KR101590806B1 - 에너지 저장 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

시스템은 적어도 하나의 중량체, 제1 높이에서 제2 높이로 중력으로 이동하는 상기 중량체를 현수하기 위한 링크, 및 제1 높이에서 제2 높이로 중력으로 상기 중량체가 이동할 때 전기를 발생시키도록 발전기를 구동시키기 위하여 링크를 통해 상기 중량체와 연결된 전기 에너지 발전기를 포함하고 있다. 상기 적어도 하나의 중량체는 적어도 약 100 톤의 무게를 가지고 있고, 제1 높이와 제2 높이는 그 사이에 적어도 약 200 미터의 거리를 한정하고 있으며, 이 시스템은 상기 적어도 하나의 중량체의 중력 위치 에너지를 증가시키기 위하여 제2 높이로부터 제1 높이로 중력에 대항하여 상기 적어도 하나의 중량체를 이동시키고 상기 적어도 하나의 중력 위치 에너지를 유지하도록 링크를 작동시키는 작동 장치를 더 포함하고 있다.

Description

에너지 저장 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR STORING ENERGY}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면, 오프-피크 기간(즉, 피크 기간에 비해 에너지 수요가 낮은 기간)에 생산된 에너지 및/또는 제한하는 것은 아니지만 바람 등과 같은 재생 에너지원으로부터 생산된 에너지를 저장하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 에너지 저장 시스템은 제한하는 것은 아니지만 바다와 같은 수중에서 작동하도록 형성될 수 있다.
사회 전반의 다양한 수요에 대한 전력을 공급하도록 충분한 에너지를 공급하는 것은 매년 더욱 큰 문제가 되고 있다. 석탄, 석유 및 가스와 같은 전형적인 에너지원은 점차 가격이 높아지고 찾는 것도 더욱 어려워지고 있다. 동시에, 연소 부산물은 공기 오염을 발생시키고 대기 중의 이산화탄소를 증가시키며, 지구 환경을 심각하게 위협하고 있다.
현재 에너지를 높은 저장 능력을 제공할 수 있는 기술은 양수 발전이다. 이러한 기술의 예로서 도 1에 시스템(10)이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 이 시스템은 서로 다른 높이 위치한 두개의 커다란 물 저장소(102, 105)를 이용한다. 잉여 에너지를 사용할 수 있을 때 물(106)은 펌프(101)에 의해 낮은 저장소(102)에서 높은 저장소(105)로 펌핑되고, 이 잉여 에너지(비효율적인 것에 기인한 손실을 차감한 에너지)가 시스템(10)에 저장된다(잉여 에너지는 전력망(108)에 의해 만들어지며 변전소(107)를 통하여 전기 모터(100)에 동력을 제공한다). 시스템(10)에 저장된 에너지는 이하에 설명하는 것과 같이 방출된다. 물(106)은 역학적인 에너지를 생산하기 위하여 높은 저장소(105)로부터 수력 터빈(103)을 통하여 낮은 저장소(102)로 보내진다. 역학적인 에너지는 발전기(104)에 의해 전기 에너지로 변환되고 변전소(107)를 통하여 전력망(108)에 제공된다.
시스템(10)과 같은 대규모의 시스템은 1000 메가와트(MW) 이상의 피크 출력 및 수천 메가와트-아워(MW-H)의 저장 능력을 제공할 수 있다. 양수 발전은 수 십년 동안 보편적인 저장 기술이었다. 그러나, 건설 비용의 증가 이외에 이러한 시스템을 위한 물 저장소의 설계와 관련한 지리적, 지질학적 및 환경적 제약으로 인하여 이러한 기술은 미래의 수요 확대를 위해 적용하는데 있어서 점차 매력을 잃게 되었다. 따라서, 이 기술은 예를 들면 화석 연료로부터 재생 가능한 에너지원으로 에너지 기반시설을 전환하는 것을 포함하여 미래의 수요 확대를 지원하기 위하여 요구되는 광범위한 적용성, 생산 능력, 낮은 비용 및 환경적인 공존 가능성을 갖추고 있는 실제적인 방법을 제공하지 못한다.
본 발명은 신뢰성 있고, 기초적인 부하 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 간헐적으로 전력을 생산하여 공급하는 에너지 저장 시스템을 제공하기 위한 것이다. 또한, 제한하는 것은 아니지만 태양 전지판 및 풍력 터빈에 의해 수집되는 것과 같은 재생가능한 에너지원을 이용할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 적어도 하나의 중량체, 제1 높이에서 제2 높이로 중력으로 이동하는 상기 적어도 하나의 중량체를 현수하기 위한 링크, 및 제1 높이에서 제2 높이로 중력으로 상기 적어도 하나의 중량체가 이동할 때 전기를 발생시키는 전기 에너지 발전기를 구동시키기 위하여 링크를 통해 상기 적어도 하나의 중량체와 연결된 전기 에너지 발전기를 포함하고 있다. 상기 적어도 하나의 중량체는 적어도 약 100 톤의 무게를 가지고 있고, 제1 높이와 제2 높이는 그 사이에 적어도 약 200 미터의 거리를 한정하고 있으며, 본 발명의 시스템은 상기 적어도 하나의 중량체의 중력 위치 에너지를 증가시키기 위하여 제2 높이로부터 제1 높이로 중력에 대항하여 상기 적어도 하나의 중량체를 이동시키고 상기 적어도 하나의 중력 위치 에너지를 유지하도록 링크를 작동시키는 작동 장치(오퍼레이터)를 더 포함하고 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 방법은 제1 높이에서 제2 높이로 중력으로 이동하는 적어도 하나의 중량체를 현수하기 위한 링크를 제공하고, 제1 높이에서 제2 높이로 중력으로 상기 적어도 하나의 중량체가 이동할 때 전기를 발생시키기 위하여 전기 에너지 발전기를 구동시키도록 전기 에너지 발전기를 링크를 통하여 상기 적어도 하나의 중량체와 연결하는 것을 포함하고 있다. 상기 적어도 하나의 중량체는 적어도 약 100 톤의 무게를 가지고 있고, 제1 높이와 제2 높이는 그 사이에 적어도 약 200 미터의 거리를 한정하고 있으며, 본 발명의 방법은 상기 적어도 하나의 중량체의 중력 위치 에너지를 증가시키기 위하여 제2 높이로부터 제1 높이로 중력에 대항하여 상기 적어도 하나의 중량체를 이동시키고 상기 적어도 하나의 중력 위치 에너지를 유지하도록 링크를 작동시키는 작동 장치를 설정하는 것을 더 포함하고 있다.
본 발명에 의하면 신뢰성 있고, 기초적인 부하 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 간헐적으로 전력을 생산하여 공급하는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 목적은, 태양 전지판 및 풍력 터빈 등에 의해 수집되는 것과 같은 재생가능한 에너지원을 이용할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다. 그리고 태양 및/또는 풍력 에너지원에서 얻은 출력의 상당 부분이 대용량 에너지 저장 유닛으로 보내지고, 나중에 필요할 때 그 에너지를 방출할 수 있다.
양수 발전과 같은 기술과 비교하여, 에너지 저장이 실행될 수 있는 설치 위치의 범위를 확장시킬 수 있다. 본 발명에 따르면 높은 잠재 전력(1000 메가와트 이상), 큰 에너지 저장 능력(제한하는 것은 아니지만, 정격 전력으로 8 시간 이상), 환경에 부정적인 영향의 최소화, 제한하는 것은 아니지만 도시와 같이 전력 수요가 높은 곳 또는 송전 라인에 대한 근접성을 포함하는 유리한 장점을 제공할 수 있다.
양수 발전의 경우에는, 이러한 장점의의 전부 또는 일부를 제공할 수 있는 위치에 설치하는 것이 어렵다. 본 발명에 의하면 미국 및 세계의 수많은 주요 도시에 존재하는 장소를 활용하기 위하여 적절한 설치 장소의 범위를 확장시키는 것이 가능하다.
도 1 은 양수 방식 에너지 저장 시스템의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 4 는 암염 돔을 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 8a 및 8b 는 본 발명의 실시예에 따른 저장 중량체의 평면도와 측면도이다.
도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 저장 래크를 도시한 도면이다.
도 10a, 10b 및 10c 는 본 발명의 실시예에 따른 갈고리의 작동을 도시한 도면이다.
도 11a, 11b 및 11c 는 본 발명의 실시예에 따른 마찰 구동 호이스트 시스템을 도시한 도면이다.
도 12 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이며, 도 12a 는 본 발명의 실시예에 따른 부유 플랫폼의 단면도이다.
도 13 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 14a 및 14b 는 본 발명의 실시예에 따른 저장 중량체의 평면도와 측면도이다.
도 15 는 본 발명의 실시예에 따른 저장 래크를 도시한 도면이다.
도 16a, 16b 및 16c 는 본 발명의 실시예에 따른 갈고리의 작동을 도시한 도면이다.
도 17 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 18a 및 18b 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 평면도와 측면도이다.
도 19a, 19b 및 19c 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설치하는 것을 도시한 도면이다.
도 20a, 20b 및 20c 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설치하는 것을 도시한 도면이다.
도 21 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략도이다.
도 22 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략도이다.
도 23a 및 23b 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 작동을 도시한 도면이다.
도 24 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 25 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 26 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 27 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 28 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 29 는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장의 방법을 예시하는 도면이다.
본 발명은 도면 및 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 가장 바람직한 실시형태가 이하에 상세하게 설명된다. 이러한 설명은 본 발명을 제한하는 것이 아니라, 단지 본 발명의 전체적인 원리를 예시하기 위한 것이다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서 한정되는 것이다.
본 발명의 실시예는 예를 들면, "오프-피크(off-peak)" 기간에 발전한 에너지 및/또는 바람 및 태양과 같은 재생 가능한 에너지원으로부터 발전한 에너지를 저장하기 위하여 사용될 수 있는 에너지 저장 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특정 실시예에서, 에너지 저장 시스템 및 방법은 육지에서 작동하도록 구성된다. 다른 특정 실시예에서 에너지 저장 시스템 및 방법은, 제한하는 것은 아니지만 바다 등의 수상 환경에서 작동하도록 구성된다.
실시예에 따르면, "피크" 기간의 에너지 수요는 오프 피크 기간의 에너지 수요보다 약 50% 높은 것으로 간주된다. 다른 실시예에 따르면, "피크" 기간의 에너지 수요는 제한하는 것은 아니지만 오프 피크 기간의 에너지 수요보다 약 100% 또는 200% 높은 것을 포함하는 다른 수준으로 정의될 수 있다.
본 발명은 피크 기간 중에 사용하기 위해 오프 피크 에너지 및/또는 재생 가능한 에너지를 저장하는 것을 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템은 송전할 수 있고, 신뢰할 수 있는 기초 부하 전력 공급 및 간헐적인 생산 공급의 역할을 할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 태양 및/또는 바람으로부터의 출력의 많은 부분이 에너지 저장 시스템에 인도되고, 그 후에 예를 들면 필요에 따라 에너지를 보낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시스템(20)의 개략도가 도 2에 도시되어 있다. 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예의 시스템(20)은 육상 및 해상에 적용한 것에 대하여 설명된다. 도 2를 참조하면, 저장 중량체(202)는 대체로 수직인 통로를 따라 이동하도록 링크(205)에 의해서 현수된다. 특정 실시예에서, 통로는 실질적으로 수직이다(즉, 중력의 방향과 평행하다). 다른 실시예에서, 통로는 수직 성분으로 경사질 수 있으며, 예를 들면 아래쪽으로 경사져 있다. 특정 실시예에서, 통로는 제한하는 것은 아니지만 약 1000 미터 이상의 수직방향의 길이를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 통로의 수직방향의 길이는 약 6000 미터이다. 실시예에 따르면, 중량체(202)는 제한하는 것은 아니지만 콘크리트, 강화 콘크리트 및/또는 강철과 같은 재료로 만들어진다. 특정 실시예에 따르면, 중량체(202)의 무게는 대략 100 톤 이상, 또는 대략 1000 톤 이상이다. 비용을 절감하기 위하여, 중량체의 재료는 상대적으로 낮은 비용의 재료가 사용된다. 특정 실시예에 따르면, 링크(205)는 제한하는 것은 아니지만 케이블, 와이어, 로프, 벨트 또는 체인 등의 임의의 적절한 연결 구조가 될 수 있다.
오퍼레이터(201)는 링크(205)와 연결되어 있다. 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이, 오퍼레이터(201)는 중력에 대항하여 중량체(202)를 이동시키기 위하여 링크(205)를 작동시킨다. 실시예에 따르면, 오퍼레이터(201)는 호이스트이다. 호이스트(201)는 호이스트(201)를 구동하기 위해 모터(200)와 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 모터(200)는 발전기와 연결된다(또는 발전기로서 작동할 수 있다). 모터 및/또는 발전기(200)는 변전소(203)와 연결될 수 있다.
변전소(203)는 송전 공급원에서 배전 목적지로의 전력을 변환하기 위한 것이다. 구체적으로, 변전소(203)는 송전 전압(예를 들면 수만 볼트 또는 수 십만 볼트의 범위)을 예를 들면 10,000 볼트 미만의 배전 전압으로 낮추는 변압기를 포함할 수 있다. 변전소(203)는 배전 전력을 복수의 방향으로 분할할 수 있는 버스를 가질 수 있다. 또한 변전소(203)는 원할 경우 송전 공급원 및/또는 배전 목적지로부터 변전소(203)가 차단되도록 하기 위한 회로 차단기 및 스위치를 가질 수 있다.
변전소(203)는 제한하는 것은 아니지만 전력망(204)과 같은 전력 전송기와 연결된다. 전력망(204)은 시스템(20)을 위한 전력의 공급원으로의 역할을 할 수 있다. 다른 실시예에서, 전력 공급원은 제한하는 것은 아니지만 풍력 터빈 또는 태양 전지 등의 재생 가능한 에너지를 획득하는 하나 이상의 장치가 될 수 있다. 또한 전력망(204)은 시스템(20)에 의해 방출되는 전력을 받아 목적지로 전력을 보낼 수 있다.
도 2를 참조하면, 작동시에 전력은 예를 들면 전력망(204)과 같은 공급원에 의해서 제공된다. 전력망과 같은 산업적인 공급원에 의해서 전력이 제공되는 실시예에서, 전력은 모터(200)에 사용될 수 있도록 변전소(203)에 의해서 변환된다. 모터(200)는 제1 높이(호이스트(201)로부터 멀리 떨어진 위치)에서 제2 높이(호이스트(201)에 가까운 위치)로 저장 중량체(202)를 들어올리기 위하여 호이스트(201)를 구동한다. 따라서, 저장 중량체(202)의 중력 위치 에너지가 증가되고, 증가된 에너지는 시스템에 저장된다(예를 들면, 저장 중량체(202)의 중력 위치 에너지를 유지하는 것에 의해서).
저장 중량체(202)가 낮아질 때 저장된 에너지가 방출된다. 저장 중량체가 낮아짐으로 호이스트(201)의 드럼을 회전시키고, 이것은 전기 에너지를 생성하도록 모터/발전기(200)를 효율적으로 구동시킨다. 전기 에너지는 전력망(204)으로 전송하기 위해 변전소(203)에 의해서 조절된다.
그러므로, 오프 피크 기간(예를 들면, 에너지 수요가 상대적으로 적은 기간)동안에 생성된 에너지는 추후(에너지 수요가 상대적으로 많은 피크 기간)에 사용하기 위해서 시스템(20)에 저장될 수 있다. 예를 들면, 오프 피크 에너지는 오프 피크 기간 동안에 제2 높이로 저장 중량체(202)를 들어올리기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 오프 피크 에너지(또는 오프 피크 에너지의 많은 부분)는 시스템(20)에 저장된다. 저장된 에너지는 저장 중량체(202)를 다시 제1 높이로 떨어지게 하여 피크 기간 동안에 사용하기 위한 에너지를 생성하는 것에 의해서 피크 기간 동안에 방출될 수 있다.
시스템(20)은 원하는 양(또는 정도)의 에너지를 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 만약 중량체(202)의 무게 및/또는 통로의 수직방향의 길이(즉, 중량체(202)가 하강 및 상승하게 되는 통로)가 적절하게 구성되면, 특정한 양의 에너지가 시스템에 저장될 수 있다. 예를 들면, 중량체가 콘크리트로 만들어진 경우에 콘크리트는 입방 미터당 대략 2500 kg의 밀도를 갖고 있기 때문에 중량체는 입방 미터당 약 24,525 N의 하강력을 제공한다. 1000 미터의 높이에서 1입방 미터의 콘크리트를 떨어뜨림에 의해서 방출되는 에너지(일)은 아래와 같이 계산될 수 있다:
W = 힘 x 거리 = 24,525 N x 1,000 m = 24.525 megajoules = ~ 6.8 kilowatt-hours
실시예에 따르면, 중량체(202)는 대체로 일정한 속도로 하강(또는 상승)되므로 에너지는 상응하게 일정한 비율로 방출된다. 다른 실시예에 따르면, 중량체(202)는 둘 이상의 상이한 속도 예를 들면, 처음 500 미터 동안에는 하나의 속도로 그리고 통로의 나머지 길이 동안에는 다른 속도로 하강(또는 상승)되므로 에너지는 두개의 상응하는 비율로 방출(또는 저장)된다. 예를 들면, 통로의 초기 부분 동안에 중량체는 특정 속도로 하강되고 그 다음에 초기 부분 이후의 통로의 제2 부분 동안에 중량체는 초기 부분의 속도의 절반으로 하강될 수 있다. 따라서, 제2 부분 동안에 에너지는 초기 부분 동안에 생성되는 에너지 비율의 대략 절반의 비율로 생성된다. 이것은 제2 부분의 시간 동안에 에너지에 대한 수요보다 초기 부분의 시간 동안에 에너지에 대한 수요가 더욱 큰 것에 해당한다. 또 다른 실시예에 따르면, 중량체의 하강(또는 상승)은 가속 또는 감속되므로 에너지 방출(또는 저장) 비율도 또한 상응하게 가속 또는 감속된다.
실시예에 따르면, 저장 효율(즉, 시스템(20)에 의해 생성되는 것에 대한 시스템(20)에 의해 저장되는 비율)은 중량체(202)가 하강될 때 발생되는 드래그 손실을 최소화(또는 적어도 감소) 하기 위하여 적절한 속도로 중량체(202)를 하강시킴으로써 향상된다.
육상에 설치되는 시스템(30)의 실시예의 측면도가 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 발전소(305)는 지표면(306)에 지지된다. 발전소(305)는 지표면(306)에 직접 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 발전소(305)가 지표면 위 예를 들면 지표면 위에 위치하도록 플랫폼 상에 위치될 수 있다. 발전소(305)는 도 2의 변전소(203) 및 전력망(204)과 같은 장치/시스템과 연결될 수 있다.
발전소(305)는 호이스트(301)를 포함하고 있다. 호이스트(301)는 호이스트(301)의 드럼 주위에 감겨지는 호이스트 케이블(302)과 연결된다. 중량체(303)는 호이스트 케이블(302)에 의해서 현수된다. 다른 실시예에서, 중량체(303)를 현수하기 위한 케이블 대신에 벨트 또는 체인이 사용될 수 있다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 제한하는 것은 아니지만 암연 돔과 같은 장소에 통로(304)가 형성될 수 있다. 실시예에 따르면, 통로의 방향은 대체로 수직이다(즉, 중력의 방향과 평행하다). 다른 실시예에 따르면, 통로의 방향은 각도에 상응하는 수직 성분으로 경사진 것이 될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 통로(304)의 깊이는 대략 1000 미터 내지 6000 미터이다.
도 2의 시스템과 유사하게, 호이스트(301)는 송전선을 통하여 전력망(예를 들면 도 2의 전력망(204))에 송전하기 위한 전력을 생성하는 모터/발전기에 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 모터/발전기 회전 속도를 증가시키기 위하여 모터/발전기와 호이스트(301) 사이에 기어박스가 연결된다. 또 다른 실시예에 따르면, 발전기 출력을 전력망에 송전하기 위한 적절한(바람직한) 형태로 변환 및/또는 전력망으로부터의 전력을 모터를 구동시키기 위한 적절한 형태로 변환하기 위하여 전력 조절 시스템(예를 들면 도 2의 변전소(203))이 모터/발전기와 전력망 사이에 연결된다.
도 3을 참조하면, 저장 중량체(303)를 중력에 대항하여 제1 높이로 들어올리기 위하여 호이스트(301)가 구동(예를 들면, 모터/발전기에 동력을 제공하는 전력망으로부터의 전기를 사용하여)될 때 에너지는 시스템(30)에 저장된다. 저장 중량체(303)가 중력으로 이동하도록 해제될 때 시스템(30)에 저장된 에너지가 방출된다. 중량체(303)는 호이스트 케이블(302)을 통하여 호이스트(301)와 연결되어 있으므로, 중량체(303)가 통로(304)에서 아래로 이동할 때 호이스트(301)가 회전된다. 중량체(303)의 이동으로 호이스트(301)가 회전하고, 이에 의해 앞서 설명한 바와 같이 발전을 한다.
도 2을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 시스템의 중량체는 둘 이상의 상이한 속도로 하강될 수 있다. 도 3을 참조하면, 실시예에서 호이스트(301)에 의해 중량체(303)가 상승되는 속도는 전자적으로 제어된다. 실시예에 따르면, 예를 들어 호이스트(301)를 구동하기 위한 모터/발전기가 호이스트(301)에 의해 당겨지는 호이스트 케이블(302)의 속도를 제어하도록 모터/발전기에 연결된 제어 회로에 의해서 제어된다. 다른 실시예에 따르면, 이러한 제어 회로가 속도를 제어하도록 호이스(301)에 연결될 수 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 실시예에서 중량체(303)가 호이스트(301)에 의해서 하강되는 속도는 호이스트와 연결된 발전기(예를 들면, 도 2의 발전기(200))의 작동 주파수를 조정함으로써 제어된다. 작동 주파수를 특정 값으로 설정함으로써 중량체(303)가 하강되는 속도를 상응하게 설정한다. 대안으로, 만약 발전기가 전력망(예를 들면, 도 2의 전력망(204))과 동기하면, 기어박스의 기어비는 중량체(303)가 하강되는 속도를 제어하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따르면 기어박스가 호이스트(301)와 발전기 사이에 연결될 수 있다(예를 들면, 도 2 참조). 이러한 기어박스의 기어비를 특정 값으로 설정함으로써 중량체(303)가 하강되는 속도를 상응하게 설정한다.
계속해서 도 3을 참조하면, 변경 실시예에서 중량체(303)가 호이스트(301)에 의해서 하강되는 속도는 역학적인 구조에 의해서 또는 역학적인 구조를 사용하여 제어된다. 예를 들어, 실시예에 따르면 제동 구조(예를 들면, 하나 이상의 제동 수준을 제공)가 구비되어 호이스트 케이블(302)이 호이스트(301)로부터 당겨지는 속도를 제어한다. 이러한 제동 구조는, 제한하는 것은 아니지만 호이스트(301)의 드럼의 회전 저항을 증가시키도록 설정할 수 있는 조정가능한 클램프를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 호이스트(301)는 회전 저항을 설정하기 위한 구조(제한하는 것은 아니지만, 조이거나 또는 풀어질 수 있는 나사)를 포함한다. 앞서 설명한 제동 구조는 수동으로 작동되거나 또는 액추에이터와 같은 전자적으로 제어가능한 장치에 의해서 작동될 수 있다.
시스템(30)과 관련된 제작 비용은 예를 들면, 수직 통로(예를 들면, 도 3의 통로(304))를 만드는 비용을 줄임으로써 감소될 수 있다. 통로를 만드는 것과 관련된 비용은 이러한 통로가 더욱 용이하게 시추될 수 있는 지표면 아래의 지층에 의존한다.
실시예에 따르면, 통로는 예를 들면 미네랄과 같은 상대적으로 부드러운 물질이 대량으로 매장된 장소에 만들어진다. 실시예에 따르면, 통로는 암염 돔에 만들어진다. 암염 돔은 예를 들면 10 킬로 미터의 직경 및 6 킬로 미터 이상의 깊이를 갖는 소금 매장층이다. 암염 돔은 매우 부드러운 광물인 결정질 염화나트륨(즉, 암염)으로 대부분 이루어져 있다.
도 4를 참조하면, 암염 돔(400)을 갖고 있는 장소의 단면도가 도시되어 있다. 암염 돔은 복수층의 지표면 아래의 지층에 인접하여 배치될 수 있다. 지표면 아래의 지층은 암염과 상이한 경도를 갖는 상이한 물질일 수 있다.
실시예에 따르면, 적절한 암염 돔의 예는 용해 채광법을 사용하여 동굴이 생성되는 것이다. 이러한 암연 돔은 천연 가스 또는 석유 제품을 저장하기 위하여 보편적으로 이용된다(예를 들면, 도 4의 동굴(421, 422, 423, 424)).
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 저장 시스템이 도시되어 있다. 발전소(305)는 통로(304)의 상부(또는 상부 가까이)에 설치되고 저장 중량체(302)는 수직인 통로를 따라 이동하도록 현수된다. 통로의 일부분은 덮개층(500) 및 모자암(501)에 의해 둘러싸일 수 있다. 통로의 대부분은 암염 돔(502)에 의해서 둘러싸인다. 이러한 통로는 예를 들면 시추 기계를 사용하여 굴착하면서 표면으로 이수를 이동시킴으로써 만들어질 수 있다. 실시예에 따르면 통로의 적어도 일부에는, 제한하는 것은 아니지만 붕괴 가능성 또는 지면 침하를 최소화하기 위하여 강철 등의 재료와 같은 보강 재료로 내벽이 설치된다.
암염 돔의 일부 위치에서, 커다란 통로 깊이 및 통로 설치의 용이함은 만들어진 통로에 대한 커다란 저장 능력을 제공한다. 예를 들면, 10 미터의 단면 직경 및 6 킬로미터의 깊이를 갖는 통로는 100,000 톤 이상의 콘크리트 저장 중량체를 위한 충분한 공간을 제공하며, 이에 의해 3 기가와트-아워 수준의 저장 능력을 제공한다.
일부 암염 돔의 상대적으로 커다란 단면 직경으로 인하여, 암염 돔은 본 발명의 실시예에 따른 두개 이상의 시스템(즉, 시스템(30))을 수용할 수 있다. 도 6을 참조하면, 각각의 통로가 발전소(305)에 해당하는 복수의 통로(304)를 수용하고 있는 암염 돔(600)이 도시되어 있다(인접한 또는 이웃한 통로 및 발전소는 적절한 거리를 두고 서로 이격되어 있다). 예를 들면, 2 킬로미터의 단면 직경을 갖는 암염 돔은 대략 3 평방 킬로미터의 단면적을 갖는다. 만약 각각의 발전소의 공간(발전소에 대한 충분한 접근을 허용할 수 있는 공간)이 대략 250 평방 미터를 점유하면, 암염 돔은 전체적으로 12,000개 발전소/통로 쌍을 수용할 수 있다. 만약 이러한 각각의 발전소/통로 쌍이 8시간 동안 25 메가와트의 전력 또는 200 메가와트-아워를 제공하면, 이 장소의 전체 능력은 8시간 동안 300 기가와트 또는 2,400 기가와트-아워가 된다.
실시예에 따르면, 시스템은 둘 이상의 중량체를 하강 및 상승시키도록 형성된다. 예를 들면, 중량체는 호이스트 조립체에 의해서 예를 들면 한번에 하나씩, 개별적으로 하강 또는 상승된다. 도 7을 참조하면, 한 그룹의 저장 중량체(704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 704f, 704g)가 시스템에서 조작된다. 개별적인 중량체는 호이스트 케이블(704)을 통하여 호이스트 조립체(701)에 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 중량체는 서로에 대하여 무게가 대체로 동일하고 유사한 크기 및 형상을 갖고 있다. 다른 실시예에 따르면, 중량체는 서로에 대하여 상이한 무게 및/또는 상이한 크기 및 형상을 갖고 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 중량체의 무게는 중량체가 높은 위치로부터 하강(또는 높은 위치로 상승)될 때 발생(또는 저장)되는 에너지의 양을 제공하도록 선택될 수 있다.
높은 위치에서, 중량체(70b - 704g)는 통로(704)의 상부(또는 상부 가까이)에 배치된 래크(702)에 의해서 지지된다. 래크(702)의 예는 도 9를 참조하여 이하에서 상세하게 설명될 것이다. 낮은 위치에서, 중량체는 통로(704)의 바닥(또는 바닥 가까이)에 배치된 베이스(예를 들면 도 8b의 베이스(806)) 및/또는 서로에 대해 각각의 중량체 상에 위치할 수 있다.
도 8a를 참조하면, 실시예에 따른 저장 중량체(804a)의 평면도가 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 저장 중량체(804a)는 원형의 단면을 가지고 있다. 다른 실시예에 따르면, 저장 중량체는 타원, 정사각형 또는 직사각형 단면을 가지고 있다. 중량체(804a)는, 통로를 따라 중량체(804a)를 상승 및 하강시키는 것을 촉진하기 위하여 호이스트 케이블(예를 들면, 도 7의 호이스트 케이블(703))과 접속하기 위한 리셉터클(805)를 가질 수 있다. 실시예에 따르면, 중량체는 콘크리트, 강화 콘크리트 또는 밀도가 높은 다른 적합한 재료로 만들어진다. 실시예에 따르면, 리셉터클(805)은 제한하는 것은 아니지만 강철 등의 내구성 재료로 형성된다.
도 8b를 참조하면, 하강된 상태에서 포개진 본 발명에 따른 저장 중량체의 단면도가 도시되어 있다. 중량체(804c)는 베이스(806) 바로 위에 놓이도록 위치된다. 중량체(804b, 804a)는 각각 중량체(804c, 804b) 위에 놓이도록 위치된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 높은 위치에서 중량체는 통로의 상부에 배치된 저장 래크에 의해 지지될 수 있다. 도 9를 참조하면, 실시예에 따른 저장 래크(900)의 단면도가 도시되어 있다. 저장 래크는 통로(예를 들면, 도 7의 통로(704)) 안에 위치되는 크기로 되어 있는 프레임(901)을 가지고 있다. 프레임은 예를 들면, 원통형 파이프 구조 또는 통로 길이의 적어도 일부를 따라 통로(예를 들면, 통로(704))의 둘레 주위에 하나 이상의 벽을 형성하는 다른 적절한 구조를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 프레임(901)은 각각의 중량체의 에지에 인접하는 하나 이상의 벽을 제공하도록 형성된다. 실시예에 따르면, 프레임(901)은 프레임(901)으로부터 확장 및 프레임 내로 수축(후퇴)하도록 조절가능한 돌출 부재를 포함하는 래치(902)(예를 들면, 래치(902a, 902b))를 포함하고 있다. 래치(902a, 902b)는 필요에 따라 중량체를 제 위치에 유지하도록 형성될 수 있다. 래치(901a)는 저장 중량체(904a, 904b)를 지지하기 위하여 확장된 상태로 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 확장된 상태에서 래치는 중량체의 하나 이상의 오목부(제한하는 것은 아니지만, 노치 등등)내로 선택적으로 결합하게 확장하도록 형성되어 있다. 래치(902b)는 수축된 상태로 도시되어 있다. 그러나, 래치(902b)는 높은 위치로 상승되는 다음 중량체를 수용하기 위하여 확장될 수 있다. 실시예에 따르면, 수축된 상태에서 래치는 중량체로부터 래치를 분리시키는 위치, 제한하는 것은 아니지만 프레임(901)의 오목부(제한하는 것은 아니지만, 노치 등등) 내의 위치로 수축시키도록 형성되어 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 래치는 프레임으로부터 확장 및 프레임 내로 수축하도록 조절가능하다. 실시예에 따르면, 래치는 선택적으로 래치를 확장 및 수축시키도록 제어할 수 있는 액추에이터를 가지고 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 예를 들면 사람이 접근할 수 있는 위치에서 수동으로 작동될 수 있는 레버 또는 스위치를 통하여 수동으로 제어할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 액추에이터는 전자적으로 제어할 수 있다. 액추에이터는 예를 들면 하나 이상의 전도성 링크 또는 무선 링크를 통하여 전기 회로와 통신한다. 전기 전도성 링크의 예는, 제한하는 것은 아니지만 전선 또는 케이블을 포함한다. 전기 회로에 의한 액추에이터의 제어는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 기초한 것이 될 수 있다. 예를 들면, 소정 위치에 중량체가 위치하는 것을 검출하는 센서 장치가 수축 위치(예를 들면 도 9의 래치(902b) 참조)에서 확장 위치(예를 들면 도 9의 래치(902a) 참조)로 대응하는 래치를 확장시키도록 액추에이터를 작동시킬 수 있다. 다른 예로서, 특정 시간에 추가적인 전력에 대한 요구를 검출하는 소프트웨어 루틴이, 걸려 있는 중량체가 래크로부터 자유롭게 되도록 확장 위치에서 수축 위치로 대응하는 래치를 수축시키기 위하여 액추에이터를 작동시킬 수 있다.
래치 확장 작동 또는 수축 작동(중량체를 선택적으로 유지 또는 해제시키는 작동)의 타이밍을 제어하기 위한 다른 제어 루틴이 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어, 래치 액추에이터에 제어 신호를 제공하고 루틴을 처리하기 위한 적절한 처리 전자 장치에 의해서 제공될 수 있다. 이러한 제어 루틴은 적어도 부분적으로 중량체의 존재의 검출 또는 추가적인 전력에 대한 요구(예를 들면, 특정 역치값을 초과하는 요구)의 검출 및/또는 제한하는 것은 아니지만 미리설정된 시간, 날짜, 환경 조건을 포함하는 다른 인자 또는 수동 입력에 기초한 것이 될 수 있다.
도 9의 실시예는 프레임(901)의 하나 이상의 벽의 래치, 중량체(904a, 904b)의 오목부 또는 걸음 표면을 도시하고 있지만, 다른 실시예에서 수축가능한/돌출하는 래치가 중량체에 배치되고 리셉터클이 프레임 또는 래크에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 15와 관련하여 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이 래치는 피벗가능한 부재가 될 수 있다.
실시예에 따르면, 에너지를 저장(또는 방출)하기 위하여 호이스트 조립체(701)가 통로의 최상부(또는 바닥)에 중량체를 위치시키도록 한번에 하나씩 저장 중량체를 상승(또는 하강)시킨다. 도 10a, 10b 및 10c를 참조하면, 갈고리의 예가 상세하게 도시되어 있다. 갈고리(1000)는 이동가능한 호이스트 케이블(1010)의 단부에 위치되어 있다. 갈고리는 중앙 보디(1000a) 및 하나 이상의 돌출 부재(1000b)를 가지고 있다. 또한 갈고리는 제한하는 것은 아니지만 케이블 또는 와이어 등의 커넥터가 뻗을 수 있는 내부 채널을 가지고 있다. 실시예에서, 돌출 부재(1000b)는 중앙 보디(1000a)에 피벗 가능하게 결합된다. 다른 실시예에서, 돌출 부재는 그 부재의 일부가 중앙 보디의 폭을 넘어서 측면으로 확장되는 제1 위치(개방 상태)와 그 부재가 중앙 보디의 가장자리와 정렬되거나 가장자리 내에 정렬되어 있는 제2 위치(폐쇄 상태) 사이에서 피벗한다.
갈고리(1000)는 폐쇄 상태 또는 개방 상태가 되도록 제어가능하다. 실시예에 따르면, 갈고리는 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이 도 9의 래치가 조절되는 방식과 유사한 방식으로 폐쇄 상태와 개방 상태로 바뀌도록 제어된다. 예를 들면, 돌출 부재(1000b)는 선택적으로 돌출 부재를 피벗시키도록 제어가능한 액추에이터를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 예를 들면 수동으로 작동될 수 있는 레버 또는 스위치를 통하여 수동으로 제어가능하다.
다른 실시예에 따르면, 액추에이터는 전자적으로 제어가능하다. 액추에이터는 예를 들면 하나 이상의 전도성 링크 또는 무선 링크를 통하여 전기 회로와 통신한다. 전기 전도성 링크의 예는, 제한하는 것은 아니지만 전선 또는 케이블을 포함한다. 전기 회로에 의한 액추에이터의 제어는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 기초한 것이 될 수 있다. 예를 들면, 중앙 보디(1000a) 주위에 중량체가 존재하는 것을 검출하는 센서 장치가 폐쇄 위치(예를 들면 도 10a 참조)에서 개방 위치(예를 들면 도 10b 참조)로 돌출 부재를 피벗시키도록 액추에이터를 작동시킬 수 있다. 다른 예로서, 특정 시간에 추가적인 전력에 대한 요구 및 중앙 보디(1000a) 주위에 중량체의 존재를 검출하는 소프트웨어 루틴이, 걸려 있는 중량체가 하강될 수 있도록 폐쇄 위치에서 개방 위치로 돌출 부재를 피벗시키기 위하여 액추에이터를 작동시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 예를 들어 중량체를 해제하기 위하여 중량체와 결합하고 있는 래치가 수축하기 전에 갈고리가 개방 위치에 있게 구성하여, 갈고리의 돌출 부재를 제어하는 것이 중량체의 위치를 로킹하는 래치(예를 들면 도 9의 래치(902))의 제어와 조화된다.
도 9의 래치(902)를 참조하여 앞에서 설명한 바와 같이, 갈고리 개방 및 폐쇄(선택적으로 중량체를 유지 또는 해제)의 타이밍을 제어하기 위한 제어 루틴은 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어, 갈고리 액추에이터에 제어 신호를 제공하고 루틴을 처리하기 위한 적절한 처리 전자 장치에 의해서 제공될 수 있다.
가이드 링크(1020)가 갈고리(1000)의 채널 및 호이스트 케이블(1010)의 적어도 일부를 통하여 뻗어 있다. 본 발명의 실시예에서, 가이드 링크(1020)는 제한하는 것은 아니지만 가이드 케이블, 가이드 와이어 또는 가이드 파이프를 포함할 수 있다. 가이드 링크(1020)의 위치는 예를 들면 가이드 링크의 하나의 단부를 고정 부재(예를 들면 도 10a의 베이스(1040))에 고정하는 것에 의해서 안정적으로 고정될 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 가이드 링크(1020)는 가이드 케이블로서 설명될 것이다.
도 10a를 참조하면, 상승시킬 중량체와 갈고리의 결합이 도시되어 있다. 도 10a에서 갈고리(1000)는 폐쇄 상태이며 중량체(1030)는 베이스(1040)에 위치되어 있다. 가이드 케이블(1020)에 의해 안내되면서, 폐쇄된 갈고리(1000)와 호이스트 케이블(1010)이 저장 중량체(1030)의 갈고리 리셉터클(1031)을 지나 하강될 수 있다. 갈고리(1000)가 폐쇄 상태에 있기 때문에, 갈고리는 갈고리 리셉터클(1031)을 지나 중량체(1030)의 채널(1032)내로 확장될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 갈고리(1000)는 개방 상태로 도시되어 있다. 이 상태에서, 돌출부(1001)는 갈고리(1000)의 보디로부터 확장한다. 돌출부(1001)는 중량체(1030)의 갈고리 리셉터클(1031)과 결합하도록 형성되어 있다. 따라서, 개방된 갈고리(1000)와 호이스트 케이블(1010)이 채널(1032)을 따라 상승될 때, 돌출부(1001)는 갈고리 리셉터클(1031)과 결합하고 중량체(1030)는 호이스트 케이블(1010)에 의해 들어올려 질 수 있다(예를 들면, 도 10c 참조). 중량체의 들어올림은 가이드 케이블(1020)에 의해서 인도된다. 가이드 케이블(1020)은 저장 중량체가 베이스(1040)과 적절하게 정렬(저장 중량체가 하강하는 동안)되고 또한 중량체의 상승을 저장 래크(예를 들면, 도 9의 래크(900))로 인도하는 것을 보장한다. 예를 들면, 저장 중량체(1030)가 상승되어 래크(예를 들면 도 9의 래크(900))로 복귀되는 것이 요구될 때 가이드 케이블(1020)은 갈고리(1000)가 저장 중량체(1030)와 신속하게 다시 결합될 수 있도록 한다.
그러므로, 갈고리(1000)는 통로를 따라 중량체를 개별적으로 상승시키도록 이용될 수 있다. 유사한 방식으로, 갈고리는 중량체가 통로를 따라 개별적으로 하강되도록 중량체와 개별적으로 결합(예를 들면, 갈고리 리셉터클(1001)을 통하여)할 수 있다. 예를 들면 높은 위치에서, 폐쇄된 갈고리는 선택된 중량체의 갈고리 리셉터클을 지나 하강되어 갈고리 리셉터클과 결합하도록 개방 상태로 된다. 중량체가 래크(예를 들면, 중량체를 지지하는 래치가 래크내로 수축)로부터 해제될 때, 호이스트 케이블 및 갈고리의 하강으로 중량체는 통로를 따라 하강될 것이다. 중량체가 통로의 바닥에 도달할 때, 갈고리(1000)는 중량체로부터 분리되도록 폐쇄 상태로 된다. 호이스트 케이블(1010)과 갈고리(1000)는 그 다음에 다른 중량체를 처리하기 위하여 상승하게 된다.
복수의 중량체에 대해 하나의 중량체의 무게를 분배시키는 것은 호이스트 및 호이스트 케이블과 같은 장치에 부과되는 스트레인을 감소시킬 수 있다. 초당 10 미터의 속도로 하강될 때 각각 대략 100 톤의 중량체는 10 메가와트의 출력을 제공할 수 있다. 하나 이상의 시스템(예를 들면 도 7을 참조하여 설명된 시스템)이 서로 조화되어 사용함으로써, 시간에 대하여 더욱 일정한 수준의 출력 또는 더욱 일정한 수준의 저장 유효성을 제공하는 것을 보조할 수 있다.
실시예에 따르면, 복수의 중량체를 사용하는 시스템에서 중량체를 상승 및 하강시키기 위하여 마찰 구동 호이스트 시스템(110)이 사용된다. 도 11a를 참조하면, 호이스트 풀리(1101)는 호이스트 풀리(1102, 1103)와 연결되어 있다. 또한 풀리(1108)가 호이스트 풀리(1102, 1103)와 연결되어 있다. 호이스트 풀리(1102, 1103)는 트랙(1104, 1105)을 따라 개별적인 세트의 중량체를 상승 및 하강시키도록 작동한다. 중량체를 상승시키기 위해, 하나 이상의 풀리가 중량체를 상승시키기 위한 구동력을 얻도록 구동 소스(제한하는 것은 아니지만, 모터)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 호이스트 풀리(1101)가 구동 소스와 연결될 수 있다. 도 11b를 참조하면, 호이스트 풀리(1102, 1103)의 드럼은 갈고리(1106, 1107)를 상승시키기 위하여 반대 방향으로 회전한다. 실시예에 따르면, 호이스트 시스템(110)은 예를 들면(제한하는 것은 아님) 도 10a, 10b 및 10c를 참조하여 설명된 갈고리(1000)와 유사한 갈고리를 이용한다. 예를 들면, 갈고리(1106)가 중량체를 통로의 최상부에서 통로의 바닥으로 하강시키기 위해 중량체와 결합될 때, 호이스트 풀리(1103)의 드럼은 시계 방향으로 회전하게 된다. 동시에, 호이스트 풀리(1102)의 드럼은 반시계 방향으로 회전하게 되며, 이에 의해 갈고리(1107)를 통로의 최상부를 향하여 상승시킨다.
단일의 케이블 루프(1109)에 의한 두개의 갈고리(1106, 1107)의 조작은 호이스트 시스템(110)을 더욱 효율적인 것이 되게 한다. 예를 들면, 하나의 갈고리(예를 들면, 갈고리(1106))가 중량체를 통로의 상부에서 바닥으로 이동시킬 때, 다른 갈고리(예를 들면, 갈고리(1107))는 통로의 바닥에서 최상부로 빈 상태로 상승하게 된다. 제1 갈고리는 중량체를 해제(예를 들면, 베이스(1110)에)시키고, 제2 갈고리는 중량체와 결합하고 중량체를 통로의 바닥으로 운반한다. 도 11a는 단지 4개의 중량체가 도시되어 있지만, 다른 실시예의 시스템은 4개의 중량체보다 더 적거나 또는 더 많은 중량체를 수용할 수 있다. 도 11c를 참조하면, 통로의 단면도가 도시되어 있다. 2개의 중량체(1109)가 각각의 트랙(1104, 1105)를 따라 이동하게 위치되어 있다.
실시예에 따르면, 상술한 것과 유사한 시스템(예를 들면, 도 2의 시스템(20))은 제한하는 것은 아니지만 예를 들어 해양, 바다, 깊은 호수 등의 수상 환경에서 사용하도록 형성되어 있다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 바다에서 사용하기 위한 시스템(120)의 측면도가 도시되어 있다. 시스템은 부유 플랫폼(1210)을 포함하고 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 플랫폼(1210)은 하나 이상의 원통형 부유 부재(예를 들면, 도 12a의 단면도의 부재(1211) 참조)로 형성되어 있다. 다른 실시예에 따르면, 원통형 부재(1211)는 플랫폼(1210)의 부유성을 증가시키기 위하여 물(예를 들면, 공기)보다 밀도가 낮은 물질을 포함하고 있는 대체로 중공의 수밀 폐쇄 컨테이너이다. 또 다른 실시예에 따르면, 원통형 부재(1211)는 부재에 물이 채워지는 것을 방지하고 누출시에 가라 않는 것을 방지하지 하는 물질(예를 들면, 밀도가 낮은 발포 거품)을 포함하고 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 추가적인 구조 보강을 제공하기 위하여 원통형 부재 내부에 내부 구조 보강 부재(예를 들면, 지주)가 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 부재(1211)는 제한하는 것은 아니지만 다각형 박스 또는 구와 같은 다른 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 원통형 부재의 벽은 강철 또는 적절한 강성 및/또는 내구성 재료로 형성된다. 도 12 및 12a를 참조하여 설명된 것과 같은 원통형 부재로 형성된 플랫폼은 스파 플랫폼으로 알려져 있다. 변경 실시예에 따르면, 부유 플랫폼은 다른 적절한 설계에 따라 형성될 수 있다.
계속해서 도 12를 참조하면, 플랫폼(1210)은 예를 들면 플랫폼의 하나의 단부에서 발전소(1200)를 지지한다. 앞에서 설명된 바와 같이, 발전소(1200)는 호이스트(1201), 모터/발전기 및 다른 관련 장치를 포함할 수 있다. 밸러스트(1220)는 예를 들면 발전소가 배치되는 단부에 대하여 반대쪽 단부의 플랫폼(1210)에 위치된다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 밸러스트(1220)는 사용시에 시스템(120)을 위치시키기 위한 것이다.
다른 실시예에 따르면, 발전소(1200)(예를 들면 호이스트(1201), 모터/발전기 및 관련 장치)는 시스템(120)의 무게 중심이 낮아지도록 밸러스트(1220)에 더욱 가깝게 되는 플랫폼(예를 들면, 플랫폼 내부의 챔버)에 위치될 수 있다. 따라서, 시스템은 물에 더욱 깊이 잠기게 되며 바람 및 물 흐름에 기인한 이동에 덜 민감하게 될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따르면 발전소(1200)는 밸러스트(1220) 바로 위에 위치될 수 있다. 발전소(1200)가 플랫폼(1210의 챔버에 수용되어 있는 실시예에서, 물이 챔버로 들어가는 것을 방지하기 위하여 챔버는 가압 및/또는 밀봉될 수 있다.
도 12a를 참조하면, 플랫폼(1210)에서 대체로 수직인 채널 또는 통로(1212)가 플랫폼의 중심에 구비된다. 채널은 제한하는 것은 아니지만 파이프 또는 통로 와 같은 원통형 부재에 의해서 형성될 수 있다. 채널(1212)은 호이스트(1201)와 연결된 호이스트 케이블(1230)의 상승 및 하강을 용이하게 하기 위하여 플랫폼(1210)을 통하여 뻗어 있다.
한쪽 단부에서 호이스트 케이블(1230)(또는 와이어, 로프, 벨트, 체인 또는 이와 유사한 것)은 호이스트(1201)와 연결된다. 반대쪽 단부에서 호이스트 케이블(1230)은 저장 중량체(1240)와 연결된다. 따라서, 저장 중량체(1240)는 호이스트 케이블(1230)에 의해서 수중에 현수된다. 실시예에 따르면, 저장 중량체(1240)는 앞에서 설명한 다른 실시예의 저장 중량체(예를 들면, 도 3의 저장 중량체(303))와 유사하다. 예를 들면, 저장 중량체(1240)는 콘크리트, 강화 콘크리트, 강철 또는 밀도가 높은 다른 적절한 재료로 제작될 수 있다.
실시예에 따르면, 플랫폼(1210)은 바람 또는 물 흐름으로 인하여 시스템(120)이 이동하는 것을 방지하기 위하여 해저(1270)에 계류되어 있다. 실시예에 따르면, 플랫폼(1210)은 계류 라인(1250)을 통하여 해저(1270)에 계류되어 있다. 실시예에 따르면, 계류 라인은 제한하는 것은 아니지만 말뚝, 앵커 또는 이와 유사한 것에 의해 해저에 고정가능한 케이블, 로프, 체인과 같은 임의의 적절한 연결 구조가 될 수 있다. 시스템(120)에 의해 해제되는 에너지를 전달하기 위하여 하나 이상의 전기 전송 케이블(1260)이 구비될 수 있다. 실시예에 따르면, 전송 케이블(1260)은 발전소(1210)에서 해저(1270)까지 뻗어 있고, 전력망(예를 들면, 도 2 의 전력망(204))에 연결하기 위하여 해저에서 해안까지 뻗어 있다.
작동시에, 도 12의 시스템은 앞에서 설명한 다른 실시예의 시스템(예를 들면, 도 3의 시스템(300))과 유사하게 작동한다. 호이스트(1201)를 사용하여 저장 중량체(1240)를 상승시키는 것은 중력 위치 에너지의 형태로 시스템(120)에 에너지를 저장한다. 저장 중량체(1240)를 하강시키는 것은 저장된 에너지를 방출시키고, 전송 케이블(1260)에 의해 전달될 수 있는 전력을 발생시킨다.
실시예에 따르면, 중량체(1240)를 적절한 속도로 물을 통하여 하강시키는 것은 드래그 손실을 최소화한다(또는 적어도 감소시킨다). 예를 들면, 10 미터 직경의 콘크리트 구체는 1309 톤의 무게를 갖고 있으며, 구체가 3000 미터의 물을 통하여 하강될 때 상응하게 6.3 메가와트-아워 이상의 에너지를 방출할 수 있다. 만약 중량체가 초당 1 미터의 속도로 하강되면, 에너지는 그 기간에 걸쳐서 7.5 메가와트 이상의 비율로 방출된다. 그러므로, 모델화된 시스템에 따르면 드래그 손실은 방출된 에너지의 0.3% 미만으로 추산된다. 구체보다 더욱 우수한 유체 역학적인 성과를 제공하도록 산출된 형상을 갖는 중량체(예를 들면, 중량체(1240)의 형상을 갖는 중량체와 같이 둥근 단부를 갖는 캡슐 형상의 중량체)는 드래그 손실을 더욱 감소시킬 것이다.
앞에서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 시스템의 중량체는 둘 이상의 상이한 속도로 하강될 수 있다. 도 3을 참조하여 앞에서 설명한 바와 같이, 도 12를 참조하면 실시예에서 호이스트(1201)에 의해서 중량체(1240)가 상승되는 속도는 전자적으로 제어된다. 예를 들어, 실시예에 따르면 호이스트(1201)를 구동하기 위한 모터/발전기는 호이스트(1201)에 의해서 당겨지는 호이스트 케이블(1230)의 속도를 제어하기 위하여 모터/발전기와 연결된 제어 회로에 의해서 제어된다. 다른 실시예에 따르면, 이러한 제어 회로는 속도를 제어하기 위하여 호이스트(1201)와 연결될 수 있다.
계속해서 도 12를 참조하면, 실시예에서 중량체(1240)가 호이스트(1201)에 의해서 하강되는 속도는 호이스트와 연결된 발전기(예를 들면, 도 2의 발전기(200))의 작동 주파수를 설정함으로써 제어한다. 소정 값이 되도록 작동 주파수를 설정하는 것은 중량체(1240)가 하강되는 속도를 상응하게 설정한다. 대안으로, 만약 이러한 발전기가 전력망(예를 들면, 도 2의 전력망(204))과 동기하는 것이면, 기어박스의 기어비는 중량체(1204)가 하강되는 속도를 제어하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따르면 기어박스는 호이스트(1201)와 발전기 사이에 연결될 수 있다(예를 들면 도 21 참조). 소정 값이 되도록 기어박스의 기어비를 설정하는 것은 중량체(1240)가 하강되는 속도를 상응하게 설정한다.
계속해서 도 12를 참조하면, 변경 실시예에서 중량체(1240)가 호이스트(1201)에 의해서 하강되는 속도는 역학적인 구조에 의해서 또는 역학적인 구조를 사용하여 제어된다. 예를 들어, 실시예에 따르면 제동 구조(예를 들면, 하나 이상의 제동 수준을 제공)가 구비되어 호이스트 케이블(1230)이 호이스트(1201)로부터 당겨지는 속도를 제어한다. 이러한 제동 구조는, 제한하는 것은 아니지만 호이스트(1201)의 드럼의 회전 저항을 증가시키도록 설정할 수 있는 조정가능한 클램프를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 호이스트(1201)는 회전 저항을 설정하기 위한 구조(제한하는 것은 아니지만, 조이거나 또는 풀어질 수 있는 나사)를 포함한다. 앞서 설명한 제동 구조는 수동으로 작동(예를 들면, 사람이 접근할 수 있는 위치에서)되거나 또는 액추에이터와 같은 전자적으로 제어가능한 장치에 의해서 작동될 수 있다.
도 7의 시스템과 유사하게, 실시예에 따라 바다에서 사용하기 위한 시스템은 두개 이상의 저장 중량체를 사용할 수 있다. 도 13을 참조하면, 시스템(1300)은 중량체(1340a, 1340b, 1340c, 1340c, 1340e)를 포함하고 있다. 도 7의 시스템과 마찬가지로, 중량체(1340a 내지 1340e)는 개별적으로 상승 및 하강될 수 있다. 상승되었을 때, 중량체는 플랫폼(1310)으로부터 현수된 래크(1350)에 의해서 지지될 수 있다. 실시예에 따르면, 래크(1350)는 도 9를 참조하여 설명되었던 래크(900)와 유사하다. 에너지를 방출하기 위하여, 호이스트(1301)는 저장 중량체를 한번에 하나씩 하강시키고, 해저에 놓인 베이스(1380)에 중량체를 위치시킨다. 도 15를 참조하여 상세하게 설명되는 바와 같이, 실시예에 따르면 중량체는 래치를 사용하여 저장 래크(1350)에 의해서 지지될 수 있다. 도 16을 참조하여 상세하게 설명되는 바와 같이, 실시예에 따르면 중량체를 물을 통하여 상승 및 하강시키기 위해 각각의 저장 중량체((1340a, 1340b, 1340c, 1340c, 1340e))와 결합하기 위하여 갈고리(1600)가 사용된다.
실시예에 따르면, 가이드 케이블(1370)(예를 들면, 도 10a, 10b, 10c의 가이드 케이블(1020)과 유사한 것)은 저장 중량체(1340a 내지 1340e)가 베이스(1380)과 적절하게 정렬(저장 중량체가 하강하는 동안)되는 것을 보장하도록 도와주며 중량체를 래크(1350)로 복귀시키기 위하여 갈고리(1600)가 중량체와 신속하게 다시 결합될 수 있도록 한다. 실시예에 따르면, 더욱 일정한 수준의 출력 또는 더욱 일정한 수준의 저장 유효성을 제공하기 위하여 도 13의 시스템과 같은 시스템이 두개 이상 서로 조화(또는 동시에)되어 사용된다.
도 14a를 참조하면, 실시예에 따른 저장 중량체(1440)의 평면도가 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 중량체(1440)는 수중에서의 실행을 향상시키도록 형성되어 있다. 갈고리(예를 들면, 도 13의 갈고리(1600))와 결합하기 위하여 갈고리 리셉터클(1441)이 구비되어 있다. 게다가, 갈고리 리셉터클(1441)은 갈고리(예를 들면, 도 13의 갈고리(1600)), 호이스트 케이블 및 가이드 케이블(예를 들면, 도 13의 케이블(1370))이 뻗어 있게 되는 채널(1444)(적어도 부분적으로)을 형성한다. 중량체(1440)는 중량체의 무게의 대부분(또는 많은 부분)이 중량체의 둘레 주변에 배치되도록 형성되어 있다. 중량체가 원형의 단면을 갖는 실시예에서, 중량체 무게의 대부분(또는 많은 부분)은 중량체의 테두리에 배치된다. 그러므로, 중량체는 드래그를 감소시키기 위하여 더욱 적합하다. 다른 실시예에서, 중량체(1440)의 둘레 주변부는 적절한 다른 형상을 가질 수 있다. 실시예에 따르면, 테두리(1442)를 형성하는 재료의 밀도는 중량체의 내부(1443)를 형성하는 재료의 밀도보다 크다. 다른 실시예에 따르면, 내부(1443)는 빈(또는, 중공) 것이다. 중량체가 수면 아래로 상당히 깊게 잠겨질 때 중량체가 수압을 견딜 수 있도록, 테두리(1442)(및 중량체의 다른 부분)는 강화 콘크리트 또는 적절하게 강한 재료로 만들어진다.
도 14b를 참조하면, 중량체(1440b, 1440c, 1440d, 1440e)의 측단면가 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 중량체는 베이스(1480)에 놓여지도록 형성된다. 실시예에 따르면, 각각의 중량체는 수중에서 중량체가 하강 또는 상승될 때 중량체의 안정성을 향상시키기 위하여 중량체의 무게 중심이 갈고리 리셉터클(1441) 아래에 위치되도록 형성된다. 다른 실시예에 따르면, 중량체(1440)는 유체 저항을 최소화(적어도, 감소) 시키기 위하여 외부 표면(제한하는 것은 아니지만, 중량체가 하강 또는 상승될 때 물에 대항하여 직접적으로 밀쳐지는 표면)의 표면 구역이 매끄럽게 유선형으로 되어 있다.
도 15에는 저장 래크의 실시예가 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 래크(150)는 각각의 중량체의 대향하는 단부와 인접한 하나 이상의 벽을 제공하도록 형성된 프레임(1560)을 가지고 있다. 프레임(1560)은 신축(또는 피벗)가능한 래치(1562)를 가지고 있으며, 이 래치는 프레임(1560)으로부터 확장 또는 프레임 안으로 수축하도록 제어가능하다.
실시예에서, 래치(1562)는 프레임에 피벗가능하게 연결되어 있다. 다른 실시예에서, 래치는 래치의 일부분이 프레임의 폭을 넘어서 측면으로 뻗어 있는 제1 위치(확장 상태)와 래치가 프레임의 가장자리와 정렬 또는 프레임의 가장자리 안에 들어가 있는 제2 위치(수축 상태) 사이에서 피벗가능하다.
래치는 확장 상태 또는 수축 상태에 놓여지도록 제어가능하다. 실시예에 따르면, 래치의 제어는 도 9의 래치(902)와 관련하여 설명된 것과 유사하다. 예를 들면, 래치(1562)는 선택적으로 래치를 피벗시키도록 제어할 수 있는 액추에이터를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 예를 들면 도 9와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이 수동으로 작동될 수 있는 예를 들면 레버 또는 스위치를 통하여 수동으로 제어가능하다. 또 다른 실시예에 따르면, 액추에이터는 도 9의 래치(902)의 액추에이터의 전자적인 제어와 유사한 방식으로 전자적으로 제어가능하다.
래치(1562a, 1652b)는 중량체를 저장 래크(150)에 지지하도록 형성되어 있다. 래치(1562a)는 저장 중량체(1540)를 지지하는 확장 상태로 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 확장 상태에서 래치는 중량체의 표면 특징부(제한하는 것은 아니지만, 바닥 표면)와 결합한다. 래치(1562b)는 수축 상태로 도시되어 있다. 그러나, 래치(1562b)는 상승되는 다음의 중량체를 지지하기 위하여 확장될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 래치(1562)는 도 9를 참조하여 설명된 래치(902)의 구조와 유사하게 프레임(1560)으로부터 확장 및 프레임 내로 수축하도록 형성되어 있다.
이제 도 16a, 16b, 16c를 참조하여 갈고리(1600)의 작동을 상세하게 설명한다. 실시예에서, 갈고리(1600)는 도 10a, 10b, 10c를 참고하여 설명되었던 갈고리(1000)와 유사하다. 예를 들면, 갈고리(1000)와 마찬가지로 갈고리(1600)는 중앙 보디(1600a) 및 하나 이상의 돌출 부재(1600b)를 가지고 있다. 또한 갈고리(1600)는 제한하는 것은 아니지만 케이블 또는 와이어 등의 커넥터가 뻗을 수 있는 내부 채널을 가지고 있다. 실시예에서, 돌출 부재(1600b)는 중앙 보디(1600a)에 피벗 가능하게 연결된다. 다른 실시예에서, 돌출 부재는 그 부재의 일부가 중앙 보디의 폭을 넘어서 측면으로 확장되는 제1 위치(개방 상태)와 그 부재가 중앙 보디의 가장자리와 정렬되거나 가장자리 내에 정렬되어 있는 제2 위치(폐쇄 상태) 사이에서 피벗한다.
실시예에 따르면, 갈고리(1600)의 작동은 도 10a, 10b, 10c의 갈고리(1000)를 참조하여 앞에서 설명된 작동과 유사하다. 갈고리(1600)는 호이스트 케이블(1661)의 단부에 위치될 수 있다. 갈고리(1600)는 도 10a, 10b, 10c의 갈고리(1000)에 대하여 설명된 것과 유사한 방식으로 폐쇄 상태 또는 개방 상태로 될 수 있다. 또한, 실시예에서 갈고리(1600)의 상태의 제어 및 래치(예를 들면, 도 15의 래치(1562))의 상태의 제어는 래치(902) 및 갈고리(1000)에 대하여 설명된 것과 유사한 방식으로 동기된다. 가이드 케이블(1670)은 갈고리(1600)의 채널 및 호이스트 케이블(1661)의 적어도 일부를 통하여 뻗어 있다. 가이드 케이블(1670)의 위치는 베이스(1680)에 가이드 케이블의 한쪽 단부를 고정함으로써 안정적으로 고정될 수 있다.
도 16a를 참조하면, 결합되어 하강하는 중량체가 도시되어 있다. 갈고리(1600)는 개방 상태에 있다. 이 상태에서 돌출부(1601)는 갈고리(1600)의 보디로부터 뻗어 있다. 돌출부(1601)는 중량체(1640)의 갈고리 리셉터클(1641)과 결합하도록 형성되어 있다. 따라서, 갈고리(1600)가 개방될 때 돌출부(1601)는 갈고리 리셉터클(1641)과 결합하고, 중량체(1640)는 호이스트 케이블(1661)과 함께 하강될 수 있다. 중량체(1640)의 하강은 가이드 케이블(1670)에 의해서 안내된다. 가이드 케이블(1670)은 저장 중량체가 베이스(1680)와 적절하게 정렬되는 것을 보장하며 또한 중량체를 래크(예를 들면, 도 15의 래크(15))로 복귀시킬 필요가 있을 때 갈고리(1600)를 더욱 신속하게 중량체와 다시 결합할 수 있도록 한다. 도 16b를 참조하면, 중량체(1640)가 베이스(1680)에 놓여지도록 하강되어 있다.
도 16c를 참조하면, 갈고리(1600)와 호이스트 케이블(1661)이 다음의 중량체를 회수하기 위하여 상승될 수 있도록 갈고리(1600)는 중량체(1640)를 해제시키도록 형성되어 있다. 갈고리(1600)는 폐쇄 상태에 있다. 갈고리(1600)가 폐쇄 상태에 있기 때문에, 갈고리는 중량체(1640)의 갈고리 리셉터클(1641)과 결합 해제될 수 있다. 따라서, 갈고리(1600) 및 호이스트 케이블(1661)은 중량체를 예를 들면 베이스(1680) 상의 위치에 남겨두고 상승될 수 있다.
그러므로, 갈고리(1600)는 수중에서 중량체를 개별적으로 하강시키도록 사용될 수 있다. 유사한 방식으로 갈고리는 수중에서 중량체를 개별적으로 상승시키도록 사용될 수 있다. 도 15를 참조하여 앞에서 설명된 바와 같이, 중량체가 저장 래크에 상승되었을 때 중량체는 래크에 의해서 지지될 수 있다(예를 들면, 도 15에 도시된 래치를 사용하여).
실시예에 따르면, 시스템(예를 들면, 도 13의 시스템)은 필요할 때 중량체를 상승시키기 위하여 탄화수소와 같은 보편적인 에너지원 뿐만 아니라 재생가능한 에너지에 의한 동력으로 작동하도록 구성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 시스템(170)은 풍력 에너지 터빈 발전기(1700)를 포함할 수 있다. 발전기(1700)는 수중에서 중량체(1720)를 상승시키기 위하여 호이스트(1720)를 구동하기 위한 에너지를 생성하기 위한 것이다. 따라서, 풍력 에너지 터빈 발전기(1700)에 의해서 얻어지는 풍력 에너지는 중력 위치 에너지로서 시스템(170)에 저장될 수 있다. 저장된 에너지는 나중(예를 들면, 전력 수요가 더욱 많을 때)에 방출될 수 있다
육지에서 멀리 떨어진 위치를 포함하는 바다의 위치가 풍력 에너지 터빈 발전기(1700)과 같은 풍력 터빈을 위한 적합한 장소가 될 수 있다. 만약 장소가 유기로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있으면, 풍력 터빈은 육지로부터의 가시 및/또는 가청 범위를 벗어날 수 있다. 따라서, 사람들은 터빈을 흉물스러운 것 및/또는 소음 공해의 원천으로 보지 않게 될 것이다. 게다가, 설치 장소는 철새의 이동 경로로 알려져 있거나 또는 이동 경로가 될 수 있는 곳에서 멀리 떨어져서 배치되도록 선택될 수 있다. 그러므로, 터빈의 작동이 야생 동물에 영향이 미치는 것은 작게 될 것이다. 설치 장소는 환경적인 영향을 최소화하도록 선택될 수 있다.
게다가, 도 17의 시스템은 터빈(1700)을 지지하기 위한 표면(예를 들면, 발전소(1710)의 표면과 같은 플랫폼 구조(1730)의 표면)을 제공하기 때문에, 풍력 터빈을 지지하기 위한 별도의 플랫폼이 필요하지 않으므로 바다에 풍력 터빈을 설치하는 것과 관련한 비용을 감소시킨다. 작동하는 동안 터빈의 블레이드가 물 위에 유지되도록 플랫폼(1730)은 터빈(17000의 무게를 지지하기에 충분한 부력을 갖도록 형성된다. 플랫폼(1730)의 바닥의 밸러스트(1740)는 시스템(170)을 작동 위치에 유지하도록 도와준다.
앞에서 설명한 바와 같이, 풍력 터빈(1700)에 의해서 얻어진 에너지의 적어도 일부는 저장될 수 있고, 더욱 일정한 수준의 출력을 생성하기 위하여 적절한 시간에 방출될 수 있다. 따라서, 풍력 터빈은 상대적으로 저가의 전력(예를 들면, 오프 피크 기간에 얻어지는 전력)을 제공하는 간헐적인 전력원에서 상대적으로 고가의 전력(예를 들면, 피크 기간에 제공되는 전력)을 제공하는 전력원으로 전환된다. 바꾸어 말하면, 늦은 밤 시간과 같이 전력 수용가 낮은 기간 동안에 얻어진 풍력 에너지가 시스템에 저장될 수 있다. 저장된 에너지는 전력이 더욱 높은 가치를 갖는 때인 전력 수용가 높은 기간 동안에 방출(예를 들면, 전력망에)될 수 있다
실시예에 따르면, 도 17의 시스템과 같은 시스템은 바다에서 간편하게 수송 및 설치하도록 형성될 수 있다. 도 18a 및 18b는 각각 이러한 실시예에 따른 시스템의 평면도와 측면도를 도시하고 있다. 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이, 시스템(180)은 예를 들면 육지 및 건식 도크에서 운반, 보관 또는 정비하기 시스템(180)은 측면(예를 들면, 도 18에 도시된 위치)으로 놓여질 수 있다. 시스템(180)은, 시스템을 이동시키기 위하여 크레인과 같은 중장비가 필요하지 않은 방식으로 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 시스템(180)은 스파(spar:견고한 기둥)(1850), 부유 장치(1830), 타워(1810)를 포함한 풍력 터빈(1890), 타워 지지대(1800), 슬라이딩 가능한 피스톤(1880), 및 밸러스트 탱크(1840)를 포함하고 있다. 실시예에 따르면, 스파(1850)는 타워(1810)를 수용하도록 만들어진 실린더(1860)를 가지고 있다. 다른 실시예에 따르면, 스파(1850)는 도 12를 참조하여 설명한 스파(1210)와 구조가 유사하다. 예를 들면, 스파(1850)는 도 12를 참조하여 설명한 부재(1211)와 유사한 하나 이상의 원통형 부유 부재를 포함할 수 있다. 또한 부유 장치(1830)는 부재(1211)와 유사한 것이 될 수 있다. 풍력 터빈(1890)은 블레이드 및 터빈의 블레이드를 지지하는 타워(1810)을 포함하고 있다. 실시예에 따르면, 부유 장치(1880)는 부재(1211)와 구조가 유사하다. 타워 지지대는 이웃하는 물체(예를 들면, 타워(1810)와 일치하는 형상을 갖도록 형성된 구조를 포함하고 있다.
실시예에 따르면, 시스템(180)은 풍력 터빈 타워(1810)가 스파(1850)의 실린더(예를 들면, 중앙 실린더)(1860) 내로 수축되어 들어가는 방식으로 형성된다. 타워(1810)의 한쪽 단부는 슬라이딩 가능한 피스톤(1880)과 결합된다. 실시예에서, 타워(1810)를 지지하는 타워 지지대(1800)는 실린더(1860)의 입구에 분리가능하게(예를 들면, 운반중에 흔들림을 최소화 하기 위하여) 구비될 수 있다. 실시예에서, 밸러스트 탱크(1840)는 스파(1850)의 반대쪽의 단부에 배치된다. 다른 실시예에서, 부유 장치(1830)는 운반 중에 플랫폼을 안정시키기 위하여 스파(1850)의 각각의 측면에 제거가능하게 부착된다. 계속해서 도 18a를 참조하면, 예시된 시스템은 설치 장소로 운반(예를 들면, 견인)하도록 준비된 것이다.
도 18b를 참조하면, 예시된 시스템은 수상의 설치 장치에서 설치하도록 준비된 것이다.
이제 작동을 위해 플랫폼을 설치하는 절차를 도 19a, 19b, 19c를 참조하여 설명한다. 도 19a를 참조하면, 밸러스트 탱크(1840)는 물(1900)을 받아들이도록 형성될 수 있다. 밸러스트 탱크(1840)가 계속해서 물을 받아들이기 때문에, 스파(1850)의 무게 중심이 상응하게 변화한다. 무게 중심이 변화함으로 인하여 스파(1850)의 단부가 물속으로 깊게 잠기게 된다(예를 들면, 도 19a 및 19b 참조). 스파의 평형 위치가 기립 위치(예를 들면, 도 19c 참조)가 되도록 밸러스트 탱크(1840)는 충분한 양의 물을 받아들이도록 형성되어 있다. 도 19c에 도시된 바와 같이 스파(1850)가 수직으로 세워진 때, 원하는 곳에 위치시키고 그 다음에 위치를 고정하도록 해저에 계류된다. 중력 위치 에너지가 시스템에 저장되도록 하나 이상의 저장 중량체가 작동을 위해 시스템과 연결될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 저장 중량체는 도 17에 도시된 것과 유사한 구조에 따라 연결될 수 있다.
이제 작동을 위해 플랫폼을 설치하는 절차를 도 20a, 20b, 20c를 참조하여 설명한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 타워(1810)는 스파(1850)의 중심에서 실린더(1860)에 위치되고, 타워(1810)의 하단부는 슬라이딩 가능한 피스톤(1880)과 연결된다. 피스톤(1880)이 위쪽으로 슬라이딩 하고, 이에 의해 타워(1810)를 위쪽 방향으로 밀게 된다(예를 들면, 도 20b 및 20c 참조). 실시예에 따르면, 공기가 피스톤(1880) 아래(피스톤(1880)과 밸러스트 탱크(1840) 사이)에서 실린더(1860) 내로 펌핑될 때 피스톤(1880)은 위쪽으로 슬라이딩 하게 된다. 가압 공기 공급원(도시 생략)에 연결하기 위해 적합한 공기 흡입구(도시 생략)가 스파에 구비될 수 있다. 타워(1810)가 완전히 확장된 위치에 도달할 때까지 피스톤(1880)의 슬라이딩이 계속될 수 있다. 타워(1810)가 확장된 위치로 슬라이딩 한 이후에 공기 흡입구는 밀봉될 수 있다. 실시예에 따르면, 피스톤(1880)이 스파(1850)의 단부에 도달할 때 타워(1810)가 완전히 확장된 위치에 도달한다(예를 들면, 도 20c 참조). 타워(1810)는 볼트 체결되거나 또는 다른 방식으로 적절하게 고정된다.
공지 기술하에서, 100 미터 이상의 높이가 될 수 풍력 터빈 타워는 타워, 너셀 및 타워의 터빈 블레이드를 들어올리기 위하여 매우 높고 비용이 많이 드는 크레인을 필요로 한다. 이것은 파도가 높고 바람이 강한 해양에서 특히 어렵고 비용도 많이 들게 될 것이다. 대조적으로, 도 19a, 19b, 19c, 20a, 20b, 20c를 참조하여 설명된 설치 절차에서는 이러한 장비가 필요치 않으며, 이에 의해 시간 및 비용을 절감한다. 더욱이, 설치 절차의 특정 단계들은 순서가 바뀔 수 있다. 예를 들면, 고장 부품의 교체를 더욱 용이하게 할 수 있도록 너셀을 물에 가까이 위치시키기 위하여 타워(1810)는 실린더(1860) 안으로 내려(예를 들면, 수축)질 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 실시예를 참조하여 설명한 것과 같은 에너지 저장 시스템을 구비한 풍력 터빈은 현저한 비용 절감을 제공할 수 있다. 풍력은 하나 이상의 중량체를 상승시키기 위하여 사용되는 전력을 생산하기 위하여 모터/발전기의 회전자를 회전시키도록 이용될 수 있다. 대안으로, 도 21을 참조하면 풍력 터빈(2110)은 저장 시스템(예를 들면, 도 13의 저장 시스템과 유사한 시스템)과 직접 연결되고, 호이스트(2120)를 통하여 저장 중량체(2130)를 들어올리기 위하여 직접 풍력을 이용할 수 있다. 즉, 터빈(2110)의 회전자의 회전으로 기어 박스(2140)의 하나 이상의 기어를 회전시킨다. 기어의 회전은 호이스트(2120)의 드럼을 회전시키고, 이에 의해 중량체(2130)를 상승시킨다. 터빈(2110)과 호이스트(2120) 사이에 발전기를 연결할 필요가 없으며, 이에 의해 비용이 절감되고 시스템(2120)의 설계가 더욱 간단하며 복잡하지 않게 된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 이러한 시스템은 바람이 불고 있는 때에만 에너지를 방출하는 것이 아니라, 풍력 에너지를 필요시에 방출(예를 들면, 전력망으로)하는 것을 용이하게 한다. 따라서, 풍력 에너지의 가치가 실질적으로 높아질 수 있다.
다른 실시예에 따른 조합 시스템(220)의 개략도가 도 22에 도시되어 있다. 이 시스템(220)에서, 풍력 터빈(2200)은 유압 펌프(2210)를 구동시키고, 유압 펌프는 압력 호스(2220)를 통하여 유압 유체(예를 들면, 고압 작동유)를 유압 모터(2230)에 펌핑한다. 유압 모터(2230)는 저장 중량체(2250)를 들어올리기 위하여 호이스트(2240)를 구동시킨다. 실시예에 따르면, 저장 중량체(2250)가 하강될 때 호이스트(2240)는 기어 박스(2270)의 하나 이상의 기어를 회전시키도록 회전된다. 기어의 회전은 발전기(2260)에 의해서 전력으로 변환된다. 다른 실시예에 따르면, 유압 모터(2230)를 구동시키기 위하여 유압 호스(2220)와 같은 두개 이상의 유압 라인이 서로 연결될 수 있으며, 이에 의해 하나 이상의 풍력 터빈의 출력을 이용하여 호이스트(2240)의 구동을 용이하게 한다.
이제 도 23a 및 23b를 참조하여 다른 실시예를 설명한다. 도 23a 및 23b는 제한하는 것을 아니지만 금속, 플라스틱, 복합 재료 또는 열거한 것과 유사한 적절한 강성의 재료로 만들어진 예를 들면 원통형 파이프를 포함하고 있는 통로 구조물(2320)을 포함하고 있다. 파이프는, 중량체가 제1 위치(도 23b에 도시된 위치)와 제2 위치(도 23a에 도시된 위치) 사이에서 이동하도록 지지되고 있는 중앙 채널을 가지고 있다. 또한 시스템(230)은 펌프(2340), 파이프라인(2360) 및 모터/발전기(2350))를 포함하고 있다. 실시예에 따르면, 파이프라인은 제한하는 것은 아니지만 금속, 플라스틱, 복합 재료 또는 열거한 것과 유사한 적절한 강성의 재료로 만들어진 튜브 형상 구조물을 포함하고 있다. 중량체(2310)는 통로 구조물(2320)의 채널 안에서 이동하도록 되어 있다. 실시예에서, 중량체는 제한하는 것은 아니지만 콘크리트, 강철 등의 밀도가 높은 적절한 재료로 만들어진다. 압력 시일(2320)은 수밀 밀봉을 형성하도록 통로 구조물(2320)의 내측 둘레와 중량체(2310) 사이의 간극을 봉쇄하게 형성된다. 실시예에 따르면, 압력 밀봉은 제한하는 것은 아니지만 플라스틱, 고무 등의 유연하며 내구성이 있는 재료로 형성된다.
시스템(2300)의 작동은 도 2의 시스템과 유사하며, 또한 시스템(2300)은 상승 및 하강되는 저장 중량체를 사용하여 중력 위치 에너지를 저장한다. 도 23a의 실시예와 관련하여, 중량체(2310)는 유압 유체의 유입 및 유출을 용이하게 하는 통로 구조물(2320)의 채널에 위치된다. 설명을 쉽게 하기 위해, 통로 구조물(2320)은 저장 파이프로 지칭한다. 실시예에 따르면, 유압 유체는 물이다.
계속해서 도 23a를 참조하면, 중량체(2310)는 파이프(2320) 내에서 슬라이딩 가능하게 배치되는 크기로 되어 있다. 실시예에 따르면, 중량체(2310)는 파이프(2320) 내에 끼워져서 슬라이딩 가능하도록 되어 있다. 그러므로, 중량체의 크기는 파이프 안에서 중량체가 이동하는데 크게 영향을 미치지 않으면서 중량체에 의해 얻어지는 중력 위치 에너지의 양을 증가시키기 위한 최대한의 크기가 될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 압력 시일(2330)은 유압 유체가 시일(2330)을 통하여 유동하는 것을 방지하도록 중량체에 구비될 수 있다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 시일(2330)은 중량체(2310)의 하단부(2310a)에 배치된다. 다른 실시예에서, 시일(2330)은 중량체(2310)의 상단부(2310b)에 배치되거나, 또는 중량체의 하단부(2310a)와 상단부(2310b) 사이에 배치될 수 있다.
계속해서 도 23a를 참조하면, 펌프(펌프-터빈)(2340)는 파이프라인(2360)에 의해 파이프(2320)의 상부와 바닥에 연결되고, 구동샤프트를 통하여 전기 모터/발전기(2350)에 연결된다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 펌프(2340)는 파이프(2320)의 상단부 가까이 위치된다. 다른 실시예에서, 펌프(2340)는 파이프(2320)의 하단부 가까이 위치되거나, 또는 파이프의 상단부와 하단부 사이에 위치된다. 또한 모터/발전기(2350)는 예를 들면 변전소(2370)를 통하여 전력망(2380)과 같은 외부 전력 공급원에 연결된다.
작동시에, 전력은 외부 공급원(2380)에 의해서 모터/발전기(2350)에 공급되고, 모터/발전기(2350)는 도 23a에 도시된 파이프라인(2360) 안의 화살표로 표시된 방향을 따라 유압 유체의 압력을 증가시키기 위하여 펌프(2340)를 구동시킨다. 결과적으로 중량체(2310) 아래 유체의 압력이 증가되고, 중량체(2310)를 통로(2320)의 상단부 쪽으로 상승시키게 된다. 그러므로, 중력 위치 에너지는 시스템(230)에 저장된다(예를 들면, 도 23b의 구조 참조). 실시예에 따르면, 중량체(2310)가 상승 위치(제한하는 것은 아니지만 도 23b의 위치)에 도달하면, 상술한 바와 같이 래치, 파이프(2360)의 밸브, 펌프 터빈의 로크 또는 다른 적절한 유지 구조가 중량체(2310)를 유지하는 유압 유체의 압력을 유지하도록 작동된다. 예를 들면, 앞에서 설명한 래치와 마찬가지로, 이러한 유지 구조는 수동 및/또는 전자적으로 작동될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 중량체(2310)를 위쪽 방향으로 밀어올리기 위하여 통로(2310)에서 액체보다는 공기 또는 가스(또는 액체와 조합되어)가 사용될 수 있다. 이들 실시예에 따르면, 공기의 압력을 증가시켜 중량체(2310)를 상승시키기 위하여 펌프(2340) 대신에(또는 부가적으로) 공기 압축기가 사용될 수 있다.
이제 도 23b를 참조하여 시스템(230)에 저장된 에너지의 방출을 상세하게 설명한다. 실시예에서, 유지 구조(예를 들면 래치, 밸브 또는 로크)는 저장체(2310)를 지지하는 유압 유체의 압력을 해제하도록 작동된다. 중량체(23100가 통로(2360)의 하단부 쪽으로 하강될 때, 중량체의 무게로 액체는 파이프라인(2360)에서 도 23b에 도시된 화살표 방향으로 파이프(2320) 및 파이프라인(2360)을 통하여 유출된다. 액체의 유동으로 펌프(2340)를 구동시키고, 발전기(2350)가 예를 들면 전력망(2380)으로 전송할 전력을 생산하게 된다. 액체 대신에 가스 물질(제한하는 것은 아니지만, 공기)를 사용하는 실시예에서, 낙하하는 중량체(2310)는 중량체(2310) 아래 및 파이프라인(2360)의 공기를 압축시키게 된다. 압축된 공기는 펌프/터빈(2340)을 구동시키고, 발전기(2350)가 전기 에너지를 생산하게 한다.
압축되는 물질로서 액체를 사용하는 실시예에 따르면, 액체는 시스템에서 발생할 수 있는 작동 에너지 손실을 감소시키도록 선택되어 구성된다. 예를 들면, 실시예에서 액체의 조성은 중량체(2310)를 이동시킴에 의해 나타날 수 있는 난류를 감소시키고 파이프(2320)에 대하여 압력 시일(2330)을 슬라이딩 시키는 것에 의해 야기되는 마찰을 감소시키기 위하여 액체(예를 들면, 물)에 폴리에틸렌-옥사이드 또는 유사한 물질을 첨가함으로써 변경된다. 또 다른 실시예에 따르면, 물 이외의 다른 액체가 사용될 수 있다. 예를 들면, 물보다 낮은 밀도를 갖는 석유가 사용될 수 있다. 따라서, 석유는 입방 미터 기준으로 중량체(2310)에 의해 제공되는 유효 저장 용량 및 네거티브 부력을 증가시킨다. 또한, 물 대신에 석유를 사용하면 파이프(2320)에 대하여 압력 시일(2330)을 슬라이딩 시키는 것에 의해 야기되는 마찰을 감소시킨다.
도 2를 참조하여 앞에서 설명한 바와 같이, 시스템의 중량체는 둘 이상의 상이한 속도로 하강(또는 상승)될 수 있다. 도 23a를 참조하면, 실시예에서 유체에 의해 상승되는 중량체(2310)의 속도는 전자적으로 제어된다. 예를 들어 실시예에 따르면, 펌프/터빈(2340)을 구동시키기 위한 모터/발전기(2350)는 유체 압력 수준을 제어하도록 모터/발전기에 연결된 제어 회로에 의해서 제어된다. 다른 실시예에 따르면, 이러한 제어 회로는 속도를 제어하도록 펌프/터빈(2340)과 연결될 수 있다.
도 23a를 참조하면, 실시예에서 중량체(2310)가 파이프(2320)를 따라 하강되는 속도는 발전기(2350)의 작동 주파수를 설정함에 의해서 제어된다. 작동 주파수를 소정 값에 설정하는 것은 중량체(231)가 하강하는 속도를 상응하게 설정한다. 대안으로, 만약 발전기(2350)가 전력망(2380)과 동기하는 것이면, 기어박스의 기어비는 중량체(2310)가 하강되는 속도를 제어하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따르면 기어박스는 펌프/터빈(2340)과 발전기(2350) 사이에 연결될 수 있다(도 21에 도시된 구성과 유사). 소정 값이 되도록 기어박스의 기어비를 설정하는 것은 중량체(1240)가 하강되는 속도를 상응하게 설정한다.
계속해서 도 23a를 참조하면, 변경 실시예에서 중량체(2310)가 파이프(2320)를 따라 하강하는 속도는 역학적인 구조에 의해서 또는 역학적인 구조를 사용하여 제어된다. 예를 들어, 실시예에 따르면 제동 구조(예를 들면, 하나 이상의 제동 수준을 제공)가 구비되어 유체가 파이프(2320)에서 파이프(2360)로 나가는 속도를 제어한다. 이러한 제동 구조는, 제한하는 것은 아니지만 파이프(2360)로의 유동을 제어하는 밸브를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 펌프/터빈은 파이프(2360)에서 펌프/터빈으로 유동하는 유입 속도를 설정하는 구조를 포함한다. 앞서 설명한 제동 구조는 수동으로 작동(예를 들면, 사람이 접근할 수 있는 위치에서)되거나 또는 제한하는 것은 아니지만 밸브 액추에이터와 같은 전자적으로 제어가능한 장치에 의해서 작동될 수 있다.
다른 실시예(도 7 및 13의 각각의 실시예와 유사)에 따르면, 복수의 중량체가 사용된다. 실시예에서, 도 23a의 펌프(2340)와 같은 펌프(또는 펌프/터빈)는 소정 수준의 수압까지만 수용할 수 있다. 중량체(예를 들면, 도 23a의 중량체(2310))에 의해 발생되는 수압의 수준이 중량체의 밀도 및 무게에 의해서 결정되기 때문에, 크고 밀도가 높은 중량체는 펌프가 처리할 수 있는 것보다 높은 수압을 발생시킬 수 있다. 각각 펌프에 의해 수용될 수 있는 수준의 수압을 발생시키는 크기로 만들어진 복수의 중량체를 사용함으로써, 증가된 수압의 상승분은 적정한 수준 내에 유지될 수 있다.
도 23a 및 23b에 도시된 실시예에는 하나의 파이프(2320) 및 하나의 파이프(2360)가 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 파이프(2320)와 유사한 두개 이상의 파이프의 평행한 구조(파이프 안에 수용된 중량체(2310)와 유사한 중량체를 각각 가지고 있음)가 펌프/터빈(2340)과 파이프(2360) 사이에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 파이프(2360)와 유사한 두개 이상의 파이프의 평행한 구조가 파이프(2320)와 펌프/터빈(2340) 사이에 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 파이프(2320)와 유사한 두개 이상의 파이프의 평행한 구조(파이프 안에 수용된 중량체(2310)와 유사한 중량체를 각각 가지고 있음)가 파이프(2360)와 유사한 두개 이상의 파이프의 평행한 구조와 펌프/터빈(2340) 사이에 연결될 수 있다. 이러한 실시예의 작동은 도 23a 및 23b를 참조하여 설명한 것의 작동과 유사한 것이 될 수 있다.
도 24를 참조하면, 복수의 중량체를 사용하는 시스템이 도시되어 있다. 시스템(240)은 모터/발전기(2450), 펌프/터빈(2440), 파이프(2420), 복귀 파이프(2460), 및 압력 시일(2330)을 포함하고 있다. 실시예에서, 이 구조의 하나 이상은 도 23의 시스템에서의 대응하는 구조와 유사하다. 시스템(240)은 또한 복수의 중량체(2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e)를 포함하고 있다. 다른 중량체에 대하여 설명한 바와 같이, 중량체(2410a 내지 2410e)는 적절한 재료(강철, 콘크리트 또는 이와 유사한 것)로 형성될 수 있다. 실시예에서, 각각의 중량체는 밸브(2412)를 포함하고 있다. 각각의 중량체(2410a, 2410b, 2410c, 2410d, 2410e)는 제한하는 것은 아니지만 물과 같은 액체가 통과할 수 있는 내부 채널(2411)을 형성한다. 실시예에 따르면, 중량체(2410a 내지 2410e)는 도 9를 참조하여 설명한 래크(900)와 유사하며 파이프(2420)의 최상부에 배치된 저장 래크(도시 생략)에 의해서 지지될 수 있다. 더욱이, 이러한 래크는 중량체를 래크에 유지하도록 설정될 수 있는 래치(예를 들면, 도 9를 참조하여 설명된 래치(902)와 유사한 래치)를 포함할 수 있다.
도 9의 래치(902)와 유사한 래치와 함께, 밸브(2412)가 필요에 따라 중량체를 위치시키도록 설정할 수 있다. 중량체(2410a 내지 2410d)의 밸브(2412)는 개방 상태로 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 개방 상태에서 밸브는 단부에서 채널로 액체가 들어가도록 내부 채널(2411)을 개방하기 위하여 후퇴(피벗) 한다. 따라서, 대응하는 중량체는 파이프(2420)를 따라 이동하지 않게 된다. 중량체(2410e)의 밸브(2412)는 폐쇄 상태로 도시되어 있다. 실시예에 따르면, 폐쇄 상태에서 밸브는 단부(채널 바닥의 단부)에서 채널로 액체가 들어가지 않도록 내부 채널(2411)을 폐쇄하기 위하여 확장(피벗) 한다. 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 갈고리(1000)의 돌출 부재의 제어와 유사하게, 밸브(2412)는 개방 상태 또는 폐쇄 상태에 위치하도록 제어가능하다. 실시예에 따르면, 밸브는 수동으로 또는 전자적으로 제어가능한 액추에이터를 가지고 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 각각의 중량체는 내부 체적(2411) 안으로 액체의 유입을 허용(개방 상태에서)하는 밸브(2412)를 가지고 있다. 밸브(24120가 폐쇄될 때, 밸브(2412)는 내부 체적 안으로 액체의 유입을 차단한다. 도 24의 시스템에서 에너지의 저장 및 저장된 에너지의 방출은 도 23a 및 23b를 참조하여 설명한 것과 유사한 방식으로 실행될 수 있다.
도 24를 참조하면, 에너지 저장 및 에너지 방출 상황에서, 통로(2420)에서 상승(또는 하강)하도록 선택된 중량체에서 밸브(2412)는 폐쇄 상태에 놓여 있다(예를 들면 폐쇄 상태에 있는 도 24의 중량체(2410e)의 밸브(2412) 참조). 따라서, 중량체(2410e)는 파이프(2420)를 따라 아래쪽 방향으로 이동되고, 이에 의해 펌프/터빈(2440)에 보내지는 액체의 압력을 점진적으로 증가시킨다.
또한, 에너지 저장 및 에너지 방출 상황에서, 정지 상태로 남아 있도록 선택된 중량체에서 밸브(2412)는 개방 상태에 놓여 있다(예를 들면, 도 24의 중량체(2410a)의 밸브(2412) 참조). 따라서, 중량체(2410a)의 위치는 안정적으로 유지된다.
앞에서 설명한 실시예에서, 액체 압력은 파이프에서 유동하는 액체보다 높은 밀도를 갖고 있는 재료로 형성된 보디(예를 들면, 도 23a의 중량체(2310)) 아래에서 만들어진다. 또한, 액체 압력은 보디(예를 들면, 파이프에서 유동하는 액체보다 낮은 밀도를 갖고 있는 재료로 혀성된 보디)의 위에서 만들어질 수 있다. 이제 도 25를 참조하여, 이러한 압력이 시스템(250)에서 형성될 수 있다는 것을 설명한다. 시스템은 모터/발전기(2550), 펌프/터빈(2540), 중량체(2510), 압력 시일(2530) 및 파이프(2520)를 포함하고 있다. 시스템은 또한 통로 구조물(2560)을 포함하고 있다. 통로(2560)는 제한하는 것은 아니지만 예를 들면 금속, 플라스틱, 복합 재료 또는 다른 유사한 것과 같이 견고한 재료로 만들어진 대체로 원통형의 파이프를 포함하고 있다. 통로(2560)는 중앙 채널을 가지고 있으며, 채널 안에는 제1 위치(도 25에 도시된 위치)와 파이프(2560)의 상단부에서의 제2 위치(도시 생략) 사이에서 이동하게 용기(2570)가 지지되어 있다. 용기(2570)는 캡슐형, 원통형, 구형, 박스형 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 용기(2570)는 압축되는 유체(예를 들면, 공기)보다 밀도가 낮은 물질을 담고 있는 중공형의 수밀 컨테이너이다. 실시예에 따르면, 용기(2570)는 공기 컨테이너이며, 컨테이너 내의 공기 압력은 컨테이너가 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 외부의 액체 압력을 상쇄시키도록 형성된다. 압력 시일(2580)이 용기(2570) 상에 위치된다. 도 23의 시일(2330)의 기능과 유사하게, 압력 시일(2580)은 수밀 밀봉을 형성하도록 파이프(2560)의 내부 둘레와 용기(2570) 사이의 간극을 봉쇄하는 크기로 만들어진다.
도 25를 참조하면, 저장된 에너지를 방출하기 위하여 시스템은, 도 23a의 중량체(2310)와 유사하며 중량체 아래의 액체보다 밀도가 높은 재료로 만들어진, 중량체(2510)의 하강 이동을 용이하게 한다. 통로(2520)를 따라 중량체(2510)의 하강 이동에 의해서 야기되는 압력은 통로(2560)를 따라 부유 용기(2570)의 상승 이동에 의해 야기되는 압력에 의해 증가될 수 있다. 용기(2570)는 통로(2520, 2560)에서 유동하는 액체보다 밀도가 낮은 재료를 수용하고 있다.
변경 실시예에서, 시스템은 에너지의 저장 및 저장된 에너지의 방출에서 중량체(2510)가 아니라 부유 용기(2570)를 사용한다. 상술한 실시예와 마찬가지로, 변경 실시예의 용기(2570)는 주위의 액체보다 낮은 밀도를 갖는 재료를 수용하고 있다. 터빈이 통로(2540)에서 도 23a에 표시된 화살표와 반대 방향을 따라 유체의 압력을 증가시킬 때 에너지가 저장된다. 결과적으로, 용기(2530) 위의 유체의 압력이 증가되고, 용기(2530)를 통로(2540)의 하단부 쪽으로 밀어낸다. 따라서, 에너지가 시스템(250)에 저장된다(예를 들면, 도 25의 구조 참조).
도 26을 참조하면, 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예의 특징에는 상대적으로 콤팩트하게 형성될 수 있는 일체형 구조를 포함하고 있다. 이 실시예에서, 시스템(260)은 모터/발전기(2650), 펌프/터빈(2640), 복귀 파이프(2660) 및 압력 시일(2630)을 포함하고 있다. 실시예에서, 이들 구조의 하나 이상은 도 23의 시스템의 대응하는 구조와 유사하다. 시스템(260)은 또한 파이프(2620)를 포함하고 있다. 저장 파이프(2620)는 제한하는 것은 아니지만 금속, 플라스틱, 복합 재료 또는 이와 유사한 것 견고한 재료로 만들어진 대체로 원통형 파이프를 포함하고 있다. 저장 파이프(2620)의 원통형 파이프는 내부 채널을 형성하며, 채널을 통하여 복귀 파이프(2660)의 적어도 일부가 뻗어 있다. 실시예에서, 중량체(2610)는 파이프(2620) 내에서 이동하는 크기로 만들어져 있으며, 따라서 파이프(2620)의 내부 체적과 대체적으로 일치하는 형상을 갖고 있다. 실시예에 따르면, 슬라이딩 압력 시일(2630)이 중량체(2610)와 저장 파이프(2620) 사이의 간극을 봉쇄하도록 중량체(2610) 상에 위치되어 있다. 시일(2630)은 압력 유체가 시일을 통과하여 유동하는 것을 방지한다.
도 26에 도시된 구조에서, 중량체(2610)가 파이프(2620)를 따라 아래쪽 방향으로 이동할 때 에너지가 방출된다. 중량체(2610)의 질량은 파이프(2620)에서 도 26에 표시된 화살표의 방향으로 파이프(2620)를 통하여 그리고 파이프(2660)를 통하여 액체를 유동시킨다. 액체의 유동은 펌프(2640)를 구동시키고, 모터/발전기(2650)가 예를 들면 전력망에 전송할 전력을 생산하도록 한다.
실시예에 따르면, 압력 탱크(2670)가 저장 파이프(2620)의 한쪽 단부에 구비된다. 압력 탱크(2670)는 압축 공기 또는 적합한 가스를 수용할 수 있다. 따라서, 압력 탱크(2670)는 터빈 출력에 대한 압력을 증가시키고, 이에 의해 캐비테이션을 억제하여 터빈 구성요소의 손상을 방지한다.
실시예에 따르면, 도 26의 시스템(260)과 같은 시스템을 포함하는 시스템을 구동하기 위하여 풍력이 사용될 수 있다. 도 27을 참조하면, 풍력 시스템(270)의 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 이 실시예에 따르면, 풍력 터빈(2700)은 압력 호스(2780)를 통하여 유체(예를 들면, 물)를 펌핑하고 파이프(2760)로 복귀시키기 위하여 유압 펌프(2770)를 구동시킨다. 수압은 중량체(2710)를 저장 파이프(2720)를 따라 위로 이동시킨다. 유압 펌프(2770)의 사용은 전기 펌프를 사용하는 것 및 전기를 다시 기계적인 에너지로 변환(전기 펌프에서)하는 것과 관련한 효율 손실(예를 들면, 풍력 에너지를 전기 펌프를 작동시키기 위해 전기로 변환함에 의해서 발생되는 효율 손실)을 제거하는데 도움을 준다. 또한, 풍력 터빈(2700)에 의해 압력 호스(2780)를 통하여 펌프/터빈(2740) 제공되는 유압은 펌프/터빈을 구동하기 위해 하강 이동하는 저장 중량체(2710)로부터 복귀 파이프(2760)를 통하여 펌프/터빈(2740)에 제공되는 유압과 조합될 수 있고, 이에 의해 모터/발전기(2750)를 회전시키며 예를 들면 전력망에 전기를 제공한다. 이것은 풍력 터빈 타워에 발전기를 직접 연결할 필요성을 제거한다. 왜냐하면, 발전기는 고가이며 무겁기 때문에, 이러한 발전기에 대한 필요성을 제거하면 시스템의 구조적인 요건 및 비용을 감소시킨다.
다른 실시예의 도 28을 참조하면, 도 26의 시스템(260)과 유사한 시스템(280)은 수중에 설치하도록 형성되어 있다. 실시예에 따르면, 저장 파이프(2820)는 수중(예를 들면, 바다)의 바닥에 설치하도록 형성될 수 있다. 받침줄(2890)(도 12에 도시된 실시예의 계류 라인(1250)과 유사)은 시스템을 해저 바닥에 고정하고 시스템을 수직으로 유지하는 것을 도와준다. 다른 실시예에 따르면, 시스템을 수직으로 유지하는 것을 도와주기 위하여 하나 이상의 부유 챔버(2892)가 시스템의 상단부에 구비된다. 실시예에 따르면, 부유 챔버(2892)는 제한하는 것은 아니지만 금속, 플라스틱, 복합 재료 또는 이와 유사한 것과 같은 견고하고 내구성을 갖는 재료로 형성된다. 도 28의 실시예에 따르면, 시스템의 최상부는 예를 들면 풍력 터빈이 지지될 수 있는 플랫폼을 제공하도록 수면 위에 위치된다. 다른 실시예에 따르면, 풍력 및 조력에 대한 시스템의 민감성을 감소시키기 위하여, 시스템은 수중에 완전히 잠길 수 있다.
이제 도 29를 참조하여 실시예에 따라 에너지를 저장하는 방법을 설명한다. 단계 291에 도시된 바와 같이, 저장 중량체는 피크 기간에 비해 에너지 수요가 낮은 오프-피크 기간에 제1 높이에서 제2 높이로 중력에 대항하여 상승된다. 따라서, 저장 중량체의 중력 위치 에너지가 증가된다. 단계 292에 도시된 바와 같이, 저장 중량체의 중력 위치 에너지는 피크 기간중에 방출하기 위해 유지된다. 또한 실시예에 따르면, 단계 293에 도시된 바와 같이 저장 중량체의 중력 위치 에너지는 피크 기간 동안에 방출된다. 중력 위치 에너지가 방출되도록 저장 중량체는 중력으로 하강될 수 있다.
본 발명의 실시예는 기초적인 부하의 전력을 확실하게 공급할 뿐만 아니라 간헐적으로 전력을 공급할 수 있는 에너지 저장 시스템에 대한 것이다. 특정 실시예에서, 시스템은 솔라 집적 장치 및 풍력 터빈에 의해 수집되는 것과 같은 재생가능한 소스에 의해 만들어진 에너지를 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 태양 및/또는 바람으로 얻은 출력의 상당 부분이 대용량 에너지 저장 유닛으로 보내지고, 그 에너지를 나중(예를 들면, 필요에 따라)에 방출할 수 있다.
비록 명세서에서 설명한 본 발명의 특정 실시예는 오프-피크 에너지가 나중에 피크 기간에 사용하기 위해 저장되는 시스템에 대한 것이지만, 본 발명의 실시예는 또한 에너지 발생을 통제하기 위한 시스템에 대한 것이다. 이러한 시스템에서, 발생되는 에너지 수준과 요구되는 에너지 수준의 차이는 이러한 차이를 제거하거나 감소시키도록 균형을 이루게 된다. 이러한 시스템에 따르면, 저장 중량체(예를 들면, 도 2의 저장 중량체(202)와 유사한 중량체)가 이동하는 통로는 제한하는 것은 아니지만 약 200 미터 이상의 길이의 적절한 수직 길이를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 통로의 수직 길이는 약 200 미터 내지 400 미터 사이이다.
본 발명의 실시예는 예시적으로 설명하기 위한 목적으로 기재된 것이다. 따라서, 본 발명을 실시예에 기재된 것으로만 제한되는 것은 아니다. 명세서에 기재된 내용에 기초하여 많은 변경 및 개량이 가능하다. 그러므로, 본 발명은 상세한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니라 청구 범위에 의해서 한정되는 것이다.

Claims (21)

  1. 에너지 저장 시스템으로서,
    적어도 하나의 중량체;와
    유체를 수용하는 내부 공간을 가진 중공 통로 구조물;
    을 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 중량체는 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 중력에 의해 이동하도록 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에 배치되어 있고, 상기 적어도 하나의 중량체가 제1 높이에서 제2 높이로 이동하는 것에 의해서 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 유체를 배출시키고, 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분은 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 하부에 배치되어 있고;
    상기 적어도 하나의 중량체가 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 배출된 유체를 수용하기 위해서, 상기 중공 통로 구조물과 유체 연통되게 결합된 유체 복귀 경로 구조물;
    상기 적어도 하나의 중량체가 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 상기 유체 복귀 경로 구조물에 의해 수용된 유체로부터 구동력을 받아서 전기를 발생시키도록 구동되게 상기 유체 복귀 경로 구조물과 결합된 전기 에너지 발전기; 및
    상기 유체 복귀 경로 구조물과 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제2 부분 사이에 유체 유동 연결부를 포함하고,
    상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제2 부분은 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 상부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중량체가 중력에 의해 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 복귀 경로 구조물로부터 유체 압력을 받아서 전기를 발생시키도록 상기 전기 에너지 발전기를 구동시키기 위해, 상기 유체 복귀 경로 구조물과 유체 연통되게 결합되어 있으며 상기 전기 에너지 발전기와 기계적으로 연결되어 있는 유체 펌프 또는 터빈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 복귀 경로 구조물과 유체 연통되게 결합되어 있으며 상기 전기 에너지 발전기와 기계적으로 연결되어 있는 유체 펌프 또는 터빈을 더 포함하고 있고, 상기 전기 에너지 발전기는, 유체를 상기 유체 복귀 경로 구조물로 밀어넣어서 상기 적어도 하나의 중량체를 제2 높이에서 제1 높이쪽으로 이동시키기에 충분한 양만큼 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분의 유체 압력을 증가시키기 위해 상기 유체 펌프 또는 터빈을 구동시키는 전기 모터 모드를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 복귀 경로 구조물은 상기 중공 통로 구조물의 제1 부분에 제1 단부가 결합되어 있고 유체 펌프 또는 터빈에 제2 단부가 결합되어 있는 유체 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 복귀 경로 구조물과 유체 연통되게 결합되어 있으며 상기 전기 에너지 발전기와 기계적으로 연결되어 있는 유체 펌프 또는 터빈을 더 포함하고 있고, 상기 중공 통로 구조물의 제1 부분과 상기 유체 펌프 또는 터빈의 사이에서 유체 압력을 전달하기 위해서, 상기 유체 복귀 경로 구조물은 상기 중공 통로 구조물의 제1 부분에 제1 단부가 결합되어 있고 상기 유체 펌프 또는 터빈에 제2 단부가 결합되어 있는 유체 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분과 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 상부에 배치되어 있는 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제2 부분 사이에서, 상기 적어도 하나의 중량체를 가로지르는 유체 유동을 차단하도록 배치된 적어도 하나의 시일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 에너지 저장 시스템으로서,
    적어도 하나의 중량체;와
    유체를 수용하는 내부 공간을 가진 중공 통로 구조물;
    을 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 중량체는 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 중력에 의해 이동하도록 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에 배치되어 있고, 상기 적어도 하나의 중량체가 제1 높이에서 제2 높이로 이동하는 것에 의해서 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 유체를 배출시키고, 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분은 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 하부에 배치되어 있고;
    상기 적어도 하나의 중량체가 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 배출된 유체를 수용하기 위해서, 상기 중공 통로 구조물과 유체 연통되게 결합된 유체 복귀 경로 구조물;과
    상기 적어도 하나의 중량체가 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 상기 유체 복귀 경로 구조물에 의해 수용된 유체로부터 구동력을 받아서 전기를 발생시키도록 구동되게 상기 유체 복귀 경로 구조물과 결합된 전기 에너지 발전기;
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 중량체는 중량체를 관통하여 형성된 유체 유동 통로와 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 선택적으로 허용하거나 차단하기 위해 상기 유체 유동 통로 내에 배치된 유체 밸브를 가지고 있는 중량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 유체 밸브는 상기 중량체가 중력에 의해 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 차단하기 위해 폐쇄되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 밸브는 상기 중량체가 제1 높이에 유지되어 있을 때 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 허용하기 위해 개방되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 유체 밸브는 상기 중량체가 제1 높이에 유지되어 있을 때 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 허용하기 위해 개방되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  12. 에너지 저장 시스템으로서,
    적어도 하나의 중량체;와
    유체를 수용하는 내부 공간을 가진 중공 통로 구조물;
    을 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 중량체는 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 중력에 의해 이동하도록 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간 내에 배치되어 있고;
    상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분은 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 하부에 배치되어 있고, 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제1 부분으로부터 유체를 수용하기 위해서, 상기 중공 통로 구조물과 유체 연통되게 결합된 유체 복귀 경로 구조물;
    상기 적어도 하나의 중량체가 중력에 의해 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 전기를 발생시키도록 구동되게 상기 유체 복귀 경로 구조물과 결합된 전기 에너지 발전기;와
    상기 유체 복귀 경로 구조물과 상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제2 부분 사이에 유체 유동 연결부;
    를 포함하고 있고,
    상기 중공 통로 구조물의 내부 공간의 제2 부분은 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 상부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전기 에너지 발전기는 제2 높이보다 높은 위치에 있는 제3 높이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 전기 에너지 발전기는 제1 높이보다 높은 위치에 있는 제3 높이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  15. 에너지 저장 방법으로서,
    적어도 하나의 중량체가 유체 컨테이너의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 이동하는 것에 의해서 적어도 하나의 중량체의 수직으로 하부에 배치되어 있는 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분으로부터 유체를 배출시키기 위해서, 유체 컨테이너의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 중력에 의해 이동하도록 적어도 하나의 중량체를 유체 컨테이너의 내부 공간 내에 배치시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 중량체가 상기 유체 컨테이너의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분으로부터 배출된 유체를 수용하기 위해서, 유체 복귀 경로 구조물을 상기 유체 컨테이너와 유체 연통되게 결합시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 중량체가 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분으로부터 상기 유체 복귀 경로 구조물에 의해 수용된 유체로부터 구동력을 받아서 전기를 발생시키도록 구동되게 전기 에너지 발전기를 상기 유체 복귀 경로 구조물과 결합시키는 단계; 및
    상기 유체 복귀 경로 구조물과 상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제2 부분 사이에 유체 유동 연결부를 결합시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제2 부분은 상기 적어도 하나의 중량체의 수직으로 상부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중량체의 중력 위치 에너지를 증가시키기 위하여 제2 높이에서 제1 높이로 중력에 대항하여 상기 적어도 하나의 중량체를 제어가능하게 이동시키기 위해서, 펌프를 상기 유체 복귀 경로 구조물과 유체 연통되게 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중량체가 중력에 의해 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 복귀 경로 구조물로부터 유체 압력을 받아서 전기를 발생시키도록 상기 전기 에너지 발전기를 구동시키기 위해, 유체 펌프 또는 터빈을 상기 유체 복귀 경로 구조물 및 상기 전기 에너지 발전기와 유체 연통되게 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 유체 펌프 또는 터빈을 상기 유체 복귀 경로 구조물 및 상기 전기 에너지 발전기와 유체 연통되게 결합시키는 단계; 그리고 상기 전기 에너지 발전기에, 유체를 상기 유체 복귀 경로 구조물로 밀어넣어서 상기 적어도 하나의 중량체를 제2 높이에서 제1 높이쪽으로 이동시키기에 충분한 양만큼 상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분의 유체 압력을 증가시키기 위해 상기 유체 펌프 또는 터빈을 구동시키는 전기 모터 모드를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
  19. 에너지 저장 방법으로서,
    적어도 하나의 중량체가 유체 컨테이너의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 이동하는 것에 의해서 적어도 하나의 중량체의 수직으로 하부에 배치되어 있는 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분으로부터 유체를 배출시키기 위해서, 유체 컨테이너의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 중력에 의해 이동하도록 적어도 하나의 중량체를 유체 컨테이너의 내부 공간 내에 배치시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 중량체가 상기 유체 컨테이너의 내부 공간 내에서 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분으로부터 배출된 유체를 수용하기 위해서, 유체 복귀 경로 구조물을 상기 유체 컨테이너와 유체 연통되게 결합시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 중량체가 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 컨테이너의 내부 공간의 제1 부분으로부터 상기 유체 복귀 경로 구조물에 의해 수용된 유체로부터 구동력을 받아서 전기를 발생시키도록 구동되게 전기 에너지 발전기를 상기 유체 복귀 경로 구조물과 결합시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 중량체는 중량체를 관통하여 형성된 유체 유동 통로와 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 선택적으로 허용하거나 차단하기 위해 상기 유체 유동 통로 내에 배치된 유체 밸브를 가지고 있는 중량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 유체 밸브를, 상기 중량체가 중력에 의해 제1 높이에서 제2 높이로 이동할 때 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 차단하기 위해 폐쇄되게 하고, 상기 중량체가 제1 높이에 유지되어 있을 때 상기 유체 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 허용하기 위해 개방되도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
  21. 삭제
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