PL243648B1 - Kinematyczny magazyn energii oparty na konstrukcji szkieletowej - Google Patents

Abstract

Kinetyczny magazyn energii oparty na konstrukcji szkieletowej, który obejmuje strefę przechowywania ładunków w górnej części, system przenoszenia ładunku z położenia niskiego do wysokiego i z położenia wysokiego do niskiego oraz system transformacji mocy, składa się z żelbetowej konstrukcji cylindrycznej posadowionej na fundamencie oraz umieszczonej w niej centralnie wieży szkieletowej, którą stanowią sekcje modułowe (5) wieży szkieletowej, zawierające co najmniej dwa moduły szkieletu (5a) umieszczone jeden na drugim, wewnątrz których poruszają się wertykalnie ładunki złożone co najmniej z jednego balastu (1a, 1b, 1c) zawieszone na linach podnoszących, przy czym sekcje modułowe (5) wieży szkieletowej łączone są poprzez dostawianie obok, zaś w najniższym module szkieletu (5a) znajduje się zespół przetwarzania energii (9), który to zespół (9) połączony jest poprzez przekładnię i układ podnoszący, z odpowiednim balastem (1a, 1b, 1c), przy czym wysokość żelbetowej konstrukcji cylindrycznej, równa jest co najmniej wysokości sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej.

Description

Opis wynalazku

Kinematyczny magazyn energii oparty na konstrukcji szkieletowej, który obejmuje strefę przechowywania ładunków w górnej części, system przenoszenia ładunku z położenia niskiego do wysokiego i z położenia wysokiego do niskiego oraz system transformacji mocy, wykorzystujący ideę wytwarzania energii kinetycznej do napędzania urządzeń wytwarzających energię elektryczną, która jest podłączana do systemu przesyłu i przetwarzania energii oraz wykorzystywana w sieci publicznej lub bezpośrednio przez odbiorniki albo magazynowana w akumulatorach litowo-jonowych. Wykorzystuje zasadę, że kiedy ceny energii elektrycznej są niskie, odbywa się załadunek magazynu poprzez transport ładunku od położenia niskiego do wysokiego; zaś gdy jest wysoki potencjał cenowy, odbywa się transport ładunku od wysokiego do niskiego, wykorzystujący ciężar ładunku do napędzania mechanizmu przekładni lub koła zamachowego podczas procesu opadania, a następnie napędzania generatora energii elektrycznej.

Z publikacji WO2020018329A2 znany jest system magazynowania energii działający w celu przekształcania energii elektrycznej w energię potencjalną do przechowywania oraz do przekształcania energii potencjalnej w energię elektryczną, na przykład w celu dostarczenia do sieci elektrycznej. W jednym z wariantów może wykorzystywać energię słoneczną do wytwarzania energii elektrycznej następnie działać w celu rozłożenia bloków w nocy, aby napędzać generator wytwarzający energię elektryczną dostarczaną do sieci energetycznej. System składa się z wielu bloków i dźwigu zawierającego ramę, generator silnika elektrycznego, jeden lub więcej wózków połączonych ruchomo z ramą oraz kabel ruchomo połączony z jednym lub większą liczbą wózków i roboczo połączony z generatorem silnika elektrycznego. Każdy z wielu bloków ma ten sam rozmiar i kształt lub mają różne rozmiary. Kabel jest skonfigurowany do funkcjonalnego łączenia z jednym lub większą liczbą bloków. Żuraw może układać jeden lub więcej bloków jeden na drugim, przesuwając wspomniane bloki z niższej wysokości na wyższą w celu przechowywania i ilości energii elektrycznej we wspomnianych blokach odpowiadającej potencjalnej ilości energii wspomnianych bloków. Żuraw jest ponadto przystosowany do zdejmowania jednego lub więcej bloków ze stosu poprzez przemieszczanie wspomnianych bloków z wyższego wzniesienia na niższą wysokość pod wpływem siły grawitacji w celu wytworzenia ilości energii elektrycznej odpowiadającej ilości energii kinetycznej wspomnianego jednego lub większej liczby bloków po przeniesieniu z wyższej wysokości na niższą wysokość. Dźwig umieszczony jest na wieży i posiada jeden lub więcej wysięgników biegnących poprzecznie do wieży. Opcjonalnie wysięgniki mogą obracać się wokół wieży. Dwa wysięgniki umieszczone po przeciwnych stronach wieży równoważą się wzajemnie. Silniko-generator jest jednostką, która może działać zarówno jako silnik elektryczny, jak i generator. W innym przykładzie silniko-generator ma oddzielną jednostkę silnika elektrycznego i jednostkę generatora energii elektrycznej. Stos bloków wyznacza wieżę mającą ogólnie kształt cylindryczny. Wieża zawiera wiele bloków opcjonalnie rozmieszczonych w celu utworzenia konstrukcji chroniącej przed wiatrem, która może mieć kształt cylindryczny, z bloków lub monolityczna. Bloki mogą być również podnoszone lub opuszczane w celu przechowywania energii potencjalnej lub generowania energii elektrycznej. W innej opcji dźwig znajduje się na mostach z szynami umieszczonymi na szczycie konstrukcji chroniącej przed wiatrem, które poruszają się lub obracają wokół środka wieży. Stos bloków wyznacza wieżę mającą ogólnie kwadratowy kształt przekroju poprzecznego, patrząc z góry, zaś konstrukcja chroniąca przed wiatrem ma ogólnie kwadratowy, prostokątny lub kształt litery C z otwartym końcem.

Kolejnym rozwiązaniem jest magazyn energii oparty na modułowej konstrukcji szkieletowej w formie prostopadłościanu, której przykładem może być Energy Vault Resiliency Center™. Górne poziomy regałów są miejscem przechowywania balastów umieszczonych na wózkach transportowych każdy, a by mogły być przemieszczane do wind transportowych znajdujących się jedynie w skrajnych polach magazynu i poruszających się po pionowych zewnętrznych jego ścianach. Windy połączone są z silnikogeneratorami, które mogą być zasilane z odnawialnych źródeł energii.

Niedogodności stanu techniki objawiają się w tym, że przy transporcie windowym zachodzi konieczność stosowania wózków transportowych na każdym obciążniku balastowym magazynu, brak jest również możliwości sterowania poszczególnymi balastami, kolejność wymuszana jest położeniem balastu na regale. Rozładunek magazynu utrudniają także windy znajdujące się jedynie w skrajnych polach magazynu i dopiero po opuszczeniu skrajnych balastów mogłyby wrócić po balasty poprzedzające, znajdujące się u góry. Problemem w takich przypadkach jest również sześcienny kształt magazynu, który powoduje znaczny opór wiatru co ma niekorzystny wpływ przy lokalizacji w sąsiedztwie turbin wiatrowych.

Celem wynalazku było zatem opracowanie takiej konstrukcji magazynu energii, który będzie pozbawiony wad wynikających ze stanu techniki, jednocześnie będzie zawierał powierzchnię do ekspozycji paneli fotowoltaicznych, zwłaszcza powłok fotowoltaicznych elastycznych, takich jak przykładowo perowskitowe.

Kinetyczny magazyn energii oparty na konstrukcji szkieletowej, który obejmuje strefę przechowywania ładunków w górnej części, system przenoszenia ładunku z położenia niskiego do wysokiego i z położenia wysokiego do niskiego oraz system transformacji mocy, charakteryzuje się tym, że składa się z żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) posadowionej na fundamencie (oraz umieszczonej w niej centralnie wieży szkieletowej (4), którą stanowią sekcje modułowe (5) wieży szkieletowej, zawierające co najmniej dwa moduły szkieletu (5a) umieszczone jeden na drugim, wewnątrz których poruszają się wertykalnie ładunki złożone co najmniej jednego balastu (1, 1a, 1b, 1c) zawieszone na linach podnoszących (2) przy czym sekcje modułowe (5) wieży szkieletowej łączone są poprzez dostawianie obok, zaś w najniższym module szkieletu (5a) znajduje się zespół przetwarzania energii (9), który to zespół połączony jest poprzez przekładnię i układ podnoszący, z odpowiednim balastem (1, 1a, 1b, 1c). Całość znajduje się wewnątrz żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7), której wysokość równa jest co najmniej wysokości sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej. Zadaniem żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) jest polepszenie warunków aerodynamicznych dla tego typu budowli jak magazyn energii, przez co między innymi chroni go przed naporem wiatru. Kolejną funkcją jest stworzenie powierzchni do ekspozycji ogniw fotowoltaicznych.

Korzystnie jest, gdy średnica żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) wynosi od 5 m do 100 m.

Korzystnie także jest, gdy długość boku podstawy wieży szkieletowej (4) wynosi od 1 m do 10 m. Korzystnie również jest, gdy pojedynczy balast (1, 1a, 1b, 1 c) ma ciężar od 1 ton do 50 ton.

Korzystnie jest, gdy poziom magazynowania balastu w stanie załadunku znajduje się na wysokości od 20 metrów do 300 metrów, a najniższa kondygnacja służy do przechowywania zespołu do przetwarzania energii (9).

Korzystnie jest, gdy silnik zespołu przetwarzania energii (9) jest tym samym korpusem silnika i generatora.

Korzystnie jest, gdy balastami (1a, 1b, 1 c) są bloki stalowe.

Dodatkowo korzystnie jest, gdy ładunek składa się z siedmiu bloków balastowyc h: czterech balastów górnych (1a), znajdujących się pod nimi dwóch balastów środkowych (1 b) oraz znajdującym się pod nimi balastem dolnym (1 c), z których każdy połączony jest liną podnoszącą (2) przechodzącą przez bloczek kołowy (2a) znajdujący się na szczycie sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej z zespołem przetwarzania energii (9).

Korzystnie jest, gdy wzdłuż drogi opuszczania i podnoszenia balastów, na wewnętrznej ścianie sekcji modułowej (5), znajduje się prowadnica liniowa (3c).

Korzystnie jest, gdy balastami są bloki betonowe.

Dodatkowo korzystnie jest, gdy ładunek składa się z czterech balastów (1) posadowionych jeden na drugim, z wydrążonymi co najmniej dwoma otworami zawierającymi prowadnice rurowe (3b), przez które przechodzi stalowa lina podnosząca (3) łącząca wszystkie balasty (1) w pionowym rzędzie, przy czym otwory rozciągają się przez długość bloku balastu (1) i są wyśrodkowane wzdłuż jego głębokości, zaś rozchodzą się parami od środka balastu wzdłuż jego szerokości.

Korzystnie jest, gdy zespół przetwarzania energii (9) zawiera co najmniej silniko-generator z co najmniej jednym motoreduktorem, układ wałów naciągowych dla lin podnoszących, stację transformatorową, kable.

Dodatkowo korzystnie jest gdy zespoły przetwarzania energii (9) połączone są z kolektorem mocy.

Korzystnie jest, gdy żelbetowa konstrukcja cylindryczna (7) na zewnętrznej powierzchni posiada konstrukcję z zamontowanymi panelami fotowoltaicznymi (8) oraz połączona z systemem gromadzenia i odprowadzenia wody wykorzystywanej do elektrolizy.

Korzystnie także jest, gdy zewnętrzna powierzchnia żelbetowa konstrukcji cylindrycznej (7) pokryta jest powłokami fotowoltaicznymi (8) elastycznymi oraz połączona z systemem gromadzenia i odprowadzenia wody wykorzystywanej do elektrolizy.

Korzystnie także jest gdy na szczycie wieży szkieletowej (4) oraz żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) znajduje się taras techniczno-widokowy (14) z systemem gromadzenia i odprowadzenia wody wykorzystywanej do elektrolizy.

Korzystnie również jest gdy na szczycie wieży szkieletowej (4) zamocowane są turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu (6).

Korzystnie także jest gdy na górnych poziomach magazynu do wewnętrznych ścian żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) oraz do wieży szkieletowej (4) zamocowana jest co najmniej jedna turbina o poziomej osi obrotu (13).

Korzystnie również jest gdy wzdłuż bocznej ściany wieży szkieletowej (4), w przestrzeni wyznaczonej przez opisanie żelbetowej konstrukcji cylindrycznej zamocowana jest winda techniczna (12).

Dla znawcy oczywistym jest, że wszystkie wymagane podzespoły połączone są z inteligentnym systemem zarządzania i sterowania, aby optymalizować pracę magazynu. System taki zawiera co najmniej stację pogody, oprogramowanie i sterowniki.

Podstawowe elementy składające się na konstrukcję magazynu, jego ładunki, czy stanowiące zespół do przetwarzania energii (wraz z układem podnoszącym), jak i formy zasilania energią odnawialną, zostały odzwierciedlone i zdefiniowane. Jednak detale rysunków oraz konfiguracja parametrów poszczególnych środków technicznych podana w przykładach wykonania, wymagają uwzględnienia zapotrzebowania klienta i innych ograniczeń oraz warunków terenowych, w jakich znajdować się będzie magazyn według wynalazku.

Podobnie, zasada magazynowania energii potencjalnej jak w magazynie według wynalazku, pozwala na wykorzystanie wiele już opracowanych rozwiązań czy elementów znanych ze stanu techniki, co pozwoliło pewne rysunki i szczegóły w niniejszym opisie pominąć lub uprościć.

Zaletą konstrukcji według wynalazku jest możliwość niezależnego sterowania podnoszeniem i opuszczaniem pojedynczych balastów co znacznie wpływa na wydajność magazynu. Krótszy czas rozładowania jest podyktowany możliwością opuszczania wszystkich balastów na raz, jednocześnie z każdego szybu. Opływowy kształt żelbetowej konstrukcji cylindrycznej, otaczającej konstrukcję magazynu energii, wpływa korzystnie na przepływ wiatru co ma znaczenie gdy magazyn znajduje się w pobliżu siłowni wiatrowych. Straty energii są niższe dzięki wyeliminowaniu wózka z elektrycznym napędem na każdym bloczku.

Dzięki temu, że żelbetowa konstrukcja cylindryczna ma kształt cylindra, panele fotowoltaiczne umieszczone na jej powierzchni zewnętrznej w całości wykorzystują czas nasłonecznienia w ciągu dnia.

Jeśli chodzi o wysokość, geometria magazynu jest nieograniczona, ponieważ parametry projektowe można zmieniać uwzględniając wymagania dotyczące fundamentów.

Ze względu na możliwość alternatywnego zasilania zarówno z sieci jak i z odnawialnych źródeł energii, takich jak słońce czy wiatr, ładowanie magazynu jest niezależne od niesprzyjających warunków pogodowych.

Zgromadzona energia jest utrzymywana przez nieograniczony czas, dopóki nie zostanie wykorzystana.

Wynalazek bliżej opisany jest w przykładach oraz przedstawiony na figurach rysunku:

fig. 1

Widok kinematycznego magazynu, z wieżą szkieletową, płytą fundamentową, powłoką perowskitową od zewnątrz żelbetowej konstrukcji cylindrycznej z naświetlami technologicznymi oraz wlotami powietrza zlokalizowanymi w dolnej części wieży przy fundamencie. Zwieńczenie wieży jest tarasem widokowym znajdującym się nad obudową wieży oraz nad turbinami o pionowej osi obrotu. Inny wariant przewiduje taki magazyn bez tarasu widokowego, który został zobrazowany na innych figurach.

fig. 2

Fragment pojedynczej sekcji modułowej wieży szkieletowej przy załadowanym położeniu wszystkich balastów stalowych w układzie z siedmioma balastami na sekcję.

fig. 3

Widok dolnego fragmentu pojedynczej sekcji modułowej wieży szkieletowej magazynu przy rozładowanym położeniu wszystkich balastów stalowych. Dla lepszego zobrazowania nie zawiera widoku lin podnoszących jak na fig. 2, na których zawieszone są balasty i połączone są z silnikami.

fig. 4

Widok dolnego fragmentu pojedynczej sekcji modułowej wieży szkieletowej magazynu przy rozładowanym położeniu wszystkich balastów stalowych oraz przekrój C-C, w wariancie, gdy balasty z różnych poziomów, spoczywają na sobie. Nie zawiera widoku lin jak na fig. 2, na których zawieszone są balasty, które to liny są elementem wynalazku.

fig. 5

Widok szczytu pojedynczej sekcji modułowej wieży szkieletowej z układem podnoszącym, zawierającym bloczki kołowe i współpracujące z nimi liny przenoszące. Taki układ bloczków w innym wariancie wynalazku będzie adekwatny do ilości i rodzaju balastów, przy założeniu, że każdy balast stalowy posiada swój układ podnoszący, zaś dla balastów betonowych jeden układ podnoszący może obsługiwać kilka balastów ustawionych wertykalnie.

fig. 6

Widok magazynu z wieżą szkieletową od góry w wariancie bez tarasu górnego. Obok widoczny szczegół obrazujący widok od góry pojedynczej sekcji modułowej wieży szkieletowej .

fig. 7

Widok magazynu w przekroju A-A obrazujący wariant z tarasem, turbinami o poziomych osiach obrotu zamontowanych na czterech górnych poziomach magazynu i szczegółem fragmentu jednej sekcji modułowej.

fig. 8

Widok magazynu w przekroju B-B obrazujący wariant z tarasem i turbinami o pionowych osiach obrotu zamontowanych pod nim i szczegółem fragmentu jednej sekcji modułowej. Dla lepszego zobrazowania szczegół ukazujący sekcję modułową w przekroju B-B nie zawiera widocznych stężeń jedynie ich uchwyty zamocowane w narożnikach modułu.

fig. 9

Widok balastów betonowych rozłożonych wertykalnie na czterech rzędach oraz dziesięciu kolumnach wzajemnie opierających się na sobie. Każdy balast z zatopioną rurą przelotową co najmniej w ilości dwóch sztuk rur na jeden balast. Przez rurę przelotową przechodzi lina podnosząca zamocowana na odpowiednim rzędzie balastowym.

fig. 10

Widok jednej kolumny z rzędem balastów betonowych, gdzie na przekroju D-D widać ułożenie otworów z prowadnicami rurowymi najwyższej położonego balastu.

fig. 11

Schemat blokowy zasady działania kinematycznego magazynu energii według wynalazku.

Przykład 1:

Kinematyczny magazyn energii zawiera wieżę szkieletową (4) umieszczoną wewnątrz żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7). Całość posadowiona jest na fundamencie (11). Wieża szkieletowa (4) zbudowana jest z połączonych ze sobą sekcji modułowych (5) wieży szkieletowej, przy czym każda taka sekcja powstaje z łączenia ze sobą w układzie pionowym modułów szkieletu (5a). Pierwsza kondygnacja, którą stanowi pierwszy moduł szkieletu (5a) jest przeznaczona na instalację zespołów przetwarzania energii (9). Zespoły te (9) składają się z silniko-generatorów prądotwórczych czyli jednostek napędowo wytwórczych energię elektryczną, przekładni motoreduktorowych, systemów sterowania, inwerterów oraz układów nawijających linę podnoszącą (2), która przechodząc przez bloczki kołowe (2a) mocowane na szczycie sekcji (5), podnosi lub opuszcza balasty betonowe (1). Balasty betonowe (1) w każdej sekcji są ustawione jeden na drugim i przez otwór każdego przechodzi lina podnosząca (2). Balast betonowy umieszczony najniżej może mieć dwa otwory blisko środka, z prowadnicami rurowymi (3a) centralnie przechodzące. Kolejny nad nim musi mieć dwa otwory umiejscowione tak samo oraz dwa kolejne oddalone od środka balastu (1). Kolejny balast nad nim musi mieć cztery takie same otwory umiejscowione tak samo oraz dwa kolejne oddalone jeszcze bardziej od środka balastu (1). Lina podnosząca (2) przechodząca kaskadowo, jest jednocześnie prowadnicą dla całego rzędu balastów (1). Kinetyczny magazyn energii na szczycie żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) ma zamontowane cztery turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu (6). Wewnątrz żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7), w przestrzeni między konstrukcją szkieletową wieży (4), znajdują się turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu (13) których działanie oparte jest na termodynamicznym przepływie mas powietrza które z kanałów wlotowych (15) przemieszcza się pionowo w górę wprawiając łopaty turbin wiatrowych (13) w ruch i generując energię elektryczną. Energia wytworzona z pracy turbin wiatrowych wieży (6, 13) lub turbin zewnętrznych, powłoki fotowoltaicznej (8) lub powłok/paneli fotowoltaicznych zewnętrznych zasila silniki w zespole przetwarzania energii (9) które wprawiają balasty obciążeniowe (1) w ruch pionowy w górę. W chwili w której układ ma za zadanie oddać zmagazynowaną i przetworzoną energię (elektryczną w kinetyczną) układ otrzymuje sygnał o konieczności opuszczeniu balastów obciążeniowych (1) tym samym wymuszając ruch na układzie napędowym, który staje się generatorem. Energia elektryczna wytwarzana jest od na całym etapie drogi pokonywanej przez balast obciążeniowy (1) i oddawana z generatorów do sieci. Sekcja modułowa (5) wieży szkieletowej osłonięta jest żelbetową konstrukcją cylindryczną (7) o kształcie okręgu na której powłoka zewnętrzna stanowi elastyczną powłokę fotowoltaiczną (8).

Parametry techniczne:

Moc zainstalowanych silniko-generatorów: 5 MW

Czas ładowania (podnoszenia) wszystkich bloków obciążeniowych 7 h (25 200 s)

Czas rozładowania (opuszczania) wszystkich bloków obciążeniowych 7 h (25 200 s)

Pojemność Magazynu Energii: 5 MW x 7 h = 35 MWh

Masa wszystkich bloków obciążeniowych: 85 627 000 kg

Wysokość bezwzględna podnoszenia bloków obciążeniowych: 150 m

Ilość żelbetowych balastów: 4 000 szt.

Masa jednego balastu: 21 600 kg

Wymiary 1 balastu: 0,3 x 4 x 9 m

Wymiary całkowite magazynu:

- wysokość 200 m

- średnica obudowy żelbetowej okrągłej 71 m

- wymiary jednej sekcji modułowej wieży szkieletowej 5 m x 5 m

- wymiary wieży szkieletowej 50 m x 50 m

Balasty betonowe wykonane są z betonu o wysokich parametrach użytkowych o wytrzymałości na ściskanie od 10 do 60 MPa, przy czym środkowa część, nienarażona na obciążenia, może zawierać beton niskiej jakości o wytrzymałości na ściskanie od 3 do 8 MPa.

Przykład 2:

Kinematyczny magazyn energii jak w przykładzie 1, przy czym balasty są balastami wykonanymi ze stali i ich mocowanie do liny podnoszącej (2) odbywa się za pomocą uchwytu zamocowanego centralnie na górnej ścianie balastu (1a, 1b, 1c). Cały ładunek jednej sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej składa się z siedmiu bloków balastowych: czterech balastów górnych (1a), znajdujących się pod nimi dwóch balastów środkowych (1b) oraz znajdującym się pod nimi balastem dolnym (1c), z których każdy połączony jest liną podnoszącą (2) przechodzącą przez bloczek kołowy (2a) znajdujący się na szczycie sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej z zespołem przetwarzania energii (9). Podnoszenie odbywa się jak w przykładzie 1, przy czym na wewnętrznej stronie sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej, na całej wysokości poprowadzone są prowadnice liniowe (3b), utrzymujące balasty w trakcie podnoszenia/opuszczania w stałym torze ruchu.

Wykaz oznaczeń

- balast betonowy

1a - - balast górny

1b - balast środkowy

1c - balast dolny

- lina podnosząca

2a - bloczek kołowy

3a - prowadnica rurowa

3b - prowadnica liniowa/szynowa

- wieża szkieletowa

- sekcja modułowa wieży szkieletowej

5a - moduł szkieletu

- turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu

- żelbetowa konstrukcja cylindryczna

- powłoka fotowoltaiczna

- zespół przetwarzania energii

- stężenia szkieletu wieży

- fundamenty

- winda techniczna

- turbina wiatrowa o poziomej osi obrotu

- taras techniczno-widokowy

- naświetla techniczne

- kanał wlotowy z regulacją przepływu powietrza

- podłoga balastu

- energia dostarczana z instalacji fotowoltaicznej

- energia dostarczana z turbin wiatrowych

- energia dostarczana z układów zewnętrznych źródeł odnawialnych

- zespół inwerterów

- zespół przetwarzania energii

- inteligentny moduł zarządzający zasobami energii

- wieża kinematyczna

- sieć elektryczna

Claims (19)

1. Kinetyczny magazyn energii oparty na konstrukcji szkieletowej, który obejmuje strefę przechowywania ładunków w górnej części, system przenoszenia ładunku z położenia niskiego do wysokiego i z położenia wysokiego do niskiego oraz system transformacji mocy, znamienny tym, że składa się z żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) posadowionej na fundamencie (11) oraz umieszczonej w niej centralnie wieży szkieletowej (4), którą stanowią sekcje modułowe (5) wieży szkieletowej, zawierające co najmniej dwa moduły szkieletu (5a) umieszczone jeden na drugim, wewnątrz których poruszają się wertykalnie ładunki złożone co najmniej z jednego balastu (1, 1a, 1b, 1c) zawieszone na linach podnoszących (2), przy czym sekcje modułowe (5) wieży szkieletowej łączone są poprzez dostawianie obok, zaś w najniższym module szkieletu (5a) znajduje się zespół przetwarzania energii (9), który to zespół (9) połączony jest poprzez przekładnię i układ podnoszący, z odpowiednim balastem (1, 1a, 1b, 1c), przy czym wysokość żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7), równa jest co najmniej wysokości sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej.

2. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że średnica żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) wynosi od 5 m do 100 m.

3. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że długość boku podstawy wieży szkieletowej (4) wynosi od 1 m do 10 m.

4. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że pojedynczy balast (1, 1a, 1b, 1c) ma ciężar od 1 ton do 50 ton.

5. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że poziom magazynowania balastu w stanie załadunku znajduje się na wysokości od 20 metrów do 300 metrów, a najniższa kondygnacja służy do przechowywania zespołu do przetwarzania energii (9).

6. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że silnik zespołu przetwarzania energii (9) jest tym samym korpusem silnika i generatora.

7. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że balastami (1a, 1b, 1c) są bloki stalowe.

8. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1 oraz 7, znamienny tym, że ładunek składa się z siedmiu bloków balastowych: czterech balastów górnych (1a), znajdujących się pod nimi dwóch balastów środkowych (1b) oraz znajdującym się pod nimi balastem dolnym (1c), z których każdy połączony jest liną podnoszącą (2) przechodzącą przez bloczek kołowy (2a) znajdujący się na szczycie sekcji modułowej (5) wieży szkieletowej z zespołem przetwarzania energii (9).

9. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że wzdłuż drogi opuszczania i podnoszenia balastów (1), na wewnętrznej ścianie sekcji modułowej (5), znajduje się prowadnica liniowa (3c).

10. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że balastami (1) są bloki betonowe.

11. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1 oraz 10, znamienny tym, że ładunek składa się z czterech balastów (1) posadowionych jeden na drugim, z wydrążonymi co najmniej dwoma otworami zawierającymi prowadnice rurowe (3b), przez które przechodzi stalowa lina podnosząca (3) łącząca wszystkie balasty (1) w pionowym rzędzie, przy czym otwory rozciągają się przez długość bloku balastu (1) i są wyśrodkowane wzdłuż jego głębokości, zaś rozchodzą się parami od środka balastu wzdłuż jego szerokości.

12. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół przetwarzania energii (9) zawiera co najmniej silniko-generator z co najmniej jednym motoreduktorem, układ wałów naciągowych dla lin podnoszących (2), stację transformatorową, kable.

13. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że zespoły przetwarzania energii (9) połączone są z kolektorem mocy.

14. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że żelbetowa konstrukcja cylindryczna (7) na zewnętrznej powierzchni posiada konstrukcję z zamontowanymi panelami fotowoltaicznymi (8) oraz połączona z systemem gromadzenia i odprowadzenia wody wykorzystywanej do elektrolizy.

15. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna powierzchnia żelbetowa konstrukcji cylindrycznej (7) pokryta jest powłokami fotowoltaicznymi (8) elastycznymi oraz połączona z systemem gromadzenia i odprowadzenia wody wykorzystywanej do elektrolizy.

16. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że na szczycie wieży szkieletowej (4) oraz żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) znajduje się taras techniczno-widokowy (14) z systemem gromadzenia i odprowadzenia wody wykorzystywanej do elektrolizy.

17. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że na szczycie wieży szkieletowej (4) zamocowane są turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu (6).

18. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że na górnych poziomach magazynu do wewnętrznych ścian żelbetowej konstrukcji cylindrycznej (7) oraz do wieży szkieletowej (4) zamocowana jest co najmniej jedna turbina o poziomej osi obrotu (13).

19. Kinetyczny magazyn energii według zastrz. 1, znamienny tym, że wzdłuż bocznej ściany wieży szkieletowej (4), w przestrzeni wyznaczonej przez opisanie żelbetowej konstrukcji cylindrycznej zamocowana jest winda techniczna (12).