KR20230141844A - 엘리베이터 리프트 시스템을 구비한 에너지 저장 시스템 - Google Patents

엘리베이터 리프트 시스템을 구비한 에너지 저장 시스템 Download PDF

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KR20230141844A
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KR1020237029860A
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안드레아 페드레티
롤란드 마르쿠스 한니
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에너지 볼트 인코포레이티드
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Abstract

에너지 저장 및 전달 시스템은 블록을, 낮은 고도에서 높은 고도로 이동시켜서 에너지를 저장하고 높은 고도에서 더 낮은 고도로 이동시켜서 전기를 생성하도록 조작될 수 있는 엘리베이터를 포함한다. 윈치 조립체(winch assembly)는 엘리베이터에 커플링(coupling)되는 케이블(cable)에 이동 가능하게 커플링된다. 상기 윈치 조립체는 유성 기어 조립체(planetary gear assemblies), 상기 유성 기어 조립체의 적어도 일부와 선택적으로 맞물리는(engaging) 브레이크(brake), 및 상기 케이블에 커플링된 스풀(spool)을 갖는다. 구동 샤프트는 전동-발전기(motor-generator)와 상기 윈치 조립체 사이에서 연장된다. 브레이크는 상기 스풀이 케이블을 릴-인(reel-in)하도록 회전시켜서 상기 엘리베이터를 상승시켜서 블록을 낮은 고도에서 높은 고도로 이동시켜 에너지를 저장하거나, 또는 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-아웃(reel-out)하도록 회전시켜서 상기 엘리베이터를 하강시켜서 블록을 낮은 고도에서 높은 고도로 이동시켜 전기를 생성하도록, 조작 가능하다.

Description

엘리베이터 리프트 시스템을 구비한 에너지 저장 시스템
우선권 출원에 대한 참조에 의한 통합
본 출원과 함께 제출된 출원 데이터 시트에서 외국 또는 국내 우선권 주장이 식별된 모든 출원은 37 CFR 1.57에 따라 참조로 통합된다.
분야
본 발명은 에너지 저장(storage) 및 전달(delivery) 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블록(blocks) 또는 벽돌(bricks)의 수직 이동을 통해 에너지를 저장 및 방출하는 에너지 저장 및 전달 시스템에 관한 것이다.
재생 에너지 공급원(예를 들어 태양열, 풍력, 수력, 바이오매스 등)으로부터의 발전(power generation)은 계속해서 증가하고 있다. 그러나, 이들 재생 에너지 공급원(예를 들어 태양열, 풍력) 중의 다수는 간헐적으로 예측될 수 없으며, 간헐적인 재생 에너지 공급원으로부터 망(grid)으로 전달될 수 있는 전기의 양을 제한한다.
따라서, 전력망(electrical grid)으로의 예측 가능한 전달을 위해 재생 가능한 에너지 공급원에 의해 생산된 전기를 포집하기 위한 개선된 시스템이 필요하다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 전력망은 생산자로부터 소비자에게 전기를 전달하기 위한 상호연결된 네트워크이고, 도시, 주 및/또는 국가를 포함한 넓은 지리적 영역에 걸쳐 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 에너지 저장 및 전달 시스템은 하나의 구체예에서 시간 외 전기(off-hours electricity)를 생산하기 위해 태양 전력을 저장할 수 있다. 상기 에너지 저장 및 전달 시스템은 복수의 블록을 낮은 고도(elevation)에서 높은 고도로 이동시켜서 태양광 전기가 풍부한 낮 시간 동안 상기 블록 내에 태양 에너지를 위치 에너지로서 저장할 수 있다. 이어서 상기 에너지 저장 시스템은 밤 시간 동안 상기 블록을 높은 고도에서 낮은 고도로 이동하도록 조작하여 발전기를 구동시켜서 전력망으로의 전달을 위한 전기를 생산할 수 있다. 한 실행예에서, 상기 에너지 저장 시스템은 유리하게는 블록을 상승 및 하강시키기 위한 시스템의 단순화된 제어를 허용하는 하나 이상의 유성 기어 조립체(planetary gear assemblies) 및 하나 이상의 브레이크(brakes)를 갖는 윈치(winch)를 사용할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 전기를 저장 및 생성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 블록을 타워(tower) 상의 낮은 고도에서 타워 상의 높은 고도로 이동하도록 조작하여 상기 블록 내에 에너지를 저장하는 단계를 포함하되, 각각의 블록은 상기 블록의 위치 에너지 양(potential energy amount)에 대응하는 에너지의 양을 저장한다. 상기 방법은 또한 상기 블록을 타워 상의 높은 고도에서 타워 상의 낮은 고도로 (예를 들어 중력 하에서) 이동하도록 조작함으로써, 상기 높은 고도에서 상기 낮은 고도로 이동하였을 때 상기 하나 이상의 블록의 운동 에너지 양(kinetic energy amount)에 대응하는 양의 전기를 생성하는 단계를 포함한다.
본 개시의 한 측면에 따르면, 에너지 저장 및 전달 시스템이 제공된다. 상기 에너지 저장 및 전달 시스템은 하나 이상의 모듈을 포함한다. 각각의 모듈은 복수의 블록 및 기초부(foundation) 위에 수직 높이(vertical height)를 갖는 프레임(frame)을 포함한다. 상기 프레임은 하부 데크(lower deck), 상기 하부 데크 위에 수직으로 이격된 상부 데크(upper deck), 상기 하부 데크와 상기 상부 데크 사이에서 연장되는 프레임의 좌측 칼럼(left column)과 우측 칼럼(right column) 사이에 배치된 엘리베이터 샤프트(elevator shaft), 및 상기 엘리베이터 샤프트 내에서 이동 가능하게 배치되고 전동-발전기(electric motor-generator)에 조작 가능하게 커플링된 엘리베이터를 포함한다. 상기 엘리베이터는 그 내부에 하나 이상의 블록을 수용하고 지지하도록 크기 설정(sized)되고, 상기 하부 데크 위의 위치와 상기 상부 데크 위의 위치 사이에서 이동하도록 조작 가능하다. 상기 엘리베이터는 하나 이상의 블록을 상기 하부 데크 위의 좌측 칼럼 내의 위치로부터 상기 좌측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로 상승시키고, 하나 이상의 블록을 상기 하부 데크 위의 상기 우측 칼럼 내의 위치로부터 상기 우측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로 이동하도록 조작하여, 상기 하나 이상의 상승된 블록의 위치 에너지 양에 대응하는 전기 에너지의 양을 저장할 수 있다. 상기 엘리베이터는 하나 이상의 블록을 상기 좌측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 하부 데크 위의 상기 좌측 칼럼 내의 위치로 하강시키고, 중력 하에서 하나 이상의 블록을 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 하부 데크 위의 우측 칼럼 내의 위치로 이동하도록 조작하여, 상기 엘리베이터에 전기적으로 커플링된 전동-발전기를 통해 상기 하나 이상의 하강된 블록 각각에 대한 일정량의 전기(an amount of electricity)를 생성할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 전기를 저장하고 생성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 인접한 좌측 및 우측 칼럼 사이의 엘리베이터 샤프트를 따라 엘리베이터를 조작하여 상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 하부 데크 위의 위치와 상기 좌측 또는 우측 칼럼과 정렬된 상부 데크 위의 위치 사이에서 복수의 블록을 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 엘리베이터를 조작하는 단계는, (a) 상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 상기 하부 데크 위의 위치로부터 블록을 리프팅(lifting)하는 단계, 상기 블록을 상기 엘리베이터 샤프트 내로 이동시키는 단계, 상기 블록을 상기 상부 데크 위의 위치로 리프팅하는 단계, 상기 블록을 상기 엘리베이터 샤프트 밖으로 이동시키는 단계, 및 상기 블록을, 상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 그 이전 위치 위로 정렬되도록 해제하여 상기 블록의 위치 에너지 양에 대응하는 전기 에너지의 양을 저장하는 단계, 및 (b) 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 좌측 또는 우측 칼럼 위로 블록을 리프팅하는 단계, 상기 블록을 상기 엘리베이터 샤프트 내로 이동시키는 단계, 상기 블록을 중력 하에서 상기 하부 데크 위의 위치로 하강시키는 단계, 상기 블록을 상기 엘리베이터 샤프트 밖으로 이동시키는 단계, 및 상기 블록을, 그 이전 위치 아래에 및 상기 좌측 또는 우측 칼럼 내에 정렬되도록 해제하여 상기 엘리베이터에 전기적으로 커플링된 전동-발전기를 통해 전기의 양을 생성하는 단계; 중의 하나 또는 둘 다를 포함한다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 에너지 저장 및 생성 시스템에서 사용하기 위한 블록이 제공된다. 상기 블록은 콘크리트, 강철(steel) 및 압축된 먼지(compacted dirt) 중의 하나 이상으로 제조된 본체(body)를 포함한다. 상기 본체는 평면형 상부 표면 및 상기 본체의 폭을 가로질러 연장되는 2개 이상의 돌출부(protrusions)를 갖는 저부 표면(bottom surface)을 갖는 직사각형 형상을 갖는다. 2개 이상의 돌출부 사이에 오목부(recess)가 형성되고, 2개 이상의 돌출부 및 오목부는 상기 본체의 폭을 가로질러 연장된다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 에너지 저장 및 전달 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 하나 이상의 모듈을 포함한다. 각각의 모듈은 복수의 블록 및 기초부 위의 수직 높이를 갖는 프레임을 포함한다. 상기 프레임은 엘리베이터 샤프트, 및 상기 엘리베이터 샤프트 내에서 이동 가능하게 배치된 엘리베이터를 포함하고, 상기 엘리베이터는 그 내부에 하나 이상의 블록을 수용하고 지지하도록 크기 설정되고, 낮은 고도와 높은 고도 사이에서 복수의 블록 중의 하나 이상을 이동시키도록 조작 가능하다. 상기 엘리베이터에 커플링되는 케이블에 윈치 조립체가 이동 가능하게 커플링되고, 상기 윈치 조립체는 하나 이상의 유성 기어 조립체, 하나 이상의 브레이크 및 상기 케이블에 커플링된 스풀(spool)을 포함한다. 상기 하나 이상의 모듈은 또한 전동-발전기(motor-generator) 및 상기 전동-발전기에 커플링된 단부(end) 및 상기 윈치 조립체에 커플링된 반대편 단부(opposite end)를 갖는 구동 샤프트(drive shaft)를 포함한다. 상기 윈치 조립체의 하나 이상의 브레이크 중의 적어도 하나는, 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-인(reel-in)하도록 회전하여 상기 엘리베이터를 상기 복수의 블록 중의 하나 이상이 낮은 고도에서 높은 고도로 이동하도록 상승시켜서 에너지를 저장하거나, 또는 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-아웃(reel-out)하도록 회전하여 상기 엘리베이터를 상기 복수의 블록 중의 하나 이상이 높은 고도에서 낮은 고도로 이동하도록 하강시켜서 에너지를 생성하도록, 조작될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 전기를 저장하고 생성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 엘리베이터 샤프트를 따라 엘리베이터를 조작하여 낮은 고도와 높은 고도 사이에서 복수의 블록을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 엘리베이터는 상기 엘리베이터와 윈치 조립체의 스풀 사이에서 연장되는 케이블에 커플링되고, 상기 윈치 조립체는 하나 이상의 유성 기어 조립체 및 하나 이상의 브레이크를 포함한다. 상기 엘리베이터를 조작하는 단계는 상기 윈치 조립체의 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크(brake disc)를 맞물림 해제(disengage)하는 단계, 상기 윈치 조립체의 제 2 브레이크를 조작하여 제 1 유성 기어 조립체의 제 1 링 기어(ring gear)를 맞물림 해제하는 단계, 및 상기 윈치 조립체의 제 3 브레이크를 조작하여 상기 스풀의 회전을 정지시키는 단계를 포함한다. 상기 엘리베이터를 조작하는 단계는 또한 상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물리게 하는 단계, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 유성 기어 조립체의 상기 제 1 링 기어를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 역방향(reverse direction)으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-아웃하여 상기 엘리베이터를 하강시키는 단계를 포함한다. 상기 엘리베이터를 조작하는 단계는 또한 상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물리게 하는 단계, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 유성 기어 조립체의 제 1 링 기어를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 전진 방향(forward direction)으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-인하여 상기 엘리베이터를 상승시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 예로서 기술되며 상기 도면으로 제한되어서는 안된다.
도 1은 제 1 구현예에 따른 에너지 저장 시스템의 정면도이다.
도 2는 제 2 구현예에 따른 에너지 저장 시스템의 정면도이다.
도 3은 제 3 구현예에 따른 에너지 저장 시스템의 정면도이다.
도 4는 제 3 구현예에 따른 에너지 저장 시스템의 측면도이다.
도 5는 제 3 구현예에 따른 에너지 저장 시스템의 사시도이다.
도 6은 제 3 구현예에 따른 에너지 저장 시스템의 사시도이다.
도 7은 한 구현예에 따른 블록의 사시도이다.
도 8a 내지 도 8d는 한 구현예에 따른 엘리베이터 상으로 이동되는 블록의 개략도이다.
도 9a 내지 도 9b는 제 4 구현예에 따른 회전 에너지 저장 시스템의 사시도이다.
도 10a 내지 도 10b는 제 4 구현예에 따른 회전 에너지 저장 시스템의 측면도이다.
도 11은 제 4 구현예에 따른 회전 에너지 저장 시스템의 평면도이다.
도 12a 내지 도 12b는 제 4 구현예에 따른 회전 에너지 저장 시스템의 사시도이다.
도 13은 제 5 구현예에 따른 회전 에너지 저장 시스템의 사시도이다.
도 14는 복수의 에너지 저장 시스템에 커플링된 전동-발전기의 개략도이다.
도 15는 윈치의 개략도이다.
도 16은 브레이크 작동에 기초한 윈치 성능을 나타내는 테이블을 포함한다.
본원에서는 전력망을 안정화시키고 주거용, 상업용 및 산업용 소비자를 위한 전기를 생산하기 위해 대규모 전력망에 조작 가능하게 커플링될 수 있는 에너지 저장 시스템이 개시된다. 상기 에너지 저장 시스템은 공급이 원활할 때 전력망에서 전기를 끌어오고, 수요가 많을 때 다시 전력망에 전기를 투입한다. 상기 에너지 저장 시스템은 또한 낮 시간 동안 전기를 저장하고 밤 시간 동안 전력망으로 전기를 출력하기 위해 태양광 발전소에 조작 가능하게 커플링될 수 있다. 상기 에너지 저장 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로 풍력 발전소 또는 다른 재생 가능 에너지 발생소에 조작 가능하게 커플링될 수 있다.
도 1은 에너지 저장(energy storage; ES) 시스템(100)의 한 실행예의 개략도를 도시한다. ES 시스템(100)은 프레임(110)을 포함한다. 한 실행예에서, 프레임(110)은 복수의 강화된 강철/콘크리트 기둥, 복수의 크로스 부재(cross members)(도시되지 않음), 하부 데크(112), 상부 데크(114), 엘리베이터 샤프트(122), 전동-발전기(150) 및 복수의 밸러스트 웨이트(ballast weights) 또는 블록(130) 내에서 이동하는 적어도 하나의 엘리베이터(120)를 포함할 수 있다. 블록(130)은 하부 데크(112) 및 상부 데크(114) 상에 (예를 들어 엘리베이터 샤프트(122)의 우측에 대한 칼럼(111a) 및 우측에 대한 칼럼(111b) 내에) 적층 및 저장된다. 엘리베이터(120)는 엘리베이터 샤프트(122)를 통해 하부 데크(112) 상의 적층물과 상부 데크(114) 상의 적층물 사이에서 블록(130)을 이동시키도록 조작될 수 있다. 프레임(110), 블록(130), 엘리베이터 샤프트(122) 및 엘리베이터(120)는 모듈을 형성한다. 예시된 실행예에서, ES 시스템(100)은 하나의 모듈을 갖는다.
전기 또는 다른 형태의 에너지를 저장하기 위해, 블록(130)은 엘리베이터(120)에 의해 하부 데크(112)로부터 상부 데크(114)로 리프팅된다. 에너지를 방출하고 전기를 생성하기 위해, 블록(130)은 엘리베이터(120)에 의해(예를 들어 대략 0.4 미터/초의 속도로) 상부 데크(114)로부터 하부 데크(112)로 (예를 들어 중력 하에) 하강하고, (예를 들어 하강할 때 블록(130)의 운동 에너지에 기초하여) 전동-발전기(150)를 회전시켜서 전기를 생성하는데 사용되는 힘이 있다.
한 실행예에서, 일부 블록은 엘리베이터(120)의 좌측에 대해 상부 데크(114) 및 하부 데크(112)에 한정되는 반면, 다른 로크는 엘리베이터(120)의 우측에 대해 상부 데크(114) 및 하부 데크(112)에 한정된다. 우측에 대해, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 데크(114) 상에 블록(1-6)을 포함하는 총 8개의 블록이 존재하고, 블록(7)은 우측에 대해 블록(6) 상에 적층되도록 엘리베이터(120)에 의해 상향으로 이동하고, 하부 데크(112) 상에 블록(8)이 존재한다. 추가 에너지를 저장하기 위해, 우측에 대한 블록(8)은 우측에 대해 블록(7) 상에 리프팅되고 적층될 수 있다. 대안으로, 전기를 생성하기 위해, 우측에 대한 블록(7)은 블록(8)의 상부로 하강하고 우측에 적층될 수 있다. 프로세스는 필요에 따라 에너지를 변환하는 데 이용 가능한 블록이 존재하는 한 반복될 수 있다. 유리하게는, 동일한 엘리베이터(120)는 하부 데크(112)와 상부 데크(114) 사이에서 엘리베이터 샤프트(122)의 우측 상에서 블록(130)을 이동시킬 수 있고, 하부 데크(112)와 상부 데크(114) 사이에서 엘리베이터 샤프트(122)의 좌측 상에서 블록(130)을 이동시킬 수 있다. 엘리베이터(120)의 좌측 상의 블록(130)은 엘리베이터 샤프트(122)의 좌측 상의 하부 데크(112)와 엘리베이터 샤프트(122)의 좌측 상의 상부 데크(114) 사이에서 이동하고, 엘리베이터(120)의 우측 상의 블록(130)은 엘리베이터 샤프트(122)의 우측 상의 하부 데크(112)와 엘리베이터 샤프트(122)의 우측 상의 상부 데크(114) 사이에서 이동한다.
각각의 블록(130)은 하부 데크(112)에서의(또는 그 위의) 위치와 상부 데크(114)에서의(또는 그 위의) 위치 사이에서 이동하여, 블록(130)이 동일한 측(예를 들어 엘리베이터 샤프트(122)의 좌측 또는 우측) 상에 유지되기 때문에, ES 시스템(100)의 각각의 블록(130)은 하부 데크(112) 위의 위치와 상부 데크(114)를 중심으로 하는 위치 사이에서 상이한 수직 이동 거리를 갖는다. 예를 들어 모든 블록(130)이 하부 데크(112) 상에 있을 때, 스택 내의 상부 블록(330)은 스택 내의 저부 블록(bottom block)(130)보다 상부 데크(114) 위의 위치로 더 짧은 거리를 이동하고, 이는 저부 데크(bottom deck)(112)에 인접한 위치로부터 상부 데크(114)의 위치를 지나 상부 데크(114) 상의 스택의 상부로 이동해야 한다. 따라서, ES 시스템(100)의 각각의 블록(130)은 하부 데크(112) 위로부터 상부 데크(114) 위로 이동할 때 상이한 양의 에너지를 저장하고(예를 들어 스택 내의 상부 블록(330)은 최소 에너지를 저장하고 스택 내의 저부 블록은 최대 에너지를 저장하고), 상부 데크(114) 위로부터 하부 데크(112) 위로 이동할 때 상이한 양의 전기를 생성한다(예를 들어 스택 내의 상부 블록(330)은 최대 전기를 생성하고 스택 내의 저부 블록(130)은 최소 전기를 발생시킨다). 한 실행예에서, 엘리베이터(120)는 대안적으로 하부 데크(112) 위의 위치와 상부 데크(114) 위의 위치 사이에서 엘리베이터 샤프트(122)의 좌측 상의 하나의 블록을 이동시킬 수 있고, 하부 데크(112) 위의 위치와 상부 데크(114) 위의 위치 사이에서 엘리베이터 샤프트(122)의 우측 상의 하나의 블록을 이동시킬 수 있고, 이는 일반적으로 엘리베이터 샤프트(122)의 좌측과 우측 사이에서도 하부 데크(112) 및 상부 데크(114) 상의 부하를 유지할 수 있고, 이는 프레임(110) 상의 응력 차이를 감소시킬 수 있다.
한 실행예에서, 각각의 블록(130)은 대략 6 m의 길이, 6 m의 폭, 및 4 m의 높이일 수 있다. 그러나, 블록(130)은 다른 적합한 치수를 가질 수 있다. 블록(130)은 예를 들어 콘크리트, 강철(steel), 및/또는 압축된 먼지(compacted dirt)로 제조될 수 있다. 한 구체예에서, 블록(130)의 총 중량은 약 200 톤 내지 약 300 톤(예를 들어 미터 톤), 예를 들어 약 288 톤(예를 들어 8개의 블록(130)은 약 1600 톤 내지 약 2400 톤, 예를 들어 약 2304 톤의 총 중량을 가질 수 있다)이다. 한 실행예에서, 상부 데크(114)의 높이(h)는 대략 88.5 m일 수 있고, 한 실행예에서, 엘리베이터 샤프트(122)의 전체 높이(H)는 대략 120.5 m일 수 있다. 그러나, 상부 데크(114)의 높이(h) 및 엘리베이터 샤프트(122)의 높이(H)는 다른 적합한 값을 가질 수 있다. 한 실행예에서, ES 시스템(100)의 에너지 저장량은 대략 500 kWh(킬로와트 시간)일 수 있다. 한 실행예에서, ES 시스템(100)에 의해 제공되는 발전량은 대략 1.1 MW일 수 있다. 한 구현예에서, 블록(130)은 150 미터 톤만큼 무거울 수 있다.
도 2는 에너지 저장(ES) 시스템(100A)의 제 2 실행예의 개략도를 도시한다. ES 시스템(100A)은 도 1에 도시되고 전술한 ES 시스템(100)과 유사하다. 따라서, 도 1의 ES 시스템(100) 및 ES 시스템(100)에 의해 이동하는 블록(130)의 다양한 특징에 대한 구조 및 설명은 후술하는 것을 제외하고 도 2의 ES 시스템(100)의 대응하는 특징에도 적용되는 것으로 이해된다. ES 시스템(100A)은 하나의 엘리베이터 대신에 2개의 엘리베이터(120)를 포함한다는 점에서 ES 시스템(100)과 상이하다. 2개의 엘리베이터(120) 각각은 프레임(210)의 대응하는 엘리베이터 샤프트(122)를 따라 이동하고, 블록(130)의 스택을 그 바로 좌측 및 바로 우측으로 서비스한다(예를 들어 블록은 엘리베이터 샤프트(122)의 우측에 대한 칼럼(111a) 및 우측에 대한 칼럼(111b) 내에 있다). 프레임(210)은 폭(W)을 가질 수 있다. 한 실행예에서, 폭(W)은 약 20 m 내지 약 40 m, 예를 들어 약 36 m일 수 있다. (각각의 엘리베이터(120)의 바로 좌측 및 바로 우측에 있는) 블록(130)은 하부 데크(112)와 상부 데크(114) 사이에서 이동할 수 있다. ES 시스템(100A)은 ES 시스템(100)과 동일한 방식으로 조작하지만, ES 시스템(100A)의 2개의 엘리베이터(120)는 ES 시스템(100)이 ES 시스템(100)의 에너지의 2배 만큼 저장하고 ES 시스템(100)으로서 수요에 따라 2배 만큼 전력(예를 들어 전기)을 생성할 수 있게 한다. 프레임(110), 블록(130), 엘리베이터 샤프트(122) 및 엘리베이터(120)는 모듈을 형성한다. 도시된 실행예에서, ES 시스템(100A)은 하나의 모듈을 갖는다.
도 3 내지 도 6은 에너지 저장(ES) 시스템(100B)의 제 3 실행예를 도시한다. ES 시스템(100B)은 도 2에 도시되고 전술한 ES 시스템(100)과 유사하며, 이는 도 1에 도시되고 전술한 ES 시스템(100)과 유사하다. 따라서, 도 2의 ES 시스템(100) 및 ES 시스템(100)에 의해 이동하는 블록(130)의 다양한 특징에 대한 구조 및 설명은 후술하는 것을 제외하고 도 3 내지 도 6의 ES 시스템(100C)의 대응하는 특징에도 적용되는 것으로 이해된다. ES 시스템(100A)과 마찬가지로, ES 시스템(100B)은 각각이 ES 시스템(100, 100A)에 대해 전술한 것과 동일한 방식으로 블록(330)을 이동시킬 수 있는 한 쌍의 엘리베이터(320)를 포함한다(예를 들어 각각의 엘리베이터(320)는 하부 데크(312)와 상부 데크(314) 사이에서 엘리베이터(320)의 샤프트의 좌측 또는 우측에 바로 블록(330)을 이동시킬 수 있다). 예를 들어 블록(330)은 엘리베이터 샤프트(322)의 우측에 대한 칼럼(311a) 및 우측에 대한 칼럼(311b) 내에 있다. ES 시스템(100A)과 달리, ES 시스템(100B)은 나란히 서 있는(예를 들어 도 3에서 깊이 방향으로 또는 페이지 내로, 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 인접한 엘리베이터 샤프트에) 5쌍의 엘리베이터를 포함하여, 전방을 가로질러 넓은(예를 들어 도 3에서 X 방향으로) 2개의 엘리베이터 및 깊이가 깊은(예를 들어 도 4에서 Y 방향으로) 5개의 엘리베이터인 엘리베이터(320)의 매트릭스를 생성한다. 그러나, 프레임(310)은 전방을 가로질러(예를 들어 도 3에서 X 방향으로) 임의의 적합한 수의 엘리베이터(320) 및 깊이 방향으로(예를 들어 도 4에서 Y 방향으로) 임의의 적합한 수의 엘리베이터(320)를 가질 수 있다. 각각의 엘리베이터(320)는 그것의 연관된 엘리베이터 샤프트(322)의 좌측 및 우측으로의 블록(330)의 스택을 가질 수 있다. 좌측 및 우측으로의 블록(330)은 하부 데크(312) 또는 상부 데크(314) 상에 적층될 수 있고 하부 데크(312)와 상부 데크(314) 사이에서 이동할 수 있다. 프레임(310), 블록(130), 엘리베이터 샤프트(322) 및 엘리베이터(320)은 각각의 수직 평면에서 모듈을 형성한다. 예시된 실행예에서, ES 시스템(100B)은 5개의 모듈을 갖는다.
전기 또는 다른 형태의 에너지를 저장하기 위해, 엘리베이터(320)는 엘리베이터 샤프트(322)를 하부 데크(312)로 또는 그 근처(예를 들어 상부)로 하강시키고, 블록(330)을 (예를 들어 엘리베이터 샤프트(322)의 좌측 또는 우측 상의 블록(330)의 스택으로부터) 픽-업하고, 블록(330)을 상부 데크(314)로(또는 상부로) 운반하고, 상부 데크(314) 상의 블록(330)의 스택 상에(예를 들어 각각 좌측 또는 우측 상에, 상부 데크(314) 상의 블록(330)이 그것이 하부 데크(312) 상에 있었을 때와 동일한 측 상에 있도록, 또는 그것의 원래 위치 위에 있도록) 블록을 퇴적한다(deposit). 전기 또는 다른 형태의 에너지를 방출하기 위해, 엘리베이터(320)는 엘리베이터 샤프트(322)를 상부 데크(314)로 또는 그 근처(예를 들어 상부로) 상승시키고, 블록(330)을 (예를 들어 엘리베이터 샤프트(322)의 좌측 또는 우측 상의 블록(330)의 스택으로부터) 픽-업하고, 블록(330)을 하부 데크(312)로(또는 상부로) 운반하고, 블록(330)을 하부 데크(312) 상의 블록(330)의 스택 상에(예를 들어 각각 엘리베이터 샤프트(322)의 좌측 또는 우측 상에, 하부 데크(312) 상의 블록(330)이 그것이 상부 데크(314) 상에 있었을 때와 동일한 측 상에 있도록, 또는 그것의 더 이른 위치 아래에 있도록) 퇴적한다. ES 시스템(100A)과 같은 ES 시스템(100B)은 블록(330)을 상승 및 하강시키기 위해 (예를 들어 도 1 및 도 2의 전동-발전기(150)와 유사한) 전동-발전기(350)를 포함한다. 블록(330)을 하부 데크(312)에서의(또는 상부로) 위치와 상부 데크(314)에서의(또는 상부로) 위치 사이에서 이동시킴으로써 블록(330)이 동일한 측(예를 들어 연관된 엘리베이터 샤프트(322)의 좌측 또는 우측)으로 유지되게 함으로써, ES 시스템(100A)과 같은 ES 시스템(100B)은 유리하게는 블록(330)을 이동시킴으로써 프레임(310) 상의 평균 부하(예를 들어 또는 프레임(310) 아래의 기초)가 ES 시스템의 조작 동안 대략 일정하게 되고, 그에 의해 조작 동안 시스템 상의 응력을 억제한다. 또한, 각각의 블록(330)이 하부 데크(312)에서의(또는 그 위의) 위치와 상부 데크(314)에서의(또는 그 위의) 위치 사이에서 이동하여 블록(330)이 동일한 측면(예를 들어 연관된 엘리베이터 샤프트(322)의 좌측 또는 우측) 상에 유지되기 때문에, ES 시스템(100A, 100)의 것과 같은 ES 시스템(100B)의 블록(330) 각각은 하부 데크(312) 위의 위치와 상부 데크(314) 주위의 위치 사이에 상이한 수직 이동 거리를 갖는다. 예를 들어 모든 블록(330)이 하부 데크(312) 상에 있을 때, 스택 내의 상부 블록(330)은 스택 내의 저부 블록(330)보다 상부 데크(314) 위의 위치에 더 짧은 거리를 이동하고, 이는 저부 데크(312)에 인접한 위치로부터 상부 데크(314)의 위치를 지나 상부 데크(314) 상의 스택의 상부로 이동해야 한다. 따라서, ES 시스템(100B)의 각각의 블록(330)(ES 시스템(100A, 100A)의 각각의 블록(130)과 같은)은 하부 데크(312) 위로부터 상부 데크(314) 위로 이동할 때 상이한 양의 에너지를 저장하고, 상부 데크(314) 위로부터 하부 데크(312) 위로 이동할 때 상이한 양의 전기를 생성한다.
도 7은 블록(330)의 한 실행예를 예시한다. 한 실행예에서, 도 1 및 도 2의 ES 시스템(100, 100A)과 함께 사용되는 블록(130)은 도 7의 블록(330)과 유사할 수 있다(예를 들어 동일할 수 있다). 한 실행예에서, 블록(330)은 직사각형이고, 선택적으로 블록(330)의 상부 표면(330a)(예를 들어 평면 상부 표면), 전방 측면(330b), 후방 측면(330c), 좌측 측면(330d) 및 우측 측면(330e) 상에 실질적으로 매끄러운 마감(smooth finish)을 가질 수 있다. 유리하게는, 매끄러운 표면은 상부 표면(330a) 위로 잭(jack)(예를 들어 아래에 추가로 설명되는 잭(810))의 이동을 용이하게 할 수 있다. 대조적으로, 저부 표면(330f)은 한 실행예에서, 전방 측면(330b)으로부터 후방 측면(330c)으로 블록(330)의 깊이(D)를 이르는 블록(330)의 길이(L)를 따라 2개 이상의 돌출부(740) 및 하나 이상의 오목부(742)를 갖는 파형 표면을 가질 수 있다. 오목부(742)가 돌출부(740) 위에 존재하는 동안 돌출부(740)는 하향으로 연장된다. 돌출부(740)는 지면, 데크(예를 들어 하부 데크(312), 상부 데크(314)), 다른 블록(330), 또는 블록(330)이 배치되는 다른 표면과 접촉하고, 오목부(742)는 상기 표면 위로 연장된다(예를 들어 상기 표면 위로 대략 10 내지 30 cm 연장된다). 한 구체예에서, 돌출부(740)는 10 내지 30 cm의 높이이고, 블록(330)의 깊이(D)를 가로질러 연장되는 개구를 형성한다. 다른 실행예(도 3 내지 도 6에 도시됨)에서, 블록(330)은 블록(330)의 에지 상에 2개의 돌출부를 갖고, 따라서 블록(330)의 깊이를 연장하는 단일 개구를 형성하는 2개의 돌출부 사이에 하나의 오목부(742a)(도 5 참조)가 있다.
한 실행예에서, 각각의 블록(330)은 대략 6 m의 길이, 6 m의 폭, 및 4 m의 높이(예를 들어 대략 144 m3의 체적을 가질 수 있음)일 수 있다. 그러나, 블록(330)은 다른 적합한 치수를 가질 수 있다. 블록(330)은 예를 들어 콘크리트, 또는 압축된 먼지 또는 토양으로 제조될 수 있다. 한 구체예에서, 블록(330)의 총 중량은 약 200 톤 내지 약 300 톤(예를 들어 미터 톤), 예를 들어 대략 288 톤이다. ES 시스템(100B)의 에너지 저장량은 한 실행예에서 대략 500kWh(킬로와트 시간)일 수 있다. ES 시스템(100B)에 의해 제공되는 발전량은 한 실행예에서 대략 1.1 MW일 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 파형 하부면(corrugated underside)(예를 들어 파형 저부면(corrugated bottom surface)) 및 블록(330)을 이동시키도록 조작 가능한 휠형 잭(wheeled jack)을 갖는 블록(330)을 도시한다. 블록(330)은 데크(850)로부터 엘리베이터(820)로 그리고 이어서 엘리베이터(820)로부터 상이한 데크(850)로 이동한다. 엘리베이터(820)는 한 실행예에서 ES 시스템(100B)에 대한 도 1 및 도 2의 엘리베이터(120) 및 ES 시스템(100B)에 대한 도 3 내지 도 6의 엘리베이터(320)와 유사할 수 있다. 데크(850)는 하부 데크(112, 312) 또는 상부 데크(114, 314)일 수 있다. 엘리베이터(820)에 통합될 수 있는 잭(810)은 블록(330) 아래에서 슬라이딩할 수 있고, (아래에서 설명되는 바와 같이) 블록(330)을 리프팅될 수 있으며, 이어서 블록(330)을 엘리베이터(820)로 다시 롤링할 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다. 예를 들어 잭(810)은 블록(330)의 하부면(300f) 상의 돌출부(740)들 사이의 하나 이상의 오목부(742) 내로 연장되는 크기의 하나 이상의 핑거(fingers)를 가질 수 있다.
엘리베이터(820)는 플랫폼(platform)(800)을 포함하고, 잭(810)은 플랫폼(800)에 대해 이동가능하다(예를 들어 엘리베이터(820)와 이동 가능하게 커플링되거나 통합됨). 잭(810)은 다수의 휠(812)을 갖는 하우징(811), 하나 이상의(예를 들어 다수의) 리프트 아암(lift arms)(814), 및 상부 표면(upper surface)(816)을 포함한다. 리프트 아암(814)은 선택적으로 하우징(811)에(예를 들어 각각의 아암(814)의 상단부에서) 회전 가능하게 부착될 수 있다. 각각의 리프트 아암(814)의 하단부는 휠(812)들 중 하나 이상에 연결된다. 리프트 아암(814)은 수직 배향과 비-수직 배향 사이에서 리프트 아암(814)을 회전시키도록 조작 가능한 모터(예를 들어 전기 모터) 또는 액추에이터(도시되지 않음)에 강성으로(rigidly) 부착될 수 있다. 잭(810)의 전체 높이는 리프트 아암(814)이 비-수직 배향에 있을 때 비교적 낮다. 모터/액추에이터가 활성화되고 리프트 아암(814)이 수직 배향으로 회전될 때, 리프트 아암(814)은 하우징(811)을 상승시키고, 잭(810)의 전체 높이는 상부면(816)이 블록(330)과 맞물리고 리프팅하도록 증가시킴으로써, 잭(810)이 블록(330)을 이동시킨다.
블록(330)을 제거하는 프로세스에서, 플랫폼(800)은 데크(850)(도 8a 참조)와 수평으로 정렬될 수 있다. 잭(810)은 리프트 아암(814)이 비-수직 배향인 상태로 블록(330)을 향해 롤링된다. 이 구성에서 잭(810)의 전체 높이는 유리하게는 (예를 들어 블록(330)의 파형 하부의) 오목부(742, 742a)의 높이보다 작다. 따라서, 잭(810)은 2개의 돌출부(740)(도 8b 참조) 사이의 블록(330) 아래에서 그리고 하나 이상의 오목부(742, 742a) 내에서 슬라이딩한다. 블록(330) 아래에 있으면, 리프트 아암(814)은 돌출부(740) 및/또는 오목부(742, 742a)의 높이보다 큰 전체 높이로 잭(810)을 상승시키는 수직 배향으로 회전하여, 이에 의해서 블록(330)을 데크(850)로부터 또는 다른 블록으로부터 리프팅한다(도 8c 참조). 리프팅되는 경우, 잭(810)은 엘리베이터 플랫폼(800)(도 8d 참조) 상으로 다시 롤링되고, 블록(330)은 상이한 높이에서 데크(850) 또는 스택으로 재배치된다.
데크(850)로부터 블록(330)을 언로딩(unloading)하기 위해, 바로 위에서 기술된 단계들은 반대로 실행된다.
도 9a 및 도 12b는 에너지 저장(ES) 시스템(100C)의 제 4 실행예를 예시한다. ES 시스템(100C)은 프레임(910)을 포함한다. 한 실행예에서, 프레임(910)은 하부 데크(912)를 갖는 복수의 강화된 강철/콘크리트 기둥(pillars), 상부 데크(914), 복수의 엘리베이터 가이드(920), 엘리베이터 샤프트(924) 내에서 조작하는 적어도 하나의 엘리베이터(922)(예를 들어 엘리베이터 그래버(elevator grabber), 엘리베이터 케이지(elevator cage)), 도르래(pulleys)(926)를 갖는 전동-발전기(950), 및 복수의 밸러스트 웨이트 또는 블록(930)을 포함할 수 있다. 블록(930)은 하부 데크(912) 및 상부 데크(914) 상에 적층되고 저장될 수 있다. 엘리베이터(922)는 엘리베이터 샤프트(924)를 통해 하부 데크(912) 상의 스택과 상부 데크(914) 상의 스택 사이에서 블록(930)을 이동시키도록 조작 가능하다. 블록(930)은 원호 형상(9)(예를 들어 파이 형상)을 가질 수 있다. 프레임(910), 블록(930), 엘리베이터 샤프트(924) 및 엘리베이터(922)는 모듈을 형성한다. 예시된 실행예에서, ES 시스템(100C)은 하나의 모듈을 갖는다.
전기 또는 다른 형태의 에너지를 저장하기 위해, 블록(930)은 엘리베이터(922)(예를 들어 엘리베이터 그래버)에 의해 하부 데크(912)로부터 상부 데크(914)로 리프팅된다. 에너지를 방출하고 전기를 생성하기 위해, 블록(930)은 상부 데크(914)로부터 하부 데크(912)로 (예를 들어 중력 하에서) 하강하고, (예를 들어 그것이 하강할 때 블록(930)의 운동 에너지에 기초하여) 전기를 생성하기 위해 전동-발전기를 회전시키는 데 사용되는 힘이 있다.
블록(930)은 예를 들어 스택으로부터(예를 들어 하부 데크(912) 또는 상부 데크(914) 상에서) 회수되고, 회전 운동(예를 들어 엘리베이터 샤프트(924)에 대해 좌측 또는 우측으로 엘리베이터(922)를 회전시켜 블록을 회수하거나 방출함)을 사용하여 스택(예를 들어 상부 데크(914) 또는 하부 데크(912) 상에서)으로 복귀된다. 예를 들어 블록(930)이 하부 데크(912) 위에서 제거되면(예를 들어 하부 데크(912) 상의 블록(930)의 스택 위에서 제거되면), 엘리베이터(922)(예를 들어 엘리베이터 그래버)는 블록(930)을 (예를 들어 블록(930)의 숄더(932)와 맞물리는 엘리베이터(922)의 립(925)을 통해) 견고하게 파지하고, (선택적으로는 90도 만큼) 하부 데크(912) 위의 위치로부터 엘리베이터 샤프트(924)에 대응하는 각도 위치로 블록(930)을 (예를 들어 제 1 방향으로) 회전시키고(선택적으로는 리프팅되고), 블록(930)을 상부 데크(914) 위의 지점으로(예를 들어 상부 데크(914) 상의 블록(930)의 스택의 상부와 일치하게) 상승시키고, 블록(930)을 블록(930)의 스택 바로 위의 위치로(예를 들어 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로) 회전시키고, 그 다음, 상부 데크(914) 상의 블록(930)의 스택의 상부에 놓이도록 블록(930)을 해제한다. 유사한 회전 운동이 엘리베이터(922)(예를 들어 엘리베이터 그래버)에 의해 사용되어, 상부 데크(914) 위로부터(예를 들어 상부 데크(914) 상의 블록(930)의 스택 위로부터) 블록(930)을 픽-업하고 그것을 하부 데크(912) 위에 배치한다(예를 들어 하부 데크(912) 상의 블록(930)의 스택의 상부에 배치한다). 본원에 기술된 회전 운동은 프레임(910)의 엘리베이터 가이드(920)를 통해 연장되는 종축과 일치하는 수직축에 대한 수평 평면에서의 회전을 지칭한다.
일부 구현예에서, 전동-발전기(도시되지 않음)는 지면 상에 또는 그 근처에 위치하고, 타워 가이드(920)의 상부에 장착된 도르래(926)를 통해 엘리베이터(예를 들어 엘리베이터 그래버)(922)에 연결된다.
도 13은 에너지 저장(ES) 시스템(100D)의 제 5 실행예를 예시한다. ES 시스템(100D)은 도 9a 및 도 12b에 예시되고 전술한 ES 시스템(100C)과 유사하다. 따라서, 도 9a 및 도 12b의 ES 시스템(100C)의 다양한 특징들에 대한 구조 및 설명, 및 ES 시스템(100C)에 의해 이동되는 블록(930)은 후술하는 것을 제외하고는 도 13의 ES 시스템(100D) 및 블록(1330)의 대응하는 특징들에도 적용되는 것으로 이해된다. ES 시스템(100D)은 도 9a 및 도 12b의 2개의 프레임들(910) 대신에, 각각이 2개의 엘리베이터(922)를 갖는 한 쌍의 엘리베이터(1322)를 각각 갖는 5개의 프레임들(1310)을 포함한다는 점에서 ES 시스템(100C)과 상이하다. 따라서, ES 시스템(100D)은 ES 시스템(100C)보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있고, ES 시스템(100C)보다 더 많은 전기를 생성할 수 있다. ES 시스템(100D)의 5개의 프레임들(1310) 각각은 복수의 하부 데크(1312) 및 복수의 상부 데크(1314)를 갖는 복수의 강화된 강철/콘크리트 기둥, 복수의 엘리베이터 가이드(1320), 복수의 엘리베이터(예를 들어 엘리베이터 그래버)(1322), 복수의 전동-발전기(1050), 및 복수의 밸러스트 웨이트 또는 블록(1330)을 포함할 수 있다. ES 시스템(100D)은 (예를 들어 데크 상의 블록의 스택 또는 데크 위로부터 블록(1330)을 제거하고, 블록을 엘리베이터 샤프트로 한 방향으로 회전시키고, 블록을 상이한 고도로 이동시키고, 블록을 반대 방향으로 회전시키고, 블록을 상이한 데크 위에 또는 상기 데크 상의 블록의 스택 위에 배치하기 위해 회전 운동을 사용함으로써) 하측 데크(1312)와 상측 데크(1314) 사이에서 블록을 이동시키기 위해 시스템(100C)과 동일한 방식으로 조작할 수 있다. 각각의 프레임(1310), 블록(1330), 엘리베이터 샤프트 및 엘리베이터(1322)는 모듈을 형성한다. 예시된 실행예에서, ES 시스템(100D)은 5개의 모듈들을 갖는다.
도 14는 제 1 ES 시스템(1430) 및 제 2 ES 시스템(1440)을 포함하는 복수의 에너지 저장(및 전달)(ES) 시스템에 결합된 전동-발전기(1460)의 개략도이다. ES 시스템(1430, 1440)은 위에서 설명된 에너지 저장 시스템(100A, 100B)과 유사하고, 블록(1130)은 블록(330)과 유사하다. 따라서, 도 2 내지 도 6에서의 ES 시스템(100A, 100B) 및 블록(330)의 다양한 특징들에 대한 구조 및 설명뿐만 아니라 그들의 조작은 아래에서 설명되는 것을 제외하고는 ES 시스템(1430, 1440) 및 블록(1130)의 대응하는 특징들에도 또한 적용되는 것으로 이해된다. 예시된 구현예가 2개의 에너지 저장 시스템(1430, 1440)에 커플링된 것으로서 전동-발전기(1460)를 도시하지만, 당업자는 다른 실행예에서 전동-발전기(1460)가 단지 하나의 에너지 저장 시스템에만 커플링될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또 다른 실행예에서, 전동-발전기(1460)는 2개 초과의 에너지 저장 시스템(예를 들어 4개의 에너지 저장 시스템, 6개의 에너지 저장 시스템, 8개의 에너지 저장 시스템)에 커플링될 수 있다.
전동-발전기(1460)는 복수의 ES 시스템(1430, 1440) 상에서 블록(1130)을 동시에 상승 및/또는 하강시키도록 조작될 수 있다. 즉, 전동-발전기(1460)는 하나의 ES 시스템(1430)의 칼럼(1122) 내의 엘리베이터 샤프트(1124)를 따라(예를 들어 ES 시스템의 프레임(1110)의 상측 데크(1114) 위의 위치로) 블록(1130)을 상승시키도록 조작할 수 있는 한편, 블록(1130)은 상이한 ES 시스템(1440) 상의 칼럼(1122) 내의 엘리베이터 샤프트(1124)를 따라(예를 들어 ES 시스템의 프레임(1110)의 하측 데크(1112) 위의 위치로) 하강하고, 이에 의해 ES 시스템(1430, 1440) 내의 블록들(1130)이 상승 및 하강하게 한다.
각각의 ES 시스템(1430, 1440)은 블록(1130)을 상승 및 하강시키기 위해 구동 샤프트(1462)를 통해 전동-발전기(1460)에 결합된 윈치(1470A, 1470B)를 포함한다. 각각의 ES 시스템(1430, 1440)은 엘리베이터 샤프트(1124)를 위로, 도르래(1126) 위로, 그리고 다시 엘리베이터(예를 들어 엘리베이터 그래버)(1120)로 하강하는 케이블(1450)을 더 포함한다. 케이블(1450)은 윈치(1470A, 1470B)와 도르래(1126) 사이에 장착된 선형 액추에이터(1454) 및 댐퍼(damper)(1452)를 더 포함할 수 있다. 댐퍼(1452)는 선택적으로 유압 댐퍼(hydraulic damper)일 수 있다. 다른 실행예에서, 댐퍼(1452)는 공압 댐퍼(pneumatic damper)일 수 있다. 또 다른 실행예에서, 댐퍼(1452)는 탄성 댐퍼일 수 있다(예를 들어 고무와 같은 압축성 재료를 포함). 댐퍼(1452)는 유리하게는 케이블(1450)의 저르키 운동(jerky motion)을 흡수하고 과도한 힘이 케이블(1450)을 손상시키는 것을 방지(예를 들어 방지)할 수 있다. 선형 액추에이터(1454)는 블록(1130)을 픽-업(pick-up) 또는 드롭-오프(drop-off)하도록 운동할 때 엘리베이터(예를 들어 엘리베이터 그래버)(1120)의 수직 위치를 미세 조정하기 위해 작은 거리(예를 들어 3 m 미만, 2 m 미만과 같은 수 m 미만)로 팽창 또는 수축할 수 있다.
블록(1130)이 리프팅될 때, 연관된 윈치(예를 들어 윈치(1470A 및/또는 1470B))는 구동 샤프트(1462)를 통해 전동-발전기(1460)로부터 전력을 인출한다. 블록(1130)이 하강할 때, 윈치(예를 들어 윈치(1470A 및/또는 1470B))는 구동 샤프트(1462)를 통해 전동-발전기에 전력을 투입한다. 전동-발전기(1460)는 블록(1130)이 상이한 ES 시스템(예를 들어 ES 시스템(1440)) 상에서 하강할 때 전력을 수신하는 동안 하나의 ES 시스템(예를 들어 ES 시스템(1430)) 상에서 블록(1130)을 리프팅하기 위해 전력을 출력하도록 조작 가능하고, 이에 의해 전동-발전기(1460)가 전력을 출력하고 전력을 동시에 수신하게 한다. 전동-발전기(1460)에 의해 수신된 전력은 선택적으로 전동-발전기(1460)가 전기적으로 연결되는 전력망에 전달될 수 있다.
도 15는 윈치(1470A)의 개략도이다. 윈치(1470A)는 윈치(1470B)와 실질적으로 동일(예를 들어 동일)하므로, 윈치(1470A)에 대해 도 15에 예시되고 아래에 설명되는 특징들은 윈치(1470B)에 적용되는 것으로 이해된다. 윈치(1470A)는 복수의 유성 기어(1471), 복수의 브레이크(1475), 및 케이블(1450)을 릴-인하거나 릴-아웃하기 위한 스풀(1490)을 포함한다. 복수의 유성 기어(1471)는 제 1 태양 기어(sun gear)(1474), 제 1 쌍의 유성 기어(1476), 및 제 1 링 기어(1478)를 갖는 제 1 세트의 유성 기어(1471')을 포함하고, 여기서 유성 기어(1476)는 제 1 태양 기어(1474)와 제 1 링 기어(1478) 사이에 배열된다. 복수의 유성 기어(1471)는 또한 제 2 태양 기어(1480), 제 2 쌍의 유성 기어(1482), 및 제 2 링 기어(1484)를 갖는 제 2 세트의 유성 기어(1471'')를 포함하고, 여기서 유성 기어(1482)는 제 2 태양 기어(1480)와 제 2 링 기어(1484) 사이에 배열된다. 윈치(1470A)는 구동 샤프트(1462)와 동심(concentric)인 브레이크 디스크(1472)를 더 포함한다.
브레이크 디스크(1472)는 하나 이상의 부재(1473)에 의해 제 1 쌍의 유성 기어(1476)에 부착되어, 브레이크 디스크(1472)가 제 1 쌍의 유성 기어(1476)와 동일한 속도로(예를 들어 제 1 태양 기어(1474) 주위로) 회전한다. 또한, 제 1 링 기어(1478)는 하나 이상의 부재(1477)에 의해 제 2 쌍의 유성 기어(1482)에 부착되어, 제 1 링 기어(1478)가 제 2 쌍의 유성 기어(1482)와 동일한 속도로(예를 들어 제 2 태양 기어(1480) 주위로) 회전한다.
제 1 브레이크 A(예를 들어 디스크(1472)와 선택적으로 맞물리는 브레이크 패드(들))는 제 1 쌍의 유성 기어(1476)뿐만 아니라 브레이크 디스크(1472)의 회전을 감속 또는 정지시키도록 조작 가능하다. 제 2 브레이크 B(예를 들어 제 1 링 기어(1478)와 선택적으로 맞물리는 브레이크 패드(들))는 제 2 쌍의 유성 기어(1482)뿐만 아니라 제 1 링 기어(1478)의 회전을 감속 또는 정지시키도록 조작 가능하다. 제 3 브레이크 C(예를 들어 제 2 링 기어(1484)와 선택적으로 맞물리는 브레이크 패드(들))는 제 2 링 기어(1484)의 회전을 감속 또는 정지시키도록 조작 가능하다. 한 실행예에서, 제 1 브레이크 A, 제 2 브레이크 B 및 제 3 브레이크 C 중의 하나 이상은 유압 작동식 브레이크일 수 있다. 다른 실행예에서, 제 1 브레이크 A, 제 2 브레이크 B 및 제 3 브레이크 C 중의 하나 이상은 공압 작동식 브레이크일 수 있다.
도 16은 제 1 브레이크 A, 제 2 브레이크 B 및/또는 제 3 브레이크 C 중의 하나 이상의 활성화에 기초하여 윈치(예를 들어 윈치(1470A, 1470B))의 성능을 나타내는 테이블을 포함한다. 테이블에서, "1"은 브레이크 힘이 능동적으로 제동되는 것을 나타내고, "0"은 브레이크가 개방되고 제동력이 가해지지 않는 것을 나타낸다. 표시된 바와 같이, 스풀(1490)은 브레이크 A 및 B가 개방되는 동안(예를 들어 브레이크 A 및 B에 의해 제동력이 가해지지 않음) 브레이크 C가 제 2 링 기어(1484)에 제동력을 가할 때 정지된다. 스풀(1490)은 브레이크 B 및 C가 개방된 채로 유지되는 동안(예를 들어 브레이크 B 및 C에 의해 제동력이 가해지지 않음) 브레이크 A가 브레이크 디스크(1472)에 제동력을 가할 때 반대로 작동한다. 스풀(1490)이 반대로 작동할 때, 엘리베이터(예를 들어 엘리베이터 그래버)(1120)(및 그에 의해 운반되는 블록(1130))는 하강한다. 스풀(1490)은 브레이크 A 및 C가 개방된 채로 유지되는 동안(예를 들어 브레이크 A 및 C에 의해 제동력이 가해지지 않음) 브레이크 B가 제 1 링 기어(1478)에 제동력을 가할 때 엘리베이터(예를 들어 엘리베이터 그래버)(1120)(및 그에 의해 운반되는 블록(1130))를 리프팅하도록 전방으로 조작한다. 유리하게는, 복수의 유성 기어(1471) 및 브레이크 A, B, C는 복잡한 모터 제어를 요구하지 않고 윈치(1470A)(및 윈치(1470B))가 엘리베이터(1120)를 상승 또는 하강시키도록 조작할 수 있게 하여, 블록(1130)을 상승 및 하강시키기 위한 간단하고 저렴한 제어를 제공한다. 위에서 ES 시스템(1430, 1440)과 관련하여 기술되었지만, 도 14 내지 도 15의 전동-발전기(1460), 윈치(1470A, 1470A) 및 구동 샤프트(1462), 및 도 16의 조작 모드는 위에서 기술된 에너지 저장 및 전달 시스템(100-100D) 중의 임의의 것에서 실행될 수 있다.
저장된 위치 에너지를 전기로 변환하기 위해, 엘리베이터(120, 320, 820, 922, 1322, 1120)는 블록(130, 330, 930, 1330, 1130) 중의 하나 이상을 높은 고도에서 더 낮은 고도로 이동시켜(예를 들어 중력 하에서 적어도 부분적으로 수직으로 더 낮음) 전동-발전기(150, 350, 950, 1050, 1460)를 구동하여 (하나 이상의 케이블 또는 강철 리본을 통해) 전기를 생성할 수 있고, 이는 전동-발전기(150, 350, 950, 1050, 1460)가 전기적으로 연결된 전력망에 전달될 수 있다. 블록(130, 330, 930, 1330, 1130)이 하강할 때마다 전기 형태의 전력이 생성된다.
유리하게는, 에너지 저장 및 전달 시스템(100-100D, 1430, 1440)은 예를 들어 태양광 전력으로부터 생성된 전기를 태양광 전력이 이용 가능한 낮 시간 동안 상승된 블록(130, 330, 930, 1330, 1130) 내의 위치 에너지로 저장할 수 있고, 하나 이상의 블록(130, 330, 930, 1330, 1130)을 하강시키고 변환된 전기를 전력망에 전달함으로써 태양광 에너지가 이용할 수 없는 밤 시간 동안 블록(130, 330, 930, 1330, 1130) 내의 위치 에너지를 전기로 변환할 수 있다.
본원에 기술된 것은 전기 에너지 또는 전기를 저장을 위한 위치 에너지로 변환하고, 예를 들어 위치 에너지를 전기 에너지 또는 전기로 변환하여 예를 들어 전력망에 전달하도록 조작 가능한 에너지 저장 및 전달 시스템(예를 들어 에너지 저장 및 전달 시스템(100-100D, 1430, 1440))의 예이다. 유리하게는, 에너지 저장 시스템은 유지 보수가 거의 필요 없거나 전혀 필요 없고, 에너지 저장 용량의 실질적인 감소 없이 수십년(예를 들어 30-50년) 동안 조작할 수 있다.
일부 실행예에서, 본원에 기술된 에너지 저장 시스템은 대략 10 MWh 이상의 에너지(예를 들어 10 MWh 내지 100 MWh, 예를 들어 15 MWh, 20 MWh, 30 MWh, 50 MWh, 80 MWh, 90 MWh)를 저장할 수 있고, 대략 10 MWh 이상의 에너지(예를 들어 10 MWh 내지 100 MWh, 예를 들어 15 MWh, 20 MWh, 30 MWh, 50 MWh, 80 MWh, 90 MWh)를 전력망에 전달할 수 있다. 본원에 기술된 에너지 저장 시스템은 매 시간마다 에너지(예를 들어 1 MW 내지 6 MW 이상)를 전달할 수 있다. 그러나, 다른 실행예에서, 본원에 기술된 에너지 저장 및 전달 시스템은 다른 적합한 에너지 저장 및 전달 용량(예를 들어 1 MWh, 3 MWh, 5 MWh 등)을 가질 수 있다. 한 실행예에서, 에너지 저장 및 전달 시스템은 하루 동안 대략 1000개 이상의 가정에 선택적으로 전력을 공급할 수 있다.
본원에 기술된 에너지 저장 및 전달 시스템은 유리하게는 예를 들어 태양광 전력 에너지 시스템, 풍력 에너지 전력 시스템(예를 들어 풍력 터빈) 등과 같은 재생 가능 에너지(예를 들어 녹색 에너지) 발전 시스템에 연결될 수 있다. 유리하게는, 재생 가능 에너지 발전 시스템의 조작(예를 들어 낮 시간 동안 태양광 에너지 시스템의 조작, 풍력 조건 동안 풍력 시스템의 조작) 동안, 에너지 저장 및 전달 시스템은 재생 가능 에너지 발전 시스템에 의해 생성된 전기를 포획한다. 에너지 저장 및 전달 시스템은 나중에 재생 가능 에너지 발전 시스템이 조작 가능하지 않을 때(예를 들어 야간 시간에, 무풍 조건 동안) 저장된 전기를 전력망에 전달할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 및 전달 시스템은 재생 에너지 발전 시스템을 위한 배터리와 같이 조작하고, 재생 에너지 발전 시스템으로부터 전력망으로 오프-시간 전기를 전달할 수 있다.
전술한 실행예에서, 에너지 저장 및 전달 시스템(100-100D, 1430, 1440)은 블록(130, 330, 930, 1330, 1130)을 상승시켜 전기 에너지를 위치 에너지로서 저장하고, 블록(130, 330, 930, 1330, 1130)을 하강시켜 전기를 생성한다. 한 실행예에서, 엘리베이터(120, 320, 820, 922, 1322, 1120)는 전력망으로부터 과잉 전력으로 조작될 수 있다. 블록(130, 330, 930, 1330, 1130)을 상승시키기 위해 사용되는 에너지의 모든 단위에 대해 에너지 저장 시스템(100-100D, 1430, 1440)에 의해 회수되는 에너지의 양은 선택적으로 80-90%일 수 있다.
추가 구현예
본 발명의 구현예에서, 에너지 저장 시스템, 이를 조작하는 방법, 및 이와 함께 사용하기 위한 블록은 하기 항목 중 어느 하나일 수 있다:
항목 1.
에너지 저장 및 전달 시스템으로서,
하나 이상의 모듈(modules), 각각의 모듈은,
복수의 블록(blocks), 및
기초부(foundation) 위에 수직 높이(vertical height)를 갖는 프레임(frame), 상기 프레임은,
엘리베이터 샤프트(elevator shaft),
상기 엘리베이터 샤프트에 이동 가능하게 배치된 엘리베이터, 상기 엘리베이터는 그 내부에 하나 이상의 블록을 수용하고 지지하도록 크기 설정되고(sized) 낮은 고도(lower elevation)와 높은 고도(higher elevation) 사이에서 하나 이상의 상기 복수의 블록을 이동시키도록 조작 가능함, 및
상기 엘리베이터에 커플링(coupling)되는 케이블(cable)에 이동 가능하게 커플링된 윈치 조립체(winch assembly), 상기 윈치 조립체는 하나 이상의 유성 기어 조립체(planetary gear assemblies), 하나 이상의 브레이크(brakes) 및 상기 케이블에 커플링된 스풀(spool)을 포함함,
을 포함함;
전동-발전기(motor-generator); 및
상기 전동-발전기에 커플링된 단부(end) 및 상기 윈치 조립체에 커플링된 반대편 단부(opposite end)를 갖는 구동 샤프트(drive shaft);
를 포함하되,
상기 윈치 조립체의 하나 이상의 브레이크 중의 적어도 하나는, 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-인(reel-in)하도록 회전하여 상기 엘리베이터를 상기 복수의 블록 중의 하나 이상이 낮은 고도에서 높은 고도로 이동하도록 상승시켜서 에너지를 저장하거나, 또는 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-아웃(reel-out)하도록 회전하여 상기 엘리베이터를 상기 복수의 블록 중의 하나 이상이 높은 고도에서 낮은 고도로 이동하도록 하강시켜서 에너지를 생성하도록, 조작될 수 있는 것인,
시스템.
항목 2.
항목 1에 있어서,
상기 윈치 조립체는 상기 구동 샤프트와 동심인 브레이크 디스크(brake disc)를 포함하고 상기 하나 이상의 유성 기어 조립체는 제 1 유성 기어 조립체 및 제 2 유성 기어 조립체를 포함하되, 상기 제 1 유성 기어 조립체는 상기 브레이크 디스크와 상기 제 2 유성 기어 조립체 사이에 축방향으로 배치되고, 상기 제 2 유성 기어 조립체는 상기 제 1 유성 기어 조립체와 상기 스풀 사이에 축방향으로 배치되며, 상기 제 1 유성 기어 조립체는 제 1 태양 기어(sun gear), 제 1 쌍(first pair)의 유성 기어, 및 제 1 링 기어(ring gear)를 포함하고, 상기 제 2 유성 기어 조립체는 제 2 태양 기어, 제 2 쌍의 유성 기어 및 제 2 링 기어를 포함하며, 상기 구동 샤프트는 상기 제 1 태양 기어, 상기 제 2 태양 기어 및 상기 스풀에 고정되게(fixedly) 커플링되고, 상기 브레이크 디스크는 상기 제 1 쌍의 유성 기어에 고정 커플링되며, 상기 제 1 링 기어는 상기 제 2 쌍의 유성 기어에 고정 커플링되는,
시스템.
항목 3.
항목 2에 있어서,
상기 하나 이상의 브레이크는 상기 브레이크 디스크와 선택적으로 맞물리도록(engage) 조작 가능한 제 1 브레이크, 상기 제 1 링 기어와 선택적으로 맞물리도록 조작 가능한 제 2 브레이크 및 상기 제 2 링 기어와 선택적으로 맞물리도록 조작 가능한 제 3 브레이크를 포함하는,
시스템.
항목 4.
항목 3에 있어서,
상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 브레이크 디스크를 맞물림 해제하고(disengage), 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 링 기어를 맞물림 해제하고, 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 링 기어와 맞물리게 하는 것이 상기 스풀의 회전을 정지시키는,
시스템.
항목 5.
항목 3 내지 4 중의 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 브레이크 디스크와 맞물리게 하고, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 링 기어를 맞물림 해제하고, 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하는 것이 상기 스풀을 역방향으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-아웃하여 상기 엘리베이터를 하강시키는,
시스템.
항목 6.
항목 3 내지 5 중의 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 브레이크 디스크를 맞물림 해제하고, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 링 기어와 맞물리게 하고, 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하는 것이 상기 케이블을 릴-인하여 상기 스풀을 전진 방향(forward direction)으로 회전시켜서 상기 엘리베이터를 상승시키는,
시스템.
항목 7.
항목 1 내지 6 중의 어느 하나에 있어서,
상기 케이블에 커플링된 댐퍼(damper)를 더 포함하되, 상기 댐퍼는 상기 케이블에 가해진 힘의 적어도 일부를 흡수하도록 구성되는,
시스템.
항목 8.
항목 1 내지 7 중의 어느 하나에 있어서,
상기 케이블에 커플링된 선형 액추에이터(linear actuator)를 더 포함하되, 상기 선형 액추에이터는 팽창 또는 수축시켜서 상기 엘리베이터의 수직 위치에서 조정하여 상기 블록의 픽-업(pick-up) 또는 드롭-오프(drop-off)를 촉진시키도록 구성되는,
시스템.
항목 9.
항목 1 내지 8 중의 어느 하나에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈은 2개의 모듈이고, 상기 구동 샤프트는 상기 2개의 모듈 중의 제 1 모듈의 윈치에 및 상기 2개의 모듈 중의 제 2 모듈의 윈치에 커플링하는,
시스템.
항목 10.
항목 9에 있어서,
상기 제 1 모듈의 윈치 및 상기 제 2 모듈의 윈치는 상기 제 1 모듈 내의 블록을 동시에 리프팅(lifting)하고 상기 제 2 모듈 내의 블록을 하강시키도록 조작 가능한,
시스템.
항목 11.
항목 1 내지 10 중의 어느 하나에 있어서,
상기 프레임은 하부 데크(lower deck) 및 상기 하부 데크 위에 수직으로 이격된 상부 데크(upper deck)를 갖고, 상기 엘리베이터 샤프트는 상기 하부 데크와 상기 상부 데크 사이에서 연장되는 상기 프레임의 좌측 칼럼(left column)과 우측 칼럼(right column) 사이에 배치되는,
시스템.
항목 12.
항목 11에 있어서,
상기 엘리베이터는 하나 이상의 블록을 상기 하부 데크 위의 좌측 칼럼 내의 위치로부터 상기 좌측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로 상승시키고, 하나 이상의 블록을 상기 하부 데크 위의 상기 우측 칼럼 내의 위치로부터 상기 우측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로 이동하도록 조작하여, 상기 하나 이상의 상승된 블록의 위치 에너지 양에 대응하는 전기 에너지의 양을 저장할 수 있고, 상기 엘리베이터는 하나 이상의 블록을 상기 좌측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 하부 데크 위의 상기 좌측 칼럼 내의 위치로 하강시키고, 중력 하에서 하나 이상의 블록을 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 하부 데크 위의 우측 칼럼 내의 위치로 이동하도록 조작하여, 상기 엘리베이터에 전기적으로 커플링된 전동-발전기를 통해 상기 하나 이상의 하강된 블록 각각에 대한 일정량의 전기(an amount of electricity)를 생성할 수 있는,
시스템.
항목 13.
항목 11에 있어서,
상기 엘리베이터는 상기 모듈의 기초부의 프레임 상의 부하(load)의 평균 분포가 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 하부 데크 위의 위치와 상기 상부 데크 위의 위치 사이에서 복수의 블록을 이동시키도록 조작 가능한,
시스템.
항목 14.
항목 1 내지 14 중의 어느 하나에 있어서,
상기 프레임은 강화된 강철 및 콘크리트 기둥(pillars)의 복수의 칼럼을 포함하는,
시스템.
항목 15.
전기를 저장하고 생성하는 방법으로서,
엘리베이터 샤프트를 따라 엘리베이터를 조작하여 낮은 고도와 높은 고도 사이에서 복수의 블록을 이동시키는 단계, 상기 엘리베이터는 상기 엘리베이터와 윈치 조립체의 스풀 사이에서 연장되는 케이블에 커플링되고, 상기 윈치 조립체는 하나 이상의 유성 기어 조립체 및 하나 이상의 브레이크를 포함함,
을 포함하되;
상기 엘리베이터를 조작하는 단계는:
상기 윈치 조립체의 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물림 해제하는 단계, 상기 윈치 조립체의 제 2 브레이크를 조작하여 제 1 유성 기어 조립체의 제 1 링 기어를 맞물림 해제하는 단계, 및 상기 윈치 조립체의 제 3 브레이크를 조작하여 상기 스풀의 회전을 정지시키는 단계,
상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물리게 하는 단계, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 유성 기어 조립체의 상기 제 1 링 기어를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 역방향으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-아웃하여 상기 엘리베이터를 하강시키는 단계, 및
상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물리게 하는 단계, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 유성 기어 조립체의 제 1 링 기어를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 전진 방향으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-인하여 상기 엘리베이터를 상승시키는 단계,
를 포함하는,
방법.
항목 16.
항목 15에 있어서,
상기 낮은 고도와 상기 높은 고도 사이에서 상기 블록을 이동시키는 단계는, 좌측 또는 우측 칼럼과 정렬된 상부 데크 위의 위치로 상기 엘리베이터 샤프트의 어느 한 측면 상의 좌측 또는 우측 칼럼 내의 하부 데크 위의 위치 사이에서 상기 블록을 이동시키는 단계를 포함하는,
방법.
항목 17.
항목 16에 있어서,
상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 하부 데크 위의 위치와 상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 상부 데크 위의 위치 사이에서 상기 하나 이상의 블록을 이동시키는 단계는 상기 프레임 아래 또는 상기 프레임 상의 기초부 위의 부하의 평균 분포가 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 블록을 위치시키는 단계를 포함하는,
방법.
본 발명의 특정 구현예가 기술되었지만, 이들 구현예는 단지 예로서 제시되었으며, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 본원에 기술된 신규한 방법 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본원에 기술된 시스템 및 방법의 다양한 생략, 치환 및 변경은 본 개시의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그 등가물은 본 개시의 범위 및 사상 내에 속하는 그러한 형태 또는 수정을 포괄하도록 의도된다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를 참조하여서만 정의된다.
특정 측면, 구현예 또는 구체예와 관련하여 기술된 특징, 재료, 특성 또는 그룹은 이 섹션 또는 본원 명세서의 다른 곳에 기술된 임의의 다른 측면, 구현예 또는 구체예에서 호환되지 않는 한 이용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 본원(임의의 첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함함)에 개시된 모든 특징 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 모든 단계는 그러한 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부가 상호 배타적인 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 보호는 임의의 전술한 구현예의 세부 사항으로 제한되지 않는다. 보호는 본원(임의의 첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함함)에 개시된 특징의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규한 조합으로 또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 단계의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다.
또한, 별개의 실행예의 맥락에서 본 개시에 기술된 특정 특징은 또한 단일 실행예로 조합하여 실행될 수 있다. 반대로, 단일 실행예의 맥락에서 기술된 다양한 특징은 또한 다수의 실행예로 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 실행될 수 있다. 또한, 특징들이 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 기술되었지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우에 그 조합으로부터 삭제될 수 있고, 상기 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형으로서 청구될 수 있다.
또한, 조작이 도면에 도시되거나 특정 순서로 본원에서 기술되었지만, 그러한 조작은 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행될 필요가 없거나, 모든 조작이 수행될 필요가 없다. 도시되거나 기술되지 않은 다른 조작은 예시적인 방법 및 프로세스에 통합될 수 있다. 예를 들어 하나 이상의 추가 조작은 기술된 조작 중 임의의 조작 전에, 후에, 동시에 또는 사이에 수행될 수 있다. 또한, 조작은 다른 실행예로 재배열되거나 재정렬될 수 있다. 당업자는 일부 구현예에서, 예시된 및/또는 개시된 프로세스에서 취해진 실제 단계들이 도면에 도시된 것들과 상이할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 구현예에 따라, 위에서 기술된 단계들 중 특정한 단계가 제거될 수 있고, 다른 단계가 추가될 수 있다. 또한, 위에서 개시된 특정 구현예들의 특징들 및 속성들은 상이한 방식으로 결합되어 추가 구현예를 형성할 수 있으며, 이들 모두는 본 개시의 범위 내에 속한다. 또한, 위에서 기술된 실행예에서 다양한 시스템 성분들의 분리는 모든 실행예에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명된 구성요소들 및 시스템은 일반적으로 단일 제품에 함께 통합되거나 다수의 제품으로 패키징될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 목적을 위해, 특정 측면들, 이점들, 및 신규한 특징들이 본원에 기술된다. 이러한 모든 이점들이 임의의 특정 구현예에 따라 반드시 달성될 필요는 없다. 따라서, 예를 들어 당업자는 본 개시가 본원에 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 이점들을 반드시 달성하지 않으면서 본원에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점들의 그룹을 달성하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
"할 수 있다(can)", "할 수 있다(could)", "할 수 있다(might)", 또는 "할 수 있다(may)"와 같은 조건부 언어는, 특별히 달리 명시되지 않는 한, 또는 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 일반적으로 특정 실시예가 특정 특징, 요소 및/또는 단계를 포함하지만 다른 실시예는 포함하지 않는다는 것을 전달하려는 의도로 사용된다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 요소 및/또는 단계가 하나 이상의 구현예에 어떤 식으로든 필요하거나, 하나 이상의 구현예에서 이러한 특징, 요소 및/또는 단계가 포함되거나 수행되어야 하는지 여부를 사용자 입력 또는 프롬프트의 유무에 관계없이 결정하기 위한 논리를 반드시 포함해야 하는 것을 암시하는 것은 아니다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 어구 "X, Y, 및 Z 중의 적어도 하나"와 같은 접속 언어는 일반적으로 아이템, 용어 등이 X, Y, 또는 Z 중의 어느 하나일 수 있다는 것을 전달하기 위해 사용된 문맥과 달리 이해된다. 따라서, 이러한 접속 언어는 일반적으로 특정 구현예들이 X 중의 적어도 하나, Y 중의 적어도 하나, 및 Z 중의 적어도 하나의 존재를 요구한다는 것을 암시하도록 의도되지 않는다.
본원에 사용되는 용어들 "대략", "약", "일반적으로", 및 "실질적으로"와 같은 정도의 언어는 여전히 원하는 기능을 수행하거나 원하는 결과를 달성하는 언급된 값, 양, 또는 특성에 근접한 값, 양, 또는 특성을 나타낸다. 예를 들어 용어 "대략", "약", "일반적으로", 및 "실질적으로"는 언급된 양의 10% 미만 이내, 5% 미만 이내, 1% 미만 이내, 0.1% 미만 이내, 및 0.01% 미만 이내인 양을 지칭할 수 있다. 또 다른 구체예로서, 특정 구현예들에서, 용어 "일반적으로 평행한" 및 "실질적으로 평행한"은 정확히 평행에서 15도, 10도, 5도, 3도, 1도 또는 0.1도 이하로 벗어나는 값, 양 또는 특성을 지칭한다.
본 개시의 범위는 본 명세서의 이 섹션 또는 다른 곳에서의 바람직한 구현예들의 특정 개시들에 의해 제한되도록 의도되지 않으며, 본 명세서의 이 섹션 또는 다른 곳에서 제시된 청구범위에 의해 정의될 수 있거나 향후에 제시될 수 있다. 청구항들의 언어는 청구항들에서 이용되는 언어에 기초하여 광범위하게 해석되어야 하며, 본 명세서에서 또는 본 출원의 검토 동안에 설명되는 예들로 제한되지 않으며, 이 예들은 배타적이지 않은 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 에너지 저장 및 전달 시스템으로서,
    하나 이상의 모듈(modules), 각각의 모듈은,
    복수의 블록(blocks),
    수직 높이(vertical height)를 갖는 프레임(frame), 상기 프레임은,
    엘리베이터 샤프트(elevator shaft),
    상기 엘리베이터 샤프트에 이동 가능하게 배치된 엘리베이터, 상기 엘리베이터는 그 내부에 하나 이상의 블록을 수용하고 지지하도록 크기 설정되고(sized) 낮은 고도(lower elevation)와 높은 고도(higher elevation) 사이에서 하나 이상의 상기 복수의 블록을 이동시키도록 조작 가능함, 및
    상기 엘리베이터에 커플링(coupling)되는 케이블(cable)에 이동 가능하게 커플링된 윈치 조립체(winch assembly), 상기 윈치 조립체는 하나 이상의 유성 기어 조립체(planetary gear assemblies), 하나 이상의 브레이크(brakes) 및 상기 케이블에 커플링된 스풀(spool)을 포함함,
    을 포함함;
    전동-발전기(motor-generator); 및
    상기 전동-발전기에 커플링된 단부(end) 및 상기 윈치 조립체에 커플링된 반대편 단부(opposite end)를 갖는 구동 샤프트(drive shaft);
    를 포함하되,
    상기 윈치 조립체의 하나 이상의 브레이크 중의 적어도 하나는, 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-인(reel-in)하도록 회전하여 상기 복수의 블록 중의 하나 이상이 낮은 고도에서 높은 고도로 이동하도록 상기 엘리베이터를 상승시켜서 에너지를 저장하거나, 또는 상기 스풀이 상기 케이블을 릴-아웃(reel-out)하도록 회전하여 상기 복수의 블록 중의 하나 이상이 높은 고도에서 낮은 고도로 이동하도록 상기 엘리베이터를 하강시켜서 에너지를 생성하도록, 조작될 수 있는 것인,
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈치 조립체는 상기 구동 샤프트와 동심(concentric)인 브레이크 디스크(brake disc)를 포함하고 상기 하나 이상의 유성 기어 조립체는 제 1 유성 기어 조립체 및 제 2 유성 기어 조립체를 포함하되, 상기 제 1 유성 기어 조립체는 상기 브레이크 디스크와 상기 제 2 유성 기어 조립체 사이에 축방향으로 배치되고, 상기 제 2 유성 기어 조립체는 상기 제 1 유성 기어 조립체와 상기 스풀 사이에 축방향으로 배치되며, 상기 제 1 유성 기어 조립체는 제 1 태양 기어(sun gear), 제 1 쌍(first pair)의 유성 기어, 및 제 1 링 기어(ring gear)를 포함하고, 상기 제 2 유성 기어 조립체는 제 2 태양 기어, 제 2 쌍의 유성 기어 및 제 2 링 기어를 포함하며, 상기 구동 샤프트는 상기 제 1 태양 기어, 상기 제 2 태양 기어 및 상기 스풀에 고정되게(fixedly) 커플링되고, 상기 브레이크 디스크는 상기 제 1 쌍의 유성 기어에 고정되게 커플링되며, 상기 제 1 링 기어는 상기 제 2 쌍의 유성 기어에 고정되게 커플링되는,
    시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 브레이크는 상기 브레이크 디스크와 선택적으로 맞물리도록(engage) 조작 가능한 제 1 브레이크, 상기 제 1 링 기어와 선택적으로 맞물리도록 조작 가능한 제 2 브레이크 및 상기 제 2 링 기어와 선택적으로 맞물리도록 조작 가능한 제 3 브레이크를 포함하는,
    시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 브레이크 디스크를 맞물림 해제하고(disengage), 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 링 기어를 맞물림 해제하고, 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 링 기어와 맞물리게 하여 상기 스풀의 회전을 정지시키는,
    시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 브레이크 디스크와 맞물리게 하고, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 링 기어를 맞물림 해제하고, 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 역방향(reverse direction)으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-아웃하여 상기 엘리베이터를 하강시키는,
    시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 브레이크 디스크를 맞물림 해제하고, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 링 기어와 맞물리게 하고, 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 케이블을 릴-인하여 상기 스풀을 전진 방향(forward direction)으로 회전시켜서 상기 엘리베이터를 상승시키는,
    시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블에 커플링된 댐퍼(damper)를 더 포함하되, 상기 댐퍼는 상기 케이블에 가해진 힘의 적어도 일부를 흡수하도록 구성되는,
    시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블에 커플링된 선형 액추에이터(linear actuator)를 더 포함하되, 상기 선형 액추에이터는 상기 블록의 픽-업(pick-up) 또는 드롭-오프(drop-off)를 촉진(facilitate)시키기 위해 상기 엘리베이터의 수직 위치를 조정하도록 팽창 또는 수축하도록 구성되는,
    시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 모듈은 2개의 모듈이고, 상기 구동 샤프트는 상기 2개의 모듈 중의 제 1 모듈의 윈치에 및 상기 2개의 모듈 중의 제 2 모듈의 윈치에 커플링하는,
    시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 모듈의 윈치 및 상기 제 2 모듈의 윈치는 상기 제 1 모듈 내의 블록을 동시에 리프팅(lifting)하고 상기 제 2 모듈 내의 블록을 하강시키도록 조작 가능한,
    시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임은 하부 데크(lower deck) 및 상기 하부 데크 위에 수직으로 이격된 상부 데크(upper deck)를 갖고, 상기 엘리베이터 샤프트는 상기 하부 데크와 상기 상부 데크 사이에서 연장되는 상기 프레임의 좌측 칼럼(left column)과 우측 칼럼(right column) 사이에 배치되는,
    시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 엘리베이터는 하나 이상의 블록을 상기 하부 데크 위의 좌측 칼럼 내의 위치로부터 상기 좌측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로 상승시키고, 하나 이상의 블록을 상기 하부 데크 위의 상기 우측 칼럼 내의 위치로부터 상기 우측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로 이동하도록 조작하여, 상기 하나 이상의 상승된 블록의 위치 에너지 양에 대응하는 전기 에너지의 양을 저장할 수 있고, 상기 엘리베이터는 하나 이상의 블록을 상기 좌측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 하부 데크 위의 상기 좌측 칼럼 내의 위치로 하강시키고, 중력 하에서 하나 이상의 블록을 상기 상부 데크 위의 위치로부터 상기 하부 데크 위의 우측 칼럼 내의 위치로 이동하도록 조작하여, 상기 엘리베이터에 전기적으로 커플링된 상기 전동-발전기를 통해 상기 하나 이상의 하강된 블록 각각에 대한 일정량의 전기(an amount of electricity)를 생성할 수 있는,
    시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 엘리베이터는 상기 모듈의 프레임 상의 부하(load)의 평균 분포가 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 하부 데크 위의 상기 좌측 칼럼에서 또는 상기 우측 칼럼에서의 위치와 상기 좌측 칼럼 위 또는 상기 우측 칼럼 위의 상기 상부 데크 위의 위치 사이에서 복수의 블록을 이동시키도록 조작 가능한,
    시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임은 강화된 강철 및 콘크리트 기둥(pillars)의 복수의 칼럼을 포함하는,
    시스템.
  15. 전기를 저장하고 생성하는 방법으로서,
    엘리베이터 샤프트를 따라 엘리베이터를 조작하여 낮은 고도와 높은 고도 사이에서 복수의 블록을 이동시키는 단계, 상기 엘리베이터는 상기 엘리베이터와 윈치 조립체의 스풀 사이에서 연장되는 케이블에 커플링되고, 상기 윈치 조립체는 하나 이상의 유성 기어 조립체 및 하나 이상의 브레이크를 포함함,
    을 포함하되;
    상기 엘리베이터를 조작하는 단계는:
    상기 윈치 조립체의 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물림 해제하는 단계, 상기 윈치 조립체의 제 2 브레이크를 조작하여 제 1 유성 기어 조립체의 제 1 링 기어를 맞물림 해제하는 단계, 및 상기 윈치 조립체의 제 3 브레이크를 조작하여 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물리게 하여 상기 스풀의 회전을 정지시키는 단계,
    상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물리게 하는 단계, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 유성 기어 조립체의 상기 제 1 링 기어를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 역방향으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-아웃하여 상기 엘리베이터를 하강시키는 단계, 및
    상기 제 1 브레이크를 조작하여 상기 윈치 조립체의 브레이크 디스크를 맞물리게 하는 단계, 상기 제 2 브레이크를 조작하여 상기 제 1 유성 기어 조립체의 제 1 링 기어를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 제 3 브레이크를 조작하여 상기 제 2 유성 기어 조립체의 상기 제 2 링 기어를 맞물림 해제하여 상기 스풀을 전진 방향으로 회전시켜서 상기 케이블을 릴-인하여 상기 엘리베이터를 상승시키는 단계,
    를 포함하는,
    방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 낮은 고도와 상기 높은 고도 사이에서 상기 블록을 이동시키는 단계는, 상기 엘리베이터 샤프트의 양 측면 상의 프레임의 좌측 또는 우측 칼럼 내의 하부 데크 위의 위치 사이에서 좌측 또는 우측 칼럼과 정렬된 프레임의 상부 데크 위의 위치로 상기 블록을 이동시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 하부 데크 위의 위치와 상기 좌측 또는 우측 칼럼 내의 상부 데크 위의 위치 사이에서 상기 하나 이상의 블록을 이동시키는 단계는, 상기 프레임 위의 부하의 평균 분포가 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 블록을 위치시키는 단계를 포함하는,
    방법.
KR1020237029860A 2021-02-02 2022-01-26 엘리베이터 리프트 시스템을 구비한 에너지 저장 시스템 KR20230141844A (ko)

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