KR20220027229A - 중력-기반 에너지 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

에너지 저장 시스템 및 방법이 제공되며, 이러한 에너지 저장 시스템 및 방법은, 중력-기반 에너지 저장소가, 주어진 자본 비용에 대해 단일 샤프트 내에 훨씬 더 큰 용량을 가질 수 있게 하고, 이에 따라 대규모 에너지 저장을 위한 단위 에너지당 향상된 비용을 가질 수 있게 하고, 뿐만 아니라 시스템의 에너지 용량의 범위에 걸쳐 외부 연결 지점에서 전력 입력 및 출력의 연속성을 가능하게 한다. 에너지 저장 시스템 및 방법에는 복수-중량체 저장 시스템이 포함되고, 이러한 복수-중량체 저장 시스템은, 적어도 두 개의 중량체들과; 두 개의 운송기들과, 여기서 두 개의 운송기들 각각은, 각각의 중량체에 결합될 수 있고 각각의 중량체로부터 분리될 수 있는 운송기 링크부를 가지며, 그리고 각각의 경로 체적을 정의하며 수직 변위를 정의하는 미리-정의된 경로를 따라 중량체를 운송하기 위한 것이고; 그리고 각각의 미리-정의된 수직으로 변위되는 경로를 따라 전개되거나 스위핑되며 중량체로부터 분리되는 제2 링크부의 면적에 의해 정의되는 제2 링크부 경로 체적을 포함하고, 여기서 제2 링크부 경로 체적은 제1 경로 체적과 중첩되지 않는다.

Description

중력-기반 에너지 저장 시스템

본 발명은 일반적으로 에너지 저장의 분야에 관한 것이고, 특히 중량체(weight)들을 사용하는 중력-기반 에너지 저장(gravity-based energy storage)을 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.

중력-기반 에너지 저장 시스템들은, 신뢰할 수 있고, 매우 긴 주기의 수명에 걸쳐 동작할 수 있고, 고효율을 나타내는 에너지 저장 및 전력망 균형화(grid balancing)의 하나의 방법으로서 점점 인식되고 있다. 또한 중력에 의존하는 대규모 양수-발전(pumped-hydro)이 잘 알려져 있지만, 최근 중량체 및 샤프트(shaft), 특히 중량체 및 케이블(cable) 시스템들에서의 혁신으로 인해, 고형 중량체들을 사용하는 에너지 저장이 개선되고 있으며, 뿐만 아니라 지역 및 전국 전력망 필요를 충족시키기 위한 에너지 용량에서의 이점이 제공되고, 응답 시간이 향상된다.

예를 들어, WO-A-2014/131806 및 WO-A-2018/134620은 외부 전력 시스템으로부터의 에너지를 일시적으로 저장하고 필요할 때 외부 전력 시스템에 공급하기 위해 샤프트 내에서 중량체들을 상승시키고 하강시키기 위한 윈치 및 케이블 설비(winch and cable arrangement)들의 사용을 설명한다.

에너지 용량을 증가시키고 (샤프트들 및 토지 비용에 더 적은 자본 지출을 갖는) 경계적 효율을 향상시키기 위해 단일 샤프트 내에 복수의 중량체들이 사용되는 여러 시스템들이 존재한다. 예를 들어, US-A-2015/0048622는 증가된 용량의 에너지 저장을 제공하기 위해 복수의 중량체들을 사용하는 여러 가지 실시예들을 설명한다. 유사하게, DE-A-4135440은 상부 및 하부에 외부 저장소를 갖는 단일 샤프트 내의 복수-중량체 설비를 예시한다. 이러한 복수 중량체 및 케이블 중력-기반 에너지 저장 시스템들은 특정 단점으로 인해 어려움을 겪고 있는데, 이러한 단점은 이들이 증진된 에너지 용량을 갖는 반면, 이들은 전체 에너지 용량을 저장(혹은 충전)하고 방출하는 동안 전력 입력 또는 출력에서 불연속성(discontinuity)을 겪게 된다는 것이다. 불연속성은, 개개의 중량체들의 수직 운송에서 끝 지점들의 존재, 및 후속하는 중량체로의 연결을 위한 관련된 케이블 분리 및 케이블 이동의 결과이며, 중량체가 자신의 경로의 끝에 접근함에 따라 중량체의 운송이 감속되어야 하기 때문이다.

경제적으로 유리하고 외부 전력 시스템으로부터 고품질의 전력을 수신하거나 외부 전력 시스템으로 공급하기 위해, 에너지 저장 시스템은 큰 에너지 용량 및 이러한 용량에 걸쳐 지속적인 입력/출력을 유리하게 제공하고 있다.

본 발명자들은 기존 기술의 단점을 해결하는 에너지 저장 시스템들에서의 개선점을 확인했다.

케이블 및 중량체 중력-기반 시스템들을 통해 더 큰 용량 및 더 높은 품질의 에너지 저장을 더 비용 효율적으로 제공하기 위해 에너지 저장 시스템들을 개선할 필요가 있다.

복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템들의 전체 에너지 용량이 외부 시스템 연결 지점에서 중단 또는 불연속 없이 전력을 수용하고/하거나 전달할 수 있게 하는 에너지 저장 시스템들을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템이 제공되고, 이러한 에너지 저장 시스템은,

제1 중량체와;

제2 중량체와;

제1 운송기(transporter)로서, 제1 운송기는 제1 중량체를 제1 운송기에 기계적으로 링크(link)시키기 위해 제1 중량체에 결합(couple)될 수 있고 제1 중량체로부터 분리(decouple)될 수 있는 제1 운송기 링크부(transporter linkage)를 포함하며, 제1 운송기는 제1 상위 위치(upper position)와 제2 하위 위치(lower position) 사이에서 수직 변위(vertical displacement)를 정의하는 제1 미리-정의된 경로를 따라 제1 중량체를 운송하도록 구성되며;

제2 운송기로서, 제2 운송기는 제2 중량체를 제2 운송기에 기계적으로 링크시키기 위해 제2 중량체에 결합될 수 있고 제2 중량체로부터 분리될 수 있는 제2 운송기 링크부를 포함하며, 제2 운송기는 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 변위를 정의하는 제2 미리-정의된 경로를 따라 제2 중량체를 운송하도록 구성되며;

제1 경로 체적(path volume)으로서, 제1 미리-정의된 경로를 따라 전개(develop)되거나 스위핑(sweep)되는 제1 운송기 링크부와 결합된 제1 중량체에 의해 정의되는 제1 경로 체적(path volume)과;

제2 경로 체적으로서, 제2 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되는 제2 운송기 링크부와 결합된 제2 중량체에 의해 정의되는 제2 경로 체적과, 제2 경로 체적의 적어도 일부분은 제1 경로 체적과 중첩(overlap)되며; 및

제2 링크부 경로 체적(linkage path volume)으로서, 상위 위치와 하위 위치 사이에서 각각의 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되며 중량체로부터 분리되는 제2 링크부에 의해 정의되는 제2 링크부 경로 체적(linkage path volume)을 포함하고, 제2 링크부 경로 체적은 제1 경로 체적과 중첩되지 않는다.

본 발명의 제2 실시형태에서는, 앞에서 정의된 바와 같은 시스템을 사용하는 에너지 저장의 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 실시형태에서는, 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템에서의 에너지 저장 방법으로서, 시스템의 전체 에너지 용량(full energy capacity)에 걸쳐 중단 또는 불연속 없이 시스템에 대한 전력 입력 및/또는 출력의 연속성(continuity)을 제공하기 위한 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 앞에서 정의된 바와 같은 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 포함하고, 이러한 방법은 또한, 에너지 저장 시스템을 동작시켜, 시스템에 대한 전력 입력/출력 요구들에 따라 연속하는 중량체들을 상승 및 하강시키게 하고, 시스템이, 중량체가 자신의 경로의 끝단(extremity)에 접근함에 따라 중량체의 상승 또는 하강의 속도를 감소시키고, 제1 중량체가 느려지고 자신의 경로의 끝에서 멈춤으로 인한 전력 입력/출력에서의 감소를 보상하도록 또 하나의 다른 중량체 이동을 시작하도록 하는 것을 포함하여, 이로써 시스템으로부터의 입력/출력이, 적어도 두 개의 연속하는 중량체들의 상승 또는 하강의 기간 동안 지속적으로, 필요한 전력으로 제공될 수 있게 된다.

본 발명의 제4 실시형태에서는, 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템에서의 에너지 저장 방법이 제공되고, 시스템은 운송기들을 통해 각각의 미리-정의된 경로들을 따라 상승 및 하강되도록 구성된 적어도 두 개의 중량체들을 포함하고, 이러한 시스템은, 외부 시스템으로부터의 과다 에너지의 저장 또는 외부 시스템으로의 에너지의 방전에 대한 요구에 응답하여, 운송기들의 동작 및 중량체들의 이동을 제어하기 위한 제어기를 포함하고, 방법은, 단기간 증가된 전력 입력/출력을 제공하기 위해서, 적어도 두 개의 중량체들을 이들의 미리-정의된 경로들을 따라 동시에 이동시키는 것을 포함한다.

본 발명의 제5 실시형태에서는, 앞에서 정의된 바와 같은 복수-중량체 에너지 저장 시스템에서의 에너지의 지속적인 충전 또는 방전을 위한 제어 시스템이 제공된다.

본 발명의 제6 실시형태에서는, 윈치 및 케이블 구성체(winch and cable configuration)가 제공되고, 이러한 윈치 및 케이블 구성체는, 윈치, 단일 케이블, 및 설비의 하위 끝단에서의 도르래 설비(sheave arrangement)를 포함하고, 케이블은, 두 개의 윈치들 간의 속력 제어(speed control)에서의 차이들을 흡수하기 위해서, 도르래 설비의 두 개의 도르래들 둘레로 돌도록 구성된다.

본 발명의 제7 실시형태에서는, 청구범위의 제1항의 에너지 저장 시스템을 위한 샤프트 내에 하중 지지 현수 플랫폼(load bearing suspended platform)을 제공하기 위한 현수 플랫폼 시스템(suspended platform system)이 제공되고, 이러한 시스템은, 플랫폼 요소(platform element)와; 플랫폼 요소와 맞물리며 플랫폼 요소가 현수되게 하는 복수의 현수 부재(suspension member)들과; 및 플랫폼 요소에 대해 상승된 위치에서 현수 부재들을 정착(anchoring)시키기 위한 정착 기구(anchoring mechanism)를 포함한다.

본 발명의 에너지 저장 시스템은, 중력-기반 에너지 저장소가, 주어진 자본 비용에 대해 단일 샤프트 내에 훨씬 더 큰 용량을 가질 수 있게 하고, 이에 따라 대규모 에너지 저장을 위한 단위 에너지당 비용을 향상시킬 뿐만 아니라 시스템의 에너지 용량의 범위에 걸쳐 외부 연결 지점에서 전력 입력과 출력의 연속성을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 일 실시예를 사시도로 예시하고;
도 2는 본 발명의 실시예의 에너지 저장 시스템을 측면도로 예시하고;
도 3은 윈치들의 설비를 보여주는 본 발명의 에너지 저장 시스템의 실시예를 사시도로 예시하며;
도 4는 갠트리 저장 설비(gantry storage arrangement)를 보여주는 본 발명의 에너지 저장 시스템의 실시예를 사시도로 예시하며;
도 5a 내지 도 5g는, 본 발명의 시스템의 실시예에 따른, 분리된 구성 및 맞물려진 구성에서 운송기 링크부의 중량체 맞물림 및 분리 기전을 정면도, 측면도, 단면도, 및 사시도로 예시하고;
도 6은 도 5a 내지 도 5g의 운송기 링크부를 절단 사시도로 예시하고;
도 7은 가까운 측면 도킹(near side docking)을 예시하기 위해 투명하게 도 5 및 도 6의 운송기 링크부를 사시도로 예시하고;
도 8a 내지 도 8e는 사용 중 본 발명의 실시예의 시스템을 예시하는 일련의 단계들을 측면 절단도로 예시하고; 그리고
도 9는 에너지 저장 시스템의 또 하나의 다른 실시형태 및 바람직한 실시예의 현수 중량체 지지 시스템(suspended weight support system)의 사시도이다.

본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것이고, 여기서 에너지 저장 시스템은 복수-중량체 중력 기반 에너지 저장 시스템이다. 시스템은 적어도 제1 중량체 및 제2 중량체를 포함하고, 그리고 바람직하게는 제3 중량체 및 선택적인 추가 중량체들을 가질 수 있다. 시스템은, 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 변위를 정의하는 제1 미리-정의된 경로를 따라 제1 중량체를 운송하도록 구성된 제1 운송기와, 각각의 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 변위를 정의하는 제2 미리-정의된 경로를 따라 제2 중량체를 운송하도록 구성된 제2 운송기를 포함한다. 제1 운송기는 제1 중량체를 제1 운송기에 기계적으로 링크시키기 위해 제1 중량체에 결합될 수 있고 제1 중량체로부터 분리될 수 있는 제1 운송기 링크부를 포함한다. 제2 운송기는 제2 중량체를 제2 운송기에 기계적으로 링크시키기 위해 제2 중량체에 결합될 수 있고 제2 중량체로부터 분리될 수 있는 제2 운송기 링크부를 포함한다.

제1 경로 체적이, 제1 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되는 제1 운송기 링크부와 결합된 제1 중량체에 의해 정의된다. 제2 경로 체적이, 제2 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되는 제2 운송기 링크부와 결합된 제2 중량체에 의해 정의된다. 제2 링크부 경로 체적이, 상위 위치와 하위 위치 사이에서 각각의 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되며 중량체로부터 분리되는 제2 링크부에 의해 정의된다. 경로 체적들은, 물품(article)(예컨대, 제1 중량체, 제1 운송기 링크부, 제2 중량체, 제2 운송기 링크부 또는 중량체와 운송기 링크부 함께)이 미리-정의된 경로를 따라 스위핑되는 경우 미리-정의된 경로의 길이방향 축의 관점에서 볼 때, 포함되는 각각의 2차원 면적으로서 고려될 수 있다. 일부 경우들에서, 그리고 바람직한 실시예에서, 이러한 포함되는 각각의 2차원 면적은 최대 단면적이고, 그리고/또는 경로 체적은 각각의 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되는 최대 단면적으로서 고려될 수 있다.

본 발명의 시스템에서, 제2 경로 체적의 적어도 일부분은 제1 경로 체적과 중첩되고, 그리고 제2 링크부 경로 체적은 제1 경로 체적과 중첩되지 않는다.

제1 링크부 경로 체적은 바람직하게는, 상위 위치와 하위 위치 사이에서 각각의 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되며 중량체로부터 분리되는 제1 링크부에 의해 정의된다. 제1 링크부 경로 체적은 바람직하게는, 제2 경로 체적과 중첩되지 않는다.

바람직하게는, 시스템은 적어도 3개의 중량체들, 더 바람직하게는 3개보다 많은 중량체들, 예를 들어, 적어도 5개의 중량체들, 바람직하게는 적어도 10개의 중량체들, 그리고 선택에 따라서는 적어도 20개의 중량체들, 예컨대, 최대 50개의 중량체들을 포함한다. 중량체들의 적절한 수는 샤프트의 깊이, 중량체들의 크기, 그리고 원하는 에너지 용량에 의존할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 6개 내지 20개의 중량체들을 포함한다. 또 하나의 다른 실시예에서, 시스템은 15개 내지 50개의 중량체들을 포함한다.

따라서, 바람직하게는, 에너지 저장 시스템은 또한, 제3 중량체 및 선택에 따라서는 추가 중량체들을 포함하며, 여기서 제1 운송기 및/또는 제2 운송기는, 각각의 기계적 링크부들이 고정(secure)되도록 제3 중량체 및 선택적인 추가 중량체들 각각에 결합될 수 있고, 그리고 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 변위를 정의하는 제3 미리-정의된 경로 또는 추가적인 미리-정의된 경로들을 따라 제3 중량체 및 선택적인 추가 중량체들을 운송하도록 구성될 수 있다. 각각의 제3 경로 체적 및 추가 경로 체적들이, 각각의 미리-정의된 경로들을 따라 전개되거나 스위핑되는 각각의 운송기 링크부(제1 운송기 링크부 또는 제2 운송기 링크부)와 결합된 제3 중량체 및 추가 중량체들의 면적에 의해 정의되고, 여기서 각각의 미리-정의된 경로는 바람직하게는, 제1 미리-정의된 경로 및/또는 제2 미리-정의된 경로와 적어도 부분적으로 일치한다. 바람직하게는, 제3 경로 체적 및 임의의 추가 경로 체적들 각각은 적어도 제1 경로 체적 및 바람직하게는 제2 경로 체적들과 중첩된다. 더 바람직하게는, 제3 경로 체적 및 추가 경로 체적들 모두는 제1 경로 체적 및 제2 경로 체적과 적어도 부분적으로 중첩되고, 더욱더 바람직하게는 서로 중첩된다.

특히 바람직한 실시예에서, 제1 미리-정의된 경로, 제2 미리-정의된 경로, 그리고 제3 미리-정의된 경로 및 추가적인 미리-정의된 경로들은 바람직하게는, 이들의 길이들의 적어도 50%를 따라, 더 바람직하게는 적어도 70%를 따라, 그리고 더욱더 바람직하게는 적어도 80%를 따라 일치하고, 또는 동일할 수 있다.

제2 경로 체적 및 제1 경로 체적(그리고 선택에 따라서는 제3 경로 체적 및 선택적인 추가 경로 체적들)이 적어도 부분적으로 중첩되게 제공함으로써, 에너지 저장 또는 방출 동작에서의 중단 없이 혹은 최소의 중단으로, 연속하는 중량체들을 동시에 혹은 연속적으로 상승 또는 하강시킬 수 있게 하는 복수의 운송기들(예컨대, 윈치들)을 갖는 복수-중량체 중력 에너지 저장 시스템은, 소형 샤프트 내에 제공될 수 있고, 따라서 자본 비용 및 에너지 저장의 총 비용을 크게 감소시킨다.

본 발명의 시스템은, 적어도 두 개의 연속하는 중량체들, 및 바람직하게는 3개 이상의 연속하는 중량체들, 및 바람직하게는 시스템 내의 모든 중량체들의 상승 또는 하강의 기간 동안 지속적으로, 요구된 전력에서 시스템으로부터의 전력 입력/출력을 제공하는 것에 특히 적용되고 바람직하게는 이러한 것을 하도록 구성된다. 이것은 바람직하게는, 시스템으로 하여금, 중량체가 자신의 경로의 끝단에 접근함에 따라 중량체의 상승 또는 하강의 속도를 감소시키게 하는 것, 그리고 제1 중량체가 느려지고 자신의 경로의 끝에서 멈춤으로 인한 전력 입력/출력에서의 감소를 보상하도록 또 하나의 다른 중량체 이동을 시작하게 하는 것을 하도록 구성된 제어기를 통해 달성되어, 시스템으로부터의 입력/출력이 적어도 두 개의 연속하는 중량체들의 상승 또는 하강의 기간 동안 지속적으로, 요구된 전력에서 제공될 수 있게 된다.

바람직하게는, 제1 중량체와 제2 중량체는 자신들의 각각의 경로들을 따라 서로를 통과할 수 없다.

각각의 중량체의 중량체 경로 체적들은, 중량체가 미리-정의된 경로를 따라 스위핑됨에 따라 중량체(예컨대, 미리-정의된 경로의 관점에서 볼 때, 중량체의 2차원 범위 혹은 면적)에 의해 정의될 수 있다. 바람직하게는, 제1 중량체 및 제2 중량체의 중량체 경로 체적들은 중첩되고, 그리고 바람직하게는, 제3 중량체 및 추가 중량체들의 중량체 경로 체적들은 제1 중량체 경로 체적 및 바람직하게는 또한 제2 중량체 경로 체적과 중첩된다.

각각의 중량체의 중간의 스위핑되는 중량체 면적(medial swept weight area) 및 중간의 스위핑되는 경로 면적(medial swept path area)은, 각각의 중량체 및 운송기 링크부와 결합된 중량체의 경로의 중간 부분에서 경로 체적의 단면에 의해 정의되는 면적일 수 있다. 경로의 중간 부분은, 전형적으로 (경로의 처음 삼분의일 또는 마지막 삼분의일이 아닌) 가운데 삼분의일인 가운데 부분 내의 임의의 부분을 의미한다.

바람직하게는, 제2 중량체의 중간의 스위핑되는 경로 면적은 제1 중량체의 중간의 스위핑되는 경로 면적과 중첩된다. 바람직하게는, 임의의 제3 중량체 및 추가 중량체들의 중간의 스위핑되는 경로 면적은, 제1 중량체 및 바람직하게는 또한 제2 중량체의 중간의 스위핑되는 경로 면적과 중첩되고, 그리고 더 바람직하게는 각각의 다른 중량체의 중간의 스위핑되는 경로 면적과 중첩된다.

바람직하게는, 제1 중량체의 중간의 스위핑되는 경로 면적은, 제2 중량체(및 바람직하게는, 독립적으로, 임의의 제3 중량체 및 추가 중량체들)의 중간의 스위핑되는 경로 면적과 중첩되는데, 제2 중량체의 중간의 스위핑되는 경로 면적의 적어도 50%의 양만큼, 바람직하게는 적어도 70%만큼, 더욱더 바람직하게는 적어도 80%만큼, 더더욱 바람직하게는 적어도 90%만큼, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 95%만큼, 중첩된다.

바람직하게는, 제1 중량체의 중간의 스위핑되는 중량체 면적은, 제2 중량체(및 바람직하게는, 독립적으로, 임의의 제3 중량체 및 추가 중량체들)의 중간의 스위핑되는 중량체 면적과 중첩되는데, 제2 중량체 또는 각각의 제3 중량체 혹은 추가 중량체들의 중간의 스위핑되는 경로 중량체 면적의 적어도 50%의 양만큼, 바람직하게는 적어도 70%만큼, 더욱더 바람직하게는 적어도 80%만큼, 더더욱 바람직하게는 적어도 90%만큼, 더 바람직하게는 적어도 95%만큼, 더욱더 바람직하게는 적어도 98%만큼, 중첩되며, 그리고 선택에 따라서는 전체적으로 중첩된다.

바람직하게는, 제1 중간의 스위핑되는 경로 면적과 제2 중간의 스위핑되는 경로 면적의 총 결합된 중간의 스위핑되는 경로 면적은, 제1 중간의 스위핑되는 경로 면적 및/또는 제2 중간의 스위핑되는 경로 면적의 해당 면적보다 예컨대, 30% 이하로 더 크고, 바람직하게는 20% 이하로 더 크고, 더욱더 바람직하게는 15% 이하로 더 크고, 그리고 선택에 따라서는 10% 이하로 더 크다. 이것은 바람직하게는 모든 중량체들의 총 중간의 스위핑되는 경로 면적에 대해 해당된다.

바람직하게는, 제2 경로 체적의 적어도 일부분은, 제1 경로 체적의 적어도 20%의 양만큼, 바람직하게는 적어도 30%의 양만큼, 더 바람직하게는 적어도 50%의 양만큼, 그리고 선택에 따라서는 적어도 80%의 양만큼, 제1 경로 체적과 중첩된다.

바람직하게는, 제1 경로 체적과 제2 경로 체적의 총 체적은, 중첩의 정도로 인해, 제1 경로 체적의 해당 체적보다 예컨대, 30% 이하로 더 크고, 더 바람직하게는 20% 이하로 더 크다.

복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템은 바람직하게는, 각각의 제1 상위 위치들과 제2 하위 위치들 사이에서 이동가능한 복수의 중량체들을 포함하고, 제1 상위 위치들 및 제2 하위 위치들은 각각의 중량체에 대한 각각의 수직 변위들을 정의한다. 중량체들이 상위 위치들 및 하위 위치들에서 어떻게 저장되는지에 따라, 각각의 중량체에 대한 각각의 수직 변위들은 동일할 수 있거나 상이할 수 있다.

본 발명에 따른 미리-정의된 경로는 예를 들어, 수직 경로일 수 있거나, 수직선에 대해 각진 경로일 수 있다. 예를 들어, 중량체들은 자신들의 상위 위치들과 하위 위치들 사이에서 트롤리 및 레일 설비(trolley and rail arrangement)에 의해 이동될 수 있고, 또는 수직선에 대해 각진 경로의 경우에는 다른 것에 의해 이동될 수 있고, 또는 수직 경로를 통해 윈치 및 케이블 설비를 사용하는 현수형 상승 및 하강에 의해 이동될 수 있다. 바람직하게는, 미리-정의된 경로는 중량체들의 상위 위치들과 하위 위치들 사이에서 중량체들의 수직 변위에 직접적으로 대응하는 수직 경로이다. 수직 변위는, 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이의 수직 거리를 의미한다. 바람직하게는, 제1 미리-정의된 경로 및 제2 미리-정의된 경로 각각은 각각의 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이의 수직 경로를 정의한다. 바람직하게는, 각각의 미리-정의된 경로는 각각의 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이의 수직 경로를 정의한다.

바람직하게는, 에너지 저장 시스템은 샤프트를 포함하고, 이러한 샤프트의 경로의 적어도 일부분을 제1 미리-정의된 경로 및 제2 미리-정의된 경로가 따르고, 더 바람직하게는 임의의 제3 미리-정의된 경로 및 추가적인 미리-정의된 경로들이 또한 따른다.

샤프트는 지면 위에 구축된 타워(tower) 내에 형성될 수 있거나, 또는 지면 안으로 파인 통로 혹은 홀(hole) 내에 형성될 수 있거나, 또는 지면 위의 타워 및 지면 내의 통로 내에 부분적으로 형성될 수 있다. 선택에 따라서는, 샤프트는 표면(face)에 마주 대하여 형성될 수 있는데, 예컨대, 절벽의 표면, 또는 고층 건물의 표면에 마주 대하여 형성될 수 있으며, 이러한 실시예들에 따르면, 샤프트 하우징(shaft housing)은 바람직하게는 이러한 표면에 마주 대하여 구축될 수 있다. 바람직하게는, 샤프트는 밀폐형 샤프트(enclosed shaft)이다. 샤프트는, 예를 들어, 지면 내에 파인 통로의 벽(wall)들(바람직하게는 라이닝(lining)된 벽들)에 의해 밀폐될 수 있거나, 또는 타워 하우징에 의해 밀폐될 수 있거나, 또는 (절벽 혹은 건물의) 표면에 마주 대하여 형성된 하우징에 의해 밀폐될 수 있거나, 또는 이들의 조합에 의해 밀폐될 수 있다. 바람직하게는, 샤프트는 지면 내에 형성된다. 시스템에서의 사용을 위한 지면 내의 샤프트는, 시스템을 위해 특정적으로 함몰(sink)될 수 있거나, 또는 이미-존재하는 샤프트(예컨대, 광산 갱도(mine shaft))의 재배치일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 임의의 저장 시스템에서의 사용을 위한 샤프트는, 임의의 적절한 깊이를 가질 수 있는데, 예컨대, 10 m 이상의 깊이, 혹은 50 m 이상의 깊이, 하지만 바람직하게는 100 m 내지 4000 m의 범위에 있는 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 최대 500 m의 깊이를 갖는 예컨대, 100 m 내지 350 m의 깊이를 갖는 상대적으로 얕은 샤프트가 제공될 수 있다. 대안적으로 그리고 바람직하게는, 500 m보다 더 큰 깊이, 바람직하게는 1000 m보다 더 큰 깊이, 예컨대, 1250 내지 3000 m의 깊이를 갖는 상대적으로 깊은 샤프트가 제공될 수 있다.

샤프트는, 샤프트가 중량체들의 경로 체적들을 수용할 수 있는 경우, 임의의 적절한 폭(또는 단면 범위)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 이들은 1.5 m 내지 20 m 범위에 있고, 바람직하게는 적어도 3 m이고, 더 바람직하게는 5 내지 15 m이고, 더 바람직하게는 최대 약 10 m이다.

본 발명의 시스템의 일 구현예에서, 시스템은 이미-존재하는 샤프트들 혹은 수정된 기존의 샤프트들 내에 배치될 수 있다. 이들은 300 내지 5000 m의 범위에 있을 수 있고, 바람직하게는 3 내지 10 m의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 이미-존재하는 샤프트들(예컨대, 기존의 석탄 갱도(coal shaft)들을 위한 샤프트들)은 300 내지 1200 m의 깊이를 가질 수 있고, 바람직하게는 5 내지 7 m의 직경을 가질 수 있다. 대안적으로(예컨대, UK에서의 폐기된 금속 광산 갱도들에 대해), 깊이는 50 내지 750 m일 수 있고, 그리고 바람직하게는 2.5 내지 6 m의 직경을 가지며, 바람직하게는 3 내지 5 m의 직경을 갖는다(종종 정방형 샤프트 또는 예를 들어, 3 m x 5 m의 직사각형 샤프트). 다른 대안예에서, 예컨대, UK에서의 이미-존재하는 중금속(heavy metal)/경석고(anhydrite) 광산들에 대해, 샤프트 깊이는 최대 1200 m일 수 있고, 그리고 5 내지 8 m 직경의 원형 샤프트를 가질 수 있다. 또 다른 대안예에서, 매우 깊은 샤프트들(예컨대, 남아프리카 공화국에서와 같은 이미-존재하는 금/중금속 갱도들)은 예를 들어, 1500 내지 3000 m의 깊이를 가질 수 있고, 그리고 바람직하게는 5 내지 9 m의 직경을 가질 수 있다.

또 하나의 다른 구현예에서, 새로운 샤프트들이 시스템을 위해 함몰될 수 있다. 하나의 이러한 실시예에서, 새로운 샤프트는 30 내지 120 m 깊을 수 있고, 바람직하게는 종래의 케이슨 기법(caisson technique)을 사용하여 함몰된다. 이러한 샤프트들은 전형적으로 직경이 6 내지 25 m일 수 있고, 일반적으로 단면이 원형일 수 있으며, 바람직하게는 콘크리트로 라이닝될 수 있다. 또 하나의 다른 이러한 실시예에서, 샤프트는 100 내지 350 m 깊을 수 있고, 바람직하게는 자동화된 수직 샤프트 함몰 기술을 사용하여 함몰될 수 있다. 바람직하게는 이들은 일반적으로 단면이 원형이고, 6 내지 18 m의 직경을 갖는다. 다시 말하지만, 샤프트는 바람직하게는 콘크리트로 라이닝된다. 또 다른 이러한 실시예에서, 샤프트는 100 내지 700 m일 수 있고, 바람직하게는 단단한 암석을 관통하는 역순환(reverse circulation)(예컨대, 파일 탑 굴착(pile top drilling))에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 이것은 일반적으로 단면이 원형이고, 3 내지 8 m의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 샤프트는 슬립(slip)-형태 콘크리트로 라이닝된다.

일반적으로, 시스템을 위해 함몰된 새로운 샤프트들은, 4 내지 10 m 범위의 직경과 50 내지 750 m의 깊이, 바람직하게는 6 내지 10 m 직경과 50 내지 250 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 단단한 암석 내로 함몰된 새로운 샤프트들에 대해, 직경이 4 내지 6 m의 범위에 있고, 깊이가 400 내지 700 m인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 샤프트의 단면적은, 제1 중량체와 제2 중량체(및 이들에 결합된 각각의 운송기 링크부들)의 총 결합된 중간의 스위핑되는 경로 면적보다 75% 이하로 더 크고, 바람직하게는 임의의 제3 중량체 및 추가 중량체들의 중간의 스위핑되는 경로 면적들의 해당 면적보다 75% 이하로 더 크고, 바람직하게는 50% 이하로 더 크고, 선택에 따라서는 5 내지 30%의 범위에서 더 크고, 선택에 따라서는 적어도 10% 더 크고, 예컨대, 최대 20% 더 크다.

선택에 따라서는, 제1 중량체 및 제2 중량체 및 선택에 따라서는 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들 각각은 제1 운송기 링크부 또는 제2 운송기 링크부와 결합될 수 있거나, 또는 대안적으로 제1 운송기 링크부 및 제2 운송기 링크부 각각과 결합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 각각의 중량체는 중량체 상에 대향 링크부 독들(opposing linkage docks)의 단 하나의 세트만을 제공함으로써 제1 운송기 링크부 또는 제2 운송기 링크부와만 맞물릴 수 있도록 구성된다.

제1 운송기 및 제2 운송기는 제1 중량체 및 제2 중량체를 이들의 각각의 경로들을 따라 운송하기 위한 임의의 적절한 설비 또는 기구일 수 있다.

바람직하게는, 제1 운송기는 윈치 및 케이블(또는 체인(chain), 바람직하게는 케이블) 설비를 포함하고, 그리고 바람직하게는 제2 운송기도 또한, 바람직하게는 제1 윈치 및 케이블 설비로부터 분리된 윈치 및 케이블 설비를 포함한다. 제1 윈치 및 케이블 설비 및 제2 윈치 및 케이블 설비 각각은, 각각의 중량체들에 결합되고 이들로부터 분리되기 위한 하나 이상의 운송기 링크부들(케이블 설비들 상에 배치되거나 이들과 관련되어 배치되는 링크부 부재들)을 포함한다.

바람직하게는, 각각의 윈치 및 케이블 설비는, 샤프트의 상부에서 샤프트 개구부(opening) 혹은 테두리(rim)에 배치되거나 이들과 관련되어 배치되는 적어도 하나의 윈치를 포함한다. 케이블은 바람직하게는, 케이블과 관련된 링크부 부재를 통해 중량체들을 상승시키고 하강시키는 것을 가능하게 하기 위해 적어도 하나의 윈치에 의해 감길 수 있고 풀릴 수 있다.

윈치 및 케이블 설비는 본 발명의 기술분야에서 퉁상의 기술을 가진 사람에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 그리고 원하는 대로 설비를 구성하기 위해서 도르래들 혹은 풀리(pulley)들의 임의의 설비를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 각각의 윈치 및 케이블 설비는 적어도 두 개의 윈치들을 포함하는데, 윈치는 샤프트 입구(shaft entrance)의 각각의 대향 면 상에 배치되고, 각각의 대향 윈치는 중량체와의 결합 및 분리를 위해 케이블 및 적어도 하나의 링크부 부재와 함께 동작한다.

더 바람직하게는, 각각의 윈치 및 케이블 설비는 샤프트 입구의 대향 면들 상에 배치되는 윈치들의 두 개의 대향 쌍들을 포함하고, 여기서 윈치들의 각각의 대향 쌍은 중량체와의 결합 및 분리를 위해 케이블 설비 및 적어도 하나의 링크부 부재와 함께 동작한다.

바람직하게는, 각각의 윈치 및 케이블 설비는 서로에 대해 직교 정렬(orthogonal arrangement)로 샤프트의 상부 주위에 배치된다.

바람직하게는, 각각의 운송기 링크부는 중량체 상의 각각의 링크부 독과 함께 동작하기 위한 링크부 부재를 포함한다.

일 실시예에서, 링크부 부재는, 링크부 부재가 중량체, 예컨대, 중량체 상의 링크부 독과 결합되는 제1 구성과 링크부 부재가 분리되는 제2 구성 간에 변환가능하다. 바람직하게는, 중량체로부터 분리될 때, 링크부 부재는 (예컨대, 측면에 배치되기 때문에) 샤프트 내의 중량체들과 충돌함이 없이 윈치 및 케이블에 의해 상승 및 하강될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 구성에서의 링크부 부재는, 하나 이상의 연장되는 암(arm)들 혹은 작동기(actuator)들에 의해 링크부 부재의 몸체 부분(body portion)의 측면으로부터 연장될 수 있어 바람직하게는 몸체 부분으로부터 측면으로 이동하게 되는 (예를 들어, 슬라이딩 플레이트(sliding plate)의 형태를 갖는) 돌출 부재(protruding member)를 갖는다. 중량체의 링크부 독에 맞춰 정렬될 때, 돌출 부재는 링크부 부재가 제1 구성을 채택하도록 하기 위해 작동될 수 있고, 그럼으로써 돌출 부재는 중량체의 측면 표면 내에 형성된 함몰부(recess) 안으로 진입하게 된다. 바람직하게는, 돌출 부재가 슬라이딩 플레이트의 형태를 갖거나, 또는 그렇지 않으면, 상향으로 배향된 요소들을 갖는 경우, 함몰부는 상향으로 배향된 슬롯(upwardly orientated slot)을 가져, 링크부 부재가 상승되는 때, 돌출 부재의 상향으로 배향된 요소들(예컨대, 슬라이딩 플레이트의 상부 가장자리)이 함몰부의 슬롯 안으로 맞물리게 되고, 그럼으로써 링크부 부재가 중량체와 결합되게 된다. 링크부 부재는 이러한 과정을 역으로 행함으로써 분리될 수 있다. 바람직하게는, 작동 및 작동해제는 유압식 작동기(hydraulic actuator)를 통해 가능하게 되는데, 하지만 이것은 대안적으로 전기식 또는 다른 작동기들에 의해 가능하게 될 수 있다.

본 발명의 에너지 저장 시스템은, 외부 시스템 또는 공급원으로부터 과다 에너지를 저장하는 것, 그리고 저장된 에너지를 필요한 경우 외부 시스템 또는 외부 수요로 방출하는 것에 특히 유용하다. 전형적으로, 외부 시스템은 지역 또는 전국 전기 전력망과 같은 외부 전력 시스템이다.

바람직하게는, 에너지 저장 시스템은 외부 시스템(예컨대, 외부 전력 시스템)에 대한 입력 연결부(input connection) 및 출력 연결부(output connection)를 포함하고, 여기서 입력 연결부 및 출력 연결부는 단일 연결 지점(single connection point)일 수 있다.

바람직하게는, 에너지 저장 시스템은, 하나 이상의 중량체들을 이들의 경로들을 따라 하위 위치와 상위 (저장된 에너지) 위치 사이에서 들어올리기 위해 운송기들을 구동시키기 위한 모터(motor)를 포함하며, 여기서 운송기들은 바람직하게는 윈치 및 케이블 설비들이다. 이것은 시스템을 충전시킬 수 있다. 바람직하게는, 에너지 저장 시스템은, 하나 이상의 중량체들을 상위 위치와 하위 위치 사이에서 하강시킴으로 인한 에너지 출력으로부터 외부 전력 시스템으로의 유출을 위해 전기를 발생시키기 위한 발전기(generator)를 포함한다. 이것은 시스템을 방전시킬 수 있다. 바람직하게는, 발전기는 윈치 및 케이블 설비의 윈치와 결합된다. 선택에 따라서는, 모터 및 발전기는 하나 이상의 윈치들과 결합되는 단일 구성 설비이다.

바람직하게는, 시스템은, 외부 시스템으로부터의 에너지의 저장 또는 외부 시스템으로의 에너지의 방전에 대한 요구에 응답하여, 운송기들의 동작 및 중량체들의 이동을 제어하기 위한 제어기(예컨대, 시스템을 제어하도록 구성된 프로세서 및 소프트웨어)를 포함한다.

바람직하게는, 제어기 또는 제어 시스템은, 외부 시스템(예컨대, 전력망)으로부터의 수요와 관련하여 신호를 감지 또는 수신하도록 구성되고, 그리고 외부 시스템으로부터의 수요(또는 요구)와 정확히 동시에 일치하도록 중량체의 상승 또는 하강을 개시하고 그리고/또는 중량체의 상승 또는 하강의 속도를 조정하도록 구성된다. 이처럼, 제어기 또는 제어 시스템은, 바람직한 실시예에서, 외부 시스템(예컨대, 전력망)과 신호 통신(signal communication)해야 하고, 그리고 외부 시스템 신호들에 응답하도록 그리고 윈치들을 구동시키는 모터들로 응답하도록 구성돼야 한다.

바람직하게는, 제어기 또는 제어 시스템은, 중량체가 자신의 미리-정의된 경로의 끝에 가까워지고 있을 때, 예컨대, 샤프트의 하부에서 가까워지고 있을 때, 또는 이전의 중량체에 근접하여 샤프트의 하부에 가깝게 가까워지고 있을 때, 또는 샤프트의 상부에 가깝게 가까워지고 있을 때를 감지하도록 구성되고, 이에 따라 제어기 또는 제어 시스템은 시스템으로 하여금, 중량체가 자신의 경로의 끝단에 접근함에 따라 중량체의 상승 또는 하강의 속도를 감소시키는 것, 그리고 제1 중량체가 느려지고 자신의 경로의 끝에서 멈춤으로 인한 전력 입력/출력에서의 감소를 끊김 없이 대체하도록 또 하나의 다른 중량체 이동을 자동적으로 시작하는 것을 수행하도록 시스템을 구성할 수 있게 된다. 따라서, 외부 연결부에서의 시스템으로부터의 입력/출력은 연속해서 제공될 수 있다. 선택에 따라서는, 제어기 또는 제어 시스템은, 제1 중량체가 미리-정의된 경로의 상부 또는 하부에 접근함에 따라서 제1 중량체가 느려짐에 따라 제2 중량체의 이동을 일치시키도록 미리-프로그래밍될 수 있고, 그리고/또는 제어기 또는 제어 시스템은, 케이블 이동의 속력에 관한 운송기들(예컨대, 윈치들) 상의 센서들, 또는 중량체의 위치 및 속력을 검출하기 위한 샤프트 내의 센서들과 같은 센서 신호들에 응답하도록 구성된다.

제어기는 바람직하게는, 제3 중량체 또는 후속 중량체의 상승 또는 하강으로 입력/출력이 계속되게 하기 위해서 추가 중량체를 수집하기 위해, 상승된 위치와 하강된 위치 및 그 반대의 위치 사이에서 링크부 부재의 통행(passage)을 제어하도록 구성된다. 제어기는 바람직하게는, 추가 중량체에 맞물리기에 충분한 시간에 미리-정의된 경로의 상부 또는 하부에 도달하도록 하기 위해 이러한 부착되지 않은 링크부 부재를 상승 또는 하강시키도록 구성된다.

바람직하게는, 에너지 저장 시스템은, 모든 중량체들이 자신들의 각각의 상위 위치들까지 상승된 완전히 충전된 구성(fully charged configuration)(즉, 수용량에서의 에너지 저장 구성)과, 그리고 모든 중량체들이 자신들의 각각의 하위 위치들까지 하강된 완전히 방전된 구성(fully discharged configuration)(즉, 최소치에서의 에너지 저장 구성)을 갖는다.

중량체들은 임의의 적절한 수단에 의해 상위 및 하위 위치들에서 저장될 수 있거나 상위 및 하위 위치들과 관련되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 중량체들은, 샤프트의 하부에서 자신들의 각각의 경로 체적들 내에 저장될 수 있고(예컨대, 서로의 상부 상에 적층될 수 있음), 그리고/또는 샤프트의 상부에서 자신들의 각각의 경로 체적들 내에 저장될 수 있다(예컨대, 하나가 또 하나의 다른 하나의 아래에 있음, 그리고 예를 들어, 케이블들의 통과를 여전히 허용하는 어떤 보유 기구(retaining mechanism)에 의해 보유됨). 중량체들은, 상위 위치와 관련된 하지만 샤프트의 상부에서 또는 샤프트의 상부에 근접하여 각각의 경로 체적 외부에 있는 상위 저장 공간 내에 저장될 수 있고, 그리고/또는 하위 위치와 관련된 하지만 샤프트의 하부에서 또는 샤프트의 하부에 근접하여 각각의 경로 체적 외부에 있는 하위 저장 공간 내에 저장될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 완전히 방전된 구성에 있을 때, 제1 중량체는, 각각의 운송기로부터 분리된 경우, 제1 경로 체적 내에서 샤프트의 기저부(base) 상에 배치될 수 있고, 제2 중량체는, 자신의 각각의 운송기로부터 분리된 경우, 제2 경로 체적 내에서 샤프트의 기저부에서의 제1 중량체의 상부 상에 배치될 수 있고, 그리고 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은, 각각의 경로 체적 내에서 샤프트의 하부에서의 각각의 이전의 중량체 상에 배치 또는 적층된다. 따라서, 이러한 경우에 각각의 중량체에 대한 경로 체적들은 (중량체들이 샤프트의 상부에서 어떻게 저장되는지에 따라) 상이할 수 있고, 여기서 (중량체들에 대한 샤프트의 외부의 공통의 상위 위치를 가정하면) 각각의 연속하는 하강된 중량체는 더 작은 경로 체적을 가지며, (중량체들이 동일한 질량을 갖는다고 가정하면) 더 낮은 에너지 저장 용량을 갖는다.

또 하나의 다른 실시예에서, 완전히 방전된 구성에 있을 때, 분리된 제1 중량체는 제1 경로 체적의 외부에 있는 샤프트와 관련된 기저부 저장 공간 내에 저장될 수 있고, 그리고 바람직하게는 분리된 제2 중량체 및 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은 각각의 경로 체적들의 외부에 있는 샤프트와 관련된 저장 공간 내에 저장된다. 임의의 적절한 기저부 저장 공간이 사용될 수 있고, 하지만 바람직하게는, 제1 중량체 및 바람직하게는 제2 중량체 및 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들 각각을 이들의 각각의 하위 위치들로부터 이들의 각각의 경로 체적들 외부의 저장 공간으로 운송하기 위해 기저부 저장 컨베이어(base storage conveyor)가 제공된다. 저장 컨베이어는 임의의 적절한 형태를 가질 수 있는데, 예컨대, 이동가능한 플랫폼들을 갖는 레일 궤도(rail track), 컨베이어 벨트(conveyor belt), 또는 샤프트를 돌아 복수의 저장 공간들을 회전시키는 캐러셀(carousel)일 수 있고, 이에 따라 중량체들은 샤프트의 기저부에서 빈 저장 공간으로 하강될 수 있게 되고, 그 다음에 다음 중량체를 수용하기 위해 샤프트의 기저부에서 추가적인 빈 저장 공간을 들어내는 저장 공간으로 회전될 수 있게 된다.

일 실시예에 따르면, 완전히 충전된 구성에 있을 때, 제1 중량체의 각각의 운송기로부터 분리된 제1 중량체는 자신의 상위 위치에서 제1 경로 체적 내에 저장되고, 제2 중량체는, 자신의 각각의 운송기로부터 분리된 경우, 자신의 상위 위치에서 제2 경로 체적 내에 제1 중량체에 수직으로 인접하여 배치되고, 그리고 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은 각각의 상위 위치에서 각각의 경로 체적 내에 각각의 이전의 중량체에 인접하여 배치된다. 이것은 샤프트 내에 있을 수 있거나, 또는 샤프트 개구부 위의 수직 경로 체적 내에 있을 수 있다.

또 하나의 다른 실시예에 따르면, 완전히 충전된 구성에 있을 때, 제1 중량체의 각각의 운송기로부터 분리된 제1 중량체는 제1 경로 체적의 외부의 상위 저장 공간 내에 저장되고, 제2 중량체의 각각의 운송기로부터 분리된제2 중량체는 제2 경로 체적의 외부의 상위 저장 공간 내에 저장되고, 그리고 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은 각각의 경로 체적들의 외부의 상위 저장 공간 내에 저장된다. 바람직하게는, 제1 중량체 및 바람직하게는 제2 중량체 및 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들 각각을 이들의 각각의 상위 위치들로부터 이들의 각각의 경로 체적들 외부의 저장 공간으로 운송하기 위해 상위 저장 컨베이어(upper storage conveyor)가 제공된다. 상위 저장 컨베이어는, 임의의 적절한 수단을 포함할 수 있는데, 예컨대, 갠트리 기중기 및 행렬식 저장 설비(gantry crane and matrix storage arrangement) 및/또는 캐러셀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 방전된 구성에서 중량체들이 샤프트의 기저부 상에 배치 및 적층되는 경우, 기저부는 샤프트의 실제 기저부 위의 위치에서 현수되는 현수 플랫폼에 의해 효과적으로 제공된다. 이것은 아래의 본 발명의 추가 실시형태에서 더 상세히 설명된다.

중량체들은 예를 들어, (시스템에 의해 제공되는 수직 변위를 고려하여) 요구되는 에너지 저장의 총 양에 따라 임의의 적절한 질량을 가질 수 있다.

바람직하게는, 제2 중량체 및 바람직하게는 제3 중량체 및 임의의 추가 중량체들은 제1 중량체의 질량의 30% 내에 있는 질량, 바람직하게는 20% 내에 있는 질량, 더 바람직하게는 10% 내에 있는 질량, 그리고 더욱더 바람직하게는 5% 내에 있는 질량, 그리고 가장 바람직하게는 1% 내에 있는 질량, 그리고 이상적으로는 제1 중량체의 질량과 동일한 질량을 갖는다.

일 실시예에서, 제1 중량체는 25 내지 1000 톤(tonnes), 바람직하게는 50 내지 500 톤의 범위에 있는 질량을 갖는다. 중량체들은 특정 응용에 따라 크기조정되고 그것은 시스템에 의해 효과적으로 처리될 수 있다. 바람직하게는, 중량체들은 서로 유사한 또는 동일한 질량을 갖는다. 적절한 샤프트 내에 상당한 에너지 용량을 제공하도록 설계된 전형적인 중량체는 예를 들어, 250 내지 750 톤, 예컨대, 약 500 톤일 수 있다.

일 예에서, 에너지 저장 시스템은, 수직 샤프트를 포함하고, 그리고 에너지의 저장 및 저장된 에너지의 방출을 통해 복수의 중량체들을 상승 및 하강시키기 위해 앞에서 설명된 바와 같은 윈치 및 케이블 설비와 관련되어 배치되고, 그리고 이러한 목적을 위해 생성된 샤프트 내에 적용된다. 새롭게 함몰된 샤프트에 대해 선택되는 치수(dimension)들은 수 개의 지질학적 및 상업적 요인들에 의존할 수 있다. 일 예에서, 인반적으로 원형 단면의 새롭게 함몰된 샤프트는 10 m의 내부 직경 및 200 m의 깊이를 갖도록 함몰될 수 있다. 시스템은, 말하자면, 중량체 당 550 톤인 중량체들을 포함할 수 있다. 만약 26개의 중량체들이 이러한 에너지 저장 시스템에 포함되었고, 방전될 때 이들의 가장 낮은 지점에서 샤프트 내에 저장(서로의 상부 상에 적층)되었고, 그리고 완전히 충전될 때 샤프트 외부에 저장되었다면, 시스템은, 94%의 발전 효율(generation efficiency)을 가정하는 경우, 6.6 MWh의 전달가능한 에너지 저장 용량을 제공할 수 있다. 유사한 에너지 등급이 또한, 더 많은 수의 더 작고 더 낮은 질량의 중량체들로 달성될 수 있다.

본 발명의 또 하나의 다른 실시형태에서, 하중 지지 현수 플랫폼을 제공하기 위한 현수 플랫폼 시스템이 제공되고, 이러한 현수 플랫폼 시스템은, 플랫폼 요소와; 플랫폼 요소와 맞물리며 플랫폼 요소가 현수되게 하는 복수의 현수 부재들과; 그리고 플랫폼 요소에 대해 상승된 위치에서 현수 부재들을 정착시키기 위한 정착 기구를 포함한다.

현수 플랫폼 시스템은 바람직하게는 수직 샤프트 내에서 배치를 행하는데 적합하고, 이에 따라 플랫폼 요소는 앞에서 정의된 바와 같은 중력 기반 에너지 저장 시스템 내에서의 중량체들이 배치될 수 있는 하중-지지 플랫폼을 제공하게 된다. 현수 플랫폼은 샤프트 내에 딱 맞도록 크기조정돼야 하고, 그리고, 현수 부재들은 샤프트의 실제 기저부 위의 임의의 거리에 있는 샤프트 내에서의 임의의 지점에서 플랫폼 요소가 현수될 수 있게 하는 길이를 갖는다.

바람직하게는, 현수 플랫폼 시스템은 기존의 샤프트의 상부로부터 설치될 수 있다. 이것은 임의의 샤프트-하방 작업(down-shaft workings)에 대한 필요를 제거하는 것을 도울 수 있고, 그리고 작업자들이 설치 작업을 위해 샤프트를 내려갈 필요를 없애는 것을 도울 수 있다.

이러한 실시형태의 현수 플랫폼 시스템은 또한, 이러한 시스템이 (버려진 기계류 또는 물과 같은 밑바닥 영역에서 불리한 특징들을 갖는) 기존의 샤프트들에서 사용될 수 있다는 점에서 이점을 가질 수 있다. 이러한 플랫폼 방법을 사용하는 것은 앞에서 정의된 바와 같은 에너지 저장 시스템이 이러한 특징들에 의해 영향을 받음이 없이 동작하게 할 수 있다.

또 하나의 다른 실시예에서, 이용되는 샤프트의 구역(section)을 플랫폼 아래의 체적으로부터 격리시키기 위해, 현수된 플랫폼의 측면 또는 아래에 밀봉 특징부(sealing feature)들이 설치될 수 있다. 이것은 하위 구역이, 석탄 광산들에서 발견되는 메탄(methane)과 같은, 사람들, 장비, 또는 환경에 대해 위험한 가스(gas)들을 포함하는 상황에서 유익할 것이다.

플랫폼 요소는 앞에서 정의된 바와 같은 에너지 저장 시스템에서의 사용을 위해 중량체들을 지지하기 위한 임의의 적절한 플랫폼일 수 있다. 플랫폼 요소는, 예를 들어, 중량체를 수용하고 중량체를 지지하기 위한 맞물림 부재(engaging member)들 또는 지지 부재(support member)들을 갖는 프레임 요소(frame element)일 수 있고, 또는 격자 설비(grid arrangement)일 수 있다. 일 실시예에서, 플랫폼 요소는 평면의 강성 부재(planar, rigid member)이고, 바람직하게는 고형 지지 부재(solid support member)이다.

현수 부재들은, 샤프트 내에서 샤프트의 상부와 같은 상승된 위치로부터 플랫폼 요소를 현수할 수 있는 임의의 적절한 부재들일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 3개, 더 바람직하게는 4개, 또는 선택에 따라서는 5개 혹은 6개 이상과 같은 복수의 현수 부재들이 제공된다. 현수 부재들은 바람직하게는, 샤프트 내에서 현수될 수 있는 플랫폼 요소에 맞물릴 수 있는, 바람직하게는 부착 또는 장착될 수 있는, 그리고 바람직하게는 표면에서 또는 표면 가까이에서 정착 기구를 통해 정착될 수 있는, 기다란 부재(elongate member)들이다.

현수 부재들은 선택에 따라서는, 막대 부재(rod member)들과 같은 강성 부재들일 수 있고, 또는 케이블들과 같은 가요성 부재(flexible member)들이다.

바람직하게는, 현수 부재들은 샤프트 안으로 연장될 수 있고, 따라서 플랫폼 요소가 배치되기를 원하는 깊이에 따라 임의의 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 현수 부재들은 예를 들어, 적어도 50 m의 길이, 바람직하게는 100 내지 1000 m의 길이, 더 바람직하게는 최대 500 m의 길이, 예컨대, 200 내지 400 m의 길이를 가질 수 있다.

현수 부재들은 임의의 적절한 수단에 의해 플랫폼 요소와 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 현수 부재들(예컨대, 케이블들인 경우)은 플랫폼 요소의 밑면 내에 배치되는 수용 채널(receiving channel)들과 맞물릴 수 있거나, 또는 플랫폼 요소의 밑면 상에 배치되는 도르래들을 통해 맞물릴 수 있고, 그럼으로써, 두 개의 대향 현수 부재들이 샤프트의 상부로부터 샤프트 아래로 연장되는 단일 케이블로 형성될 수 있게 되고 플랫폼 요소의 밑면과 맞물릴 수 있게 되며 샤프트 위로 다시 상부까지 이어질 수 있게 된다. 하지만, 바람직하게는, 현수 부재들은 플랫폼 요소의 밑면 상의 연결 지점들, 또는 플랫폼 요소의 주변 테두리 상의 연결 지점들, 또는 플랫폼 요소의 주변 부분에서 상위 표면 상의 연결 지점들에 부착되거나 또는 그렇지 않으면 단단하게 맞물린다.

선택에 따라서는, 현수 부재들이 케이블들인 경우, 이들에게는 인장 부재(tensioning member)들이 제공될 수 있는데, 이러한 인장 부재들은 플랫폼 요소의 원하는 평평한 배향을 유지시키기 위해서 케이블 길이를 줄이도록 조정될 수 있다.

선택에 따라서는, 현수 부재들은 앞에서 정의된 바와 같은 에너지 저장 시스템과 함께 사용될 때 샤프트 내에서 상승 및 하강되는 중량체들에 대한 안내자(guide)들로서 동작할 수 있다. 중량체들은 이러한 목적을 위해 케이블들과 맞물리도록 롤러(roller)들 또는 스키드(skid)들을 갖도록 설치될 수 있다. 롤러 또는 스키드들은 완충 수단(buffering means)을 포함할 수 있다.

정착 기구는 현수 부재들이 샤프트 내에서 플랫폼 요소를 현수할 수 있도록 하기 위해 현수 부재들을 정착시키기 위한 임의의 적절한 수단일 수 있다. 일 실시예에서, 정착 기구는 각각의 현수 부재와 관련하여 하나 이상의 정착기(anchor)들을 포함한다. 예를 들어, 정착 기구는, 현수 부재가 부착될 수 있는 지면으로의 나사결합(threading)을 위한 나사결합형 정착기(threaded anchor)와 같은 적어도 하나의 지면 맞물림 정착기(ground engaging anchor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 현수 부재들이 케이블들인 경우, 각각의 케이블은 샤프트의 개구부에 예를 들어 수 미터 인접하여(예컨대, 샤프트의 개구부로부터, 예컨대, 샤프트 개구부의 테두리로부터, 5 내지 10 또는 심지어 최대 20 미터 인접하여), 지면 내의 적어도 하나의 지면 맞물림 정착기에 의해 정착될 수 있다. 이러한 실시예에서, 샤프트 개구부 또는 그 테두리와 관련되어 배치되는 도르래들이 또한 제공될 수 있는데, 정착된 케이블들은 이들을 거쳐 진행할 수 있고, 그 다음에 샤프트 안으로 아래로 연장될 수 있다.

대안적인 그리고 바람직한 실시예에서, 정착 기구는 하중 분산 정착기 지지체(load spreading anchor support)를 포함할 수 있는데, 이것은 바람직하게는 샤프트 개구부 주위의 지면 상에 배치되고, 그리고 샤프트의 개구부 위에 (작은 크기, 또는 더 큰 크기, 또는 동일한 크기의) 구멍(aperture)을 갖거나 또는 정의한다. 정착기 지지체는 선택에 따라서는 프레임 부재일 수 있다. 바람직하게는, 정착기 지지체는 평면형이고, 그리고 더 바람직하게는 플레이트 부재인데, 예컨대, 강철 또는 다른 금속의 플레이트, 또는 강화 콘크리트(reinforced concrete)(예컨대, 금속망 강화 콘크리트(metal mesh reinforced concrete))의 플레이트이다. 이러한 정착기 지지체는, 간단히 샤프트의 개구부 위에서 혹은 주위에서 지면 상에 배치될 수 있고, 또는 그 자체가 예컨대, 그 주변 가장자리들에서 지면에 정착될 수 있다. 정착기 지지체의 측면 범위는 임의의 적절한 양일 수 있지만, 전형적으로는 총 5 내지 25 m일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 20 m일 수 있다. 선택에 따라서는, 정착기 지지체로부터 연장되는 스커트 부재(skirt member)가 있을 수 있는데, 이러한 스커트 부재는, 전형적으로 정착기 지지체 내에 형성되는 구멍의 테두리로부터 연장되고, 바람직하게는 하향으로 연장되며, 그리고 정착기 지지체가 배치되는 샤프트의 상위 부분을 효과적으로 라이닝할 수 있다. 예를 들어, 스커트는 샤프트 안으로 최대 15 m, 예컨대, 3 내지 10 m 연장될 수 있다. 스커트는 임의의 적절한 물질로 만들어질 수 있지만, 바람직하게는 강체이고, 그리고 더 바람직하게는 정착기 지지체와 유사한 구조로 만들어지는데, 예컨대, 강철 튜브형 스커트(steel tubular skirt) 또는 강화 콘크리트 스커트(reinforced concrete skirt)로 만들어진다.

이러한 일반적인 실시예에 따르면, 현수 부재들은 정착기 지지 부재에 부착 또는 고정될 수 있다. 현수 부재들은, 예를 들어, 상위 표면 상의 장착 수단에 고정될 수 있거나, 또는 정착기 지지체의 주변 가장자리와 맞물릴 수 있거나(그리고 정착기 지지체 내의 구멍 또는 정착기 지지체에 의해 정의되는 구멍의 테두리에서 도르래들이 제공될 수 있음), 또는 정착기 지지체 내의 구멍 또는 정착기 지지체에 의해 정의되는 구멍의 테두리 상에 장착될 수 있거나 그 테두리에 부착될 수 있으며, 그리고/또는 여기에는 스커트가 존재한다.

선택에 따라서는, 플랫폼 요소 또는 현수 부재들을 안정화(stabilize)시키기 위해, 그리고/또는 시스템의 샤프트 벽들에 의한 어느 정도의 하중 지지 지지체를 가능하게 하기 위해, 샤프트 벽들에 맞물리기 위한 측면 돌출 부재(lateral projecting member)들이 제공될 수 있다. 측면 돌출 부재들은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 측면 돌출 부재들은 강성 부재이고, 선택에 따라서는, (설치를 용이하게 하기 위한) 후퇴 위치(retracted position)로부터 (측면 돌출 부재들이 샤프트 벽과 맞물리게 되는) 배치 위치(deployed position)로 배치가능하다. 측면 돌출 부재들은, 예를 들어, 펼쳐질 수 있는(fold out) 부재들, 망원경방식(telescopic) 부재들, 유압식(hydraulic) 부재들, 또는 나사결합형 부재들, 또는 이들의 조합일 수 있다.

측면 돌출 부재들은, 샤프트 벽에 마주 대하여 인접하도록 구성될 수 있고, 또는 샤프트 벽 안으로 부착되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 측면 돌출 부재들은 플랫폼 요소와 관련되어 배치된다. 예를 들어, 측면 돌출 부재들은 플랫폼 요소의 아래에 또는 플랫폼 요소의 밑면 상에 배치 또는 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 측면 돌출 부재들은 플랫폼 요소의 측면 가장자리들로부터 돌출하도록 구성된다.

선택에 따라서는, 현수 부재들에는 현수 부재들의 길이 상의 미리-정의된 위치들에서 보강(stiffening) 또는 지지 부재가 제공된다. 바람직하게는, 보강 또는 지지 부재들은 주변 지지 프레임(peripheral support frame)을 정의하도록 상호-연결되는데, 이러한 주변 지지 프레임은 바람직하게는 (앞서의 에너지 저장 시스템에서 정의된 바와 같이) 중량체의 통행을 가능하게 하기 위해 구멍을 갖는다. 선택에 따라서는, 주변 지지 프레임에는 측면 돌출 부재들이 제공되고, 그럼으로써 주변 지지 프레임은 시스템이 배치되는 샤프트의 벽과 맞물릴 수 있게 되어 주변 지지 프레임 및 실제로는 현수 부재들을 안정화시키게 되며, 그리고 선택에 따라서는, 샤프트의 벽 안으로 연장될 수 있게 되고, 이로 인해 벽은 주변 지지 프레임을 통해 시스템에 하중 지지를 제공할 수 있게 된다. 측면 돌출 부재들은 앞에서 정의된 바와 같이 독립적으로 존재할 수 있다.

플랫폼 요소는, 샤프트 내에 배치되는 경우, 바람직하게는, 자신이 배치된 샤프트의 대응하는 단면 치수의 50 내지 95%의 측면 치수(임의의 돌출 부재들은 제외)를 갖는다.

현수 플랫폼 시스템은 바람직하게는, 바람직한 실시예로서, 앞에서 설명된 바와 같은 에너지 저장 시스템에 통합될 수 있다.

본 발명이 이제, 수반되는 도면들을 참조하여, 한정의 의미 없이, 더 상세히 설명될 것이다.

도 1에서는, 에너지 저장 설비(1)가 예시되며, 여기서 제1 중량체(3)는 샤프트(19)의 기저부(15)에서 비활동 하위 위치(resting lower position)(17)에 있고, 제2 중량체(5)는 기저부(15)에서의 각각의 비활동 하위 위치와 샤프트(19)의 상부(미도시)를 향하는 또는 샤프트(19)의 상부(미도시)에서의 제1 상위 위치 사이의 중간 위치에 있다. 제1 대향 케이블들(21 및 23)을 포함하는 제1 세트의 케이블들(7)이, 제1 중량체(3) 상의 제1 링크부 독들(27)과 맞물리기 위한(하지만 이로부터 분리된) 제1 링크부 부재들(25)과 함께 보여진다. 예시된 바와 같이, 링크부 부재들(25)은 충전 주기(charging cycle)(또는 에너지 저장 주기)의 일부로서 제1 중량체(3)와 맞물리고 그 다음에 윈치들(미도시)의 제어 하에서 제1 중량체(3)를 상승시키기 위해 제1 중량체(3)를 향해 케이블들(7)(및 미도시된 관련된 윈치)에 의해 하강될 상태에 있을 수 있고, 또는 링크부 부재들(25)은 방전 주기(discharge cycle)의 일부로서 제3 중량체(미도시)와 맞물리기 위해 샤프트(19)의 상부를 향해 제2 중량체(5)를 지나 케이블들(7)에 의해 상승될 상태에 있을 수 있다. 제2 중량체(5)는, 샤프트(19) 내에서, 기저부(15)와 상부(미도시) 사이의 위치에, 제2 대향 케이블들(29 및 31)로 이루어진 제2 세트의 케이블들(13)에 의해, 제2 링크부 부재들(33)을 통해, 현수되어 있다. 제2 중량체(5)는, 충전 주기 동안 제2 세트의 케이블들(13)과 관련된 윈치들(미도시)에 의해 상승될 상태에 있거나 상승되고 있고, 또는 방전 주기 동안 기저부(15)로 하강되고 있다. 충전 또는 방전에서, 다른 중량체(예컨대, 제2 중량체)(5) 및 링크부(33) 설비를 방해 없이 통과하기 위해서는 링크부들(25) 및 케이블들(7)의 비구속된(free) 세트가 요구된다. 그럼으로써, 제1 링크부들(25)은 예를 들어, 제2 중량체(5)가 샤프트(19)의 기저부에서 제1 중량체(3)의 상부 상에 적층되거나 제1 중량체(3)의 상부 상에서 비활동 상태에 있는 시간 즈음에 제1 세트의 케이블들(7)에 의해 하강될 준비가 되어 있는 제3 중량체(미도시)와 맞물리기 위해 윈치들(미도시)에 의해서 제1 세트의 케이블들(7)에 의해 상승될 수 있다. 이러한 설비 및 방법에 의해, 알려진 복수-중량체 단일 샤프트 중력-기반 에너지 저장 시스템들을 특징짓는 중단 없이 지속적인 방전(또는 대안예에서는, 충전)이 달성될 수 있다. 제2 중량체(5)가 제2 세트의 케이블들(13)에 의해 하강되고 있는 방전 주기를 가정하면, 제2 중량체(5)는 샤프트(19)의 기저부(15)에서 제1 중량체(3)의 상부 상에 적층될 것이다. 제1 세트의 케이블들(7)을 복귀시킴으로써 샤프트(19)의 상부로부터 인출되는 제3 중량체(미도시)가 하강될 것이고 샤프트(19)의 기저부(15)에서 제2 중량체(5)의 상부 상에 적층될 것이다. 샤프트(19)의 기저부(15)에서의 적층체 내에 저장되는 연속하는 중량체들은 각각 이전의 중량체보다 더 짧은 수직 통행을 가질 것이고, 따라서 각각의 중량체를 하강시킴으로써의 저장된 에너지의 방출은 이전의 것보다 더 적다.

제1 중량체(3) 및 제2 중량체(5)(그리고 후속하는 중량체들)는 유사한 치수를 갖는다.

윈치들은 바람직하게는, 제2 중량체(5)가 샤프트(19)의 상부로부터 기저부(15)로 하강되는데 소요되는 시간에, 제1 링크부 부재들(25)이 제1 중량체(3)로부터 분리될 수 있고, 샤프트(19)의 상부로 복귀할 수 있고, 그리고 다음 중량체(제3 중량체)(미도시)와 맞물려 하강되기 시작하도록 하기 위해서, 링크부 부재들(예컨대, 임의의 중량체(예컨대, 제2 중량체(5))에 부착된 링크부 부재들(33))보다, 비구속된 링크부 부재들(예컨대, 링크부 부재들(25))을 상승 또는 하강시킬 때 더 빠르게 동작한다. 동일한 것이 연속하는 중량체들과 함께 일어나야 하고, 그럼으로써 전력 입력/출력에서의 중단을 피하게 된다.

도 2에서는, 에너지 저장 설비(1)의 측면 단면도가 예시되고, 여기서 제2 중량체(5)는 제2 윈치 설비(35)에 의해 하강되고 있고, 반면 제1 링크부 부재들(25)은 방전 주기가 방해 없이 계속될 수 있도록 제3 중량체(미도시)와의 부착을 위해 제1 윈치 설비(37)에 의해 상승되고 있다. 비구속된 링크부 부재들(25)은 제2 중량체(5)를 방해 없이 통과하도록 구성된다. 윈치 설비들(35, 37)은 전형적으로 샤프트(19)의 상부 둘레의 표면 상에 배치된다.

도 3은 에너지 저장 시스템(1)의 바람직한 실시예를 샤프트(19)의 상부 부분의 절단도로 보여주고 있는데, 여기서 제2 중량체(5)는 제2 윈치 설비(35)에 의해 하강되고 있는 것으로 예시된다. 제2 윈치 설비(35)는 대향 케이블 쌍들(29 및 31)을 포함하고, 이들 상에는 제2 중량체와 맞물리는 제2 링크부 부재들(33)이 배치된다. 케이블 쌍들(29 및 31)은 각각의 윈치 쌍들(39, 41)에 의해 하강 또는 상승된다. 윈치 쌍들(39, 41)은 샤프트 테두리(43)의 양쪽 면의 지면(미도시) 상에 서로 대향하여 배치된다. 제1 윈치 설비(37)의 윈치 쌍들(45, 47)은, 샤프트 테두리(43)의 양쪽 면 상에 서로 대향하여, 윈치 쌍들(39, 41)에 직교하여 배치된다. 윈치들의 각각의 쌍(39, 41, 45, 47)은 각각의 케이블들(29, 31, 21, 23)을 감아 올린다. 케이블들(29, 31, 21, 23)은 양쪽 끝에서 윈치들(39, 41, 45, 47) 중 하나에 연결되고 링크부 부재들(33, 25)을 돌아 고리를 이룬다. 이것은 각각의 쌍의 윈치들에 의한 윈치동작에서의 임의의 변동이 케이블 상의 링크부 부재의 조정에 의해 조절되도록 보장한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 설비(1)를 절단 투시도로 예시한다. 에너지 저장 설비(1)는 샤프트(19)를 포함하고, 이러한 샤프트(19)를 통해 중량체들은 샤프트(19)의 상부와 기저부(15) 사이에서 하강 및 상승될 수 있다. 두 개의 대향 윈치 쌍들(39, 41)이, 제2 중량체(5)를 (케이블들(29, 31) 및 링크부 부재들(33)을 통해) 샤프트(19)의 기저부(15)(여기서는 미도시)를 향해 하강시키도록 동작하고, 반면 대향 윈치 쌍들(45, 47)이, 제1 링크부 부재들(25)을 (다른 도면들에서 예시되는 바와 같이) 이들이 최근에 하강된 제1 중량체(3)로부터 해방된 샤프트(19)의 기저부(15)로부터 상승시키도록 동작한다. 제1 링크부 부재들(25)은, 윈치들의 측면에 있는 저장 영역(53) 내에 후속 중량체들(51)과 함께 저장되어 있는 제3 중량체(49)와 샤프트(19)의 외부 및 상부에서 맞물리기 위해, 샤프트(19)의 상부로 다시 상승되고 있다. 천장주행 기중기(overhead crane)(55)가 제3 중량체(49) 및 후속 중량체들(51)을 상부를 통해 샤프트(19) 안으로 또는 밖으로 들어올리고 내리기 위해 제공된다. 천장주행 기중기(55)가 진행하기 위해 그리고 기중기(55) 상의 기중기 링크부(crane linkage)(59)와 제3 중량체(49)(및 후속 중량체들(51))의 상부 표면(61) 상의 대응하는 중량체 링크부(미도시) 간의 맞물림을 통해 제3 중량체(49)와 맞물리기 위해 갠트리 설비(57)가 제공된다. 제3 중량체(49)는, 기중기(55)에 의해 들어올려지고, 샤프트(19) 위로 이송되고, 윈치들(39, 41, 45, 47) 사이에서 샤프트(19) 안으로 하강되고, 그리고 제1 링크부 부재들(25)과 (이들이 샤프트(19)의 상부에 도달할 때) 맞물릴 준비가 된다. 링크부 부재들(25)이 맞물릴 때, 기중기 링크부(59)는 제3 중량체(49)의 상부 표면(61)으로부터 분리될 수 있고, 그리고 제3 중량체(49)는 기저부(15)(미도시)를 향해 하강된다.

도 5a 내지 도 5g는 제1 중량체(3)와의 분리된 구성(도 5a 내지 도 5c) 및 맞물려진 구성(도 5d 내지 도 5g)에서 링크부 부재들(25)을 예시한다.

도 5a 내지 도 5c에서, 케이블(21)로부터 현수된 링크부 부재(25)는 중량체(3)와의 충돌 없이 중량체(3)를 자유롭게 통과한다. 링크부 부재(25)는, 케이블(21)이 장착되는 몸체(63)와, 그리고 몸체(63)의 안쪽(중량체-쪽) 표면 상에 배치되는 함께 동작하는 슬라이딩 플레이트(65)를 포함한다. 링크부 부재(25)가 중량체(3)에 맞춰 정렬될 때, 특히, 중량체(3) 상의 함몰부의 형태를 갖는 링크부 독(27)에 맞춰 정렬될 때, 슬라이딩 플레이트(65)는 몸체(63)로부터 측면으로 변위되어 링크부 독(27)의 함몰부(67) 안으로 변위되도록 될 수 있다. 그 다음에, 링크부 부재(25)는 상승될 수 있고, 그리고 슬라이딩 플레이트(65)의 상위 부분은 함몰부(67)의 상위 부분에서 슬롯(slot)(69)과 맞물리며, 그럼으로써 링크부 부재(25)가 링크부 독(27) 안으로 잠겨진다.

도 5c 및 도 5f에서의 단면도들에서, 그리고 또한 도 6에서, 볼 수 있는 바와 같이, 슬라이딩 플레이트(65)에는 6개의 유압식 작동기들(77)이 제공되고, 이들은 몸체(63) 내에 형성된 부시(bush)들(79)을 통해 연장되고, 그리고 슬라이딩 플레이트(65)가 몸체(63)로부터 멀어지고 다시 돌아오는 이동을 제어하는 역할을 하며 슬라이딩 플레이트(65)를 함몰부(67) 및 슬롯(69)과의 협업적 맞물림 상태로 유지시키는 역할을 한다. 슬라이딩 플레이트(65)의 하위 가장자리에는 측면 날개부(lateral wing)들(73)이 제공되고, 이들은 링크부 부재(25)가 링크부 독(27) 안으로 맞물릴 때 함몰부(67)와 관련된 측면 슬롯들(75)과 함께 동작함으로써 링크부 부재(25)의 회전을 억제하는 역할을 한다.

링크부 부재들(25)을 중량체(3)로부터 해방시키기 위해, 링크부 부재들(25)은 중량체(3)에 대해 하강되고, 이에 따라 슬라이딩 플레이트(65)가 슬롯(69)으로부터 분리된다(그리고 측면 날개부들(73)이 측면 슬롯들(75)로부터 분리됨). 그 다음에, 유압식 작동기들(77)은 슬라이딩 플레이트(65)를 몸체(63)와 접촉하도록 다시 뒤로 당기도록 동작하고, 이러한 접촉 지점에서 링크부 부재들(25)은 추가 접촉 없이 중량체(3)에 대해 안전하게 상승 또는 하강될 수 있다.

도 7은 슬라이딩 플레이트(65)를 수용하기 위한 링크부 독들(27) 중 하나를 보여주는 중량체(3)의 투시도를 투명하게 예시한다. 볼 수 있는 바와 같이, 슬라이딩 플레이트(65)가 링크부 독(27)의 함몰부 내에 배치되고, 링크부 부재(25)가 상승되면, 슬라이딩 플레이트(65)의 상위 가장자리는 슬롯(69) 안으로 맞물리고, 동시에, 슬라이딩 플레이트(65) 상의 측면 날개부들(73)은 링크부 독(27)의 측면 슬롯들(75) 안으로 맞물린다. 각각의 측면 슬롯(75)의 인접하는 표면(81)은, 측면 날개부들(73)과 인접하는 역할을 하고, 그리고 링크부 부재(25)가 중량체와 맞물리고 중량체를 들어올리는 경우 케이블(21)로부터 현수된 링크부 부재(25)의 비활동 무게 중심(resting centre of gravity)으로부터의 슬라이딩 플레이트(65)의 이격된 위치(offset position) 및 중량체(3)와의 맞물림으로 인한 링크부 부재(25)의 잠재적인 회전 운동을 상쇄(counter)시키는 역할을 한다.

복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 설비(1)의 동작이 도 8a 내지 도 8e에서 예시된다. 에너지 저장 설비(1)는, 외부 시스템, 전형적으로는 전기 전력망의 필요에 따라 (중량체들을 상승시킴으로써) 에너지를 저장하기 위해 또는 (중량체들을 하강시킴으로써) 에너지를 방출하기 위해, 샤프트(19) 내의 상승된 위치와 하강된 위치 사이에서 중량체들(3, 5, 49, 51)의 이동을 제어하기 위한 제어기(미도시)를 갖도록 구성된다. 시스템은, 제어기로부터의 신호가 있는 경우, (이전의 도면들에서 예시된) 윈치들(39, 41, 45 및 47)을 구동시켜 중량체들(3, 5, 49, 51)을 전형적으로는 차례로 상대적으로 낮은 위치들로부터 상대적으로 높은 위치들로 상승시키도록 하기 위해(하지만 짧은 기간 동안의 고전력이 요구되는 경우 두 개의 중량체들을 짧은 기간 동안 동시에 상승시키도록 하기 위해) 모터들을 통해 전력망으로부터의 전력을 변환함으로써, 충전된다. 전기 전력망과 같은 외부 시스템으로부터 전력 수요가 검출되거나 요청되는 경우, 제어기는 윈치들(39, 41, 45, 47)에게 신호를 보내 중량체들(3, 5, 49, 51)을 상승된(충전된) 위치로부터 하강된(방전된) 위치로 하강시키도록 하고, 그리고 중력 위치 에너지 방출(gravitational potential energy release)이 발전기들에 의해 전력으로 변환되어 외부 시스템으로 유출된다. 다시 말하지만, 중량체들(3, 5, 49, 51)의 하강은 전형적으로, 지속적인 중단없는 전기 출력을 위해 차례로 수행되지만, 전력에 대한 단기간 높은 수요를 충족시키기 위해 한번에 두 개의 중량체들에 대해 수행될 수 있다.

도 8a에서, 설비(1)는 샤프트(19), 그리고 샤프트(19)의 상부 주위에 배치되는 하나의 윈치 설비의 대향 윈치 쌍들(39, 41) 및 제2 윈치 설비의 대향 윈치 쌍들(45, 47)을 보여준다. 중량체(3)는, 중량체(3)의 양쪽 면 상의 대응하는 링크부 독들(27) 내에 맞물린 제1 링크부 부재들(25)을 통해 중량체(3)에 부착된 그리고 윈치 쌍들(39, 41)과 관련된 대향 케이블 쌍들(29, 31)에 의해 이제 막 하강되었던 샤프트(19)의 기저부(15)에서 비활동 상태에 있다. 중량체(5)는, 보여지는 바와 같이 중량체(5)의 전면 및 후면 상의 링크부 독들(27) 내에서 제2 링크부 부재들(33)과 맞물려 샤프트(19)의 상부에 배치된다. 중량체는 윈치 쌍(45, 47)과 관련된 (더 이전의 도면들에서 예시된) 케이블 쌍들(21 및 23)로부터 현수된다. 중량체(5)는 하강될 준비가 된 상태에 있다. 제3 중량체(49) 및 추가 중량체들(51)이 샤프트(19) 외부 및 샤프트(19)의 측면에 있는 표면 저장 영역(53) 내에 저장된다. 요구되는 바에 따라 중량체들(49, 51)을, 표면 저장 영역(57)과 샤프트(19)의 상부에서 링크부 부재들(25, 33)과 맞물리는 위치 사이에서 운송하기 위해 천장주행 기중기(55)를 갖는 갠트리 설비(57)가 제공된다.

외부 시스템으로의 늘어난 전력 출력 요구에 대한 제어기(미도시)로부터의 신호가 있는 경우, 윈치 쌍(45, 47)은 도 8b에서 보여지는 바와 같이 중량체(5)를 샤프트(19) 아래로 하강시킨다. 동시에, 윈치 쌍(39, 41)은 중량체(3)로부터 해방된 제1 링크부 부재들(25) 및 케이블 쌍(29, 31)을 상승시키도록 하는 신호를 받는다. 케이블 쌍(29, 31)은, 중량체(5)가 자신의 비활동 위치에 도달하기 전에, 케이블 쌍(29, 31)이 샤프트의 상부로 상승될 수 있고, 제3 중량체(49)와 연결될 수 있고, 그리고 하강되기 시작할 수 있게 하기 위해, 중량체(5)의 하강보다 더 빠른 속도에서 상승된다. 또한, 동시에, 제어기(미도시)는, 중량체(49)의 상부 및 기중기 링크부(59)를 통해 제3 중량체(49)와 맞물린 기중기(55)에게 신호를 보내, 중량체(49)를 들어올려 이것을 사용을 위해 준비가 된 샤프트(19) 위의 위치로 갠트리(57)를 통해 운송하도록 한다. 그 다음에, 중량체(49)는, 중량체(49)의 통행을 가능하게 하기에 충분한 윈치들(39, 41, 45, 47)의 대향 쌍들 사이의 틈새(gap)를 통해 기중기(55)에 의해 하강될 수 있고, 그리고 (중량체(49)의 각각의 면 상의 링크부 독들(27)을 통해) 최근에 상승된 제1 링크부 부재들(25)과 맞물린 상태로 윈치들(45) 바로 아래 샤프트(19)의 상부에서 유지될 수 있고, 그리고 단단하게 맞물렸을 때 기중기 링크부(59)에 의해 해방될 수 있다. 이러한 과정은, 중량체(5)가 하강되는 기간 동안 모두 완료돼야 하고, 이에 따라 제2 중량체(5)가 (도 8c에서 예시된) 샤프트(19)의 기저부(15)에서 제1 중량체(3)의 상부 상에 적층되는 자신의 하위 비활동 위치에 도달함에 따라, 제3 중량체(39)는 하강되기 시작할 수 있게 되고, 따라서 설비(1)로부터 중단 없이 전력 출력의 연속성이 가능하게 된다.

도 8d에서 예시되는 바와 같이, 제3 중량체(49)가 하강됨에 따아, 제2 링크부 부재들(33) 및 케이블 쌍(21, 23)은, 추가 중량체(51)와 만나서 추가 중량체(51)와 맞물리도록, 윈치 쌍(45, 47)에 의해 더 빠른 속도에서 상승되는데, 여기서 추가 중량체(51)는 갠트리(57)에 의해 샤프트(19)의 상부로 운송되기 위해서 기중기 링크부(69)를 통해 기중기(55)에 의해 맞물리게 된다. 다시 말하지만, 상승하는 링크부 부재들(33)은 하강하는 중량체(49)를 충돌 없이 통과할 수 있고, 이에 따라 링크부 부재들(33)은 샤프트(19)의 상부에 배치될 수 있게 되고, 그리고 링크부 독들(27)을 통해 중량체(51)에 맞물릴 수 있게 되며, 그리고, 기중기(55)에 의해 해방될 준비가 될 수 있게 되고, 그리고 제3 중량체(49)가 샤프트(19)의 기저부(15)에서 제2 중량체(5)의 상부 상에 적층되는 비활동 하위 위치에 도달할 때 외부 시스템으로의 추가 에너지를 방전시키기 위해 하강될 준비가 될 수 있게 된다.

따라서, 설비(1)는, 복수의 중량체들(3, 5, 49, 51)을 이용함으로써 소정의 샤프트(19)에 대해 더 작고 더 비용 효율적인 거중기 수단(lifting means)으로 상당히 증진된 에너지 용량을 제공하고, 그리고 설비(1)의 전체 에너지 용량에 걸쳐 두 개의 중량체/케이블 설비들의 사용에 의해 중단 없이 외부 시스템으로부터의/으로의 에너지 입력/출력의 연속성을 제공할 수 있다.

도 9에서, 도 9는 앞에서 더 상세하게 설명된 에너지 저장 시스템에서의 사용을 위해서 중량체들(85)의 상승 및 하강을 위해 샤프트(미도시) 내의 배치를 위한 본 발명의 일 실시형태의 현수 플랫폼 시스템(83)을 예시한다. 플랫폼 요소(87)가 10개의 케이블 현수 부재들(89)에 의해 (전형적으로는 샤프트 내에) 현수되고, 여기서 10개의 케이블 현수 부재들(89)은, 플랫폼 요소(87)의 밑면에 부착되어 플랫폼 요소(87)의 주변부 주위로 연장되는 주변으로 배치된 받침쇠(bracket)들(91) 자체에 부착된다. 케이블 현수 부재들(89)은 자신들의 반대쪽 말단들에서 정착기 지지체(93)에 부착될 수 있고, 여기서 정착기 지지체(93)는, 분산기 플레이트(spreader plate)의 형태를 가지며, 샤프트(미도시) 위의 표면 상에서 지면 상의 배치를 위한 것이고 그 안에는 구멍(95)이 형성되는데, 이러한 구멍(95)은 샤프트 개구부(미도시)와 일반적으로 일치해야 한다. 구멍(95) 주의의 테두리(97)에는 케이블 현수 부재들이 고정될 수 있는 복수의 고정쇠(fixing)들 또는 받침쇠들(99)이 제공될 수 있다. 에너지 저장 시스템의 방전된 구성에서 중량체들(85)은 플랫폼 요소(87)의 상위 표면(101) 상에 배치될 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 하지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람에 의해 변형들 및 수정들이 실행될 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (31)

1. 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템(multi-weight gravity-based energy storage system)으로서, 상기 에너지 저장 시스템은,
   제1 중량체와;
   제2 중량체와;
   제1 운송기(transporter)로서,
   제1 운송기는 상기 제1 중량체를 상기 제1 운송기에 기계적으로 링크(link)시키기 위해 상기 제1 중량체에 결합(couple)될 수 있고 상기 제1 중량체로부터 분리(decouple)될 수 있는 제1 운송기 링크부(transporter linkage)를 포함하며,
   상기 제1 운송기는 제1 상위 위치(upper position)와 제2 하위 위치(lower position) 사이에서 수직 변위(vertical displacement)를 정의하는 제1 미리-정의된 경로를 따라 상기 제1 중량체를 운송하도록 구성되며;
   제2 운송기로서,
   상기 제2 운송기는 상기 제2 중량체를 상기 제2 운송기에 기계적으로 링크시키기 위해 상기 제2 중량체에 결합될 수 있고 상기 제2 중량체로부터 분리될 수 있는 제2 운송기 링크부를 포함하며,
   상기 제2 운송기는 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 변위를 정의하는 제2 미리-정의된 경로를 따라 상기 제2 중량체를 운송하도록 구성되며;
   제1 경로 체적(path volume)으로서, 상기 제1 미리-정의된 경로를 따라 전개(develop)되거나 스위핑(sweep)되는 상기 제1 운송기 링크부와 결합된 상기 제1 중량체의 면적에 의해 정의되는 제1 경로 체적(path volume)과;
   제2 경로 체적으로서, 상기 제2 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되는 상기 제2 운송기 링크부와 결합된 상기 제2 중량체의 면적에 의해 정의되는 제2 경로 체적과,
   상기 제2 경로 체적의 적어도 일부분은 상기 제1 경로 체적과 중첩(overlap)되며; 및
   제2 링크부 경로 체적(linkage path volume)으로서, 상위 위치와 하위 위치 사이에서 각각의 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되며 중량체로부터 분리되는 상기 제2 링크부의 면적에 의해 정의되는 제2 링크부 경로 체적(linkage path volume)을 포함하고,
   상기 제2 링크부 경로 체적은 상기 제1 경로 체적과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 경로 체적의 상기 적어도 일부분은, 상기 제1 경로 체적의 적어도 20%의 양만큼, 바람직하게는 적어도 30%의 양만큼, 그리고 더 바람직하게는 적어도 50%의 양만큼, 상기 제1 경로 체적과 중첩되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 미리-정의된 경로 및 상기 제2 미리-정의된 경로 각각은, 각각의 제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 경로를 정의하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 제1 미리-정의된 경로 및 상기 제2 미리-정의된 경로는 샤프트(shaft)의 경로를 따르고, 상기 샤프트는 바람직하게는 지면(ground) 내의 샤프트인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 샤프트는 100 m 내지 2000 m의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 제1 운송기 및 상기 제2 운송기 각각은 윈치 및 케이블 설비(winch and cable arrangement)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 운송기는 제1 윈치 및 케이블 설비를 포함하고,
   상기 제2 운송기는 상기 제1 윈치 및 케이블 설비로부터 분리된 제2 윈치 및 케이블 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   각각의 윈치 및 케이블 설비는 각각의 중량체들에 결합되고 각각의 중량체들로부터 분리되기 위한 하나 이상의 운송기 링크부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   각각의 윈치 및 케이블 설비는, 샤프트 입구의 대향 면들 상에 배치되는 윈치들의 두 개의 대향 쌍들을 포함하고, 윈치들의 각각의 대향 쌍은 케이블 설비 및 적어도 하나의 운송기 링크부와 함께 동작하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    각각의 운송기 링크부는 중량체 상의 각각의 링크부 독(linkage dock)과 함께 동작하기 위한 링크부 부재(linkage member)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 링크부 부재는, 상기 링크부 부재가 중량체 상의 링크부 독과 결합되는 제1 구성과 상기 링크부 부재가 중량체 상의 링크부 독으로부터 분리되는 제2 구성 간에 변환 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    상위 위치와 하위 위치 사이에서 각각의 미리-정의된 경로를 따라 전개되거나 스위핑되며 중량체로부터 분리되는 상기 제1 링크부의 면적에 의해 정의되는 제1 링크부 경로 체적을 더 포함하고,
    상기 제1 링크부 경로 체적은 상기 제2 링크부 경로 체적과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은, 제3 중량체 및 선택적으로 추가 중량체들을 더 포함하며,
    상기 제1 운송기 및/또는 상기 제2 운송기는,
    각각의 기계적 링크부들이 고정(secure)되도록 상기 제3 중량체 및 선택적인 추가 중량체들 각각에 결합될 수 있고, 그리고
    제1 상위 위치와 제2 하위 위치 사이에서 수직 변위를 정의하는 제3 미리-정의된 경로 또는 추가적인 미리-정의된 경로들을 따라 상기 제3 중량체 및 선택적인 추가 중량체들을 운송하도록 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 시스템은 적어도 5개의 중량체들, 바람직하게는 적어도 10개의 중량체들, 그리고 선택적으로 적어도 20개의 중량체들, 예컨대, 최대 50개의 중량체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    모든 중량체들이 자신들의 각각의 상위 위치들까지 상승된 완전히 충전된 구성(fully charged configuration)과, 및
    모든 중량체들이 자신들의 각각의 하위 위치들까지 하강된 완전히 방전된 구성(fully discharged configuration)을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 완전히 방전된 구성에서,
    상기 제1 중량체는, 각각의 운송기로부터 분리된 경우, 상기 제1 경로 체적 내에서 상기 샤프트의 기저부(base) 상에 배치되고,
    상기 제2 중량체는, 자신의 각각의 운송기로부터 분리된 경우, 상기 제2 경로 체적 내에서 상기 샤프트의 상기 기저부에서의 상기 제1 중량체의 상부 상에 배치되고,
    임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은, 각각의 경로 체적 내에서 상기 샤프트의 하부에서의 각각의 이전의 중량체 상에 배치되거나 적층되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
17. 제15항에 있어서,
    상기 완전히 방전된 구성에서,
    상기 분리된 제1 중량체는 상기 제1 경로 체적의 외부에 있는 상기 샤프트와 관련된 기저부 저장 공간 내에 저장되고,
    바람직하게는 상기 분리된 제2 중량체 및 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은 각각의 경로 체적들의 외부에 있는 상기 샤프트와 관련된 저장 공간 내에 저장되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 중량체 및 바람직하게는 상기 제2 중량체 및 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들 각각을 각각의 하위 위치들로부터 각각의 경로 체적들 외부의 저장 공간으로 운송하기 위해 기저부 저장 컨베이어(base storage conveyor)가 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 저장 컨베이어는 컨베이어 벨트(conveyor belt) 또는 캐러셀(carousel)인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
20. 제15항에 있어서,
    완전히 충전된 구성에서,
    상기 제1 중량체의 각각의 운송기로부터 분리된 상기 제1 중량체는 자신의 상위 위치에서 상기 제1 경로 체적 내에 저장되고,
    상기 제2 중량체는, 자신의 각각의 운송기로부터 분리된 경우, 자신의 상위 위치에서 상기 제2 경로 체적 내에 상기 제1 중량체에 인접하여 배치되고, 그리고
    임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은 각각의 상위 위치에서 각각의 경로 체적 내에 각각의 이전의 중량체에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
21. 제15항에 있어서,
    완전히 충전된 구성에서,
    상기 제1 중량체의 각각의 운송기로부터 분리된 상기 제1 중량체는 상기 제1 경로 체적의 외부의 상위 저장 공간 내에 저장되고,
    상기 제2 중량체의 각각의 운송기로부터 분리된 상기 제2 중량체는 상기 제2 경로 체적의 외부의 상위 저장 공간 내에 저장되고, 그리고
    임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들은 각각의 경로 체적들의 외부의 상위 저장 공간 내에 저장되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 중량체 및 바람직하게는 상기 제2 중량체 및 임의의 제3 중량체 또는 추가 중량체들 각각을 각각의 상위 위치들로부터 각각의 경로 체적들 외부의 저장 공간으로 운송하기 위해 상위 저장 컨베이어(upper storage conveyor)가 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
23. 제22항에 있어서,
    상기 상위 저장 컨베이어는, 갠트리 기중기 및 행렬식 저장 설비(gantry crane and matrix storage arrangement) 및/또는 캐러셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은, 외부 전력 시스템(external power system)에 대한 입력 연결부(input connection) 및 출력 연결부(output connection)를 포함하고,
    상기 입력 연결부 및 상기 출력 연결부는 단일 연결 지점(single connection point)일 수 있고,
    상기 외부 전력 시스템은 전기 전력망(electricity grid)(예컨대, 지역 전력망(local power grid) 또는 전국 전력망(national grid)), 및 모터(motor) 및/또는 발전기(generator)와 같은 주기적으로 전력 과잉(power surplus)을 가질 수 있는 전력 수요(power demand)를 갖는 임의의 시스템일 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은, 외부 시스템으로부터의 과다 에너지의 저장 또는 외부 시스템으로의 에너지의 방전에 대한 요구에 응답하여, 상기 운송기들의 동작 및 상기 중량체들의 이동을 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
26. 제25항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 시스템이,
    중량체가 자신의 경로의 끝단(extremity)에 접근함에 따라 중량체의 상승 또는 하강의 속도를 감소시키게 하고
    상기 제1 중량체가 느려지고 자신의 경로의 끝에서 멈춤으로 인한 전력 입력/출력에서의 감소를 보상하도록 또 하나의 다른 중량체 이동을 시작하도록
    구성되어,
    상기 시스템으로부터의 입력/출력이 적어도 두 개의 연속하는 중량체들의 상승 또는 하강의 기간 동안 지속적으로, 필요한 전력으로 제공될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
27. 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템에서의 에너지 저장 방법으로서, 상기 시스템의 전체 에너지 용량(full energy capacity)에 걸쳐 중단 또는 불연속 없이 상기 시스템에 대한 전력 입력 및/또는 출력의 연속성(continuity)을 제공하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은, 제1항 내지 제26항 중 어느 하나의 항에서 정의되는 바와 같은 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 포함하고,
    상기 방법은 또한, 상기 에너지 저장 시스템을 동작시켜,
    상기 시스템에 대한 전력 입력/출력 요구들에 따라 연속하는 중량체들의 상승 및 하강을 일으키도록 하고,
    상기 시스템이,
    중량체가 자신의 경로의 끝단에 접근함에 따라 중량체의 상승 또는 하강의 속도를 감소시키게 하고
    상기 제1 중량체가 느려지고 자신의 경로의 끝에서 멈춤으로 인한 전력 입력/출력에서의 감소를 보상하도록 또 하나의 다른 중량체 이동을 시작하도록 하는 것을
    포함하여,
    상기 시스템으로부터의 입력/출력이 적어도 두 개의 연속하는 중량체들의 상승 또는 하강의 기간 동안 지속적으로, 필요한 전력으로 제공될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
28. 복수-중량체 중력-기반 에너지 저장 시스템에서의 에너지 저장 방법으로서,
    상기 시스템은 운송기들을 통해 각각의 미리-정의된 경로들을 따라 상승 및 하강되도록 구성된 적어도 두 개의 중량체들을 포함하고,
    상기 시스템은, 외부 시스템으로부터의 에너지의 저장 또는 외부 시스템으로의 에너지의 방전에 대한 요구에 응답하여, 상기 운송기들의 동작 및 상기 중량체들의 이동을 제어하기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 방법은, 단기간 증가된 전력 입력/출력을 제공하기 위해서, 적어도 두 개의 중량체들을 미리-정의된 경로들을 따라 동시에 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
29. 제28항에 있어서,
    상기 방법은 제27항에서 더 정의되는 바와 같은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 방법.
30. 윈치 및 케이블 구성체(winch and cable configuration)로서,
    상기 윈치 및 케이블 구성체는, 윈치, 단일 케이블, 및 상기 설비의 하위 끝단에서의 도르래 설비(sheave arrangement)를 포함하고,
    상기 케이블은, 두 개의 윈치들 간의 속력 제어(speed control)에서의 차이들을 흡수하기 위해서, 상기 도르래 설비의 두 개의 도르래들 둘레로 돌도록 구성되는 것을 특징으로 하는 윈치 및 케이블 구성체.
31. 제1항의 에너지 저장 시스템을 위한 샤프트 내에 하중 지지 현수 플랫폼(load bearing suspended platform)을 제공하기 위한 현수 플랫폼 시스템(suspended platform system)으로서, 상기 시스템은,
    플랫폼 요소(platform element)와,
    상기 플랫폼 요소와 맞물리며 상기 플랫폼 요소가 현수되게 하는 복수의 현수 부재(suspension member)들과, 및
    상기 플랫폼 요소에 대해 상승된 위치에서 상기 현수 부재들을 정착(anchoring)시키기 위한 정착 기구(anchoring mechanism)를 포함하는 것을 특징으로 하는 현수 플랫폼 시스템.

Images