KR20130100965A - 포텐셜 에너지 저장 시스템 및 이러한 시스템의 제작방법 - Google Patents

포텐셜 에너지 저장 시스템 및 이러한 시스템의 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 실린더(2), 들어올려질 질량체(a mass to be lifted, 1) 및 들어올려질 질량체(1) 모서리의 씰링 링(33)을 구비하는 포텐셜 에너지 저장 시스템(10)에 있어서, 들어올려질 질량체(1)는 잘려진 단단한 바위(a cut-out solid rock)에 의해 구현되는 단단한 바위 질량체이며, 유압 실린더(2)는 잘려진 단단한 바위와 주변 바위들 사이의 공간(cavity)에 의해 형성되며, 상기 공간은 씰링 링(33)에 의해 주변 바위들로부터 밀폐되는 포텐셜 에너지 저장 시스템(10)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 시스템의 제작방법에 관한 것이다.

Description

포텐셜 에너지 저장 시스템 및 이러한 시스템의 제작방법{SYSTEM FOR STORING POTENTIAL ENERGY AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A SYSTEM}
본 발명은 포텐셜 에너지 저장 시스템 및 이러한 시스템의 제작방법에 관한 것이다.
에너지는 질량체(masses)를 들어올림으로써 저장될 수 있다는 것이 알려져 있다. 가장 잘 알려진 방법은 양수 수력발전소로서, 여기에서 물은 저수지에서 보다 높은 위치로 펌프된다. 필요시 물을 터빈으로 방류함으로써 에너지는 다시 전기 에너지로 변환될 수 있다. 이러한 방법은 저류조가 높은 곳에 필요하고, 상당이 넓은 공간이 필요하며, 적당한 장소는 오직 산악 지역에만 존재한다는 단점이 있다. 이러한 기술의 좋은 개관은 인터넷 사이트 http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk( 양수 수력발전소 )에서 찾을 수 있다.
대안은 특허 명세서 "포텐셜 에너지 저장 시스템", 특허번호 US 6,996,937 B2에 기재되어 있는 바와 같이 유압 시스템에 의해 빌딩을 들어올리는 것이다. 여기에서 단점은 빌딩 건설의 높은 기술적 비용 및 지출에 비하여 낮은 저장 가능한 에너지 양이다. 비교할 만한 대안, 즉 독일출원 DE 10 2007 057 323 A1에 기재된 바와 같은 질량체를 크레인으로 들어올리는 것, 또는 질량체를 레일 위에서 높은 위치로 이동시키는 것은 저장된 단위 에너지 당 높은 비용 및 시스템의 높은 손상을 초래한다.
본 발명은 포텐셜 에너지 저장 시스템 및 이러한 시스템의 제작방법을 제공하는 문제와 관련되며, 이는 독일 등과 같은 국가의 하루 소요량에 상당하는 많은 양의 에너지를 저장하기에 적합하며 저장된 단위 에너지 당 낮은 비용 및 시스템의 낮은 손상을 수반한다.
이러한 문제는 청구항 1에 따른 포텐셜 에너지 저장 시스템 및 청구항 6에 따른 이러한 시스템의 제작방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유익한 잇점들은 관련 종속항들을 형성한다.
본 발명에 따른 포텐셜 에너지 저장 시스템은, 유압 실린더, 들어올려질 질량체(a mass to be lifted) 및 들어올려질 질량체 모서리(edge)의 씰링 링을 구비하며, 따라서 들어올려질 질량체 및 동일한 면을 대하는 유압 실린더의 내벽 사이의 공간이 유압 유체 여기에서는 특히 물의 통로의 어느 곳에 대해서도 적어도 한 곳 이상 밀폐되는(sealed) 것이 보장된다. 들어올려질 질량체는 이와 같이 유압 실린더 내에서 안내되는(guided) 피스톤을 형성한다. 또한 유압 실린더는 원형 형상으로부터 벗어나는 단면을 가질 수도 있다. 그러나, 유압 실린더 내에서 들어올려질 질량체의 어떠한 기울어짐도 가능한 방지하기 위하여, 지표면에서 지구 중심 사이의 방향에서 유압 실린더의 전체 길이에 걸쳐 바람직하게는 일정한 단면 형상을 가진다.
본 발명에 있어서, 들어올려질 질량체는 잘려진 단단한 바위(a cut-out solid rock)에 의해 구현되는 단단한 바위 질량체이며, 유압 실린더는 잘려진 단단한 바위와 주변 바위들 사이의 공간(cavity)이며, 상기 공간은 씰링 링에 의해 주변 바위들로부터 밀폐되어야 하는 것이 필수적이다. 이와 같이, 포텐셜 에너지를 저장하기 위한 공지된 시스템들과는 반대로, 들어올려질 질량체와 유압 실린더가 "단단한 것으로부터 만들어지는(worked out from the solid)" 상황이 제공된다.
이하에서 유압 실린더 및/또는 들어올려질 질량체와 관련하여 "탑(top)" 및 "바텀(bottom)"이라는 용어가 사용되는 경우, "바텀"은 지구 중심을 바라보는 측을 의미하며, "탑"은 그 반대측을 의미한다.
본 발명의 특히 바람직한 구현예에서, 자연적인 바위들 경우에 상상할 수 있는, 들어올려질 질량체 체적 내부 물질의 어떠한 밀도 변동도 대기(atmosphere) 즉 위쪽을 향하며 원래 지표면의 일부로 형성되었던 들어올려질 질량체의 말단 측에 배치되는 평형 수단(ballast means)에 의해 상쇄된다. 보다 상세하게는 물 탱크가 평형 수단으로 사용될 수 있다. 이러한 방법에 의하여 유압 실린더 내에서 실린더의 움직임을 방해할 수 있는 들어올려질 질량체의 기울어짐을 피할 수 있게 된다.
포텐셜 에너지 저장 시스템에서 특히 우수한 밀폐가 이루어지는데, 여기에서 들어올려질 질량체 주위를 둘러싸는 콘에 의해 씰링 링이 형성되며, 여기에 씰링 비드(bead)와 함께 제공되는 라멜라 플레이트(lamella plate)를 지지하는(support) 실린더형 연결 조인트(cylindrical articulated joint)가 삽입된다. 유압 유체의 압력에 의하여 씰링 비드는 유압 실린더의 벽 표면에 압착되며, 그 결과 밀폐가 이루어진다. 고압에서의 특히 우수한 밀폐를 위하여, 본 구현예에서 고밀도 신축성 물질이 라멜라 플레이트 아래쪽에 부착되며 씰링 비드 및 들어올려질 질량체에 인접하는 것이 바람직하다.
씰링 링이 작업 높이(working height)의 중간에 배치되게 되면, 들어올려질 질량체를 들어올리는 것과 내리는 것이 특히 적은 마찰로 이루어질 수 있으며, 따라서 롤링(rolling) 씰링 링이 제공된다.
본 발명에 따른 포텐셜 에너지 저장 시스템의 제작방법은 적어도 다음의 단계들을 포함한다 :
a) 적어도 깊이 H의 축을 지표면 아래로 매설한다. 깊이 H는 작업 방향 즉 지표면과 지구 중심 사이의 방향에서 들어올려질 질량체의 연장 길이에 대체로 상응한다. 특히, 이어지는 작업에서 공급 및 이송 축으로 작용할 상기 축은 후에 들어올려질 질량체를 형성할 영역의 외측에 바람직하게는 놓일 것이다. 깊이 H는 한번의 매설 작업으로 도달할 필요는 없으나, 한 파트을 매설한 다음 추가적인 작업 단계가 추가적인 파트의 매설 전 또는 이와 동시에 수행될 수 있다는 것도 역시 고려할 수 있다. 이송 루트를 줄이기 위한 예로써 복수의 이러한 축들이 자연적으로 매설될 수 있다.
b) 유압 실린더의 벽이 위치한 지점까지 깊이 H에서 적어도 하나의 제1 수평 갱도(horizontal gallery)를 굴착한다.
c) 유압 실린더 벽이 위치하는 제1 수평 갱도에서부터 산(mountain) 내부로 폐쇄된 즉 처음과 끝이 함께 합쳐지는 제1 터널을 굴착한다. 이 제1 터널은 안성 맞춤으로 유압 실린더의 환형 라인을 제공한다.
d) 지표면에서 깊이 H까지 적어도 하나의 구멍(bore)을 매설하며, 구멍들은 각각 지표면에서 제1 터널까지 제1 터널에 수직 방향으로 위치한다. 이 구멍들은 다음 단계에서 들어올려질 질량체를 잘라내는 시발점으로 사용될 수 있으며 동시에 그 벽 표면으로부터 유압 실린더의 제작이 진행된다.
e) 구멍들 내부로 적어도 하나의 돌 톱(stone saw)을 도입한다.
f) 지표면과 터널 사이에서 돌 톱으로 유압 실린더 벽의 적어도 한 섹션을 잘라낸다. 이와 같이 단계 d) 내지 f)는 유압 실린더의 측면 및 들어올려질 질량체를 제작하도록 작용한다.
g) 터널에서 시작하여 유압 실린더의 중앙까지 수평의 구멍들을 굴착한다.
h) 유압 실린더 바텀(bottom)의 바위들을 부수며, 따라서 실린더 바텀과 리프팅 피스톤 사이에 더 이상 고정된 물리적 결합이 존재하지 않는다.
단계 g) 및 h)에 의하여 유압 실린더의 바텀면(아래쪽)과 들어올려질 질량체가 제작된다.
i) 유체 저류조 및 유압 실린더 바텀 사이에 터널 섹션을 굴착하며, 따라서 유압 실린더 내부로 유체가 공급될 수 있다.
j) 들어올려질 질량체에 씰링 링을 고정시킨다.
k) 물이 새지 않도록 제1 수평 갱도를 밀폐시킨다.
본 방법의 단계들은 주어진 순서대로 수행될 수 있으나, 각 단계들을 서로 동시에 수행할 수도 있다. 대체로 시간 절약을 위하여 동시 수행이 바람직하나, 이는 가용 자원의 많은 사용을 요구한다.
본 방법의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 추가적인 수평 갱도가 H 보다 낮은 깊이에서 유압 실린더의 벽이 위치하는 지점까지 굴착된다. 이어서 추가적인 밀폐된 터널이 유압 실린더의 벽이 위치하는 제1 수평 갱도에서부터 산 내부로 굴착되며, 추가적인 제1 수평 갱도는 물이 새지 않도록 밀폐된다. 유압 실린더의 가능한 최대 깊이는 돌 톱들의 성능에 의해 제한되며 따라서 이에 의하여 증대될 수 있다.
작업 단계들의 병행 수행이 특히 e) 및 f) 단계에서 진행될 수 있으며, 서로 다른 구멍들에서 다수개의 돌 톱들이 동시에 사용된다.
폭발은 h) 단계를 수행하기 위한 특히 간단한 방법이다.
들어올려질 질량체의 가능한 한 가장 균일한 중량 분포를 얻는 것이 특히 바람직하다. 따라서 중력계를 사용하여 들어올려질 질량체의 표면을 측정하는 것이 편리하다.
본 발명은 크고 단단한 바위 질량체가 유압 시스템에 의해 들어올려진다는 기본적인 아이디어에 기초하며, 들어올려질 질량체는 바람직하게는 실린더형의 잘려진 단단한 바위에 의해 구현된다. 유압 실린더는 잘려진 단단한 바위와 주변 바위들 사이에 형성된 결과적인 공간이다. 이 공간은 들어올려질 질량체의 모리리에 설치되는 씰링 링에 의하여 주변 바위들에 대하여 밀폐된다. 공간은 고압 펌프 및 펌프와 공간 사이의 연결 갱도에 의해 저류조로부터 물이 채워진다. 이에 의하여 수압에 의해 단단한 바위 질량체가 들어올려지며 포텐셜 에너지(위치 에너지)가 저장된다. 이 포텐셜 에너지는 필요시 가압된 물을 연결 통로를 통하고 터빈을 통하도록, 양수 발전소에서와 같이, 방향을 바꿈으로써 제거될 수 있다. 전력이 터빈의 회전 에너지로부터 발전기를 통하여 통상적인 방법으로 얻어질 수 있다.
본 발명의 잇점은 특히 잘려진 단단한 바위 질량체는 시스템 반경의 3 제곱으로 증가하는 데 반하여 주 제작 비용이 되는 절단 면적은 단지 시스템 반경의 2 제곱으로 증가한다는 점에 있다.
이는 높이 h가 실린더 반경에 해당하는 실린더의 곡면 면적 M 의 공식에서 유래한다.
M = 2 * π * r * h = 4 * π * r2 (1)
다른 한편, 저장되는 에너지의 양은 시스템 반경의 4 제곱으로 증가한다. 이는 가능한 상승 높이(lift height) 역시 시스템 반경에 비례하여 증가하기 때문이다.
최대 저장 에너지는 바위의 밀도 ρ1 및 ρ3 의 밀도를 가지는 물이 바위 질량체를 대체하는 유체 역학적 상황을 고려한 유효 밀도 ρ2 로부터 계산된다. 유효 밀도는 다음과 같다.
ρ2 = ρ1 - ρ3 (2)
중력상수 g 를 가지는 지구 중력장에서 질량 m 이 상승 높이 D에서 가지는 포텐셜 에너지 E 에 대한 공식은
E = g * m * D (3)
실린더의 유효 질량은 다음과 같이 계산된다.
m = π * r2 * h * ρ2 (4)
D = r 을 고려하고 식 (4)를 식 (3)에 대입하면
E = g * π * r2 * 2 * r * ρ2 * r (5)
식 (5)를 요약하면,
E = g * ρ2 * 2 * π * r4 (6)
이와 같이 본 시스템에서 저장된 에너지는 시스템 반경의 4 제곱에 비례하여 증가한다는 것을 보여준다.
실린더형의 들어올려질 질량체와 같은 간단한 케이스에서, 시스템 반경은 실린더의 반경이며, 실린더의 높이 h 는 실린더 직경 d(d = 2 * r)에 상당한다. 씰은 길이 L 을 가지며, 이는 시스템 반경에 비례하며(L = 2 * π * r), 따라서 커다란 시스템들의 경우에 있어서 다른 요소들에 비하여 특별히 크지는 않다.
본 발명은 본 발명의 구현예를 도시한 도면들을 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 다른 포텐셜 에너지 저장 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 시스템을 건설하기 위한 방법 수행의 첫 번째 중간 단계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 시스템을 건설하기 위한 방법 수행의 두 번째 중간 단계를 도시한다.
도 4는 바위로부터 들어올려질 질량체를 잘라내는 공정의 상세 도면이다.
도 5는 본 시스템 씰링 링 제작의 상세 도면이다.
동일한 기능을 가지는 동일한 부품들은 별도의 기재가 없는 한 동일한 부호를 부여하였다.
본 발명의 일 구현예가 도 1에 도시되었으며, 이하에서 보다 상세하게 기술될 것이다. 포텐셜 에너지(10)를 저장하기 위한 예시된 케이스의 시스템에서, 단단한 바위에서 잘라낸 직경 d 를 가지는 리프팅 피스톤(1)이 실린더(2) 내에서 안내되며, 실린더(2)는 단단한 바위에서 리프팅 피스톤(1)을 잘라냄으로써 형성되었다. 씰(1b)이 바위에서 잘라낸 들어올려질 질량체에 의해 형성된 리프팅 피스톤(1)과 유압 실린더로 작용하는 실린더(2) 사이의 섹션(section) h의 중간지점에 따라서 높이 h/2 에 설치된다. 물이 저류조(9)에서 펌프(8)에 의해 아래로부터 실린더(2) 내로 지점(4)에서 파이프 시스템(5, 6)을 통하여 공급된다. 리프팅 피스톤이 높은 지점(상승 높이, lift height) D에 위치하게 되면, 물은 언제나 수압에 의해 터빈(7)을 통하여 저류조(9)로 거꾸로 흐를 수 있으며, 이에 의하여 발전기(7b)에 전력을 생산한다.
저장될 수 있는 에너지 E의 양은 간단한 식 E=g*D*m 에 의해 상승 높이 D 및 실린더(2)의 유효질량 m에 의존하며, 여기에서 g는 중력가속도 9.81 N/kg이다.
많은 양의 에너지를 저장하기 위하여 질량 m은 가능한 크게 선정되어야 한다. 상승 높이 D는 실린더 길이 h의 반보다 작아야 하기 때문에 임의로 선택할 수 없다. 그러하지 않으면 리프팅 실린더가 기울어질 수 있기 때문이다.
본 구현예의 건설은 아래에서 도 2 내지 4를 참조하여 간략히 설명할 채굴 작업(mining work)에 의해 수행된다. 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 축(30)을 지표면 아래 깊이 H로 매설한다. 이 축으로부터 두 개의 갱도들(galleries), 즉 깊이 H의 갱도(32)와 깊이 H/2의 갱도(31)가 계획된 실린더 벽(2)에 인접하도록 수평방향으로 굴착된다. 거기에서부터, 리프팅 피스톤(2)의 직경 d에 대응하는 환형(toroidal) 직경을 가지는 고리형 터널들(35, 36)이 산(mountain) 내부로 굴착된다.
만일 도 2에 도시된 바와 같이 축(30)이 깊이 G 만큼 더욱 아래로 매설되면, 이는 이후에 파이프라인 섹션(6)으로 작용하거나 이와 유사하게 작용할 수 있다.
다수의 구멍들(41, bore holes)이, 도 3에 도시된 바와 같이, 지표면(3)으로부터 비교적 작은 직경을 가지며 깊이 H로 아래쪽으로 매설된다. 이 구멍들(41)은 실린더 벽을 자르는 돌 톱(stone saws)을 도입하는데 이용된다.
도 4는 톱니(51d)를 가지는 톱 밴드(saw band, 51c)가 지표면에 위치하는 상부 톱 드라이브(saw drive, 51a)와 터널(35) 내에 위치하는 하부 톱 드라이브(51b) 사이에서 어떻게 당겨지는지(tensioned)를 보여준다. 톱 밴드(51c)는 상부 및/또는 하부 톱 드라이브(51a, 51b)에 의해 구동되어 움직이며 단단한 바위 벽에 대하여 안내된다. 바위들은 이에 의하여 잘려지며 터널(35)에서 치워진다. 톱 밴드(51c)는 상부에서 톱 드라이브(51a)를 사용하여 도입되는 물에 의하여 추가적으로 냉각될 수 있다. 두 개의 톱 밴드 드라이브들(51a, 51b)은 리프팅 피스톤(2)에 상응하는 원형 아크 위에서 안내된다. 이에 의하여 원형 형상으로 절단된 상부 리프팅 피스톤(2)이 형성된다. 이 작업은 모든 구멍들(41)에서 병행하여 수행될 수 있다.
이와 병행하여 추가적인 톱 밴드들이 구멍들(41)을 통하여 터널(35)에서 터널(36)로 동일하게 안내되며 터널들(35, 36)에 위치하는 톱 밴드 드라이브들에 의해 구동된다. 리프팅 실린더의 하부는 이와 같이 하여 깨끗하게 된다(cleared). 매우 긴 실린더들의 경우, 추가적인 환형 터널들이 제공될 수 있으며, 따라서 톱 밴드들의 길이는 기술적 가능성을 초과하지 않는다.
이들 작업들과 병행하여, 터널(36)에서, 베이스 터널, 실린더(2) 중앙 쪽으로 수평의 구멍들이 안내된다. 이 구멍들은 폭약으로 채워지며 이어서 폭약은 폭발된다. 실린더 바닥을 형성하는 실린더 바닥 부분의 바위들은 이에 의하여 부서지며, 실린더 바닥과 리프팅 피스톤 사이에 더 이상 고정된 물리적 결합은 없게 된다.
이와 병행하여 도 1의 터널 섹션들(4, 5)이 실린더(2)의 바닥에 도달하도록 굴착되며, 이를 통하여 물이 실린더 내로 공급될 수 있다.
톱 작업이 완결되면, 도 2의 터널(35)로부터 씰링 링(33)이 리프팅 피스톤에 고정된다. 이 이후에 연결 갱도들(connecting galleries, 31, 32)이 물리 새지 않는 방식으로 밀폐된다. 이제 물이 펌프를 통하여 공급될 수 있으며, 따라서 에너지가 저장될 수 있다.
도 5는 실린더 벽의 불균일성을 보상하도록 작용할 수 있는 씰링 링(33)의 바람직한 구조를 도시한다. 이 목적을 위하여 실린더형의 연결 조인트(53)가 리프팅 피스톤(1) 전체를 둘러싸는 콘(52)에 삽입되며, 연결 조인트는 라멜라 플레이트(54)를 지지하고, 라멜라 플레이트는 수압(58)에 의하여 실린더 벽(2)의 표면(57)에 대해 씰링 비드(55)를 압착하며 이에 의해서 피스톤(1)은 그 주위로부터 밀폐된다. 밀폐를 향상시키기 위하여 고밀도 신축성 물질(56)이 씰링 라멜라 플레이트의 아래쪽에 부착될 수 있으며, 이 물질은 비드(55) 및 피스톤(51)과 인접한다. 수 킬로미터에 달할 수 있는 긴 길이때문에, 라멜라 플레이트(54)는 1 차원적 역학적 거동을 나타낸다.
직경 500 m를 가지는 시스템에 의해 저장될 수 있는 에너지 양에 대한 샘플 계산이 이어진다. 바위의 가정된 평균 밀도 ρ1 = 2500 kg/㎥ 및 식 (2)에 따른 유효 밀도 ρ2 = 1500 kg/㎥ 에 의해, 식 (6)의 결과는
E = 9.81 N/kg * 1500 kg/㎥ * 2 * 3.14 * (500 m)4 , 또는 계산 결과
E = 5, 775, 637, 500, 000, 000 joules 이다.
이를 보다 통상적인 단위인 kilowatt/hour로 변환하면, 1,604,343,750 kWh가 시스템 내에 저장될 수 있다. 비교를 위하여, 독일의 일 평균 전력 생산량은 2009년도에 1,635,000,000 kWh 이며, 그 근거는 BMWI http://bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/Statistik-und-Prognosen/energiedaten.html이다(연방 경제 및 기술청 에너지 통계).
계산으로부터 저장되는 에너지의 양이 수력을 사용하는 다른 모든 비교 가능한 양수 발전소보다 매우 크다는 것이 명백하다. 따라서 환경 침해도 비교적 미미하다. 단지 물 만이 지면으로 펌핑될 뿐이며, 땅 표면으로의 침투는 매우 적으며 기본적으로 리프팅 피스톤의 표면 영역으로 제한된다. 그러나 이러한 침투는 리프팅을 통하여 이미 알 수 있다. 시스템의 재앙적인 파괴는 상상할 수 없으며, 이렇게 되기 위하여는 물이 시스템에서 갑자기 빠져나가야 하는데, 이는 댐의 건설과 비교하여 본 발명의 건설 방법 결과 불가능하다.

Claims (10)

  1. 유압 실린더(2), 들어올려질 질량체(a mass to be lifted, 1) 및 들어올려질 질량체(1) 모서리의 씰링 링(33)을 구비하는 포텐셜 에너지 저장 시스템(10)에 있어서, 들어올려질 질량체(1)는 잘려진 단단한 바위(a cut-out solid rock)에 의해 구현되는 단단한 바위 질량체이며, 유압 실린더(2)는 잘려진 단단한 바위와 주변 바위들 사이의 공간(cavity)에 의해 형성되며, 상기 공간은 씰링 링(33)에 의해 주변 바위들로부터 밀폐되는 것을 특징으로 하는 포텐셜 에너지 저장 시스템(10).
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 평형 수단(ballast means)이 들어올려질 질량체(1)의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 포텐셜 에너지 저장 시스템(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 씰링 링(33)은 들어올려질 질량체 주위를 둘러싸는 콘(52)을 구비하며, 콘에는 씰링 비드(55)와 함께 제공되는 라멜라 플레이트(54)를 지지하는 실린더형 연결 조인트(53)가 삽입되며, 유압 유체의 압력에 의하여 씰링 비드(55)는 유압 실린더(2)의 벽 표면(57)에 압착되며, 그 결과 밀폐가 이루어지는 것을 특징으로 포텐셜 에너지 저장 시스템(10).
  4. 제3항에 있어서, 고밀도 신축성 물질(56)이 라멜라 플레이트(54) 아래쪽에 부착되며 씰링 비드(55) 및 들어올려질 질량체(51)에 인접하는 것을 특징으로 포텐셜 에너지 저장 시스템(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 실링 링(33)은 작업 높이의 중간(H/2)에 배치되어 롤링 씰링 링이 제공되는 것을 특징으로 포텐셜 에너지 저장 시스템(10).
  6. a) 적어도 깊이 H의 축(30)을 지표면 아래로 매설하는 단계;
    b) 유압 실린더(2)의 벽이 위치한 지점까지 깊이 H에서 적어도 하나의 제 수평 갱도를 굴착하는 단계;
    c) 유압 실린더(2) 벽이 위치하는 제1 수평 갱도(32)에서부터 산 내부로 그 자체로 폐쇄된 제1 터널(36)을 굴착하는 단계;
    d) 지표면(3)에서 깊이 H까지 적어도 하나의 구멍(41)을 매설하며, 구멍들(41)은 각각 지표면(3)에서 제1 터널(36)까지 제1 터널(36)에 대하여 수직 방향으로 위치하는 단계;
    e) 구멍들(41) 내부로 적어도 하나의 돌 톱을 도입하는 단계;
    f) 지표면(3)과 터널(36) 사이에서 돌 톱으로 유압 실린더(2) 벽을 형성하는 적어도 한 섹션을 자르는 단계;
    g) 터널(36)에서 시작하여 형성되는 유압 실린더(2)의 중앙까지 수평의 구멍들을 굴착하는 단계;
    h) 유압 실린더(2) 바닥의 바위들을 부수며, 따라서 실린더(2) 바텀과 들어올려질 질량체(1) 사이에 더 이상 고정된 물리적 결합이 존재하지 않는 단계;
    i) 유체 저류조 및 유압 실린더(2) 바텀 사이에 터널 섹션(4, 5)을 굴착하며, 따라서 유압 실린더(2) 내부로 유체가 공급될 수 있는 단계;
    j) 들어올려질 질량체(1)에 씰링 링(33)을 고정시키는 단계; 및
    k) 물이 새지 않도록 제1 수평 갱도(32)를 밀폐시키는 단계를 포함하는 들어올려질 질량체를 가지는 포텐셜 에너지 저장 시스템의 제작방법.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 추가적인 수평 갱도(31)가 H 보다 낮은 깊이에서 유압 실린더(2)의 벽이 위치하는 지점까지 굴착되며, 이어서 적어도 하나의 추가적인 밀폐된 터널(35)이 유압 실린더의 벽이 위치하는 제1 수평 갱도(31)에서부터 산 내부로 굴착되며, 이어서 추가적인 제1 수평 갱도들(31)은 물이 새지 않도록 밀폐되는 것을 특징으로 하는 포텐셜 에너지 저장 시스템의 제작방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단계 e) 및 f)를 수행함에 있어서 다수의 돌 톱들이 서로 다른 구멍들(41)에서 동시에 사용되는 것을 특징으로 하는 포텐셜 에너지 저장 시스템의 제작방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 h)의 실행은 폭발에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 포텐셜 에너지 저장 시스템의 제작방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 들어올려질 질량체(1) 표면의 측정은 중력계를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 포텐셜 에너지 저장 시스템의 제작방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150115277A (ko) * 2014-04-03 2015-10-14 한국지질자원연구원 중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010141079A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Steven Ivy Energy storage system
DE102013109601A1 (de) * 2012-09-04 2014-05-28 Bernhard Miller Speicherkraftwerk
DE102013207371A1 (de) 2013-04-23 2014-10-23 Alfred Burggraf Energiespeichersystem
BR112016002220A2 (pt) 2013-07-24 2017-08-01 Bp America Production Company centralizadores para invólucros em poços
JP6479806B2 (ja) * 2013-08-22 2019-03-06 グラビティー パワー エルエルシーＧｒａｖｉｔｙ Ｐｏｗｅｒ Ｌｌｃ エネルギーを貯蔵するためのシステムおよび方法
WO2015067284A1 (en) * 2013-11-10 2015-05-14 Abdo Taher Mohamed Fathy Pressured air potential energy storage (papes)
NO2707224T3 (ko) 2014-02-25 2018-03-24
DE102015103760A1 (de) * 2015-03-13 2016-09-15 Heindl Energy Gmbh Dichtungsbahn zur Herstellung einer Dichtung für einen Lageenergiespeicher und Verfahren zur Montage einer Dichtung aus Dichtungsbahnen für einen Lageenergiespeicher
DE102016101983A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Heindl Energy Gmbh Verfahren und System zum bodenseitigen Abtrennen eines aus einem Gestein herauszuarbeitenden Körpers
DE102016205856A1 (de) * 2016-04-07 2017-10-12 Delta Energy Gmbh & Co. Kg 1 Vorrichtung zum Speichern von Energie
DE102016205857A1 (de) * 2016-04-07 2017-10-12 Delta Energy Gmbh & Co. Kg 1 Zylinder-Kolben-Anordnung für eine Vorrichtung zum Speichern von Energie sowie eine Vorrichtung zum Speichern von Energie
RU2699855C1 (ru) 2018-06-29 2019-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Энергозапас" Промышленная система накопления энергии
RO133988A3 (ro) 2019-11-20 2021-05-28 Rareş Alexandru Gărduş Sistemul de stocare a energiei electrice în ciclu combinat gravitaţional-hidraulic
CA3182894A1 (en) 2020-05-08 2021-11-11 Advanced Rail Energy Storage, Llc Gravitational potential energy storage systems and methods
CN113586107A (zh) * 2021-09-06 2021-11-02 山西银锋科技有限公司 一种利用矿山压力发电系统
WO2023229902A1 (en) * 2022-05-23 2023-11-30 Energy Future Inc Electric energy storage in the form of underground gravity and buoyant energy
DE102022002124A1 (de) 2022-06-13 2023-12-14 DIPLOMAT Gesellschaft zur wirtschaftlichen Restrukturierung und Wirtschaftsförderung mbH Universelles Verwendungsverfahren inklusive Stromspeicherung zur verbrauchsnahen Stromversorgung mit regenerativen Energiequellen und dessen Anwendung
DE102022002123A1 (de) 2022-06-13 2023-12-14 GPC GLOBAL-PARTNERS CONSULTING Aktiengesellschaft Universelles Verwendungsverfahren inklusive Stromspeicherung zur verbrauchsnahen Stromversorgung mit regenerativen Energiequellen und dessen Anwendung
DE102022002129A1 (de) 2022-06-13 2023-12-14 Rerum Cognitio Produktrealisierungs Gmbh Universelles Verwendungsverfahren inklusive Stromspeicherung zur verbrauchsnahen Stromversorgung mit regenerativen Energiequellen und dessen Anwendung
DE102022002127A1 (de) 2022-06-13 2023-12-14 Excellence GmbH Obhutsverwaltung/exklusive Konzeptionierungen für erlesene Liegenschaften und Vermögensanlagen Universelles Verwendungsverfahren insklusive Stromspeicherung zur verbrauchsnahen Stromversorgung mit regenerativen Energiequellen und dessen Anwendung
DE102022002128A1 (de) 2022-06-13 2023-12-14 RERUM COGNITIO Institut gemeinnützige GmbH Universelles Verwendungsverfahren inklusive Stromspeicherung zur verbrauchsnahen Stromversorgung mit regenerativen Energiequellen und dessen Anwendung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51106009U (ko) * 1975-02-21 1976-08-25
JP2006132323A (ja) * 2004-06-10 2006-05-25 Motoyama C & R:Kk 風力を動力源とする発電装置
US20090193808A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-06 Launchpoint Technologies, Inc. System and method for storing energy

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3511932A1 (de) * 1985-04-01 1986-10-09 Drägerwerk AG, 2400 Lübeck Dichtung fuer gegeneinander verschiebbare teile
JPS63177358U (ko) * 1987-04-28 1988-11-17
JPH03159530A (ja) * 1989-11-14 1991-07-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮空気貯蔵発電装置
JPH0612109B2 (ja) * 1990-06-11 1994-02-16 財団法人電力中央研究所 自然エネルギーの貯蔵方法及び貯蔵システム
JPH0617590A (ja) * 1991-01-14 1994-01-25 Konoike Constr Ltd トンネルの掘削工法
JPH09328999A (ja) * 1996-06-11 1997-12-22 Hazama Gumi Ltd 大規模地下空洞の掘削方法
JPH11266553A (ja) * 1998-03-17 1999-09-28 Junichiro Tamiya エネルギー備蓄の方法とその装置
DE10037678A1 (de) * 2000-07-28 2002-02-14 Mathieu Ernst Ulrich Mechanisches Hubspeicherwerk
US6860068B2 (en) 2001-06-26 2005-03-01 John J. Halloran Potential energy storage system
WO2004002897A1 (en) * 2002-06-29 2004-01-08 Shih Yi Wong A pressurisation system
JP2005227233A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Taisei Corp 地盤密度の測定システム
CN100487222C (zh) * 2005-05-20 2009-05-13 中南大学 利用深井采矿用水势能驱动的矿山节能凿岩掘进方法
JP4805783B2 (ja) * 2006-10-10 2011-11-02 東陽設計工業株式会社 波力発電用タービン
DE102007062672A1 (de) * 2007-04-14 2009-08-13 Rau, Werner, Dipl.-Phys. Hydraulisches Hubspeicher Kraftwerk
DE102007057323A1 (de) 2007-11-29 2009-06-04 Jürgen Dipl.-Ing. Pesch Hubspeicherkraftwerk als besondere Form eines Speicherkraftwerkes, welches der Speicherung von elektrischer Energie durch Umwandlung in potentielle Energie einer Hubmasse dient

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51106009U (ko) * 1975-02-21 1976-08-25
JP2006132323A (ja) * 2004-06-10 2006-05-25 Motoyama C & R:Kk 風力を動力源とする発電装置
US20090193808A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-06 Launchpoint Technologies, Inc. System and method for storing energy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150115277A (ko) * 2014-04-03 2015-10-14 한국지질자원연구원 중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법

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Publication number Publication date
DK2556251T3 (da) 2015-04-27
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