている。浮体式洋上風力技術は、海洋風力エネルギー資源が陸上のそれより豊富かつ連続的である海岸からより離れた深水域で、利用されていない風力資源の開拓を可能にする。さらに、視覚、騒音および生態的影響に関する問題は、海運業、航空機産業、および海岸警備との潜在的な衝突と同様、より重要でなくなることが期待される。

例えば、米国特許第８，１６９，０９９号は、深海洋浮体式風力タービン装置および該風力タービン装置の製造、作動、維持、保護および運搬方法について説明している。当該風力タービンは、空気の動きをローターの運動に変換するローターと、ローターの運動を有用な形態のエネルギーに変換するハブハウジング設備と、一端でハブを支持する塔とを含む。該風力タービンはさらにベースを含み、該ベースは、実質的に水面に浮いており、かつ、下部の固体面に対して移動可能である。塔は、第二端で浮体式ベースに接続される。該風力タービンはまた、当該風力タービンの方位を制御するように作動可能な回転機構のみならず、当該風力タービンを実質的に水平に傾け、それを立位に戻す傾動機構をも含む。

米国特許第８，６６２，７９３号は、互いに接続され、水面から所定の距離だけ下方で水域内に配備された複数のフローティングラフトを含む浮体式風力発電施設について説明する。複数の風力タービンは、フローティングラフトにそれぞれ接続され、かつ、風によって駆動されることによって電力を生成するように構成されている。発電機は、フローティングラフトに接続されている。複数の錨は、フローティングラフトにそれぞれ接続され、かつ、水域内に配備されてフローティングラフトの位置を制限する。各フローティングラフトは、少なくとも３本のパイプと、パイプに取り付けられた複数のバラストブロックとを含む。パイプは、風力タービンによって生成された電力によって圧縮された空気を貯蔵するように構成されている。発電機は、パイプ内に貯蔵された圧縮空気から電気を生成し、かつ、出力するように構成されている。

発明の一般記載
本発明の概念は、自然エネルギー源における間欠性から生じる問題を和らげる一方で、風、太陽、潮汐および波エネルギーと深海で利用可能な熱エネルギーとの同時開拓を可能にする、加圧冷却海洋深層水の貯蔵に関する。

洋上風力、波力および潮力タービン技術は、通常、風力、波力または潮力タービンのローターが、発電機を駆動させるシステムに基づいており、該発電機は、回転機械エネルギーを電気に変換し、該電気はその後、ケーブルと変電所からなる電気インフラを介して陸上に輸送される。しかしながら、風力、波力または潮力タービンが発電機と関連する既存の洋上タービン技術からの再生可能なエネルギーは、相対的に奥地であって、特に、風速または波成流および潮流の低い場所に位置する沖合の地域では高価である。さらに、電気エネルギーが風力、波力および潮力タービンにより直接生成される時、このエネルギーは、必要に応じて、電力需要の時期の間に発せられるために、効果的に貯蔵され得ない。深海洋浮体式タービン技術とエネルギー貯蔵設備との統合は、加圧海洋深層水の規制供給の提供により、自然エネルギーの間欠的な供給と関連する問題を和らげることが可能である。加圧海洋深層水の潜在的エネルギーは、例えば、加圧海洋深層水が発電機に接続された液圧タービンを通って流れることを許容することにより、電気に変換され得る。

さらに、深水域は、冷房または暖房適用に使用され得る再生可能な熱エネルギーの莫大な源を提供する。この源は、変温層により駆動され、それにより、海水は、一年のほとんどの間、深さとともに下がる水温との熱的成層化現象を経験する。これは、上方の海成層が下方のそれより日射量を吸収するようにさらされているという事実の結果である。より大きな深度限界で、温度勾配はもはや明らかではなく、かつ、温度は季節と関係なく安定段階に達する。海の深さに伴うこの温度の変化は、三つの区分ゾーンに分けられてもよい：混合上層、温度の急激な変化が起きる熱成層、および安定温度が達成される深海層。海洋深層水の温度は、一年のほとんどの間、郊外地域における周辺気温より相当高いまたは低いかも知れず、それにより建物の冷房または暖房用の潜在能力を提供する。深水域に隣接する海岸地域に住むかなりの人口が存在するという事実に注目するべきである。これらの地域のかなりの部分が、かなりの冷房需要を有する。さらに、冷房用に大量のエネルギーを必要とする大規模設備（例えば、天然ガス液化設備）もまた、海岸に位置する。したがって、本技術分野には、海洋深層水を抽出し、かつ、それを高圧で貯蔵するために、深水域に位置する洋上自然力発電施設を利用する可能性を探る必要があり、かつ、そうすることが有用であろう。

加圧海水を貯蔵し得、かつ、発電および冷房目的での陸上への加圧海水の輸送を可能にする、深水域に位置する、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムを有することは有用であろう。例えば、直接電力を生成するよりはむしろ、個別の風力、潮力、波力タービンは、発電用ならびに建物および産業工程における冷房用の集中型水力発電所に高圧の海水を汲み上げるであろう。これは、洋上風力、潮力および波力発電施設ならびに太陽光発電施設からの再生可能なエネルギーの費用の低減をもたらし得る。

本開示は、新規な海洋深層水（deep sea water、ＤＳＷ）用の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムを提供することにより、上述の必要性を満足させる。

当該システムは、浮体式支持構造体を含み、該浮体式支持構造体は、浮体式支持プラットフォームと、浮体式空気室とを含む。浮体式空気室は、浮体式支持プラットフォーム上に取り付けられ、かつ、圧縮空気を保持するように構成される。当該システムはまた、海底アキュムレータ室を含む海底取付構造体を含む。海底アキュムレータ室は、圧縮空気およびＤＳＷを保持するように構成され、圧縮空気の圧力下でＤＳＷを貯蔵する。

浮体式空気室および海底アキュムレータ室は、空気アンビリカル（air umbilical）と空気圧で相互に接続している。空気アンビリカルは、浮体式空気室の圧縮空気と海底アキュムレータ室の圧縮空気とをつなぐための空気圧的な連通を提供するように構成された空気路を含む。

本発明の一態様によれば、海底取付構造体は、ＤＳＷ領域から海底アキュムレータ室へ通る海水入口配管を含み、かつ、海底アキュムレータ室の入口ポートと、ＤＳＷの出口流量を放出するように構成された海底アキュムレータ室に連結された出口配管とに液圧で連結している。

本発明の一態様によれば、浮体式空気室は、浮体式支持プラットフォームに必要な浮力を提供するために、空気室における圧縮空気用に十分な容積を有する。

本発明の一態様によれば、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムは、浮体式支持構造体を固定するように構成された一組の係留索（mooring line）を含む。一つの例によれば、浮体式支持構造体は、海底取付構造体に固定される。別の例によれば、浮体式支持構造体は、海底に固定される。

本発明の一態様によれば、海底取付構造体は、海底に挿入された打ち込み杭により海底に固着される。

本発明の別の態様によれば、海底取付構造体は、重力に基づくシステムを通して海底に固着される。

本発明の一態様によれば、浮体式支持構造体は、空気圧制御弁を含み、該空気圧制御弁は、浮体式空気室に空気圧で接続されており、かつ、圧縮空気で当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムを加圧するように構成されている。

本発明の一態様によれば、海底取付構造体は、出口液圧制御弁を含み、該出口液圧制御弁は、出口配管内に配置されており、かつ、海底アキュムレータ室からのＤＳＷの出口流量を調節するように構成されている。

本発明の一態様によれば、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムは、その作動を制御するために、空気圧制御弁と液圧制御弁とに連結された制御システムを含む。

本発明の一態様によれば、制御システムは、少なくとも一つの空気圧センサと、少なくとも一つの液圧センサと、二つの水位センサと、少なくとも一つの流量計と、前記少なくとも一つの空気圧センサ、前記少なくとも一つの液圧センサ、前記二つの水位センサおよび前記少なくとも一つの流量計と作動的に連結された電子制御器とを含む。

空気圧センサは、浮体式空気室および／または海底アキュムレータ室における空気圧を示す空気圧センサ信号を生成するように構成される。液圧センサは、海水入口配管内および／または出口配管内のＤＳＷの圧力を示す液圧センサ信号を生成するように構成される。水位センサは、海底取付構造体内に配置され得、かつ、海底アキュムレータ室内のＤＳＷの水位が所定の水位制限範囲内にあることを確実にするために、最小および最大ＤＳＷ水位信号を生成するように構成され得る。

流量計は、例えば、海水入口配管内および出口配管内に配置され得、かつ、海水入口配管内および出口配管内のＤＳＷの流量を示すＤＳＷ流量センサ信号を生成するように構成され得る。電子制御器は、空気圧センサ信号と、液圧センサ信号と、ＤＳＷ流量センサ信号とに応答する。電子制御器は、特に、空気圧制御弁および液圧制御弁の作動を制御するための制御信号を生成することが可能である。

本発明の一態様によれば、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムは、海水入口配管内に配置された圧縮（compression、圧搾）システムを含む。圧縮システムは、所定の圧力でＤＳＷを貯蔵するために、海水入口配管を通して海底アキュムレータ室へＤＳＷを汲み上げるように構成されたポンプを含む。

本発明の一態様によれば、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムはさらに、原動機を含み、該原動機は、圧縮システムと係合し、かつ、ポンプを駆動させるよう構成される。

本発明の一態様によれば、圧縮システムのポンプは、電動ポンプであり、該電動ポンプは、送電網に連結されており、かつ、電気によって駆動される。本態様によれば、原動機は、少なくとも一つの再生可能エネルギーシステムを含み得、該少なくとも一つの再生可能エネルギーシステムは、出力電力を生成し、かつ、それを送電網に提供するように構成される。再生可能エネルギーシステムは、電気風力タービンシステム、電気潮力タービンシステム、電気海波力タービンシステムおよび電気太陽システムから選択され得る。

一つの例によれば、原動機は、電気風力タービンシステムを含む。電気風力タービンシステムは、風により駆動されるローターと、ローター上に配置され、かつ、卓越風を遮る（intercept、捕まえる）ように構成された複数の風量ベーンと、ローターと作動的に係合し、かつ、送電網に接続された発電機とを含む。発電機は、出力電力を生成し、かつ、それを送電網に提供するように構成される。

別の例によれば、原動機は、電気潮力タービンシステムを含む。電気潮力タービンシステムは、潮流により駆動されるローターと、ローター上に配置され、かつ、卓越した潮流を遮るように構成された複数の風量ベーンと、ローターと作動的に係合し、かつ、送電網に接続された発電機とを含む。発電機は、出力電力を生成し、かつ、それを送電網に提供するように構成される。

原動機が電気タービンシステムを含む時（風力タービンシステムであっても、潮力タービンシステムであっても）、ポンプは、圧力下にある海洋深層水をエネルギー貯蔵システムに汲み上げるために、送電網からの電力を消費することが注目されるべきである。

本発明の別の態様によれば、圧縮システムのポンプは、液圧ポンプである。原動機は、少なくとも一つの再生可能エネルギーシステムを含み、該少なくとも一つの再生可能エネルギーシステムは、前記液圧ポンプにそれを駆動させるために機械的に連結されており、前記少なくとも一つの再生可能エネルギーシステムは、液圧風力タービンシステム、液圧海波力タービンシステムおよび液圧潮力タービンシステムから選択される。

一つの例によれば、原動機は、液圧風力タービンシステムを含む。液圧風力タービンシステムは、風により駆動され、かつ、液圧ポンプに機械的に連結されたローターと、ローター上に配置され、かつ、卓越風を遮るように構成された複数の風量ベーンとを含む。

別の例によれば、原動機は、液圧潮力タービンシステムを含む。液圧潮力タービンシステムは、潮流により駆動され、かつ、前記液圧ポンプにそれを駆動させるために機械的に連結されたローターと、ローター上に配置され、かつ、卓越した潮流を遮るように構成された複数のベーンとを含む。

本発明の一つの概要的な側面によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリが提供され、該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリは、直列に配置され、かつ、海水配管を通して相互に接続された複数の上述の液圧−空気圧エネルギー貯蔵システムを含む。

本発明の一つの概要的な側面によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリが提供され、該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリは、海洋深層水配管を通して、かつ、空気圧配管を通して、複数の海底取付構造体と相互に接続された複数の浮体式支持構造体を含む。海底取付構造体は、直列に配置され、かつ、海水配管を通して相互に接続され、ここで、各浮体式支持構造体の浮体式空気室は、空気圧配管を通して二つの隣接する海底取付構造体の海底アキュムレータ室と相互に接続される。

本発明のエネルギー貯蔵システムは、通常それに関連するデメリットのいくつかを同時に克服する一方で、先行文献技術のメリットの多くを有する。

深層水中の浮体式支持構造体へのエネルギー貯蔵システムの提案された統合は、冷却加圧海洋深層水の貯蔵を許容し、（ｉ）加圧海洋深層水が発電機に接続された液圧タービンを通って流れることを許容することにより電気に変換されてもよい、潜在的エネルギー；および（ｉｉ）冷房目的用に適した熱再生可能エネルギーのような二つの形態の自然エネルギー源から受け取られるエネルギーを同時に貯蔵することを可能にする。

電気を生成する代わりに風力タービンポンプに加圧海水を直接汲み上げさせるという概念は、洋上風力開拓におけるいくつかの他の重要なメリットを提供することが期待される：それは、風、太陽、潮および／または波力と、波力抽出装置、エネルギー貯蔵システムおよび逆浸透脱塩プラントとの統合を容易にするであろう。それはまた、銅および希土類金属の必要性を低減させるであろう。電気システムに必要とされる銅および希土類金属の使用を最小化することによる潜在的な費用の低減とは別に、この方法は、風力、太陽光、潮力および／または波力発電施設と液圧エネルギー貯蔵システムとの統合を容易にし得、したがって、送電網の過密および安定性に関連する問題を和らげる。

本明細書に開示されるエネルギー貯蔵システムの追加的なメリットは、加圧されかつ冷却された海洋深層水の規制供給を提供することにより、自然エネルギーの信頼できない間欠的な供給に関連する問題を和らげることを可能にすることである。

本明細書に開示されるエネルギー貯蔵システムのさらなるメリットは、必要に応じてサイズ決めされるために継続的に改良されてもよいことであり、これは、長期および短期のエネルギー貯蔵の両方にとって効果的である。

本発明の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムは、最小限の可動部のみを必要とする。電池のような他のエネルギー貯蔵技術とは異なり、当該システムは、長い使用寿命を有し、かつ、その性能は、エネルギー貯蔵サイクルの数に伴って劣化することがない。さらに、利用される材料は、主に鉄／コンクリートに限定される。

ＤＳＷの直接加圧された供給を提供する液圧風力、波力および潮力タービンを利用することにより、エネルギーは、生成された形態で貯蔵され、したがって、エネルギー貯蔵に関連する損失を低減させる。

上方の浮体式支持構造体内よりはむしろ海底での加圧ＤＳＷの貯蔵は、浮上安定性がエネルギー貯蔵作業により影響を受けないこと、および、貯蔵されたＤＳＷがより温かくはならずむしろ固定された海底温度を維持するであろうことを確実にする。

浮体式支持プラットフォーム上の圧縮空気室は、上方の浮体式支持構造体に位置する弁を通して、設置および維持の間、加圧／減圧のために容易にアクセス可能であり得る。

本発明の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムは、上方の浮体式構造体の容積を使用することにより圧縮空気の容積の使用を最大化することによる、より圧力に対して安定的な液圧ネットワークを許容する。この提供は、さらに、逆浸透技術に依拠する脱塩プラントと同様、洋上風力発電施設と他の間欠的な海洋再生可能エネルギー技術（波および海流エネルギーのような）との統合を容易にするかも知れない。

提案された液圧系貯蔵システムの統合は、液圧送電に基づく風力、波力および潮力発電施設におけるより小さな（したがって、より安価な）直径の配管の設置を許容する。

近い将来における浮体式洋上風力技術の商業化は、エネルギー需要の相当の割合に見合うことが可能な大規模な洋上風力発電施設を発展させる無限の機会を開くであろう。しかしながら、風および他の自然エネルギー源における間欠性から生じる技術的問題は、大規模な洋上自然源の全国送電網への統合にとっての主要な障害であると見なされている。エネルギー貯蔵システムの統合は、したがって、広範囲での自然エネルギー源の電力の開拓を容易にするための重要な発展であると考えられる。エネルギー貯蔵効率を最適化することおよび必要とされるさらなるインフラ費用を最小化することによりエネルギー貯蔵費用を最小化することは、実行可能な限度で風力エネルギー生成を維持するために重要である。

このように、本発明のより重要な特徴が、以下に続くその詳細な説明がよりよく理解され得るように、むしろ広範に概説されてきた。本発明のさらなる詳細およびメリットは、詳細な説明において明らかにされるであろうし、部分的には明細書から把握されるであろうし、本発明の実施により学ばれるかも知れない。

図面の簡単な説明
本発明を理解し、かつ、それが実際にどのように実行されてもよいのかを見るために、非限定的でしかない実施例を介して、添付の図面を参照して、実施態様がここで説明されるであろう。

図１は、本発明の一態様による、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図２は、本発明の一態様による、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリの概略的な断面図である。 図３は、本発明の別の態様による、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリの概略的な断面図である。 図４は、本発明の一態様による、送電網ネットワークに接続された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図５は、本発明の一態様による、加圧ＤＳＷを提供しかつ貯蔵するために風力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図６は、本発明の別の態様による、加圧ＤＳＷを提供しかつ貯蔵するために風力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図７は、本発明の一態様による、加圧ＤＳＷを提供しかつ貯蔵するために潮力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図８は、本発明の別の態様による、加圧ＤＳＷを提供しかつ貯蔵するために潮力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図９は、本発明の一態様による、加圧ＤＳＷを提供しかつ貯蔵するために太陽、風、海波および潮力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。 図１０は、本発明の別の態様による、自然源の再生可能エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムの概略的な断面図である。

実施態様の詳細な説明
本発明による液圧−空気圧（空圧）式エネルギー貯蔵システムの原理および作動は、図面および添付の明細書を参照すると、よりよく理解されるかも知れない。これらの図面は、説明の目的のみのために与えられたものであり、限定的であることは意図されていないことが理解されるべきである。本発明のシステムの種々の実施例を説明する図面は、明確性の目的で、縮尺が合っておらず、かつ、割合も釣り合っていないことが注目されるべきである。ブロックは、これらの図面中における他の要素と同様に、あらゆる物理的接続および／または物理的関係というよりはむしろエンティティ間の機能的な関係が示されるように、機能エンティティのみとして意図されることが注目されるべきである。発明の本明細書中にわたって、図面において示される液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムおよびその部品に共通するそれらの部品を特定するために、同一の参照数字および英字が利用される。選択された要素のために、構成の例が提供される。当業者は、提供された例の多くが利用されてもよい適切な代替物を有することを把握すべきである。

図１を参照すると、本発明の一態様による、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図が説明される。液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０は、浮体式支持構造体１１と、海底取付構造体１２とを含む。

いくつかの態様によれば、浮体式支持構造体１１は、浮体式支持プラットフォーム１４と、浮体式空気室１１１を含み、該浮体式空気室１１１は、圧縮空気を保持するための容積を有しており、かつ、浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられる。空気室１１１の容積は、浮体式支持プラットフォーム１４に必要な浮力を提供するのに十分な値を有する。

浮体式支持プラットフォーム構造体１１の浮体式構造体はまた、送電網用の発電のために液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０を利用し得る洋上風力発電施設作動／維持システム（図示せず）、石油およびガスインフラ（図示せず）、浮体式人工島（図示せず）に関連するがこれに限定されない補助システムおよびサービスのための支持を提供し、他のサービスと同様、建物および技術システム用の冷房を提供することが理解されるべきである。

いくつかの態様によれば、海底取付構造体１２は、海底アキュムレータ室１２２を含み、該海底アキュムレータ室１２２は、海洋深層水が海底アキュムレータ室１２２内に位置する圧縮空気の圧力下で貯蔵されることを可能にする。海底取付構造体１２はまた、海水入口配管１２３を含み、該海水入口配管１２３は、ＤＳＷ領域から海底アキュムレータ室１２２へ通る。海水入口配管１２３は、海底アキュムレータ室１２２の入口ポート１３５に液圧で連結される。所望される時、海水入口配管１２３の入口端１２４は、より深い水域からより冷却されたＤＳＷを調達するために、浮体式支持構造体１１よりさらに沖合に向かって延びていてもよい。

浮体式空気室１１１は、空気アンビリカル１５を通して、海底アキュムレータ室１２２に相互に接続される。空気アンビリカル１５は、空気路を含み、該空気路は、浮体式空気室１１１および海底アキュムレータ室１２２の圧縮空気容積をつなぐための空気圧的な連通を提供する。空気アンビリカル１５は、海底アキュムレータ室１２２の圧縮空気容積を効果的に増大させることが可能であり、それにより、原動機により海底アキュムレータ室１２２に供給されるＤＳＷの間欠性の取り込みの影響下でのエネルギー貯蔵システムの圧力過渡変化反応特性を改善する。

浮体式支持構造体１１は、浮体式支持構造体１１を固定するように構成された一組の係留索１１２を介して、安定した位置で維持され得る。図１に示された態様によれば、浮体式支持構造体１１は、海底取付構造体１２に固定される。別の態様によれば、浮体式支持構造体１１は、海底１５に直接固定され得る。

図１に示される態様によれば、海底取付構造体１２は、海底１５に挿入され得る一組の打ち込み杭１２１を含む構造的要素を通して、海底１５に固着される。別の態様によれば、海底取付構造体１２は、海底のタイプおよび設置場所の深さにより、海底上に広がるバラストまたは錨を含む重力に基づくシステム（図示せず）を通して、海底１５に固着され得る。

図１に示されるように、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の浮体式支持構造体１１は、浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられた一つの浮体式空気室１１１を含む。所望される時、圧縮空気容積の増大を達成するために、複数の浮体式圧縮空気室１１１が使用され得、浮力および安定性のために同時に使用され得ることが理解されるべきである。このさらなる容積は、海底アキュムレータ室１２２の充電状態における変化から生じる圧力過渡変化を吸収し得る。

海底アキュムレータ室１２２と連通する浮体式空気室１１１内の空気−液圧は、種々の液圧発電機および冷房システムに海水を提供するのに十分であるべきである。例えば、浮体式空気室１１１内の空気−液圧は、約１５０バールから１６０バールの範囲内であり得る。

概して、浮体式空気室１１１および海底アキュムレータ室１２２は、あらゆる所望の形状を有し得、かつ、浮体式空気室１１１および海底アキュムレータ室１２２内の空気−液圧により引き起こされる壁への負担を耐えるのに適する壁の厚さを有する適切な金属、プラスチックまたは複合材料で構築され得ることが理解されるべきである。

一態様によれば、浮体式支持構造体１１は、空気圧制御弁１１３を含み、該空気圧弁１１３は、浮体式支持構造体１１に空気圧で接続されたマニホールド１１４内に設置され、かつ、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムが圧縮空気で加圧されることを可能にするように構成される。液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の浮体式空気室１１１は、システムの一部であってもよく、または、はしけ（図示せず）のような移動可能なインフラ上に位置していてもよい、一つ以上の空気圧縮機（図示せず）を使用して、空気で予め充満され得る。空気圧制御弁１１３は、例えば、それが容易にアクセス可能な浮体式支持プラットフォーム１４の濡れていない場所に位置し得る。必要とされる時、システム１０はまた、浮体式空気室１１１内の圧力が危険なレベルに達すると自動的に開き得る、一つまたはいくつかの安全弁（図示せず）を含み得る。

一態様によれば、海底取付構造体１２は、海底アキュムレータ室１２２の出口１２７に連結された出口配管１２５を含む。出口配管１２５は、出口配管１２５内に配置された出口液圧制御弁１２６を備える。液圧制御弁１２６は、ＤＳＷの出口の所望の流量が、出口配管１２５を通して特定の期間にわたって維持されるように、システムからのＤＳＷの流量を調節するように構成される。

作動中、出口配管１２５を通して輸送された海洋深層水は、発電のために発電機に連結された液圧タービン（図示せず）に供給され得る。液圧タービンを通った後、海洋深層水は、出口圧力が、海洋深層水が配管を渡って冷房が必要とされる位置まで流れることを許容するのに十分高い限り、冷房目的にまだ使用されるかも知れない。

いくつかの態様によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０は、概して参照数字１７で示される制御システムを含む。制御システム１７は、特に、空気圧制御弁１１３と出口液圧制御弁１２６とに連結される。

制御システム１７は、浮体式支持プラットフォーム１４および海底取付構造体１２の全体に分配されたコンピュータシステムである。概して、制御システム１７は、限定はされないが、他の類似または適する装置と同様、流量計、センサ、アクチュエータ、モニタ装置を含んでいてもよい。それぞれが市販の部品であってもよい。制御システム１７はまた、電子制御器１７０を含んでおり、該電子制御器１７０は、コンピュータ読み取り可能な媒体（図示せず）に貯蔵されたソフトウェアモデルでプログラムされ、かつ、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の作動を制御するように構成される。

図１に示される例示的態様では、制御システムの電子制御器１７０は、浮体式支持プラットフォーム１４に設置される。しかしながら、所望される時、制御システムの電子制御器は、海底取付構造体１２に設置され得る。同様に、制御システムの電子制御器は、システムにおけるどこか中間の位置に配置され得る。

浮体式空気室１１１内およびＤＳＷで占められていない海底アキュムレータ室１２２の容積内の空気圧を測定するために、制御システムは、システムの作動中ずっと空気圧センサ信号を生成するように作動可能であり得る一つ以上の空気圧センサ（図示せず）を含む。同様に、制御システムは、システムの作動中ずっと液圧センサ信号を生成するように作動可能であり得る一つ以上の液圧センサ（図示せず）を含む。空気圧および液圧センサの位置は、システムの特定の構成による。例えば、空気圧センサは、浮体式空気室１１１内および／または海底アキュムレータ室１２２内に配置され得る。同様に、液圧センサは、入口流量の圧力を測定するために海水入口配管１２３内および出口流量の圧力を測定するために出口配管内に配置され得る。必要とされる時、制御システム１７は、あらゆる有害な圧力降下ついて作業員に警告し得る。ガスおよび液圧センサ信号は、接続線を介して、または無線で、電子制御器１７０に伝えられ得る。

いくつかの態様によれば、制御システム１７は、海底取付構造体１２の海底アキュムレータ室１２２内に配置された上方の水位センサ１２８と下方の水位センサ１２９とを含む。上方の水位センサ１２８と下方の水位センサ１２９は、海底アキュムレータ室１２２内のＤＳＷの水位が所定の水位制限範囲内にあることを確実にするために、対応して、最小および最大ＤＳＷ水位信号を生成するように構成される。

流量の調節を提供するために、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の制御システム１７は、一つ以上の流量計を含み得、該一つ以上の流量計は、海水入口配管１２３内および出口配管１２５内に配置され、かつ、対応して、海水入口配管内のＤＳＷ入口流量および出口配管１２５内のＤＳＷ出口流量を示すＤＳＷ流量センサ信号を生成するように構成される。

電子制御器１７０は、海底アキュムレータ室１２２へのＤＳＷの制御可能な汲み上げおよび海底アキュムレータ室１２２からのＤＳＷの制御可能な排出のために、空気圧センサ、液圧センサ、水位センサおよび流量計に作動的に連結される。電子制御器１７０は、特に、それぞれ、空気圧センサ信号と、液圧センサ信号と、最小および最大ＤＳＷ水位信号と、ＤＳＷ流量センサ信号とに応答する。電子制御器１７０は、空気圧制御弁１１３および出口液圧制御弁１２６の作動を制御するために、制御信号を生成することが可能である。海水入口配管１２３に沿い、かつ、出口配管１２５内にある流量計の位置は、特定のシステム構成による。

特に、ＤＳＷ水位が下限水位より低くなると、電子制御器１７０は、液圧制御弁１２６を閉めるために、制御信号を生成する。これは、圧縮空気が失われることを避け、かつ、システムが減圧されることを可能にする。同様に、ＤＳＷ水位が上限水位を超えると、電子制御器１７０は、所望された値に水位を下げるように、液圧制御弁１２６を開けるために制御信号を生成する。

出口配管１２５内のＤＳＷの排出流量は、ＤＳＷ出口流量センサ信号を生成するよう作動可能である出口流量計１６３により測定され得る。流量計１６３は、制御システムの電子制御器１７に連結され、該電子制御器１７は特に、ＤＳＷ出口流量センサ信号に応答し、かつ、液圧制御弁１２６の作動を制御するための弁制御信号を生成することが可能である。ライン液圧が浮体式空気室１１１内および／または海底アキュムレータ室１２２内のガス圧により維持される一方で、液圧−空気圧エネルギー貯蔵システム１０の電力属性（入力供給および出力需要）により、所望のシステムからの出口流量が、システムの作動中、電子制御器１７０により特定され、かつ、維持され得る。出口液圧制御弁１２６は、規定期間にわたって一定の電力出力を生成するために、加圧ＤＳＷの安定供給を確実にし、したがって、電気を送電網に供給する時に従来技術が直面した特定の技術的問題を克服する。

いくつかの態様によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０は、参照数字１３で概略的に示される圧縮システムを含む。圧縮システム１３は、原動機（図示せず）と、ポンプ１３２とを含み、該ポンプ１３２は、原動機と係合し、かつ、海底アキュムレータ室１２２に海洋深層水（ＤＳＷ）を汲み上げるように構成される。海底アキュムレータ室１２２において、ＤＳＷが加圧され、それにより、空気もまた圧縮する。加圧ＤＳＷは、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０内に高圧で貯蔵される。圧縮システム１３は、海水入口配管１２３を通して海底アキュムレータ室１２２の入口ポート１３５に液圧で連結される。圧縮システム１３の種々の実施が、以下で説明されるであろう。

いくつかの態様によれば、電子制御器１７０はまた、海底アキュムレータ室１２２へのＤＳＷの制御可能な汲み上げのために、ポンプ１３２に作動的に連結される。特に、ＤＳＷ水位が下限水位より低くなると、下方水位センサ１２９の最小ＤＳＷ水位信号に応答して、電子制御器１７０は、液圧制御弁１２６を閉めるために、および／または、海底アキュムレータ室１２２へ海洋深層水を汲み上げ始めるようにポンプ１３２のスイッチを入れるために制御信号を生成する。他方、海底アキュムレータ室１２２内のＤＳＷ水位が上限水位を超えると、上方水位センサ１２８の最大ＤＳＷ水位信号に応答して、電子制御器１７０は、所望された値に水位を下げるように、液圧制御弁１２６を開くために、および／または、海底アキュムレータ室１２２への海洋深層水の汲み上げを止めるようにポンプ１３２のスイッチを切るために制御信号を生成する。

浮体式空気室１１１内および海底アキュムレータ室１２２の容積内の圧縮空気は、原動機からのＤＳＷの間欠的供給から生じる圧力の変動および出口液圧制御弁１２６の作動により誘導される過渡変化を減衰させるにあたり、空気圧アキュムレータの役割を果たす。提案されたシステムのエネルギー貯蔵能力は、海底アキュムレータ室１２２内に含まれたＤＳＷの圧力および容積による。容積は採用された構造の設計により固定される一方、圧力はシステムの作動要件により変化してもよい。提案された発明によれば、空気圧のいかなる損失も、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０が構造的に不安定になることを引き起こさないであろうことが注目されるべきである。

図２を参照すると、本発明の一態様による、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリ２０の概略的な断面図が説明される。本態様によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリは、複数の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム（図１に示される１０）を含み、該システムは、直列に配置され、かつ、海水配管を通して相互に接続される。そのような構成は、貯蔵システムに高められた浮力と安定性を提供する。

図２に示されるように、ＤＳＷは、海水入口配管１２３を通して、第１の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０ａの海底アキュムレータ室１２２へ、圧縮システム１３により提供される。第１の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０ａの海底取付構造体の出口配管１４５は、第２の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０ｂの海底アキュムレータ１２２室の入口ポート１３５に連結され、以下同じように続く。貯蔵システム１０ａ，１０ｂなどの浮体式空気室１１１は、空気圧配管１５５により連結される。

この場合、貯蔵システム１０ａの出口配管は、第二の貯蔵システム１０ｂの海水入口配管として作動する。（直列における）最後の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムから出る海洋深層水は、発電のために発電機（図示せず）に連結された液圧タービン（図示せず）に供給され得る。液圧タービンを通った後、海洋深層水は、出口圧力が、海洋深層水が配管を渡って冷房が必要とされる位置まで流れることを許容するのに十分高い限り、冷房目的にまだ使用されるかも知れない。

図３を参照すると、本発明の別の態様による、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリ３０の概略的な断面図が説明される。本態様は、係留点が浮体式支持構造体１１に取り付けられた原動機から相当離れた所に位置する場合に適する。この構成は、ある意味、係留位置として、またエネルギー貯蔵として作用するという二つの用を足すために設置されてもよい。

図３に示されるように、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリ３０は、海洋深層水配管１４５を通して、かつ、空気圧配管１５５を通して複数の海底取付構造体１２と相互に接続された複数の浮体式支持構造体１１を含む。特に、アセンブリ（図２における２０）と類似して、アセンブリ３０の海底取付構造体１２は、直列に配置され、かつ、海水配管１４５を通して相互に接続される。アセンブリ３０の（直列における）最後の海底取付構造体１２から出る海洋深層水は、発電のために電気液圧タービンに供給され得、また冷房目的に使用され得る。

液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリ３０は、各浮体式支持構造体１１の浮体式空気室１１１が、空気圧配管１５５を通して二つの隣接する海底取付構造体１２の海底アキュムレータ室１２２と相互に接続されるという事実において、アセンブリ（図２における２０）と異なるが、他の相互に接続する構造もまた、考慮される。図３に示される態様によれば、浮体式圧縮空気室１１１および海底アキュムレータ室１２２はすべて連通しており、それにより、浮体式圧縮空気室１１１の空気容積と海底アキュムレータ室１２２の空気容積とから構成される共通の空気容積を形成する。この結合された容積は、最後の海底アキュムレータ室１２２の充電状態における変化から生じる圧力過渡変化の平滑化を容易にし得る。

浮体式支持アセンブリ１１は、浮体式支持構造体１１を固定するように構成された一組の係留索１１２を介して、安定した位置で維持され得る。図３に示される態様によれば、浮体式支持構造体１１は、海底取付構造体１２に固定される。いくつかの態様によれば、浮体式支持構造体１１を固定するためのアンカー索（anchor line）として、カテナリー係留が使用される。

ここで図４−８を参照すると、高圧で海洋深層水（ＤＳＷ）を貯蔵するために液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０にＤＳＷを提供するのに適した種々のタイプの圧縮システム１３が以下で説明される。液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０のすべての部品がこれらの図中に示され、および／または、指し示されるわけではないが、主に圧縮システム１３の作動の説明に必要なものが示され、および／または、指し示されることが、注目されるべきである。

図４は、本発明の一態様による、送電網ネットワークに接続された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図である。

本態様は、エネルギー貯蔵システム１０の洋上送電網への統合を許容する。本態様によれば、圧縮システム１３のポンプ１３２は、電動ポンプであり、該電動ポンプは、洋上送電網４１に連結されており、かつ、電気によって駆動される。作動中、ポンプ１３２は、海洋深層水を汲み上げ、かつ、それをＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２に供給する。本態様は、洋上送電網における余剰電気エネルギーが水力エネルギーに変換され、かつ、空気圧縮を通してシステム内に貯蔵されることを可能にする。

水力エネルギーは、電気に変換され直され、送電網に供給されてもよい。したがって、液圧−空気圧エネルギー貯蔵システムから出るＤＳＷは、液圧−電力ユニット４２に所望の圧力で制御可能に供給され得る。液圧−電力ユニット４２は、発電機（図示せず）に連結された液圧タービン（図示せず）を含む。所望される時、液圧電力ユニット４２から出る海洋深層水は、出口圧力が、海洋深層水が配管を渡って冷房が必要とされる位置まで流れることを許容するのに十分高い限り、冷房目的にまだ使用されるかも知れない。

液圧−空気圧エネルギー貯蔵システム１０は、洋上浮体式電気風力タービンと統合され得る。図５は、本発明の一態様による、加圧ＤＳＷを提供し、かつ、貯蔵するために風力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図である。

本態様によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の圧縮システム１３は、浮体式支持構造体１１の浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられる。上述の通り、圧縮システム１３は、ポンプ１３２を含み、該ポンプ１３２は、原動機１３０と係合し、かつ、海水をそれを高圧で貯蔵するために汲み上げ、かつ、加圧する。

本態様によれば、圧縮システム１３の原動機１３０は、電気風力タービンシステム５１を含み、該電気風力タービンシステム５１は、塔１３４上に配置され、該塔１３４は、浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられるが、電気風力タービンシステム５１の他の配置構成もまた、考慮される。この場合、上方浮体式支持構造体１１は、二つの役割を果たす：（ｉ）浮体式電気風力タービン５１を支持するために必要な押上げを提供すること、および（ｉｉ）空気室１１１を保持するためのプラットフォームとして役立つこと。

電気風力タービンシステム５１は、卓越風を遮るように配置された複数の風量ベーン１３３と、風により駆動されるローター１３５と、発電機５２とを有する。発電機５２は、例えば、タービンシステム１３１のナセル１３６内に配置され得、かつ、洋上送電網５３に接続され得る。電気風力タービン５１のローター１３５は、出力電力を生成し、かつ、それを送電網に提供するために、発電機５２と作動的に係合する。

浮体式電気風力タービンシステム５１は、電気を生成し、したがって、貯蔵システムおよび送電網と電気的に適合する。図４に示される態様と類似して、圧縮システム１３のポンプ１３２は、洋上送電網５３に連結される。作動中、ポンプ１３２は送電網により駆動され、海洋深層水を汲み上げ、かつ、それをＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２に供給する。

液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムから出るＤＳＷは、液圧−電力ユニット４２に所望の圧力で制御可能に供給され得る。液圧電力ユニット４２から出る海洋深層水は、出口圧力が、海洋深層水が配管を渡って冷房が必要とされる位置まで流れることを許容するのに十分高い限り、冷房目的にまだ使用されるかも知れない。

図６は、本発明の別の態様による、加圧ＤＳＷを提供し、かつ、貯蔵するために風力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図である。本態様によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の圧縮システム１３は、浮体式支持構造体１１の浮体式支持プラットフォーム１４上にもまた取り付けられたポンプ１３２を含む。

この場合、圧縮システム１３と関連する原動機１３０は、液圧風力タービンシステム６１を含む。液圧風力タービンシステム６１は、例えば、浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられた塔１３４上に配置され得るが、液圧風力タービンシステム６１の他の配置構成もまた、考慮される。例えば、液圧風力タービンシステムは、海底に固定されたマスト（図示せず）上に取り付けられ得る。

図５に示される態様とは反対に、図６に示される場合では、発電機（図５における５２）は、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０に加圧海水を供給するポンプと置き換えられる。液圧風力タービンシステム６１は、卓越風を遮るように配置された複数の風量ベーン１３３と、風により駆動されるローター１３５とを有する。本態様によれば、液圧風力タービンシステム６１のローター１３５は、風力タービンシステム６１のナセル１３６内に配置されたポンプ１３２と作動的に係合する。ポンプ１３２の一例は、容積型液圧ポンプを含むが、これに限定されない。ローター１３５は、例えば、液圧ポンプ１３２に直接接続され得る。

作動中、海洋深層水（ＤＳＷ）は、液圧ポンプ１３２を介してタービン塔を上下に流れる。ポンプ１３２は、例えば、水が塔を上ることを可能にする過給圧ポンプであり得る。ポンプ１３２は、ＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２へＤＳＷを供給するために、海水配管１２３を通してＤＳＷを引き込むように作動的に係合する。

液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムから出るＤＳＷは、液圧−電力ユニット４２へ出口配管１２５を通して所望の圧力で制御可能に供給され得る。液圧電力ユニット４２から出る海洋深層水は、出口圧力が、海洋深層水が配管を渡って冷房が必要とされる位置まで流れることを許容するのに十分高い限り、冷房目的で用いられるために、熱交換器６２を通過してもよい。

液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０は、潮力エネルギーを利用する洋上浮体式電気タービンと統合され得る。図７は、本発明の一態様による、ＤＳＷを提供し、かつ、貯蔵するために、潮力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図である。

本態様によれば、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の圧縮システム１３は、浮体式支持構造体１１の浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられる。上述の通り、圧縮システム１３は、ポンプ１３２を含み、該ポンプ１３２は、原動機１３０と係合し、かつ、海水をそれを高圧で貯蔵するために汲み上げ、かつ、加圧するように構成される。

本態様によれば、原動機１３０は、浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられた電気潮力タービンシステム７１を含むが、電気潮力タービンシステム７１の他の配置構成もまた、考慮される。この場合、上方浮体式支持構造体１１は、二つの役割を果たす：（ｉ）浮体式電気潮力タービンを支持するために必要な押上げを提供すること、および（ｉｉ）空気室１１１を保持するためのプラットフォームとして役立つこと。

電気潮力タービンシステム７１は、卓越した潮流を遮るように配置された複数のベーン７２と、潮流により駆動されるローター７３と、発電機７４とを有する。電気潮力タービンシステム７１のローターは、出力電力を生成するために発電機７４と作動的に係合する。所望される時、発電機７４は、洋上送電網７５に接続され得る。

浮体式電気潮力タービンシステム７１は、電気を生成し、したがって、貯蔵システム１０および送電網７５と電気的に適合する。図４および５に示される態様と類似して、圧縮システム１３のポンプ１３２は、洋上送電網７５に連結された電動ポンプである。作動中、送電網により駆動されるポンプ１３２は、海洋深層水を汲み上げ、かつ、それをＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２に供給する。

図８は、本発明の別の態様による、ＤＳＷを提供し、かつ、貯蔵するために、海洋潮力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図である。本態様によれば、圧縮システム１３のポンプ１３２はまた、浮体式支持構造体１１の浮体式支持プラットフォーム１４上にも取り付けられている。

この場合、圧縮システム１３と係合する原動機１３０は、浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられた液圧潮力タービンシステム８１を含むが、液圧潮力タービンシステム８１の他の配置構成もまた、考慮される。図７に示される態様とは反対に、図８に示される場合では、発電機（図７における７３）は、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０に加圧海水を供給する液圧ポンプと置き換えられる。

液圧潮力タービンシステム８１は、卓越した潮流を遮るように配置された複数のベーン８２と、潮流により駆動されるローター８３とを有する。本態様によれば、液圧風力タービンシステム８１のローター８３は、ポンプ１３２と作動的に係合する。本態様によれば、ポンプ１３２は、例えば、容積型液圧ポンプであり得る。ローター１３５は、例えば、液圧ポンプ１３２に直接接続され得る。作動中、ポンプ１３２は、海水配管１２３を通してＤＳＷを引き込むために、および、ＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２へＤＳＷを供給するために、原動機と作動的に係合する。

液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムから出るＤＳＷは、液圧−電力ユニット４２へ出口配管１２５を通して所望の圧力で制御可能に供給され得る。液圧電力ユニット４２から出る海洋深層水は、出口圧力が、海洋深層水が配管を渡って冷房が必要とされる位置まで流れることを許容するのに十分高い限り、冷房目的で用いられるために、熱交換器６２を通過してもよい。

所望される時、複数の再生可能エネルギーシステムが、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０と電気的に適合し得ることが理解されるべきである。図９は、本発明の一態様による、加圧ＤＳＷを提供しかつ貯蔵するために太陽、風、海波および潮力エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図である。

上述の通り、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の圧縮システム（図１における１３）は、ポンプ１３２を含み、該ポンプ１３２は、原動機１３０と係合し、かつ、海水をそれを高圧で貯蔵するために汲み上げ、かつ、加圧する。本態様によれば、圧縮システム１３と係合する原動機は、出力電力を生成する自然エネルギーを利用する複数の電気エネルギーシステムを含む。

本態様によれば、原動機は、電気風力タービンシステム９１と、電気潮力タービンシステム９２と、電気海波力エネルギーコンバータシステム９３と、電気太陽システム９４とを含む。これらの電気システムはすべて、自然エネルギー源から生成された出力電力を提供するために、洋上送電網９５に連結される。

図９に示されるように、電気風力タービンシステム９１、電気潮力タービンシステム９２および電気海波力エネルギーコンバータシステム９３が海底に取り付けられる一方で、電気太陽システム９４は浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられるが、原動機１３０の他の構成もまた、考慮される。例えば、図５および７に示されるように、電気風力タービンシステム９１および電気潮力タービンシステム９２はまた、浮体式支持プラットフォーム１４にも取り付けられ得る。同様に、所望される時、電気太陽システム９４は、海底に固定されたマスト（図示せず）上に取り付けられ得る。図９には、各種自然エネルギー源について、電気エネルギーシステムが一つのみ示されているが、あらゆる所望の数の電気エネルギーシステムが貯蔵システム１０および送電網９５と適合され得ることが理解されるべきである。

図４、５および７に示された態様と類似して、圧縮システム１３のポンプ１３２は、洋上送電網９５に連結される。作動中、ポンプ１３２は送電網により駆動され、海洋深層水を汲み上げ、かつ、それをＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２に供給する。

図１０を参照すると、本発明の別の態様による、自然源の再生可能エネルギーを利用するように構成された液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０の概略的な断面図が説明される。本態様によれば、複数の再生可能エネルギーシステムが、液圧ネットワーク１５０を使用することにより、液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム１０と関連し得る。

本態様によれば、原動機１３０は、液圧風力タービンシステム１０１と、液圧海波力エネルギーコンバータシステム１０２と、液圧潮力タービンシステム１０３とを含む。図１０に示されるように、液圧海波力エネルギーコンバータシステム１０２および液圧潮力タービンシステム１０３が海底１０４に取り付けられる一方で、液圧風力タービンシステム１０１は浮体式支持プラットフォーム１４上に取り付けられるが、原動機１３０の他の構成もまた、考慮される。例えば、図８に示されるように、液圧潮力タービンシステム９２はまた、浮体式支持プラットフォーム１４上にも取り付けられ得る。

本態様によれば、圧縮システム１３は、原動機１３０の、液圧風力タービンシステム１０１と関連する液圧ポンプ１３２ａと、液圧海波力タービンシステム１０２と関連する液圧ポンプ１３２ｂと、液圧潮力タービンシステム１０３と関連する液圧ポンプ１３２ｃとを含む。例えば、ポンプ１３２ａ、１３２ｂおよび１３２は、容積型液圧ポンプであり得る。

作動中、ポンプ１３２ａ、１３２ｂおよび１３２ｃは、ＤＳＷが高圧で貯蔵される海底アキュムレータ室１２２にＤＳＷを供給するために、海水を汲み上げ、かつ、それを海水配管１２３ａ、１２３ｂおよび１２３ｃを通して引き込む。

かくして、本発明の属する分野における当業者は、本発明が好ましい態様の点から説明されてきた一方で、本開示の基づく概念が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、システムおよび工程の設計の基礎として容易に利用されてもよいことを把握し得る。

また、本明細書で用いられる言葉遣いおよび用語法は、説明のためのものであり、限定的であるとみなされるべきでないことが理解されるべきである。

最後に、添付の特許請求の範囲中で用いられる用語「含む（comprising）」は、「含むが、これに限定されない（including but not limited to）」を意味すると解釈されるべきであることが注目されるべきである。

したがって、本発明の範囲は、本明細書に示される説明的な態様により限定的であるとみなされないことが重要である。添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内で、他の変形が可能である。特徴、機能、要素および／または性質の他の組み合わせおよび部分的組み合わせが、現特許請求の範囲の補正または本願もしくは関連出願における新たな特許請求の範囲の提出を通して、特許請求されてもよい。そのような補正されたまたは新たな特許請求の範囲もまた、それらが異なる組み合わせに関しようが同一の組み合わせに関しようが、元の特許請求の範囲と比べてその範囲が異なろうがより広かろうがより狭かろうが等しかろうが、本明細書の主題の中に含まれるとみなされる。

Claims (23)

1. 海洋深層水（ＤＳＷ）用の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムであって、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムは：
   浮体式支持構造体を含んでおり；かつ
   海底取付構造体を含んでおり、前記海底取付構造体は、圧縮空気の圧力下で前記ＤＳＷを貯蔵するために前記圧縮空気と前記ＤＳＷとを保持するように構成された海底アキュムレータ室を含んでおり；
   前記浮体式支持構造体が：浮体式支持プラットフォームと、前記浮体式支持プラットフォーム上に取り付けられた浮体式空気室とを含んでおり、前記浮体式空気室は、前記圧縮空気を保持するように構成されており、かつ、前記浮体式支持プラットフォームに必要な浮力を提供することにより前記浮体式支持プラットフォームに安定性を提供するために、前記浮体式空気室内における前記圧縮空気のために十分な容積を有しており；かつ
   空気アンビリカルが、空気路を含み、該空気路は、前記浮体式空気室と前記海底アキュムレータ室とを、それらの圧縮空気容積をつなぎ前記海底アキュムレータ室の前記圧縮空気容積を増大させるために、空気圧的に相互に接続させ、それにより、前記海底アキュムレータ室への前記ＤＳＷの間欠的な供給から生じる圧力過渡変化および前記ＤＳＷの排出により誘導される圧力過渡変化を吸収し、かつ、当該システムが前記ＤＳＷで充満していても排出していても前記海底アキュムレータ室内の安定した圧力を維持する、
   前記液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
2. 前記海底取付構造体が：
   海水入口配管を含んでおり、該海水入口配管は、ＤＳＷ領域から前記海底アキュムレータ室へ通っており、かつ、前記海底アキュムレータ室の入口ポートに液圧で連結されており；かつ
   前記ＤＳＷの出口流量を排出するように構成された前記海底アキュムレータ室に連結された出口配管を含んでいる、
   請求項１に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
3. 前記浮体式支持構造体を固定するように構成された一組の係留索を含んでいる、
   請求項１に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
4. 前記浮体式支持構造体が前記海底取付構造体に固定されている、
   請求項３に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
5. 前記浮体式支持構造体が海底に固定されている、
   請求項４に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
6. 前記海底取付構造体が、海底に前記海底に挿入された打ち込み杭により固着されている、
   請求項１に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
7. 前記海底取付構造体が、重力に基づくシステムを通して海底に固着されている、
   請求項１に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
8. 前記浮体式支持構造体が、空気圧制御弁を含んでおり、該空気圧制御弁は、前記浮体式空気室に空気圧的に接続されており、かつ、圧縮空気で当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムを加圧するように構成されている、
   請求項１に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
9. 前記海底取付構造体が、出口液圧制御弁を含んでおり、該出口液圧制御弁は、前記出口配管内に配置されており、かつ、前記海底アキュムレータ室からの前記ＤＳＷの出口流量を調節するように構成されている、請求項２に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
10. 前記浮体式支持構造体が、空気圧制御弁を含んでおり、該空気圧制御弁は、前記浮体式空気室に空気圧的に接続されており、かつ、圧縮空気で当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムを加圧するように構成されており、かつ、当該液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムが、前記空気圧制御弁と前記液圧制御弁とにその作動を制御するために連結された制御システムを含んでいる、
    請求項９に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
11. 前記制御システムが：
    前記浮体式空気室および／または前記海底アキュムレータ室内の空気圧を示す空気圧センサ信号を生成するように構成された少なくとも一つの空気圧センサ；
    前記海水入口配管内および／または出口配管内の前記ＤＳＷの圧力を示す液圧センサ信号を生成するように構成された少なくとも一つの液圧センサ；
    前記海底取付構造体内に配置され、かつ、前記海底アキュムレータ室内のＤＳＷの水位が所定の水位制限範囲外にある時、最小および最大ＤＳＷ水位信号を生成するように構成された少なくとも一つの水位センサ；
    前記海水入口配管内および前記出口配管内に配置され、かつ、前記海水入口配管内および前記出口配管内の前記ＤＳＷの流量を示すＤＳＷ流量センサ信号を生成するように構成された少なくとも一つの流量計；ならびに
    前記少なくとも一つの空気圧センサ、前記少なくとも一つの液圧センサおよび少なくとも一つの流量計と作動的に連結され、かつ、前記空気圧センサ信号、前記液圧センサ信号および前記ＤＳＷ流量センサ信号に応答する電子制御器であって、前記空気圧制御弁および前記液圧制御弁の前記作動を制御するための制御信号を生成することが可能な前記電子制御器
    から選択される少なくとも一つの装置を含んでいる、
    請求項１０に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
12. 前記海水入口配管内に配置された圧縮システムを含んでおり、該圧縮システムは、所定の圧力で前記ＤＳＷを貯蔵するために、前記海底アキュムレータ室に前記海水入口配管を通して前記ＤＳＷを汲み上げるように構成されたポンプを含んでいる、
    請求項２に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
13. 原動機をさらに含んでおり、該原動機は、前記圧縮システムと係合しており、かつ、前記ポンプを駆動させるように構成されている、請求項１２に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
14. 前記圧縮システムの前記ポンプが電気ポンプであって、該電気ポンプは送電網に連結されており、かつ、電気によって駆動される、
    請求項１３に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
15. 前記圧縮システムの前記ポンプが液圧ポンプである、
    請求項１３に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
16. 前記原動機が、電気風力タービンシステムを含んでおり、該電気風力タービンシステムは：
    風により駆動されるローターを含んでおり；
    前記ローター上に配置され、かつ、卓越風を遮るように構成された複数の風量ベーンを含んでおり；かつ
    前記ローターと作動的に係合し、かつ、前記送電網に接続されるように構成された発電機を含んでおり、該発電機は、出力電力を生成し、かつ、それを前記送電網に提供するように構成されている、
    請求項１４に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
17. 前記原動機が、電気潮力タービンシステムを含んでおり、該電気潮力タービンシステムは：
    潮流により駆動されるローターを含んでおり；
    前記ローター上に配置され、かつ、卓越した潮流を遮るように構成された複数の風量ベーンを含んでおり；かつ
    前記ローターと作動的に係合し、かつ、前記送電網に接続されるように構成された発電機を含んでおり、該発電機は、出力電力を生成し、かつ、それを前記送電網に提供するように構成されている、
    請求項１４に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
18. 前記原動機が、液圧風力タービンシステムを含んでおり、該液圧風力タービンシステムは：
    風により駆動され、かつ、前記液圧ポンプに機械的に連結されたローターを含んでおり；かつ
    前記ローター上に配置され、かつ、卓越風を遮るように構成された複数の風量ベーンを含んでいる、
    請求項１５に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
19. 前記原動機が、液圧潮力タービンシステムを含んでおり、該液圧潮力タービンシステムは：
    潮流により駆動され、かつ、前記液圧ポンプにそれを駆動させるために機械的に連結されたローターを含んでおり；かつ
    前記ローター上に配置され、かつ、卓越した潮流を遮るように構成された複数のベーンを含んでいる、
    請求項１５に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
20. 前記圧縮システムの前記ポンプが電気ポンプであり、該電気ポンプは、送電網に連結さ
    れており、かつ、電気により駆動されており；かつ、前記原動機が、少なくとも一つの再生エネルギーシステムを含んでおり、該少なくとも一つの再生エネルギーシステムは、出力電力を生成し、かつ、それを前記送電網に提供するように構成されており、かつ、電気風力タービンシステム、電気潮力タービンシステム、電気海波力エネルギーコンバータシステムおよび電気太陽システムから選択される、
    請求項１３に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
21. 前記圧縮システムの前記ポンプが液圧ポンプであり、かつ、前記原動機が、前記液圧ポンプにそれを駆動させるために機械的に連結された少なくとも一つの再生エネルギーシステムを含んでおり、前記少なくとも一つの再生エネルギーシステムは、液圧風力タービンシステム、液圧海波力エネルギーコンバータシステムおよび液圧潮力タービンシステムから選択される、
    請求項１３に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム。
22. 直列に配置され、かつ、海水配管を通して相互に接続されている複数の請求項１に記載の液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システムを含んでいる、
    液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリ。
23. 海洋深層水配管を通して、かつ、空気圧配管を通して、複数の請求項１に記載の海底取付構造体と相互に接続される複数の請求項１に記載の浮体式支持構造体を含む液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリであって、前記海底取付構造体は、直列に配置されており、かつ、海水配管を通して相互に接続されており、かつ、各浮体式支持構造体の浮体式空気室は、空気圧配管を通して二つの隣接する海底取付構造体の海底アキュムレータ室と相互に接続されている、
    前記液圧−空気圧式エネルギー貯蔵アセンブリ。

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