KR20210022665A - 풍력 터빈, 열 펌프, 에너지 저장, 및 열 이송 시스템 및 방법 - Google Patents

풍력 터빈, 열 펌프, 에너지 저장, 및 열 이송 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210022665A
KR20210022665A KR1020217001469A KR20217001469A KR20210022665A KR 20210022665 A KR20210022665 A KR 20210022665A KR 1020217001469 A KR1020217001469 A KR 1020217001469A KR 20217001469 A KR20217001469 A KR 20217001469A KR 20210022665 A KR20210022665 A KR 20210022665A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat pump
heat
wind
wind turbine
pump system
Prior art date
Application number
KR1020217001469A
Other languages
English (en)
Inventor
토마스 에이취. 홉킨스
스캇 그레이엄
펠리페 제이. 카스틸로
Original Assignee
제로 이 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제로 이 테크놀로지스 엘엘씨 filed Critical 제로 이 테크놀로지스 엘엘씨
Publication of KR20210022665A publication Critical patent/KR20210022665A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0409—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels surrounding the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0436—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/06—Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/18—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/22—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus producing heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/28—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being a pump or a compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/212—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Darrieus type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/24—Storage receiver heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

부유식 열 펌프 시스템은 풍력 터빈 및 상기 풍력 터빈에 기계적으로 연결된 적어도 하나의 발전기를 지지하는 상부 구조를 포함한다. 풍력 터빈의 바람에 의한 회전은 발전기가 전기를 생성하게 한다. 생성된 전기는 전력 그리드에 공급될 수 있거나, 또는 생성된 전기의 일부는 또한 상부 구조에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 열 펌프에 전력을 공급하는데 사용될 수 있어 해양 또는 다른 큰 수역으로부터 열을 추출한다. 열은 이송 가능한 열 저장 매체에 저장될 수 있다. 열 저장 매체에 저장된 열은 시스템에서 또는 원격으로 지역 또는 구역 난방 및 냉방, 산업용 목적, 또는 전기를 생성하는데 사용될 수 있다.

Description

풍력 터빈, 열 펌프, 에너지 저장, 및 열 이송 시스템 및 방법
저작권 진술
이 특허 문서 공개의 일부에는 저작권 보호 대상인 재료가 포함한다. 특허 문서 또는 특허 개시가 특허 및 상표 청 특허 파일 또는 기록들에 나타나므로 저작권 소유자는 누군가에 의한 특허 문서 또는 특허 개시의 복제(facsimile reproduction)에 대해 반대할 수 없지만, 모든 저작권 권리를 보유한다.
본원에 개시된 실시예는 해양 열 펌프와 풍력 터빈 시스템 및 방법 그리고 특히 바닷물로부터 열 에너지를 추출하는 열 펌프를 작동시키는 해상 풍력 터빈(ocean going wind turbines)을 사용하여 전기를 생성하는 시스템 및 방법과 추출된 열 에너지를 저장, 이송 및 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
지난 세기 동안 해양은 인류의 총 현재 연간 에너지 사용량의 125년 이상에 해당하는 열 에너지를 저장했다. 이러한 문서에 의해 충분히 입증된(well-documented) 에너지 축적은 적어도 부분적으로 CO2와 같은 온실 가스 농도의 증가를 포함하되 이에 제한되지 않는(including but not limited) 대기 변화로 인한 것이다. 해양에 저장된 에너지의 연간 증가는 사회의 연간 에너지 사용량을 20배 초과한다. 그 결과로 인한 해양 온도의 전반적인 상승은 수많은 잠재적인 처참한 환경적 및 사회적 결과를 갖는다. 이 저장된 열을 효과적으로 수확, 이송, 감소 또는 사용할 수 있는 알려진 시스템은 없다. 기후 변화는 풍력, 태양열 및 다른 대체 에너지 원을 이용하는 비 방출 에너지 생산(non-emitting energy production)의 개발에 동기를 부여했다. 이러한 청정 에너지 원은 바람이 불거나 태양이 빛날 때 효과적이지만, 에너지가 필요할 때 반드시 필요한 것은 아니다.
종래의 풍력 터빈 발전 설비가 알려져 있다. 대부분의 풍력 발전 설비는 지상에 장착되고 에너지 저장을 위한 보조 장치를 포함하지 않는다. 부유식 풍력 터빈 시스템은 종래의 선박에 장착된 대형 풍력 터빈의 본질적인 불안정성으로 인해 제한될 수 있다. 따라서, 대부분의 해양에 위치된 풍력 터빈 시스템은 상대적으로 얕은 물의 해저에 장착된다.
본 발명은 위에서 언급된 문제 중 하나 이상의 극복에 관한 것이다.
본 개시는 해양 또는 지하 열로부터 청정 에너지의 수확, 및 풍력 에너지를 수확하는 개선된 방법에 관한 것이다. 본 개시는 또한 필요에 따라 사용하기 위해 바람 및/또는 바다 또는 지하 열로부터 수확된 에너지의 저장을 기술한다. 본원에 개시된 특정 실시예는 전기를 생산하기 위해 하나 이상의 풍력 터빈 시스템을 이용한다. 한 부류의 실시예는 부유식 풍력 터빈 시스템을 포함한다. 전기는 바다 또는 다른 큰 수역, 육지 또는 또 다른 열원에서 열을 추출하는 열 펌프를 작동하기 위해 사용될 수 있다. 추출된 열은 열 저장 매체를 활성화하여 저장될 수 있다. 열 저장 매체는 풍력 터빈 시스템을 지지하는 것과 동일한 구조, 보조 이송 선박, 육지 또는 다른 곳에 위치될 수 있다. 열 저장 및 이송 시스템을 특징으로 하는 실시예에서, 이송 시스템은 견인되거나, 자체 동력으로 구동되거나, 또는 그렇지 않으면 열 에너지와 마찬가지로 대규모 또는 소규모 지역 난방 및 냉방 시스템, 담수 플랜트, 다른 산업용 플랜트로 공급하기 위해 선택된 위치로 이송될 수 있다. 대안적으로, 추출되거나 또는 저장된 열은 증기 구동식 터빈/발전기 시스템(steam-driven turbine/generator system), 스터링 열 엔진 구동식 발전기(Stirling heat engine driven generator) 또는 풍력 터빈 시스템에 위치하거나 이격된 다른 열적으로 충전된 전기 발전 장치로 전기를 생성하는데 사용될 수 있다.
특정 실시예는 종래의 풍력 터빈과 상당히 다른 해상 풍력 터빈을 사용한다. 특정 개시된 터빈 실시예는 집중기를 사용하여 모든 대형 부유식 구조물에 장착되고, 수직 샤프트에 대해 회전하는 블레이드를 가지며, 높지만 상대적으로 작은 직경의 다리우스 터빈(Darrieus turbines)으로 바람을 가속화한다. 바람의 에너지는 바람의 속도 세제곱에 비례하므로, 특정 실시예는 바람이 더 큰 속도로 가장 일관되게 불어오는 수준까지 도달하기 위해 높은 모듈식 공간 프레임 타워 구조(modular space frame tower structure)를 이용한다. 풍력 터빈으로 생성된 전기는 임의의 방식으로 사용될 수 있지만, 특정 실시예에서는 열 펌프 기술로 바다에서 열을 수확하는데 사용된다.　
본원에 개시된 특정 실시예는 열-동력 발전기 어셈블리 (heat-powered generator assembly)를 사용하여 해양에서 추출된 열을 전기로 변환한다. 예를 들어, 다른 실시예는 해안 건물 또는 구역을 난방 하거나 냉방 하기 위해 바다 또는 다른 수역(body of water)에서 직접 열로 추출된 열 에너지를 사용한다. 국제 에너지 기구(International Energy Agency)에 따르면, 전송 그리드(electric transmission grid)로부터 생성 및 사용되는 전력의 약 50%는 건물과 물의 난방 또는 냉방에 사용된다. 일부 실시예는 보조용 전기 발전 및 직접 난방 또는 냉방을 포함하되 이에 제한되지 않는 다중 목적을 위해 해양에서 추출된 열을 사용할 수 있다.
일 구체적 실시예는 풍력 터빈을 지지하는 상부 구조 및 풍력 터빈에 기계적으로 연결된 적어도 하나의 전기 발전기를 포함하는 열 펌프 시스템이다. 상기 풍력 터빈의 바람에 의한 회전(Wind-induced rotation)은 전기 발전기가 전기를 생성하게 한다. 생성된 전기는 임의의 목적으로 사용될 수 있지만, 일 실시예에서 전기의 일부는 열 펌프 또는 상기 상부 구조에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 보조 가열 장치를 작동시키는데 사용된다.
상기 상부 구조는 복수의 상호 연결된 공간 프레임 모듈로부터 선택적으로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서 상기 상부 구조는 베이스 부; 및 상기 베이스 부로부터 위쪽으로 연장되는 타워 부를 포함할 수 있다. 상기 상부 구조는 부유식 상부 구조일 수 있고, 이 경우, 열 펌프와 연통하는 열원은 해수(ocean water), 바닷물(seawater), 호숫물 또는 다른 큰 수역이다. 대안적으로, 상기 상부 구조는 지상-기반일 수 있고 열 펌프와 연통하는 열원은 지하에 있다.
부유식 열 펌프 실시예에서, 상기 상부 구조는 부력 시스템(buoyancy system)에 의해 지지될 수 있다. 상기 부력 시스템은 상기 베이스로부터 아래쪽으로 지지되는 복수의 다리의 일부 또는 전부, 상기 베이스 반대 편의 복수의 다리에 부착된 복수의 폰툰(pontoon), 적어도 하나의 다리와 연관된 하나 이상의 플런지 저항 링, 또는 상기 베이스와 작동 가능하게 연관된 하나 이상의 보조 부력 탱크를 포함할 수 있다. 상부 구조, 다리, 복수의 폰툰, 플런지 저항 링, 또는 보조 부력 탱크 중 일부는 그래핀 복합 재료로부터 제작될 수 있다.
특정 시스템 실시예는 상기 상부 구조에 의해 지지되는 풍력 터빈 어레이(array of wind turbines)를 추가로 포함한다. 선택적으로, 시스템 실시예는 상기 풍력 터빈 어레이의 역풍 방향(upwind)으로 작동 가능하게 위치되는 풍력 집중기 어레이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 풍력 집중기는 평면(plan view)에서 볼 때 쐐기형 프로파일(wedge-shaped profile)을 가질 수 있고, 풍력 터빈 어레이의 각 풍력 터빈은 인접한 집중기의 바람이 부는 방향에 의해 정의되는 목 부분(throat portion)에 인접하게 위치된다. 풍력 집중기 어레이의 풍력 집중기 중 일부는 그래핀 복합 재료로 제작될 수 있다.
실시예는 또한 상기 상부 구조에 의해 지지되는 윙세일 어레이(array of wing sails)를 포함할 수 있다. 상기 윙세일은 에어포일 프로파일(airfoil profile)을 가질 수 있고 터빈과 상부 구조를 끌도록 유도되는 바람의 반대 편으로 전방 힘(forward force)을 제공할 수 있다. 윙세일 어레이의 윙세일 중 일부 또는 전부는 그래핀 복합 재료로부터 제작될 수 있다.
열 펌프를 포함하는 열 펌프 시스템 실시예는 임의의 열 펌프 기술, 예를 들어 종래의 열 펌프 또는 스터링 열 펌프(Stirling heat pump)로 구현될 수 있다. 임의의 제공되는 열 펌프는 일반적으로 열 펌프와 열적 연통(thermal communication)하고 추가로 열 저장 재료와 열적 연통하는 고온 회로 열 교환기를 포함한다. 상기 열 저장 재료는 상 변화 재료일 수 있다. 상기 열 저장 재료는 염일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 고온 회로 열교환기는 열 펌프로부터 이격되어 별도로 이동 가능한 이송 수단 상에 위치 가능한 이송 컨테이너 내(transportable container) 위치된다.
대안적인 실시예는 개시된 장치를 사용하여 전기를 생성하고, 열원으로부터 열을 추출하고, 열 에너지를 저장하고, 전기 또는 위치 에너지를 저장하고, 및 열 에너지를 이송하는 방법을 포함한다.
특정 실시예의 본질 및 이점의 추가 이해는 상세한 설명 및 도면의 나머지 부분을 참조하여 실현될 수 있으며, 유사한 구성 요소를 지칭하기 위해 유사한 참조 번호가 사용된다. 일부 예에서, 하위-라벨(sub-label)은 다수의 유사한 구성 요소 중 하나를 보여주기 위한 참조 번호와 연관된다. 기존 하위-라벨에 대한 상세한 설명 없이 참조 번호를 참조하는 경우, 이는 모든 그러한 다수의 유사한 구성 요소를 지칭하는 것으로 의도된다.
도 1은 본원에 개시된 바와 같은 해양 열 펌프 시스템의 블록 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 2는 해양 열 펌프 시스템의 일 실시예의 등각 투영도이다.
도 3은 도 2의 해양 열 펌프 시스템의 정면도이다.
도 4는 도 2의 해양 열 펌프 시스템의 평면도이다.
도 5는 터빈 모듈 행의 등각 투영도이다.
도 6은 도 5의 터빈 모듈 행의 정면도이다.
도 7은 도 5의 터빈 모듈 행의 평면도이다.
도 8은 터빈 모듈의 등각 투명도이다.
도 9는 도 8의 터빈 모듈의 정면도이다.
도 10은 도 8의 터빈 모듈의 평면도이다.
도 11은 터빈/발전 시스템의 등각 투영도이다.
도 12는 대안적인 터빈/발전 시스템의 등각 투영도이다.
도 13은 윙세일 행의 등각 투영도이다.
도 14는 도 13의 윙세일 행의 정면도이다.
도 15는 도 13의 윙세일 행의 평면도이다.
도 16은 윙세일 모듈의 등각 투영도이다.
도 17은 도 16의 윙세일 모듈의 정면도이다.
도 18은 도 16의 윙세일 모듈의 평면도이다.
도 19는 스터링 열 펌프의 개략도이다.
도 20은 종래의 열 펌프의 개략도이다.
도 21은 온 보드 열 저장고(onboard thermal storage)를 갖는 해양 열 펌프 시스템의 등각 투영도이다.
도 22는 도 21의 해양 열 펌프 시스템의 평면도이다.
도 23은 전용 열 저장 매체 이송 수단(transporter)을 갖는 해양 열 펌프 시스템의 정면도이다.
도 24는 도 23의 해양 열 펌프 시스템 및 열 매체 이송 수단의 평면도이다.
특정 실시예의 다양한 측면 및 특징이 상기에서 요약되었지만, 다음의 상세한 설명은 당업자가 그러한 실시예를 실시할 수 있도록 몇몇 실시예를 더 상세히 예시한다. 설명된 실시예는 예시 목적으로 제공되며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
다음의 설명에서, 설명의 목적으로, 설명된 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 세부 사항이 제시된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예가 이러한 일부 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 본원에서 여러 실시예가 설명되고 청구되며, 다양한 특징이 다른 실시예에 속하지만, 일 실시예에 대해 설명된 특징은 다른 실시예와 연결될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 동일한 의미로, 본 발명의 다른 실시예가 그러한 특징을 생략할 수 있기 때문에, 설명되거나 청구된 실시예의 단일 특징 또는 특징들이 본 발명의 모든 실시예에 필수적인 것으로 간주되어서는 안된다.
달리 명시되지 않는 한, 수량, 치수 등을 표현하기 위해 본원에서 사용된 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 모든 경우에서 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서, 단수의 사용은 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 복수를 포함하고, 용어 "및" 과 "또는"의 사용은 달리 명시되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다. 게다가, 용어 "포함하는" 뿐 아니라 "포함하다" 및 "포함되다"와 같은 다른 형태의 사용은 비 배타적인 것으로 간주되어야 한다. 또한, 특별히 달리 언급되지 않는 한, 용어 "요소" 또는 "구성 요소"는 하나의 유닛을 포함하는 요소 및 구성 요소와 하나 이상의 유닛을 포함하는 요소 및 구성 요소를 모두 포함한다.
도 1의 블록도 및 도 2의 등각 투영도에 도시된 바와 같이, 본원에 개시된 일 실시예는 하나 이상의 전력 발전기(16)에 기계적으로 연결되고 발전기를 구동하는 하나 이상의 풍력 터빈(14)을 지지하는 상부 구조(12)를 갖는 해양 열 펌프 시스템(10)이다. 상기 풍력 터빈(14) 및 전기 발전기(16) 어셈블리는 본원에서 통합적으로 풍력 터빈 시스템(18) 또는 터빈(18)으로 지칭된다. 해양 열 펌프 시스템(10)은 본 개시에서 통합적으로 "해양"으로 지칭되는, 해양, 바다, 호수, 또는 다른 큰 수역에서 원하는 대로 조종 및 위치될 수 있는 부유식 해상 선박(floating, ocean-going vessel)에 구현될 수 있다. 따라서, 선택된 실시예에서, 상부 구조(12)는 해양 열 펌프 시스템(10)에 부력 및 안정성을 제공하기 위한 장치를 지지하거나 정의한다. 대안적으로, 해양 열 펌프 시스템(10)과 관련하여 본원에서 설명된 많은 동일한 특징을 갖는 열 펌프 시스템은 지상 기반일 수 있고, 상부 구조(12)는 다양한 작동 요소에 대한 강성 및 구조적 지지를 제공한다.
터빈 시스템(18)에 의해 생성된 전기 에너지는 임의의 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 터빈 시스템(18)에 의해 생성된 전기 에너지는 온-보드 전기 안내 및 추진 시스템(20)에 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 생성된 전력은 전력 그리드(electric power grid, 22), 담수 플랜트 (24) 또는 다른 산업용, 주거용, 또는 상업용 사용처로 전달될 수 있다. 해양 열 펌프 시스템(10)의 일 실시예에서, 터빈(18)에 의해 생성된 전력의 일부는 해양과 열적 연통하는 하나 이상의 열 펌프(26)를 작동시키기 위해 사용된다.
이하에서 설명되는 바와 같이, 상기 열 펌프(26)는 해양으로부터 열을 추출하도록 구성된 전기 구동 장치를 포함한다. 해양에서 추출된 열은 온-보드 열 저장고(28) 내 위치된 열 저장 매체를 가열하는 것, 독립적으로 이동하는 이송 수단(30) 상에 또는 내에 위치된 열 저장 매체를 가열하는 것, 또는 원격 열 저장 장소(32)에서 열 저장 매체를 가열하는 것을 포함하되 이에 제한되지 않는 임의의 목적으로 사용될 수 있다. 더 멀리 또는 더 가까운 거리로 이송되는 열은 화력 발전(34)에 사용될 수 있거나, 그렇지 않으면, 예를 들어, 거리, 또는 원격 장소(remote location, 36)에 다른 구조물을 난방 또는 냉방 하는데 사용될 수 있다. 지상-기반 열 펌프는 지상에 설치되고 지하 또는 인접한 해양 열원과 열적 연통하도록 배치될 수 있다.
해양 열 펌프 시스템(10) 또는 유사한 지상-기반 시스템은 강풍 및 격랑(heavy seas)에 적합한 발전소로서 작동을 포함하되 이에 제한되지 않는 다중 목적을 위해 사용되고 구성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예는 직접적 또는 간접적으로 전력 그리드에 연결될 수 있다. 열 펌프(26)를 포함하는 다른 실시예는, 해양 또는 다른 열원에서 열을 추출하고 추출된 열 에너지를 온 보드, 적절한 이송 수단 또는 원격 장소에 배치된 열 저장 매체에 저장한다. 저장된 열은 지역 난방 및 냉방 시스템, 담수 플랜트 또는 유사한 산업용 사용자에게 열 에너지로 공급될 수 있다. 대안적으로, 상기 저장된 열 에너지는 전력 그리드로 전기를 공급하는 종래의 증기 터빈 발전 플랜트, 스터링 열 엔진 구동 발전기, 또는 유사한 발전 장치를 구동하는데 이용될 수 있다. 단일 해양 열 펌프 시스템(10)은 시스템 구성에 따라 이러한 목적의 일부 또는 전부를 수행할 수 있다.
부유식 해양 열 펌프 시스템(10)의 일 대표 실시예는 도 2-4에 예시되어 있다. 해양 열 펌프 시스템(10)은 다수의 풍력 터빈 시스템(18) 및 해양과 열적 연통하는 하나 이상의 열 펌프(26)를 지지하는 상부 구조(12)를 포함한다. 부유식 해양 열 펌프 시스템(10)의 상부 구조(12)는 적어도 타워(38) 및 베이스(40)로 정의한다. 많은 실시예에서, 타워(38)는 상대적으로 높은 구조일 수 있다. 바람의 에너지는 바람 속도 세제곱에 비례한다. 바람의 속도는 일반적으로 해수면 위의 높이에 따라 증가한다. 따라서, 높은 타워(38)를 갖는 해양 열 펌프 시스템(10)을 구현함으로써, 터빈(18)은 더 높은 속도, 더 에너지가 넘치는 공기의 위쪽으로 배치될 수 있다.
부유식 해양 열 펌프 시스템(10)의 상부 구조(12)는 모듈식일 수 있다. 구체적으로, 해양 열 펌프 시스템(10)을 구성하는 많은 하위 시스템은 개방적이고 상대적으로 가볍고 반복적인 모듈식 공간 프레임 구조에 의해 지지될 수 있다. 도 2-4의 해양 열 펌프 시스템(10)은 거의 전체가 유사하거나 거의 동일한 정육면체형 공간 프레임인 모듈(42)로 구성된다. 대안적인 실시예는 상이한 형상을 갖는 모듈(42)을 포함한다. 개별적 모듈(42)은 임의의 원하는 크기 및 임의의 원하는 재료로부터 제작될 수 있다. 예를 들어, 모델(42)은 알루미늄, 강철, 티타늄 또는 이들의 합금과 같은 종래의 건설 금속을 사용하여 제작될 수 있다. 대안적으로, 모듈(42)은 섬유 유리, 탄소 섬유 복합재, 그래핀 복합재, 또는 고강도 플라스틱 및 유사한 재료를 포함하되 이에 제한되지 않는 복합재 또는 고분자 재료로부터 제작될 수 있다. 모듈(42)은 다양한 유사하거나 상이한 재료로부터 제작될 수 있다. 유사한 크기의 모듈(42)은 상이한 벽 두께로 제조될 수 있다. 따라서, 더 무겁고 상대적으로 두꺼운 벽 모듈(42)은 하중이 가장 큰 구조물의 바닥에 배치될 수 있다.
각 모듈(42)은 조선소에서 제조 및 완성될 수 있으며 크레인에 의해 제 위치로 올려지고 인접한 모듈(42)에 볼트로 고정될 수 있다. 추가 지지대, 예를 들어 수평 케이블은 레벨(46)로 정의하는 인접한 모듈을 통해 선택적으로 꿰어지고(threaded) 장력을 받을 수 있다. 볼트와 케이블은 구조 상 중복성을 제공한다.
모듈(42) 프레임 조인트는 임의의 적절한 기술을 사용하여 만들어 질 수 있고, 예를 들어, 프레임 조인트는 개별적 프레임 부재가 볼트로 고정되는 인서트로 만들어 질 수 있다. 각 도시된 모듈(42)은 적어도 4 개의 수직 기둥, 8 개의 수평 부재 및 바닥에 수평 X-버팀대(horizontal X-brace)를 갖는다. 다른 공간 프레임 구조 및 구성은 본 개시의 범위 내에 있다. 타워(38) 내 일부 모듈(42)은 예를 들어 중심점에 추가 기둥을 포함할 수 있거나, 또는 바람 하중을 아래 쪽 베이스(40)로 전달하기 위해 수직 X-버팀대(vertical X-bracing)을 포함할 수 있다. 베이스 구조 내 사용된 모듈(42)은 모든 면에 X-버팀대를 가질 수 있다.
베이스(40)는 각 측면에 상대적으로 긴 트러스 스태빌라이저(truss stabilizers, 44)를 포함한다. 트러스 스태빌라이저(44)는 전방 및 후방으로 임의의 원하는 거리로 연장할 수 있고, 강풍 및 큰 파도에 안정성을 제공하기 위해 임의의 원하는 거리만큼 이격되어 간격을 둘 수 있다. 도 2-4의 실시예에서, 각 레벨(46)은 전체적으로 강성, 하중-지지 플레이트(48)로서 역할을 하는 X-버팀 바닥(X-braced floors)을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 레벨(46)은 수평으로 인접한 복수의 모듈(42)을 포함한다. 플레이트(48)는 많은 모듈(42)의 단부에 있는 수직 X-버팀대(50)로 횡 풍력을 전달하며, 수직X-버팀대(50)은 또한 강성 수직 플레이트로서 역할을 하고, 차례로 타워(38)로부터 베이스(40)로 힘을 전달한다. 도시된 실시예에서, 타워(38)는 베이스(40)에 횡 방향 힘을 전달하기 위해 전면 및 후면에 보조 X-버팀대(54)를 갖는 중앙 허용 샤프트(central access shaft, 52)를 포함한다. 하중은 인장 또는 압축 작용하는 다양한 구조용 버팀대(48, 50, 58)에 의해 전달되어 굽힘을 방지한다.
상부 구조(12)의 베이스(40)는 열 펌프 장치(26)를 수용 또는 지지하고, 또한 해양 열 펌프 시스템(10)에 안정성을 제공하는 시스템 아웃 트리거로서 역할을 하는 트러스 스태빌라이저(44)로 정의한다. 도시된 실시예에서 베이스(40)의 상대적으로 긴 트러스 스태빌라이저(44)는 긴 레버 암을 제공하여, 상당한 복원 모멘트(righting moment)를 발생시킨다. 개방 공간 프레임으로부터의 트러스 스태빌라이저(44) 및 다른 베이스(40) 요소는 예외적으로 높은 파도 조건에서 파도가 상대적으로 방해받지 않고 베이스(40) 위를 지나서 통과하도록 허용한다. 지상-기반 실시예는 더 작은 베이스, 선택적으로 지상 또는 다른 지지대에 부착된 보조 케이블로 충분히 안정화될 수 있다. 해양 열 펌프 시스템(10)은 부유하고, 타워(38), 터빈 시스템(18) 및 연관 장치의 공기 역학과 추진 메커니즘의 조합은 상기 해양 열 펌프 시스템이(10)이 작동 중에 실질적으로 바람을 향하도록 보장하기 위해 사용될 수 있다. 육상 기반 실시예는 타워가 회전하고 바람을 향하도록 허용하는 기계적 베어링, 부유식 베어링(floating bearings) 등을 포함하되 이에 제한되지 않는 타워 베어링 또는 타워 베어링 시스템을 포함할 수 있다. 대안적으로, 지상-기반 실시예는 개별적으로 회전하는 터빈(18) 또는 터빈 모듈을 포함할 수 있다.
도 2-4에 도시된 바와 같이, 해양 열 펌프(10)는 일반적으로 베이스(40) 아래로 연장되는 복수의 다리(56) 및 폰툰(58)을 포함하여 해양 열 펌프 시스템(10)에 부력 및 선박 제어를 제공할 수 있다. 유사한 다리 및 발은 대안적인 해안-기반 열 펌프 시스템 실시예의 베이스로부터 연장될 수 있다. 상기 해양 열 펌프 시스템(10)은 또한 베이스(40)의 다양한 선택된 공간 프레임 모듈(42)에 연결되거나, 또는 내에 위치되는 하나 이상의 보조 부력 탱크(60)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 다리(56) 및 폰툰(58)은 베이스(40)가 해양 표면 위로 약간의 거리를 상승시킨 상태에서 해양 열 펌프 시스템(10)을 부유하기 충분한 변위를 갖도록 크기가 조정되고 제작될 수 있다. 해양 열 펌프 시스템(10)은 예외적인 강풍이 오기 전에 기우는 경우, 순풍 방향(down-wind)에 위치된 큰 직경의 다리(56)는 더 깊이 가라 앉을 수 있어, 더 많은 물을 대체하고 복원 모멘트를 제공하는 반면, 역풍 방향(up-wind) 쪽의 다리는 위로 들어 올려질 수 있어, 역풍 방향 쪽에 시스템(10)의 유효 중량을 추가하고, 또한 복원 모멘트를 제공한다. 더욱이, 물과 접촉하는 순풍 방향의 임의의 보조 부력 탱크(60)는 필요할 때 추가 변위 및 추가 복원 모멘트를 제공할 수 있다. 필요한 경우, 자이로스코프(gyroscopes), 추진기(thrusters), 엔진, 윙세일 (아래에서 상세히 논의됨) 등을 포함하되 이에 제한되지 않는 보조 안정화 장치가 강풍 조건 하에서 안정성을 보장하기 위해 해양 열 펌프 시스템과 연관될 수 있다.
선택된 폰툰(58), 예를 들어 도 2-4 실시예에서 베이스(40)의 코너에 위치된 4 개의 폰툰(58)은 일반적으로 전기 모터에 의해 구동되는, 프로펠러, 추진기, 또는 다른 구동 시스템(62)을 포함할 수 있다. 따라서, 구동 시스템(62)은 풍력 터빈(18)으로 생성된 전기에 의해 작동되는 전반적인 온 보드 전기 시스템(20)의 일부일 수 있다. 대안적으로, 구동 시스템(62)은 디젤 엔진, 가솔린 엔진, 또는 다른 전기 원 등에 의해 구동되는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 대안적으로, 구동 시스템(62)은 선택된 실시예에서 폰툰(58)으로부터 이격되어 위치될 수 있다. 구동 시스템(62)의 각 모터 또는 추진기는 높은 수준의 기동성을 제공하기 위해 회전 고리(swivel) 또는 짐블 베이스(gimbled base)와 함께 장착될 수 있다. 따라서, 해양 열 펌프 시스템(10)은 적절한 바람으로 향하도록 동적으로 위치될 수 있어, 해양 지형 지물에 부딪히는 것을 피하거나, 부두에 대거나(to dock), 또는 선박을 앞으로 천천히 이동하도록 유지하여 이하에서 설명된 바와 같은 사용 중에 침수되는 열 펌프 시스템(26)의 열 교환기 요소 위로 물의 일정한 흐름을 유지되도록 한다.
특정 실시예에서, 실질적으로 중공의 폰툰(58)은 다량의 물을 취하고 저장하도록 구성되어 개별적 폰툰 질량을 조정할 수 있으며, 이에 따라 해수면 위의 베이스(40)의 높이를 낮추거나 높여 출입이 제공되거나, 또는 다양한 기상 조건을 설명한다.
해양 열 펌프 시스템(10)의 도 2-4 구성은 최소한의 충격으로 시스템(10)의 베이스(40) 아래로 파도가 굴러갈 수 있도록 허용하는 다리(56)를 사용한다. 플런지 저항 링(64)은 선택적으로 다리(56)와 연관되어 임의의 실질적인 수직으로 급락하는 동작(vertical plunging action)을 수축 및 완충시킬 수 있다. 플런지 저항 링(64)은 침수에 저항하는 기계적 스태빌라이저로서 기능할 수 있고 또한 독립적으로 부력이 있을 수 있다. 보조 부력 탱크(60)는 추가 부력을 제공하여 베이스(40) 구조물의 과도한 침수를 방지한다.
다리(56), 폰툰(58), 보조 부력 탱크(60), 플런지 저항 링(64) 또는 유사한 구조는 알루미늄, 강철, 티타늄 또는 이들의 합금을 포함하되 이에 제한되지 않는 종래의 조선 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 다리(56), 폰툰(58), 보조 부력 탱크(60), 플런지 저항 링(64) 또는 유사한 구조는 섬유 유리, 탄소 섬유 복합재, 그래핀 복합재, 또는 고강도 플라스틱 및 유사 재료를 포함하되 이에 제한되지 않는 복합재 또는 고분자 재료로 제작될 수 있다. 천연 방오(anti-fouling)인 그래핀 복합재는 매우 미끄러운 표면을 나타내기 때문에 그래핀 복합재는 특히 다리(56), 폰툰(58) 및 플런지 저항 링(64)에 매우 적합하다. 이러한 구조적 요소는 적어도 대부분의 시간에 잠기도록 되어 있으며, 천연 방오 그래핀 복합재 표면은 해양 열 펌프 시스템(10)의 잠긴 부분에 따개비, 해조류 또는 다른 생명체의 부착 및 성장을 방지한다.
도 2-4 실시예에서, 타워(38) 내의 중앙 허용 샤프트(52)를 정의하는 모듈(42)은 밀폐되어 전체 시스템(10)의 다양한 하위 시스템에 대한 접근을 제공하는 역할을 할 수 있다. 중앙 허용 샤프트(52)는 엘리베이터, 계단 또는 다른 통로를 포함하여 유지 보수 접근, 예비 부품의 저장 및 방문자 접근을 제공한다.
타워(38)의 레벨(46)의 대부분은 터빈 시스템(18)을 수용하거나 이하에서 설명된 바와 같이 안정성을 향상시키는 윙세일을 지지한다. 하나 이상의 레벨(46)은 대안적으로 유지 보수 접근, 승무원 숙박 또는 다른 목적에 기여할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 해양 열 펌프 시스템(10)의 다양한 실시예는 하나 이상의 전력 발전기(16)를 구동하는 하나 이상의 풍력 터빈(14)을 포함한다. 특정 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈/발전기 구조는 통합되고 본원에서 터빈 시스템 또는 터빈(18)으로 지칭된다. 해양 열 펌프 시스템(10) 또는 유사한 지상 기반 시스템이 단일 또는 소수의 대형 풍력 터빈(14)으로 구현될 수 있지만, 도시된 실시예는 여러 개의 비교적 작은 터빈(18)을 포함한다. 해양 열 펌프 시스템(10)에 포함되는 터빈의 수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 2-4의 실시예는 단일 타워(38)에 128개의 개별적 터빈(18)을 포함한다. 이 실시예는 터빈 시스템(18)을 지원하는데 주로 기능하는 여러 독립 레벨(46)을 포함한다. 위에서 언급한 바와 같이, 해양 위의 일반적인 수직 풍속 프로파일은 높이에 따라 풍속이 증가하는 것을 나타낸다. 따라서, 해양 열 펌프 시스템(10)의 전반적인 에너지 생산은 가장 높은 실용적인 타워(38)를 이용하여 풍력 에너지를 수확함으로써 향상될 수 있다. 도 2-4에 도시된 비-제한적 실시예는 도 3에서 레벨 B-E 및 G-J로 표시된 8개 레벨의 터빈(18)을 포함한다.
도 5-10에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서, 풍력 집중기(66) 어레이는 터빈(18)의 각 측면에 배열되어 터빈 시스템(18)에서 바람의 흐름을 가속하고 집중시킨다. 집중기(66)는 예를 들어 알루미늄 또는 강철과 같은 임의의 적절한 재료로 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 집중기는 경량 고강도 복합재, 예를 들어 탄소 섬유 복합재 또는 그래핀 복합재로 제작될 수 있다. 적절한 형상의 집중기(66)는 터빈 위치에서 현재 속도의 최대 3배로 바람을 가속시킬 수 있다.
도시된 실시예에서, 풍력 터빈(14)은 이하에서 설명되는 특정 이점을 갖는 다리우스 터빈(Darrieus turbines)으로 구현된다. 다리우스 풍력 터빈(14)은 수직 축을 중심으로 회전하며 다수의 곡선형 또는 직선형 에어포일 블레이드를 포함한다. 다리우스 터빈(14)의 수직 방향 및 풍향 처리 능력 모두는 이 터빈 구성을 해양 열 펌프 시스템(10) 또는 유사한 지상-기반 시스템을 적절히 구현하는데 적합하면서 배타적이지 않는 터빈 형식으로 만든다.
도시된 실시예에서, 집중기(66)에 의해 가속된 바람은 다리우스 터빈의 에어포일 블레이드를 통과한다. 회전 축을 가로 지르는 다리우스 터빈(14)의 직경은 임의의 적절한 직경일 수 있지만, 바람직하게는 인접한 집중기(66) 사이의 수평 목 부분(horizontal throat portion, 68)을 채우거나 또는 거의 채운다.
상대적으로 작은 직경의 다리우스 터빈은 일반적으로 기능적으로 제한되어 가속된 풍속의 최대 500%의 최대 터빈 블레이드 팁 속도(maximum turbine blade tip speed)를 가지며, 이는 종래의 풍력 터빈에서 뚜렷한 달갑지 않은 진동 소리(throbbing sound)를 생성하는 속도보다 훨씬 높다.
위에서 언급된 바와 같이, 각 풍력 터빈(14)에는 적절한 크기의 발전기(16)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 다리우스 터빈에는 300kW 발전기가 장착될 수 있다. 따라서, 하나의 대표적이지만 비 제한적인 예에서, 128개의 개별적 터빈을 갖는 해양 열 펌프 시스템(10)은 알려진 지상 또는 해양-기반의 풍력 터빈의 용량을 초과하는 38.4MW의 전기를 생성할 수 있다. 본원에서 개시된 실시예는 임의의 적절한 발전기가 장착될 수 있다. 개시된 실시예에서 사용하기에 매우 적합한 발전기(16)의 한 종류는 완전히 밀폐된 비환기성 영구 자석 발전기이고 이러한 발전기는 ELECTRIC MACHINE COOLING AND STABILIZATION SYSTEMS AND METHOD라는 제목의, 공동 소유 PCT 출원 PCT/US2018/013622, 공개 WO 2019/074535에 설명되어 있으며, 여기에 개시된 모든 사항에 대해 참조로 본원에 포함된다.
종래의 터빈은 특정 결점을 가지고 있는데, 그 중 하나는 강풍 조건 하에서 작업자가 반드시 블레이드를 페더링하거나 심지어 정지시켜서 블레이드가 너무 빨리 회전하지 않고 블레이드 또는 터빈 구성이 파손되지 않도록 해야 한다. 예를 들어 베스타스 3MW 터빈의 최고 지속 풍속은 15m/s(33mph)이고 컷 아웃 속도는 25m/s(56mph)이다. 또한 많은 해양 또는 해안선 장소는 정기적으로 큰 폭풍을 경험한다. 기존 터빈은 폭풍 또는 바람이 더 높은 수준의 에너지를 전달하는 다른 시간 동안 반드시 잠금 상태에 있어야 한다. 연간 풍력 에너지의 절반 이상이 종래의 터빈을 잠그는 폭풍 동안 발생하는 것으로 추정된다. 개시된 실시예의 다리우스 터빈(14)은 풍속이 종래의 터빈의 안전한 작동을 위해 허용된 속도를 초과하는 경우에도 에너지를 수확할 수 있다. 예를 들어, 다리우스 터빈은 블레이드의 페더링 없이도 45m/s의 바람(100mph)에서 작동할 수 있다.
일부 실시예는 많은 여분의 작은 터빈(18)을 특징으로 하고, 예를 들어, 도 2-4의 실시예는 128 개의 개별적 터빈/발전기 시스템(18)을 포함한다. 따라서, 하나의 터빈 또는 하나의 발전기가 고장 나거나 또는 유지 보수를 위해 오프라인 상태가 되면, 전력 생산 용량의 0.78%만 손실된다.
또한 위에서 언급된 바와 같이, 특정 실시예는 집중기(66) 어레이를 포함하여 터빈 시스템(16) 위의 바람을 가속시킬 수 있다. 구체적으로, 도 7 및 10에 도시된 바와 같이, 집중기(66)는 다리우스 터빈(18)이 작동하는 인접한 집중기(66) 사이의 목 부분(68)으로 바람을 유도하고 가속하는 역할을 한다. 에어포일-타입의 압력 효과를 통해 그리고 상대적으로 수축된 목 부분(68)을 통해 다량의 공기를 유도하는데 필요한 가속 때문에 집중기(66)의 형상은 목 부분(68)에서 공기 속도를 가속화할 수 있다. 집중기의 입구는 새&박쥐 그물(bird & bat mesh)로 덮어 동물을 죽이는 것을 방지한다.
일 실시예에서, 집중기는 바람을 가속시켜 다리우스 터빈이 위치한 목에서 집중기 입구의 바람 속도가 3배인 풍속을 경험한다. 목에서 빠르게 움직이는 바람은 입구의 바람 보다 밀도가 낮기 때문에, 이것은 바람의 에너지가 증가시키지 않는다. 집중기의 목적은 타워(38) 전면에서의 전체 기류를 터빈 블레이드 위로 유도함으로써 도시된 실시예에서 상대적으로 작은 직경의 다리우스 터빈이 바람 내 모든 에너지의 최대 40%로 포획할 수 있도록 한다.
도시된 대표적이지만, 비 제한적인 다리우스 터빈(14)은 임의의 적절한 길이일 수 있는 3 개의 직선형 에어포일을 포함한다. 상기 에어포일은 양력(lift)을 제공하여 바람으로부터 수집할 수 있는 에너지의 양을 크게 증가시킨다. 터빈(14)은 바람 속도의 최대 5배의 팁 속도로 작동할 수 있으며, 이 속도에서 다리우스 터빈(14)은 바람 내 에너지의 40%를 수집할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서 터빈(14)은 적절한 변속기로 풍력 터빈(14)에 연결된 발전기를 직접 구동할 수 있다. 대안적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 발전기(16)는 터빈(16) 샤프트로부터 이격되어 장착될 수 있고, 예를 들어, 톱니 벨트에 의해 발전기(16)의 샤프트에 장착된 톱니 도르래에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서 다수의 풍력 터빈(14)은 상대적으로 큰 단일 발전기(16)에 연결될 수 있다. 다른 실시예는 풍력 터빈(14) 당 하나의 발전기(16)를 가질 수 있다.
터빈(14)은 고속으로 작동한다. 모든 풍력 터빈은 소리를 내며, 어떤 경우에는 불쾌감을 줄 수 있다. 다리우스 풍력 터빈은 일반적으로 터빈 회전 속도와 거의 동일한 주파수로 저음의 윙윙거리는 소리를 낸다. 예를 들어, 50mph의 바람에서 작동하는 다리우스 풍력 터빈은 일반적으로 5387rpm으로 회전하여 약 90Hz에서 잘 들리는 윙윙거리는 소리를 낸다. 이를 죽이고 상쇄하기 위해, 도시된 터빈(14)은 180도 회전 동안 집중기(66)에 의해 차폐된다. 또한, 집중기(66)의 후면(70)은 흡음재로 코팅될 수 있다. 능동 소음 제거 시스템은 각 터빈(18) 뒤에 선택적으로 설치되어 터빈의 윙윙거리는 소리를 상쇄한다.
해양 열 펌프 시스템(10)은 상기 설명된 기술이 지상에 장착될 수 있지만, 부유 구조물로서 구현하기에 적합하다. 장착 시나리오 중 하나에서, 집중기(66), 터빈(18) 및 상부 구조(12)에 대한 바람 유도 항력(wind induced drag)은 구조물을 순풍 방향으로 기울이거나 구부리는 경향의 힘을 가할 수 있다. 위에서 설명된 상부 구조(12) 및 부력 제공 요소(56, 58, 60, 64)와 연관된 다양한 요소는 구조화된 순풍 방향으로 기울이거나 구부리는 경향의 힘을 상쇄한다. 또한, 본원에서 개시된 특정 실시예는 윙세일(72)을 포함하여 역풍 방향의 상쇄하는 힘을 제공한다. 예를 들어, 도 2-4에 도시된 실시예에서, 도 3의 레벨 A, F 및 K로 식별되는 윙세일(72)의 3개의 레벨(46)은 타워(38)의 터빈 레벨(46) 사이에 산재된다. 상기 윙세일(72)은 예를 들어 알루미늄 또는 강철과 같은 임의의 적합한 재료로 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 윙세일(72)은 경량 고강도 복합재, 예를 들어 탄소 섬유 복합재 또는 그래핀 복합재로부터 제작될 수 있다. 대표적인 윙세일(72), 레벨(46) 및 모듈(42)은 도 13-18에 도시되어 있다. 윙세일(27)은 구조물을 바람을 향하여 앞으로 당김으로써 본원에서 설명된 다른 안정성 향상 장치와 함께 터빈 항력에 대응하고, 부유식 열 펌프 시스템(10)을 강풍에서 실질적으로 수직으로 유지한다.
상기 윙세일(72)은 현대적인 첨단 경주용 요트를 추진하는데 사용되는 돛과 유사하게 기능한다. 윙세일(72)의 에어포일 형상 및 방향은 타워(38)를 바람을 향하여 앞으로 당길 수 있다. 게다가, 더 큰 풍속은 집중기(66), 터빈(18) 및 상부 구조(12)에 의해 야기되는 항력 및 순풍 방향의 모멘트 단계를 증가시키지만, 더 큰 풍속은 또한 윙세일(72)에 의해 생성되는 전방 양력을 증가시켜, 바람이 해양 열 펌프 시스템(10)을 순풍 방향으로 기울이는 경향을 상쇄한다. 윙세일(72)의 트림은 수동 또는 자동으로 조정될 수 있어서, 윙세일(72)에 의해 생성된 전방 양력은 임의의 풍속에서 항력과 거의 동일하다. 상기 윙세일(72)은 전방 양력을 제공하는 것 외에도, 상당한 측방 양력을 또한 제공한다. 도 15는 타워의 일 측에 있는 윙세일(72)으로부터 측방 항력이 타워의 반대 편에 있는 윙세일(72)의 반대되는 측방 항력에 의해 상쇄되는 윙세일(72)의 배열을 도시한다.
해양 열 펌프 시스템(10)의 다양한 실시예는 열 펌프 장치(26)를 포함한다. 해양 열 펌프 시스템(10)은 임의의 알려진 열 펌프 구성 또는 미래에 잠재적으로 개발될 새로운 열 펌프 기술로 구현될 수 있다. 두 가지 대표적인 열 펌프 장치 구성은 도 19 및 도 20에 개략적으로 나타낸다. 도 19는 제1 및 제2 피스톤 (76 및 78)을 갖는 스터링 열 펌프(74)를 개략적으로 도시한다. 제1 및 제2 피스톤(76 및 78)은 해양 열 펌프 시스템(10) 실시예 또는 유사한 지상-기반 실시예에서 터빈 시스템(18)으로부터 전기에 의해 작동될 수 있는 전기 모터(80)에 의해 구동된다. 제 1 및 제2 피스톤(76 및 78)은 대안적으로 팽창 또는 압축된 작동 유체로 채워진 팽창 공간 및 압축 공간을 생성한다.
스터링 열 펌프의 팽창 쪽은 열원에 열 결합된다. 도 19의 개략적인 실시예에서, 이 열 결합은 저온 회로(82)로 식별된다. 해양 열 펌프 시스템(10)에서, 열원은 해수이고 열 펌프(74)는 수몰식 열 교환 코일(84) 어레이를 포함하는 저온 회로(82)를 사용하여 해양에 결합된다. 지상-기반 시스템에서, 땅은 열원으로 기능할 수 있다. 스터링 열 펌프(74)의 압축 쪽은 열원으로부터 추출된 열을 수용할 수 있는 재료에 열 결합된다. 도 19의 개략적인 실시예에서 이 열 결합은 고온 회로(86)로 식별된다. 해양 열 펌프 시스템(10)의 많은 실시예에서, 고온 회로는 열 저장 매체(90)와 열 접촉하는 고온 회로 열 교환 코일(88)을 포함한다. 따라서, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 해양 열 펌프 시스템(10)과 연관된 열 펌프(26)의 작동은 터빈 시스템(18)에 의해 생성된 전기를 이용하여 해양로부터 열을 추출하고 추출된 열 에너지를 열 저장 매체(90)에 저장한다.
도 20은 대안적인 열 펌프(26) 구성; 종래의 열 펌프(92)를 도시한다. 종래의 열 펌프(92)는 압축기(94) 및 팽창 밸브(96)를 사용하여 작동 유체의 팽창과 압축을 허용한다. 압축기(94)는 작동을 위하여 에너지 입력을 필요로 하고, 해양 열 펌프 시스템(10) 실시예에서, 상기 압축기(94)는 터빈 시스템(18)으로부터 전기에 의해 작동되는 전기 모터(98)에 의해 구동될 수 있다. 스터링 열 펌프(74)와 같이, 종래의 열 펌프(92)는 열원과 열 접촉하는 저온 회로(100)를 포함한다. 해양 열 펌프 시스템(10)에서, 열원은 해수이고 열 펌프(92)는 수몰식 열 교환 코일(84) 어레이를 포함하는 저온 회로(100)를 사용하여 해양에 결합된다. 해양 열 펌프 시스템(10)의 많은 실시예에서, 종래의 열 펌프(92)는 또한 열 저장 매체(90)와 열 접촉하는 고온 회로 열 교환 코일(88)을 포함하는 고온 회로(102)를 포함한다.
모터 (80, 90), 피스톤(76, 78), 압축기(94), 팽창 밸브(96) 및 유사한 장치를 포함하되 이에 제한되지 않는 모든 열 펌프 구성은 일반적으로 해양 열 펌프 시스템(10)의 베이스(40)에 장착되거나 또는 저장될 수 있다. 도 2-4의 특정 실시예에서, 열 펌프 구성 요소는 열 교환 코일(84, 88)에 연결하기 위한 적절한 배관(piping) 또는 도관(ductwork)과 함께 베이스(40)의 상부 구조(12) 내에 위치된 실질적으로 수밀 하우징(water-tight housing, 103)에 저장된다. 수몰식 열 교환 코일(84)은 해수에 침수된다. 부유식 해양 열 펌프 시스템에서, 도 2-4에 도시된 바와 같이 수몰식 저온 회로 열 교환 코일(84)은 시스템(10)의 베이스(40) 아래에 침수될 수 있다. 해안-기반 시스템에서, 저온 회로 열 교환 코일(84)은 해안에 침수되고 적절한 도관으로 베이스(40) 및 타워(38)에 연결될 수 있다. 지상- 기반 실시예에서, 저온 회로 열 교환 코일은 선택된 깊이까지 땅에 매립될 수 있다.
수몰식 저온 회로 열 교환기 코일(84)의 일 실시예는 베이스(40) 아래의 해양에 장착되는 상호 연결된 일련의 열 전도성 파이프를 포함한다. 수몰식 저온 회로 열 교환기(84)는 알루미늄, 구리, 알루미늄 또는 구리 합금, 또는 그래핀 복합재와 같은 재료로 제조될 수 있다. 적절한 열 교환 코일(84) 재료는 충분한 강도 및 높은 열 투과율을 모두 가질 수 있다. 저온 회로 열 교환기 코일(84)은 해양 열 펌프 시스템(10)이 원격 장소로 빠르게 이동할 때 물 밖으로 들어올려질 수 있는 프레임에 장착될 수 있다.
도 21-24의 실시예는 또한 노출된 표면적을 최대화하도록 구성된 파이프 또는 코일의 네트워크에 의해 정의된 고온 회로 열 교환 코일 시스템(88)을 포함하여 열 저장 매체(90)에 노출되는 표면적을 최대화한다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 고온 회로 열 교환 코일(88)은 일반적으로 온 보드 열 저장고(28), 이송 가능한 열 저장고(30), 또는 원격 열 저장고(32) 내에 위치될 수 있는 열 저장 매체(90)에 내장될 수 있다. 고온 회로 열 교환 코일(88)은 또한 충분한 강도와 높은 열 투과열을 모두 갖는 적합한 재료, 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 또는 그래핀 복합재를 포함하되 이에 제한되지 않는 복합 재료로 제조될 수 있다.
종래의 지상-기반 풍력 터빈 전기 발전 시설은 일반적으로 생성된 에너지를 저장하는 능력을 포함하지 않는다. 따라서 바람이 과도하지 않지만 충분한 속도로 불어오면 종래의 풍력 터빈은 에너지를 생성하고 전달하며 그렇지 않은 경우 터빈은 가동되지 않는다. 위에서 설명된 바와 같이, 해양 열 펌프 시스템(10) 또는 유사한 지상-기반 시스템은 터빈 시스템(18)에 의해 생성된 전기의 일부를 이용하여 열 저장 매체(90)에 저장될 수 있는 열 에너지를 해양 또는 지구로부터 추출하는 열 펌프(26)를 구동한다. 상기 열 저장 매체(90)는 열 염, 열 오일, 금속, 또는 높은 열 저장 용량을 갖는 다른 재료일 수 있다. 열 염 및 금속은 이들 물질이 가열될 때 고체에서 액체로 상이 변하여 특히 열 저장에 적합하다. 본원에 개시된 실시예는 열 펌프(26)에 의해 생성된 온도 차이가 열 저장 매체(90)에서 상 변화를 야기하기에 충분한지 여부에 관계없이 임의의 열 염 또는 다른 열 저장 재료와 함께 사용될 수 있다. 단일 단계 열 펌프(26)는 원하는 온도 차이를 생성하기에 충분하지 않다면, 일련의 열 펌프를 사용하여 원하는 온도 차이를 생성할 수 있다. 대안적으로, 터빈에 의해 제공되는 전기를 이용하는 저항 열, 집열식 태양열(concentrated solar thermal heating) 등을 포함하되 이에 제한되지 않는 보조 열원은 열 펌프 또는 일련의 열 펌프를 보조하거나 대체하도록 사용되어 열 저장 매체를 가열할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 열 저장 매체(90)는 온 보드 열 저장고(28), 개별적으로 이송 가능한 열 저장고(30) 또는 원격 열 저장고(32)에 저장될 수 있다. 임의의 타입의 열 저장 시스템은 단열되고, 열 저장 매체로 채워지며 고온 회로 열 교환 코일(88) 어레이를 수용하고, 적합한 재료, 예를 들어 스테인리스 스틸로부터 제조된 다중 컨테이너(104)를 포함할 수 있다.
비 제한적인 실시예에서, 컨테이너(104)는 67.73m3 용량을 갖는 40-피트 해상 컨테이너로 구현될 수 있다. 적합한 컨테이너(104)는 컨테이너 내에 용융 염 또는 다른 열 저장 매체를 보유하는 스테인리스-스틸 용기(stainless-steel vessel)를 포함하되 이에 제한되지 않는 다층을 가질 수 있고, 이는 단열층으로 열적으로 격리된다. 고온 열 교환 코일(88) 어레이는 열 저장 매체(90)와 열 접촉하여 컨테이너(104) 내에 위치된다. 고온 회로 열 교환 코일(88)은 열 펌프(26)의 작동을 통해 가열된 증기 또는 다른 작동 유체를 운반하여 열 저장 매체(90)로 열을 이송한다. 열이 원격 열 이용 장소(32), 지역 또는 원격 화력 발전소(32) 또는 다른 목적지에 열 저장 매체(90)로부터 추출될 때 고온 회로 열 교환 코일(88)은 또한 적절한 열 이송 유체를 전달하는데 사용된다.
일 실시예에서, 고온 회로 열 교환 코일(88)을 열 펌프(26)에 연결하거나, 또는 대안적으로 원격 목적지에서 고온 회로 열 교환 코일(88)을 연결하는데 사용되는 결합 구조물(coupling structures)은 각 컨테이너 문 뒤의 격벽(bulkhead) 또는 유사한 구조에 위치되어, 각 컨테이너(104)의 열 저장 매체(90)의 양을 최대화하고 접근이 용이하도록 한다. 보조 교반 모터는 격벽 상에 장착되어 세로 염 교반기(longitudinal salt stirrers)를 구동할 수 있어, 열 저장 매체로서 상 변화 염을 사용할 때 염 분리를 줄이거나 방지한다.
도 21-22에 도시된 바와 같이, 열 저장 컨테이너(104)는 해양 열 펌프 시스템(10)의 베이스 40) 상에, 내부에 또는 근처에 수용될 수 있다. 해양 열 펌프 시스템(10)은 일정 기간 동안 작동되어 열이 해양으로부터 열 펌프(26)를 거쳐 컨테이너(104) 내에서 열 저장 매체(90)와 열 접촉하는 열 교환 코일(88)로 전달된다. 적절한 작동 기간 후에, 열 저장 매체(90)는 충분히 가열되거나, 또는 열 저장 매체(90)가 상 변화 재료인 경우, 고체 상에서 액체 상으로 용융될 수 있다. 그리고 나서, 열 충전된 열 저장 매체(90)를 보유하는 컨테이너(104)는 크레인 또는 다른 적절한 장치를 사용하여 해양 열 펌프 시스템(10)에서 바지선, 선박, 부도 또는 육지로 이송될 수 있고 사용을 위해 원격 또는 근처 목적지로 이송될 수 있다. 예를 들어, 가열된 컨테이너는 열 작동되는 지역 또는 원격 발전소(34), 원격 직접 열 이용을 위한 장소(36), 담수 플랜트(24) 등으로 이송될 수 있다.
대안적으로, 도 23-24에 도시된 바와 같이, 열 교환 코일(88) 및 열 저장 매체(90)를 보유하는 컨테이너(104)는 해양 열 펌프 시스템(10)과 유사한 방식으로 구성된 전용 보조 이송 선박(dedicated supplemental transport vessel, 106) 상에 위치될 수 있다. 컨테이너(104) 내 열 교환 코일(88)은 임의의 적절한 도관 사용하여 해양 열 펌프 시스템(10) 상의 열 펌프(26)에 선택적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 보조 이송 선박(106)은 또한 크기, 모양 및 모 해양 열 펌프 시스템(10)에 사용되는 재료와 유사한 상부 구조(112)에 부착된 다리(108) 및 폰툰(110)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 유사하게 구성된 부유 장치를 갖는, 보조 이송 선박(106) 및 해양 열 펌프 시스템(10)은 파도와 함께 상승 및 하강하는 경향이 있고, 해양 열 펌프 시스템(10) 상 열 펌프(26)와 이송 선박(106) 상 컨테이너(104) 내 고온 열 교환 코일(88) 간 결합하는 것이 용이하다.
보조 이송 선박(106)의 컨테이너(104)에 있는 열 저장 매체(90)가 완전히 충전될 때, 보조 이송 선박(106)은 해상 열 펌프 시스템(10)에서 분리되어 가열된 컨테이너(104)를 해안 또는 다른 사용 장소로 이송할 수 있다.
대안적으로, 이송 선박(106)은 컨테이너(104) 내의 열 저장 매체(90)가 충전되는 동안 해양 열 펌프 시스템(10)과 함께 일시적으로 고정되는 종래의 바지선, 화물선 또는 기타 선박일 수 있다. 주어진 전용 또는 종래의 이송 선박(106) 상에 많은 컨테이너(104)는 고 성능 상 변화 염, 예를 들어 염화 마그네슘 6수화물 MgCl2.6H2O 로 채워질 수 있다. 열 펌프 시스템은 바다의 온도 및 염을 녹이는데 필요한 온도에 따라, 상대적으로 높은 성능 계수(COP), 예를 들어, 4의 COP를 가질 수 있다. 따라서, 터빈(18)에 의해 생성되고 스터링 열 펌프를 사용하여 바다로부터 열을 수확하는데 사용되는 전기 1kWh 마다 4kWh의 열이 수확될 수 있다.
이송 선박(106) 상의 하나 이상의 추가 컨테이너(104)는 비교적 높은 온도에서 녹는 일반적인 열 염으로 채워질 수 있다. 이러한 컨테이너(104)는 열 사용 목적지로의 이송 중 뜨겁고 용융된 상 변화 재료를 보유하는 다른 컨테이너를 유지하기 위해 사용될 수 있다.
열 사용 목적지에서, 바다에서 수확된 열 에너지는 열로 직접 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 도시에는 규모가 크거나 작은 구역 또는 지역 냉난방 시스템을 가진다. 미국에서 가장 큰 열 분배 시스템은 뉴욕 맨해튼에 있다. 맨해튼의 시스템은 도로 아래 증기 라인을 특징으로 하고 이는 겨울에 건물을 데우고 여름에 흡수식 냉각기를 사용하여 건물을 식히는데 사용된다.
이 기존 열 분배 시스템은 개시된 해양 열 펌프 시스템(10)으로 향상될 수 있다. 개시된 시스템(10)은 예를 들어 뉴욕의 항구 또는 근처에 배치될 수 있고, 뉴욕시에 증기를 공급하는 종래의 통합 에디슨 열 그리드로 열을 펌프할 수 있다. 개시된 장치는 바다에서 쉽게 이동할 수 있기 때문에, 풍력 열 펌핑 플랜트(wind powered heat pumping plants)은 항구에서 해안 더 위로 바람이 더 강하거나 더 일관된 장소에 배치될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예는 또한 기존 보다 새로 지어진 구역 또는 지역 열 분배 시스템 에 열을 공급하는데 사용될 수 있지만, 일반적으로 해안 도시에서는 반드시 그렇지 않다. 대안적으로, 이송 선박(106) 또는 해양 열 펌프 시스템(10)으로부터 직접 도관은 가열된 열 저장 매체를 지역 또는 원격 화력 발전소(34), 담수 플랜트(24), 또는 저장된 열을 이용하도록 구성된 유사한 플랜트 또는 공장으로 이송할 수 있다. 지역 또는 원격 화력 발전소(34)는 종래의 증기 구동 터빈, 스터링 열 엔진, 또는 입력 에너지 원으로서 열을 사용하여 발전기를 구동하도록 구성된 다른 장치를 포함할 수 있다.
전기 구동 열 펌프로부터 열 에너지의 직접 사용은 확대 효과를 발생한다. 해양으로부터 열을 사용하는 해양-기반 시스템은, 시스템이 NY 항구에 위치한다고 가정할 때, 1kWh의 풍력 에너지 마다 2.73kWh의 열 에너지를 펌프할 수 있다. 만약 이 2.73kWh의 열 에너지가 50%의 효율을 가진 발전기를 구동하는 근처 또는 원격 스터링 엔진에 공급되면 그 결과로 발생하는 전기 에너지의 양은 1.365kWh이고, 36.5% 증가한다. 지하 열을 사용하는 지상-기반 시스템은 지하 열 교환 코일의 온도가 일반적으로 10 C 인 장소에서 1kWh의 풍력 에너지 마다 2.75kWh의 열이 발생한다. 만약 이 2.75kWh의 열이 50% 효율의 발전기를 구동하는 스터링 엔진에 공급되면 그 결과로 발생하는 전기 에너지의 양은 1.375kWh이고, 37.5% 증가한다. 이러한 출력 에너지의 증가는 열원, 구체적으로 바다나 지상에서 끌어온 열 에너지의 효과적인 사용으로부터 발생한다. 열 펌핑 시스템의 기본 물리학은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 예를 들어, Macomber, "The Basic Physics of Heat Pumps" 2002,는 위에서 설명된 전력 확대 효과를 뒷받침하기 위해 본원에서 참조로 포함된다.
본원에서 상세히 설명된 하나의 에너지 저장 방법은 열 저장 매체에 열을 직접 저장하는 것을 포함한다. 다른 에너지 저장 방법은 본원에서 설명된 시스템 실시예와 함께 사용하도록 개조될 수 있다. 예를 들어, 터빈(18)은 전기 배터리를 충전하는데 사용될 수 있다. 지상 또는 해양 기반에 의해 제조된 전기는 전기 펌프를 구동하여 물을 높은 저장 탱크 또는 저수지로 펌핑하는 전기 펌프를 구동하는데 사용될 수 있고, 이에 따라 위치 에너지(potential enegy)를 저장한다. 유사하게, 풍력 터빈 시스템은 무거운 무게를 들어서 초과 에너지를 나중에 전력이 필요할 때 사용하는 위치 에너지로 변환함으로써 전력 그리드의 요구를 초과하는 에너지가 풍부한 경우 초과 에너지를 저장할 수 있다. 요청에 따라, 무거운 무게가 천천히 내려갈 수 있고 이로 인해 무거운 무게가 들어올릴 때 케이블을 감싸는데 사용되는 회전 케이블 드럼에 기계적으로 연결된 발전기를 가동할 수 있다.
개시된 실시예의 추가적인 이점은 긍정적인 환경 영향이다. 열 에너지는 기후 변화의 영향에 대응하여 바다에서 열 에너지를 추출할 수 있다. 게다가, 수확된 열은 화석 연료를 태우지 않고도 집, 사무실 건물 또는 다른 구조물을 난방 및 냉방 하는데 사용될 수 있다. 따라서, 해양 열 펌프 시스템(10)은 기후 변화로 인한 해양 난방을 상쇄하는 동시에 열 에너지로 무 방출(emission-free) 전력을 발생시키는 역할을 한다.
대안적인 실시예는 본원에서 설명된 장치를 사용하여 바다에서 열을 추출하는 전력 생성 방법을 포함한다. 다른 실시예는 본원에서 개시된 바와 같이 부유식 터빈 시스템을 지지, 이동 및 안정화하는 방법을 포함한다. 또 다른 실시예는 바다로부터 열을 추출하고 본원에서 설명된 장치를 사용하여 열을 저장 또는 운반하는 방법을 포함한다.
다양한 실시예의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었지만 본 발명을 개시된 형태로 완전하게 또는 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 다음 청구항의 범위에 의해서만 제한된다. 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 도면에 설명되고 도시된 실시예는 본 발명의 원리, 실제 적용, 및 고려된 특정한 용도에 적합하도록 다양한 수정 사항을 갖는 다양한 실시예에 대한 본 발명을 당업자가 이해할 수 있도록 선택되고 설명되었다. 본원에서 인용된 모든 참조 문헌은 그 전체가 참조로 포함된다.

Claims (40)

  1. 상부 구조;
    상기 상부 구조에 의해 지지되는 풍력 터빈;
    상기 상부 구조에 의해 지지되고 상기 풍력 터빈에 기계적으로 연결된 발전기; 및
    상기 상부 구조에 의해 적어도 부분적으로 지지되고, 열원과 열 접촉하는 저온 회로 열 교환기를 포함하는 열 펌프를 포함하고,
    상기 풍력 터빈의 바람에 의한 회전은 발전기가 전기를 생성하게 하며,
    상기 열 펌프는 발전기에 의해 생성된 전기에 의해 작동되도록 구성되는 열 펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조는 복수의 상호 연결된 공간 프레임 모듈을 포함하는 열 펌프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조는 베이스 부; 및 상기 베이스 부로부터 위쪽으로 연장되는 타워 부를 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조는 부유식 상부 구조를 포함하고, 상기 열원은 해수인 열 펌프 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조는 지상에 장착되고, 상기 열원은 지하에 있는 열 펌프 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 상부 구조는 상기 베이스로부터 아래쪽으로 지지되는 복수의 다리; 및 상기 베이스 반대 편의 복수의 다리에 부착된 복수의 폰툰(pontoon)을 포함하는 부력 시스템에 의해 지지되는 열 펌프 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 부력 시스템은 적어도 하나의 다리와 작동 가능하게 연관된(operatively associated) 하나 이상의 플런지 저항 링(plunge resistant rings)을 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 부력 시스템은 상기 베이스와 작동 가능하게 결합된 하나 이상의 보조 부력 탱크(supplemental buoyancy tanks)를 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 복수의 상부 구조, 다리, 복수의 폰툰, 플런지 저항 링, 및 보조 부력 탱크 중 적어도 하나는 그래핀 복합 재료를 포함하는 열 펌프 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조에 의해 지지되는 풍력 터빈 어레이(array of wind turbines)를 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 풍력 터빈 어레이의 역풍 방향으로(upwind) 작동 가능하게 위치되는 풍력 집중기 어레이(array of wind concentrators)를 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 하나 이상의 풍력 집중기는 평면(plan view)에서 볼 때 쐐기형 프로파일(wedge-shaped profile)을 포함하고, 풍력 터빈 어레이의 각 풍력 터빈은 인접한 집중기의 순풍 방향(downwind) 쪽에 의해 정의된 목 부분(throat portion)에 인접하게 위치되는 열 펌프 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서, 풍력 집중기 어레이 중 적어도 하나의 풍력 집중기는 그래핀 복합 재료를 포함하는 열 펌프 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조에 의해 지지되는 윙세일 어레이(array of wing sails)를 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 윙세일 어레이 중 적어도 하나의 윙세일은 에어포일 프로파일(airfoil profile)을 포함하는 열 펌프 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 윙세일 어레이 중 적어도 하나의 윙세일은 그래핀 복합 재료를 포함하는 열 펌프 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조는
    베이스 부; 및
    상기 베이스 부로부터 위쪽으로 연장되는 타워 부를 포함하고;
    상기 타워 부는
    풍력 터빈의 행(row); 및
    상기 풍력 터빈의 행으로부터 분리된 윙세일의 행을 지지하는 열 펌프 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 열 펌프는 스터링 열 펌프(Stirling heat pump)인 열 펌프 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 열 펌프와 열적 연통(thermal communication)하고, 열 저장 재료와 추가로 열적 연통하는 고온 회로 열 교환기를 추가로 포함하는 열 펌프 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 열 저장 재료는 상 변화 재료인 열 펌프 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 열 저장 재료는 염인 열 펌프 시스템.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 고온 회로 열교환기는 이송 컨테이너(transportable container) 내에 위치되는 열 펌프 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 이송 컨테이너는 열 펌프로부터 이격되어 별도로 이동 가능한 이송 수단 상에 위치되는 열 펌프 시스템.
  24. 베이스 부; 및 상기 베이스 부로부터 위쪽으로 연장되는 타워 부를 포함하는 상부 구조를 포함하고;
    상기 타워 부는 풍력 터빈의 어레이; 및
    상기 상부 구조에 의해 지지되고, 상기 풍력 터빈 어레이 중 적어도 하나의 풍력 터빈과 기계적으로 연결되는 적어도 하나의 전기 발전기를 지지하며,
    상기 풍력 터빈의 바람에 의한 회전은 전기 발전기가 전기를 생성하게 하는 풍력 터빈 발전 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 풍력 터빈 어레이의 역풍 방향으로 작동 가능하게 위치되는 풍력 집중기 어레이를 추가로 포함하는 풍력 터빈 발전 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 하나 이상의 집중기는 평면에서 볼 때 쐐기형 프로파일을 포함하고, 풍력 터빈 어레이의 각 풍력 터빈은 인접한 집중기의 순풍 방향 쪽에 의해 정의된 목 부분에 인접하게 위치되는 풍력 터빈 발전 시스템.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 풍력 집중기 어레이 중 적어도 하나의 풍력 집중기는 그래핀 복합 재료를 포함하는 풍력 터빈 발전 시스템.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 상부 구조의 타워 부에 의해 지지되는 윙세일 어레이를 추가로 포함하고,
    상기 윙세일 어레이는 풍력 터빈 어레이로부터 분리되는 풍력 터빈 발전 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 윙세일 어레이 중 적어도 하나의 윙세일은 에어포일 프로파일을 포함하는 풍력 터빈 발전 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 윙세일 어레이 중 적어도 하나의 윙세일은 그래핀 복합 재료를 포함하는 풍력 터빈 발전 시스템.
  31. 상부 구조;
    상기 상부 구조에 의해 지지되는 풍력 터빈;
    상기 상부 구조에 의해 지지되고 풍력 터빈에 기계적으로 연결된 전기 발전기를 포함하고;
    상기 풍력 터빈의 바람에 의한 회전은 전기 발전기가 전기를 생성하게 하며,
    상기 상부 구조는 복수의 상호 연결된 공간 프레임 모듈을 포함하는 발전 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 전기 에너지는 다음 중 적어도 하나로 변환되고 저장되는 발전 시스템:
    열 저장 매체 내의 열로
    배터리 내 화학 에너지
    질량을 증가시켜 저장되는 위치 에너지.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 상부 구조에 의해 지지되는 풍력 터빈은 다리우스 터빈(Darrieus turbines)인 발전 시스템.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항의 장치를 제공하는 단계;
    바람이 많이 부는 장소에 상기 장치를 배치하여 적어도 하나의 풍력 터빈이 발전기를 작동시켜 전기를 생성하게 하는 단계를 포함하는 전기 생성 방법.
  35. 제 1 항 내지 제23항 중 어느 한 항의 장치를 제공하는 단계;
    바람이 많이 부는 장소에 상기 장치를 배치하여 적어도 하나의 풍력 터빈이 발전기를 작동시켜 전기를 생성하게 하는 단계;
    생성된 전기의 일부를 열 펌프로 연통하는 단계; 및
    열 펌프와 열적 연통하는 저온 루프를 통해 열원에서 열을 추출하는 단계를 포함하는 열원으로부터 열을 추출하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 열원은 염인 열원으로부터 열을 추출하는 방법.
  37. 제 35 항에 있어서 상기 열원은 지하에 있는 열원으로부터 열을 추출하는 방법.
  38. 제 1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항의 장치를 제공하는 단계;
    바람이 많이 부는 장소에 상기 장치를 배치하여 적어도 하나의 풍력 터빈이 발전기를 작동시켜 전기를 생성하게 하는 단계;
    생성된 전기의 일부를 열 펌프로 연통하는 단계;
    열 펌프와 열적 연통하는 저온 루프를 통해 열원에서 열을 추출하는 단계; 및
    열 펌프와 연통하는 고온 루프와 열적 연통하는 열 에너지 저장 매체를 가열하는 단계를 포함하는 열 에너지 저장 방법.
  39. 제 1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항의 장치를 제공하는 단계;
    바람이 많이 부는 장소에 상기 장치를 배치하여 적어도 하나의 풍력 터빈이 발전기를 작동시켜 전기를 생성하게 하는 단계;
    생성된 전기의 일부를 열 펌프로 연통하는 단계;
    열 펌프와 열적 연통하는 저온 루프를 통해 열원에서 열을 추출하는 단계;
    열 펌프와 연통하는 고온 루프와 열적 연통하는 열 에너지 저장 매체를 가열하는 단계; 및
    열 펌프로부터 이격되도록 열 에너지 저장 매체를 이송하는 단계를 포함하는 열 에너지 이송 방법.
  40. 제 1 항 내지 제33항 중 어느 한 항의 장치를 제공하는 단계;
    바람이 많이 부는 장소에 상기 장치를 배치하여 적어도 하나의 풍력 터빈이 발전기를 작동시켜 전기를 생성하게 하는 단계;
    상기 생성된 전기의 일부를 다음 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 저장 장치로 연통하는 단계를 포함하는 에너지 저장 방법:
    전기 배터리;
    무게를 들어올리도록 구성된 전기 모터.


KR1020217001469A 2018-06-18 2019-06-18 풍력 터빈, 열 펌프, 에너지 저장, 및 열 이송 시스템 및 방법 KR20210022665A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862686525P 2018-06-18 2018-06-18
US62/686,525 2018-06-18
PCT/US2019/037772 WO2019246128A1 (en) 2018-06-18 2019-06-18 Wind turbine, heat pump, energy storage, and heat transport system and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210022665A true KR20210022665A (ko) 2021-03-03

Family

ID=68984353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217001469A KR20210022665A (ko) 2018-06-18 2019-06-18 풍력 터빈, 열 펌프, 에너지 저장, 및 열 이송 시스템 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210199091A1 (ko)
EP (1) EP3807531A4 (ko)
JP (1) JP2021533320A (ko)
KR (1) KR20210022665A (ko)
CN (1) CN112654783A (ko)
AU (1) AU2019288294A1 (ko)
WO (1) WO2019246128A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102689864B1 (ko) * 2023-12-22 2024-07-31 한국해양과학기술원 고온 열에너지 저장 시스템을 이용한 암모니아 생산 해상 설비 시스템 및 생산 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11549485B1 (en) * 2021-05-04 2023-01-10 Clay Plemmons Windmill

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4159427A (en) * 1975-12-23 1979-06-26 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung Apparatus for utilizing natural energies
US4433552A (en) * 1982-05-20 1984-02-28 Smith Raymond H Apparatus and method for recovering atmospheric moisture
JP2003083230A (ja) * 2001-09-14 2003-03-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車発電装置及び風車プラントとそれらの運転方法
JP2003172245A (ja) * 2001-12-03 2003-06-20 Koji Iizuka 風 車
JP2004069197A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Jmc Geothermal Engineering Co Ltd 自然エネルギー・地中熱併用システムおよびその運転方法
HUP0400507A2 (hu) * 2004-03-03 2005-11-28 Gábor Göde Berendezéscsoport és eljárás villamosárammal történő hőenergia tárolására
JP2006070775A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 Akimori Taniguchi 台船型プラント方式による風力発電を活用、海水を電気分解し、水素を生産する方法。
CN101000184A (zh) * 2007-01-04 2007-07-18 陈晓通 联合聚风超大功率风力热泵机组
CN101126377A (zh) * 2007-10-08 2008-02-20 陈晓通 联合聚风极大功率风力发电机组
US20090094981A1 (en) * 2007-10-12 2009-04-16 General Electric Company Wind turbine geothermal heating and cooling system
CN101158522A (zh) * 2007-11-21 2008-04-09 陈晓通 风力热泵及其供热、制冷、净水、干燥系统
CN101544270A (zh) * 2008-03-26 2009-09-30 吴植融 带水下储罐的浮式平台
CN101334221A (zh) * 2008-07-29 2008-12-31 陈晓通 巨能风力热泵与热电厂联产系统
US8536720B2 (en) * 2009-04-23 2013-09-17 Windstream Technologies, Inc. Modular wind energy unit with simple electrical connections
WO2011004472A1 (ja) * 2009-07-08 2011-01-13 三菱重工業株式会社 風力発電装置
US7851935B2 (en) * 2009-08-11 2010-12-14 Jason Tsao Solar and wind energy converter
US7937955B2 (en) * 2010-01-08 2011-05-10 Jason Tsao Solar and wind hybrid powered air-conditioning/refrigeration, space-heating, hot water supply and electricity generation system
GB2476814A (en) * 2010-01-11 2011-07-13 Dimitar Ivanov Atanasov Wind turbine associated with heat pump
JP5682041B2 (ja) * 2011-05-23 2015-03-11 永田　龍彦 自己安定型垂直軸風車と浮体式洋上風力発電システムと浮力構造システム
JP5864307B2 (ja) * 2012-03-02 2016-02-17 株式会社日立製作所 ダウンウィンドロータ型風力発電装置
ES2527360B2 (es) * 2014-06-26 2015-06-23 Enrique GONZÁLEZ BLANCO Generador eólico oscilante neumático
CN104559669A (zh) * 2015-01-09 2015-04-29 上海大学 应用于海洋船舶的石墨烯有机防腐蚀涂料
KR101760501B1 (ko) * 2016-06-02 2017-07-24 이재윤 부양식 풍력 발전장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102689864B1 (ko) * 2023-12-22 2024-07-31 한국해양과학기술원 고온 열에너지 저장 시스템을 이용한 암모니아 생산 해상 설비 시스템 및 생산 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019246128A1 (en) 2019-12-26
EP3807531A1 (en) 2021-04-21
EP3807531A4 (en) 2022-02-23
JP2021533320A (ja) 2021-12-02
US20210199091A1 (en) 2021-07-01
CN112654783A (zh) 2021-04-13
AU2019288294A1 (en) 2021-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1483502B1 (en) Offshore wind turbine
US7329099B2 (en) Wind turbine and energy distribution system
US20070138021A1 (en) Maritime hydrogen generation system
US9303619B2 (en) Hydrokinetic energy conversion system with buoyancy and ballast controls to harness underwater currents for the generation of electrical power
US20150321739A1 (en) Marine subsurface data center vessel
TWI548810B (zh) 安裝及維護水流電源產生系統之方法及構件
WO2009131460A2 (en) Wind energy system
CN101779035A (zh) 从水下水流产生电能的装置和方法
JP2019513605A (ja) 再生可能なエネルギバージ船
KR20210022665A (ko) 풍력 터빈, 열 펌프, 에너지 저장, 및 열 이송 시스템 및 방법
JP2013002399A (ja) 風力の一部を風上への推進力に利用することで、海底に係留しなくても風に流されない洋上風力発電用風車。
CN203175763U (zh) 一种水陆两用风帆式风力发电机
KR102692656B1 (ko) 전력 발전 및/또는 저장 장치
US9546643B2 (en) Revolving overhead windmill
JPWO2019246128A5 (ko)
JP2013199257A (ja) 洋上プラットホームによる電力生産システム
US9181102B2 (en) Method for producing crystallized salt and bittern with a system through the evaporation process
SK822022U1 (sk) Multirotorový veterno-energetický systém
WO2024074767A1 (en) Free-floating wind turbine and wind farm comprising a plurality of the same
JP2007239725A (ja) バルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電とスクリュー発電の併設システム