KR101474692B1 - Energy storage system by using pump compressed gas and turbine - Google Patents

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KR101474692B1
KR101474692B1 KR20140056449A KR20140056449A KR101474692B1 KR 101474692 B1 KR101474692 B1 KR 101474692B1 KR 20140056449 A KR20140056449 A KR 20140056449A KR 20140056449 A KR20140056449 A KR 20140056449A KR 101474692 B1 KR101474692 B1 KR 101474692B1
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gas
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energy storage
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KR20140056449A
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이영호
김창구
박지훈
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한국해양대학교 산학협력단
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

The present invention relates to an energy storage device, and more specifically, to an energy storage device using a turbine by compressed gas in a closed space and liquefied high-pressure working fluid. According to the present invention, an energy storage device includes a first tank storing liquefied working fluid; a second tank storing gas, and compressing or expanding the gas by the working fluid; a working fluid supply channel having one end fastened to the lower end of the first tank and the other end fastened to the lower end of the second tank to supply the working fluid to the second tank; a working fluid return channel having one end fastened to the lower end of the first tank and the other end fastened to the lower end of the second tank to return the working fluid to the first tank; a storage pump provided on the working fluid supply channel, and supplying the working fluid stored in the first tank to the second tank to form gaseous stored energy; and a turbine provided on the working fluid return channel, and being rotated by pressure of the working fluid returned by expansion of the gas inside the second tank to generate electrical energy.

Description

펌프에 의한 압축 기체 및 발전 터빈을 이용한 에너지 저장 장치{ENERGY STORAGE SYSTEM BY USING PUMP COMPRESSED GAS AND TURBINE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an energy storage apparatus using a compressed gas and a power generation turbine by a pump,

본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀폐공간의 압축 기체와 액체상태의 고압 작동유체에 의한 발전 터빈을 이용한 에너지 저장 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy storage device, and more particularly, to an energy storage device using a power generation turbine by a compressed gas in a closed space and a high-pressure working fluid in a liquid state.

최근, 에너지의 급격한 수요에 따라 근래 들어 석탄, 석유 및 천연가스등의 화석연료 부족 현상이 심화되고, 환경오염이 점차 사회적 문제로 대두되고 있으며, 이와 같은 문제점을 해결하고자 에너지 효율이 높고 환경오염이 적은 다양한 친환경적인 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다.In recent years, due to rapid energy demand, the shortages of fossil fuels such as coal, oil, and natural gas have become more severe, and environmental pollution is gradually becoming a social problem. To solve these problems, Interest in various eco-friendly energy sources is increasing.

일반적으로 자연환경을 이용하여 에너지를 얻는 방법으로서 수위차를 이용하는 수력발전, 바람을 이용한 풍력발전, 태양에너지를 이용한 태양열발전, 바다에서 발생하는 파도의 힘을 이용하는 파력발전 등의 여러 가지 방법이 있다. 이와 같은 발전방식에 있어서 상기 수력발전의 경우, 댐을 건설하여 풍족한 유량을 확보해야 하고, 낙하된 후의 물을 재사용하기 어려우며, 갈수기 및 결빙기에는 유수량이 적어 전력생산에 차질이 생기는 단점이 있다. 또한, 풍력발전이나 태양열 발전도 수시로 변하는 자연현상 및 기상의 변화에 영향을 크게 받게 되고, 설치장소의 지형적 제한이 있으며, 원자력 발전과 화력발전은 환경오염 물질을 배출하는 단점이 있다.Generally, there are various methods such as hydropower generation using wind turbines, wind power generation using wind turbines, solar power generation using solar energy, and wave generation utilizing the power of waves generated in the sea . In such a power generation system, it is difficult to reuse the water after falling, and it is disadvantageous in that there is a disruption in electric power production due to a small amount of water in the dry season and the ice-making machine. In addition, wind power generation and solar power generation are also greatly influenced by changes in natural phenomena and meteorological conditions, which often change, and there is a geographical restriction on installation sites, and nuclear power generation and thermal power generation have a disadvantage in discharging environmental pollutants.

한편, 콤프레셔 또는 실린더와 같은 공기압축수단을 통해 생산되는 압축공기는 발전시설이나 축전설비에 사용 가능한 에너지원으로서, 종래에는 이를 에너지 형태로 보관하기 위한 별도의 장치가 구비되어 있지 않으므로, 이러한 공기압 에너지 저장장치의 개발이 시급한 실정에 있다. 구체적으로, 현재 배터리 방식의 에너지 저장 시스템이 주류를 이루고 있는 반면에 기계식의 연구개발은 많이 이루어지지 않은 상태이며, 펌프 및 터빈 효율 향상을 위한 최적화 과정 및 저장 과정에서의 전기 소비를 최소로 하기 위한 제어시스템 구축 과정이 필요하다.On the other hand, compressed air produced through air compressing means such as a compressor or a cylinder is an energy source that can be used in a power generation facility or a power storage facility. Conventionally, there is no separate device for storing the energy in the form of energy. Development of a storage device is in urgent need. Specifically, currently, a battery-based energy storage system is the mainstream, but mechanical research and development are not performed. In order to optimize the pump and turbine efficiency, and to minimize electricity consumption during the storage process Control system construction process is necessary.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0025648(2009.03.11)Korean Patent Publication No. 10-2009-0025648 (2009.03.11)

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 펌프에 의한 밀폐공간의 압축 기체와 액체상태의 고압 작동유체를 이용한 수력터빈 등 기계적 구성으로 에너지 저장 효율을 향상시킬 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems and provides an energy storage device capable of improving energy storage efficiency by a mechanical structure such as a compressed gas in a closed space by a pump and a hydraulic turbine using a high- It has its purpose.

또한, 본 발명은 작동유체의 압력 및 유량 변화에 대응하여 일정한 전기에너지를 생산할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide an energy storage device capable of producing a constant electric energy corresponding to a change in pressure and flow rate of a working fluid.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems to be solved by the present invention, which are not mentioned here, can be understood by referring to the following description to those skilled in the art It will be understood clearly.

본 발명에 따른 에너지 저장 장치는, 액체 상태의 작동유체를 저장하는 제1 탱크; 기체를 저장하며, 출입되는 작동유체에 의해 기체가 압축 또는 팽창되는 제2 탱크; 일단이 제1 탱크의 하단에 체결되고, 타단이 제2 탱크의 하단에 체결되며, 작동유체를 제2 탱크로 공급하기 위한 작동유체 공급로; 일단이 제1 탱크의 하단에 체결되고, 타단이 제2 탱크의 하단에 체결되며, 작동유체를 제1 탱크로 회수하기 위한 작동유체 회수로; 작동유체 공급로 상에 마련되며, 제1 탱크에 저장된 작동유체를 제2 탱크에 공급하여 압축 기체 형태의 저장에너지를 생성하는 저장 펌프; 및 작동유체 회수로 상에 마련되며, 제2 탱크 내의 기체의 팽창에 의해 회수되는 작동유체의 압력으로 회전하여 전기에너지를 발생시키는 발전 터빈을 포함한다.An energy storage device according to the present invention includes: a first tank for storing a working fluid in a liquid state; A second tank for storing the gas and compressing or expanding the gas by the working fluid entering and exiting; A working fluid supply path for supplying working fluid to the second tank, one end of which is fastened to the lower end of the first tank and the other end is fastened to the lower end of the second tank; A working fluid recovery passage which is fastened at the lower end of the first tank and the other end is fastened at the lower end of the second tank to recover the working fluid to the first tank; A storage pump provided on the working fluid supply path and supplying working fluid stored in the first tank to the second tank to generate storage energy in the form of a compressed gas; And a power generation turbine which is provided on the working fluid recovery passage and rotates by the pressure of the working fluid recovered by the expansion of the gas in the second tank to generate electric energy.

또한, 본 발명의 제1 탱크는 상부 일측이 대기 개방되어 작동유체의 공급시 또는 작동유체의 회수시 저장 탱크의 역할을 하며, 제2 탱크는 작동유체 공급로 및 작동유체 회수로의 체결부를 제외하고 밀폐 공간을 형성하여 작동유체의 출입에 따라 내부 기체 압력을 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the first tank of the present invention serves as a storage tank at the time when the working fluid is supplied or when the working fluid is recovered at one side of the upper portion of the tank, and the second tank serves as a reservoir of the working fluid supply path and the working fluid return path And a sealed space is formed to change the internal gas pressure according to the flow of the working fluid.

또한, 본 발명의 에너지 저장 장치는, 작동유체 공급로 상에서 저장 펌프의 양측 중 적어도 일측에 마련되며, 작동유체의 제2 탱크 공급시에만 개방되는 제1 밸브; 및 작동유체 회수로 상에서 발전 터빈의 양측 중 적어도 일측에 마련되며, 작동유체의 제1 탱크 회수시에만 개방되는 제2 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the energy storage device of the present invention comprises: a first valve provided on at least one side of the storage pump on the working fluid supply path and opened only at the time of supplying the working fluid with the second tank; And a second valve that is provided on at least one side of both sides of the power generation turbine on the working fluid recovery passage, and is opened only when the first tank of the working fluid is recovered.

또한, 본 발명의 제2 밸브는 작동유체 회수로 상에서 제2 탱크와 발전 터빈 사이에 형성되며, 개도를 조정하여 회수되는 작동유체의 압력 및 유량을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.The second valve of the present invention is formed between the second tank and the power generation turbine on the working fluid recovery path, and adjusts the opening degree so that the pressure and the flow rate of the recovered working fluid are kept constant.

또한, 본 발명의 발전 터빈은, 회수되는 작동유체의 압력 변화 및 유량 변화가 발생하여도 일정한 전기에너지를 발생시킬 수 있도록, 가변속 제어가 가능한 동기 발전기와 인버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Further, the power generation turbine of the present invention is characterized in that it comprises a synchronous generator and an inverter capable of variable speed control so that a constant electric energy can be generated even when pressure variation and flow rate change of the recovered working fluid occur.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 에너지 저장 장치는 밀폐공간의 압축 기체와 액체상태의 작동유체를 이용한 기계적 구성, 즉 양수식 에너지 저장방식과 압축공기 에너지 저장방식을 복합시킨 구성을 활용하여 에너지 저장 효율 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the solution of the above-mentioned problems, the energy storage device of the present invention utilizes a structure that combines a compressible gas in a closed space and a working fluid in a liquid state, that is, a combination of a positive energy storing method and a compressed air energy storing method, The storage efficiency can be improved.

또한, 본 발명의 에너지 저장 장치는 작동유체의 압력 및 유량 변화에 대응하여 일정한 전기에너지를 생산할 수 있는 효과가 있다.Further, the energy storage device of the present invention is capable of producing a constant electric energy in response to a change in pressure and flow rate of a working fluid.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 에너지 저장 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 에너지 발생 상태를 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an energy storage state of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an energy generation state of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 에너지 저장 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 에너지 발생 상태를 나타낸 도면이다.1 to 3 are views for explaining an energy storage device according to an embodiment of the present invention. 1 is a schematic diagram of an energy storage device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an energy storage state of an energy storage device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an energy generation state of an energy storage device according to an exemplary embodiment.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 제1 탱크(110), 제2 탱크(120), 작동유체 공급로(130), 작동유체 회수로(140), 저장 펌프(150) 및 발전 터빈(160)을 포함한다.1 to 3, an energy storage device according to an embodiment of the present invention includes a first tank 110, a second tank 120, a working fluid supply path 130, (140), a storage pump (150), and a power generation turbine (160).

제1 탱크(110)는 액체 상태의 작동유체를 저장한다. 또한, 제1 탱크(110)는 상부 일측이 대기 개방되어 작동유체의 공급시 또는 작동유체의 회수시 저장탱크의 역할을 하는 대기 개방형 탱크이다. 즉, 작동유체가 공급되는 경우에는 작동유체가 배출된 만큼 제1 탱크(110)의 상부에 공기가 채워지고, 작동유체가 회수되는 경우에는 유입된 만큼 제1 탱크(110)의 상부로 공기가 배출되기 때문에, 기압 변화의 방해 없이 원활한 공급 및 회수가 이루어질 수 있다. 한편, 액체 상태의 작동유체는 공급시 제2 탱크(120)의 기체를 압축시키기 위한 매개체로 사용되며, 회수시 발전 터빈(160)의 수차에 회전력을 제공하기 위하여 사용되는 것으로, 물, 오일 등 액체 상태의 유체이면 어느 것을 사용하여도 무방하다. The first tank 110 stores a working fluid in a liquid state. In addition, the first tank 110 is an atmospheric open type tank in which one side of the upper side is open to the atmosphere to serve as a storage tank when supplying the working fluid or recovering the working fluid. That is, when the working fluid is supplied, the upper portion of the first tank 110 is filled with air as much as the working fluid is discharged. When the working fluid is recovered, the air is supplied to the upper portion of the first tank 110 So that smooth supply and recovery can be achieved without interfering with a change in air pressure. On the other hand, the working fluid in the liquid state is used as a medium for compressing the gas of the second tank 120 at the time of supply, and is used to provide rotational force to the aberration of the power generation turbine 160 at the time of recovery. Any liquid may be used.

제2 탱크(120)는 기체를 저장하며, 출입되는 작동유체에 의해 기체가 압축 또는 팽창된다. 구체적으로, 제2 탱크(120)는 작동유체 공급로(130) 및 작동유체 회수로(140)의 체결부를 제외하고 밀폐 공간을 형성하여 작동유체의 출입에 따라 내부 기체 압력을 변화시키는 것이 가능하다. 이때, 기체는 대기 중의 일반 공기를 사용할 수 있으며 필요에 따라서는 압축력과 팽창력이 우수하며, 작동유체에 용해되지 않는 기체를 사용하는 것도 가능하다.The second tank 120 stores the gas, and the gas is compressed or inflated by the working fluid entering and exiting. Specifically, the second tank 120 can be formed with a closed space except the fastening portions of the working fluid feed path 130 and the working fluid return path 140, thereby changing the internal gas pressure in accordance with the movement of the working fluid . At this time, the gas can use ordinary air in the atmosphere, and if necessary, it is possible to use a gas which is excellent in compression force and expansion force, and which is not dissolved in the working fluid.

작동유체 공급로(130)는 제1 탱크(110)의 작동유체를 제2 탱크(120)로 공급하기 위한 것으로, 일단이 제1 탱크(110)의 하단에 체결되고, 타단이 제2 탱크(120)의 하단에 체결된다.The working fluid supply path 130 is for supplying working fluid of the first tank 110 to the second tank 120. One end of the working fluid is connected to the lower end of the first tank 110, 120, respectively.

작동유체 회수로(140)는 제2 탱크(110)의 작동유체를 제1 탱크(110)로 회수하기 위한 것으로, 일단이 제1 탱크(110)의 하단에 체결되고, 타단이 제2 탱크(120)의 하단에 체결된다.The working fluid recovery passage 140 is for recovering the working fluid of the second tank 110 to the first tank 110. One end of the working fluid is connected to the lower end of the first tank 110, 120, respectively.

저장 펌프(150)는 작동유체 공급로(130) 상에 마련되며, 제1 탱크(110)에 저장된 작동유체를 제2 탱크(120)에 공급하여 압축 기체 형태의 저장에너지를 생성한다. 즉, 저장 펌프(150)는 잉여의 전기에너지 등으로 구동되며, 작동유체를 제2 탱크(120)의 하단으로부터 채워나가며 밀폐공간을 형성하는 제2 탱크(120) 내부의 기체를 압축시킨다. 이에 따라, 기체가 압축되며 에너지가 저장된다.The storage pump 150 is provided on the working fluid supply path 130 and supplies the working fluid stored in the first tank 110 to the second tank 120 to generate stored energy in the form of compressed gas. That is, the storage pump 150 is driven by surplus electric energy or the like to compress the gas inside the second tank 120 that fills the working fluid from the lower end of the second tank 120 and forms a closed space. As a result, the gas is compressed and energy is stored.

발전 터빈(160)은 작동유체 회수로(140) 상에 마련되며, 제2 탱크(120) 내의 기체의 팽창에 의해 회수되는 작동유체의 압력으로 회전하여 전기에너지를 발생시킨다. 즉, 압축 기체가 팽창되는 힘에 의해 제2 탱크(120)에서 작동유체가 작동유체 회수로(140)로 밀려나가며 작동유체압을 발생시키고 이때의 작동유체압으로 터빈을 회전시키는 것이 가능하게 된다. 한편, 발전 터빈(160)은 작동유체로 물이 사용되는 경우, 수력 터빈을 사용하는 것이 바람직하다.The power generation turbine 160 is provided on the working fluid recovery passage 140 and generates electric energy by rotating with the pressure of the working fluid recovered by the expansion of the gas in the second tank 120. That is, the working fluid is pushed out to the working fluid recovery passage 140 in the second tank 120 by the force that the compressed gas expands, and it is possible to generate the working fluid pressure and rotate the turbine with the working fluid pressure at this time. On the other hand, when water is used as the working fluid, the power turbine 160 preferably uses a hydraulic turbine.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 작동유체 공급로(130) 상에서 저장 펌프(150)의 양측 중 적어도 일측에 마련되며, 작동유체의 제2 탱크(120) 공급시에만 개방되는 제1 밸브(170)와, 작동유체 회수로(140) 상에서 발전 터빈(160)의 양측 중 적어도 일측에 마련되며, 작동유체의 제1 탱크(110) 회수시에만 개방되는 제2 밸브(180)를 더 포함하는 것이 가능하다. The energy storage device according to an embodiment of the present invention is provided on at least one side of the storage pump 150 on the working fluid supply path 130 and is opened only when the working fluid is supplied to the second tank 120 And a second valve 180 which is provided on at least one of both sides of the power generation turbine 160 on the working fluid recovery passage 140 and opens only when the first tank 110 of the working fluid is recovered, ). ≪ / RTI >

즉, 제1 밸브(170)는 작동유체의 제2 탱크(120) 공급시에 개방되어 저장 펌프(150)에 의한 작동유체 공급을 원활하게 진행시키고, 작동유체의 제1 탱크(110) 회수시에는 차단되어 작동유체 공급로(130)를 통하여 작동유체가 회수 또는 역류되는 것을 차단한다. 이에 따라, 에너지 손실을 방지할 수 있으며 저장 펌프(150)의 손상을 방지할 수 있다.That is, the first valve 170 is opened when the working fluid is supplied to the second tank 120 to smoothly supply the working fluid by the storage pump 150, and when the first tank 110 of the working fluid is recovered Thereby preventing the working fluid from being recovered or backflowed through the working fluid supply path 130. Accordingly, energy loss can be prevented and damage to the storage pump 150 can be prevented.

또한, 제2 밸브(180)는 작동유체의 제1 탱크(110) 회수시에 개방되어 발전 터빈(160)으로의 작동유체 공급을 원활하게 진행시키고, 작동유체의 제2 탱크(120) 공급시에는 차단되어 작동유체 회수로(140)를 통하여 작동유체가 공급 또는 역류되는 것을 차단한다. 이에 따라, 에너지 손실을 방지할 수 있으며 발전 터빈(160)의 손상을 방지할 수 있다.The second valve 180 is opened when the first tank 110 of the working fluid is recovered to smoothly supply the working fluid to the power generation turbine 160 and to supply the working fluid to the second tank 120 Thereby blocking the supply or backflow of the working fluid through the working fluid return passage 140. [0064] Thus, energy loss can be prevented and damage to the power generation turbine 160 can be prevented.

나아가, 제2 밸브(180) 중 작동유체 회수로(140) 상에서 제2 탱크(120)와 발전 터빈(160) 사이에 형성되는 제2 밸브는, 개도를 조정하여 회수되는 작동유체의 압력 및 유량을 일정하게 유지시키는 것이 가능하다. 이에 따라 회수시 초기에 강한 기체 압력에 의한 작동유체의 압력 및 유량이 증가하는 경우나, 말기에 약해진 기체 압력에 의한 작동유체의 압력 및 유량이 감소하는 경우에도, 발전 터빈(160)의 전측에 마련되는 제2 밸브의 개도 조절을 통하여 발전 터빈(160)에 공급되는 작동유체의 압력 및 유량을 최대한 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 발전 터빈(160)의 분당 터빈 회전량을 일정하게 유지시켜 양질의 전기에너지를 생산할 수 있으며 장치의 부하 및 손상을 최소화할 수 있다. Further, the second valve formed between the second tank 120 and the power generation turbine 160 on the working fluid recovery passage 140 of the second valve 180 is controlled by adjusting the opening degree, Can be kept constant. Accordingly, even when the pressure and the flow rate of the working fluid increase due to the strong gas pressure at the initial stage of recovery or the pressure and the flow rate of the working fluid due to the gas pressure weakened at the terminal stage decrease, The pressure and the flow rate of the working fluid supplied to the power generation turbine 160 can be maintained as constant as possible by controlling the opening degree of the second valve. Therefore, the amount of turbine rotation per minute of the power generation turbine 160 can be kept constant, so that high-quality electric energy can be produced, and load and damage of the apparatus can be minimized.

또한, 본 발명의 일실시 예에서는 제2 밸브의 개도 조절에 더하여 발전 터빈(160)이, 회수되는 작동유체의 압력 변화 및 유량 변화가 발생하여도 일정한 전기에너지를 발생시킬 수 있도록, 가변속 제어가 가능한 동기 발전기와 인버터를 포함하여 구성되는 것이 가능하다. In addition, in one embodiment of the present invention, in addition to the opening degree control of the second valve, the power generation turbine 160 may be provided with variable speed control so as to generate constant electric energy even when pressure variation and flow rate change of the recovered working fluid occur It is possible to include a possible synchronous generator and an inverter.

이와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치는 밀폐공간의 압축 기체와 액체상태의 작동유체를 이용한 기계적 구성, 즉 양수식 에너지 저장방식과 압축공기 에너지 저장방식을 복합시킨 구성을 활용하여, 발전터빈에 가해지는 힘을 강하게 하여 회전력을 증가시킬 수 있으며 에너지 손실을 최대한 줄임으로써, 에너지 저장 효율 향상시킬 수 있다. 또한, 작동유체의 압력 및 유량 변화에 대응하여 일정한 전기에너지를 생산할 수 있는 장점이 있다. As described above, the energy storage device according to an embodiment of the present invention utilizes a structure combining a mechanical structure using a compressed gas in a closed space and a working fluid in a liquid state, that is, a combination of a positive energy storing method and a compressed air energy storing method, The power applied to the power generation turbine can be increased to increase the rotational force and the energy storage efficiency can be improved by reducing the energy loss as much as possible. Further, there is an advantage that a constant electric energy can be produced in response to a change in the pressure and the flow rate of the working fluid.

즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 에너지 저장 장치는 양수식 에너지 저장방식과 압축공기 에너지 저장방식을 복합시킨 에너지 저장 장치로서, 도 2와 같이 구동 방식은 다단 펌프와 같은 고양정 저장 펌프를 사용하여 밀폐된 제2 탱크 내에 작동유체인 물을 채움으로써 제2 탱크 내부에 있는 공기의 압력을 증가시켜 에너지를 저장하게 된다. 이 과정을 통하여 고양정/저유량의 수력 터빈으로 구성되는 발전 터빈 구동을 위한 설계치까지 증가된 공기의 압력을 이용하여, 물을 발전 터빈의 수차로 배출함으로써 수차를 구동시켜 전기에너지를 생산하게 되며, 배출된 물은 개방된 제1 탱크에 저장되어 앞의 순환 과정을 반복하게 된다. 이에 따라, 심야전기 또는 풍력 등 재생에너지를 이용한 전기를 사용하여 에너지를 압력 형태로 저장하게 되며, 전기 과수요 상태에서의 전력 공급 등의 용도로 활용 가능하다.That is, the energy storage device according to an embodiment of the present invention is an energy storage device that is a combination of a positive energy storage method and a compressed air energy storage method. In the driving method, as shown in FIG. 2, The pressure of the air inside the second tank is increased by filling the water in the second tank, which is the working oil, with the energy stored in the second tank. Through this process, by using the increased air pressure up to the design value for driving the turbine composed of the high-rise / low-flow hydro turbine, the water is discharged to the turbine aberration to drive the turbine to produce the electric energy, The discharged water is stored in the opened first tank to repeat the previous circulation process. Accordingly, energy is stored in a pressure form using electricity using renewable energy such as late-night electricity or wind power, and it can be utilized for electric power supply in an electricity surcharge condition.

또한, 저장 펌프와 발전 터빈을 따로 사용함으로써, 사용 환경, 사용자의 요구사항 등에 따라 다양한 사양의 펌프 및 터빈을 활용하여 에너지 저장 장치를 자유롭게 구축할 수 있으며, 성능면에서 전체 시스템 효율을 향상시키는데도 이점이 있다.In addition, by using the storage pump and the power turbine separately, it is possible to freely construct the energy storage device by utilizing various specifications of the pump and the turbine according to the usage environment and the requirements of the user. In order to improve the overall system efficiency in terms of performance There is an advantage.

또한, 제2 탱크 내부의 작동유체를 배출하는 과정에서 유량과 압력이 계속 변화하기 때문에 유량 및 압력 조절이 필요하므로, 압력조정 밸브(Pressure regulating valve) 및 유량조절 밸브(flow control valve)를 제2 밸브로 구성하고 수차 전단에 배치하여 이 문제를 해결할 수 있다.Since the flow rate and the pressure are continuously changed in the process of discharging the working fluid in the second tank, it is necessary to adjust the pressure regulating valve and the flow control valve to the second This problem can be solved by constructing a valve and arranging it at the front end of the aberration.

또한, 동기 발전기 및 인버터를 활용하여 가변속 제어가 가능한 발전 터빈의 경우, 에너지 저장 장치에 다른 제어 장치를 설치하지 않더라도 배출되는 과정에서 발생하게 되는 제2 탱크 내부의 압력 및 유량에 대응하여 운행이 가능하다.In addition, in the case of a power generation turbine that can be controlled at a variable speed by using a synchronous generator and an inverter, it is possible to operate in response to the pressure and flow rate in the second tank which is generated in the process of discharging even if no other control device is installed in the energy storage device Do.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it is to be understood that the technical structure of the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing description, All changes or modifications that come within the scope of the equivalent concept are to be construed as being included within the scope of the present invention.

110 : 제1 탱크
120 : 제2 탱크
130 : 작동유체 공급로
140 : 작동유체 회수로
150 : 저장 펌프
160 : 발전 터빈
170 : 제1 밸브
180 : 제2 밸브110: first tank
120: Second tank
130: working fluid supply path
140: Working fluid return path
150: storage pump
160: Power generation turbine
170: first valve
180: second valve

Claims (5)

액체 상태의 작동유체를 저장하는 제1 탱크;
기체를 저장하며, 출입되는 상기 작동유체에 의해 상기 기체가 압축 또는 팽창되는 제2 탱크;
일단이 상기 제1 탱크의 하단에 체결되고, 타단이 상기 제2 탱크의 하단에 체결되며, 상기 작동유체를 상기 제2 탱크로 공급하기 위한 작동유체 공급로;
일단이 상기 제1 탱크의 하단에 체결되고, 타단이 상기 제2 탱크의 하단에 체결되며, 상기 작동유체를 상기 제1 탱크로 회수하기 위한 작동유체 회수로;
상기 작동유체 공급로 상에 마련되고, 상기 제1 탱크에 저장된 작동유체를 상기 제2 탱크에 공급하여 압축 기체 형태의 저장에너지를 생성하는 저장 펌프;
상기 작동유체 회수로 상에 마련되고, 상기 제2 탱크 내의 기체의 팽창에 의해 회수되는 상기 작동유체의 압력으로 회전하여 전기에너지를 발생시키며, 가변속 제어가 가능한 동기 발전기와 인버터를 포함하는 발전 터빈;
상기 작동유체 공급로 상에서 상기 저장 펌프의 양측 중 적어도 일측에 마련되며, 상기 작동유체의 상기 제2 탱크 공급시에만 개방되는 제1 밸브; 및
상기 작동유체 회수로 상에서 상기 제2 탱크와 상기 발전 터빈 사이에 마련되며, 상기 작동유체의 상기 제1 탱크 회수시에만 개방되는 제2 밸브;를 포함하고,
상기 제2 탱크 내부의 작동유체 배출에 따른 상기 제2 탱크의 작동유체압 변화에 관계없이 일정한 전기에너지가 발생될 수 있도록, 상기 제2 밸브의 개도를 조정하여 회수되는 상기 작동유체의 압력 및 유량이 일정하게 유지되고, 회수되는 상기 작동유체의 압력 변화 및 유량 변화가 발생되더라도 상기 동기 발전기와 인버터에 의하여 일정한 전기에너지가 발생되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.A first tank for storing a working fluid in a liquid state;
A second tank for storing the gas and compressing or expanding the gas by the working fluid entering and exiting;
A working fluid supply path for supplying the working fluid to the second tank, one end of which is fastened to the lower end of the first tank and the other end is fastened to the lower end of the second tank;
A working fluid recovery passage for recovering the working fluid to the first tank, one end of which is fastened to the lower end of the first tank and the other end is fastened to the lower end of the second tank;
A storage pump provided on the working fluid supply path and supplying working fluid stored in the first tank to the second tank to generate stored energy in the form of a compressed gas;
A power generation turbine provided on the working fluid recovery passage and including a synchronous generator and an inverter capable of rotating at a pressure of the working fluid recovered by the expansion of the gas in the second tank to generate electric energy and capable of variable speed control;
A first valve which is provided on at least one side of both sides of the storage pump on the working fluid supply path and which is open only at the time of supplying the second tank of the working fluid; And
And a second valve provided between the second tank and the power generation turbine on the working fluid recovery passage and opened only at the recovery of the first tank of the working fluid,
The pressure and the flow rate of the recovered working fluid are adjusted by adjusting the opening degree of the second valve so that a constant electric energy can be generated regardless of the change in the working oil pressure of the second tank due to the discharge of the working fluid in the second tank Wherein a constant electric energy is generated by the synchronous generator and the inverter even if a pressure change and a flow rate change of the working fluid are constantly maintained and recovered. 제1항에 있어서,
상기 제1 탱크는 상부 일측이 대기 개방되어 상기 작동유체의 공급시 또는 상기 작동유체의 회수시 저장탱크의 역할을 하며, 상기 제2 탱크는 상기 작동유체 공급로 및 상기 작동유체 회수로의 체결부를 제외하고 밀폐 공간을 형성하여 상기 작동유체의 출입에 따라 내부 기체 압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.The method according to claim 1,
The first tank is open at the upper side to serve as a storage tank at the time of supplying the working fluid or at the time of collecting the working fluid, and the second tank is connected to the working fluid supply path and the working fluid return path And the inner gas pressure is changed according to the flow of the working fluid. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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