TWI575153B - 用於產生補充電能之方法及設備 - Google Patents

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Description

用於產生補充電能之方法及設備
本發明係關於用於產生用於一電力網路之補充電能之一種方法及一種設備。
舉例而言，依據文件US 4 443 707，已知曉一水力發電系統，其將一貯水池水之位能轉換成用於驅動耦合至一發電機之一渦輪機之動能。在彼系統中，在網路中需要電力之一補充以對電力消耗之一尖峰作出回應之條件下，將儲存於位於一高水平處之一貯水池中之水釋放至一壓水管中，從而導致該渦輪機產生電力。
實際上，已知，電能之消耗係不規律的且需求尖峰(舉例而言)在以下情況出現：在一天結束時，或在寒冷天氣下當電加熱需求增加時，或相反在一奇熱時期當諸多空氣調節單元在使用中時。假定藉由其他構件(舉例而言，在一核能電廠中)所產生之電能之量係難以修改的，可將在尖峰期間所產生之水電能發送至電能網路以對需求之增加作出回應。類似地，藉由環境友好型且可再生能源(太陽、風)產生之電能根據天氣狀況以一高度隨機方式產生。
根據文件US 4 443 707，在尖峰週期範圍之外，使用來自主能量分配網路之電能來給一提升泵浦供電，該提升泵浦將自位於一低水平處之一貯水池回收之水返回至位於一高水平處之貯水池以為下一次尖峰週期重新構成位能。並且，高及較低貯水池通常係自然水池，諸如湖或礦井。
舉例而言，依據文件US 6 861 766，亦知曉一種用於產生補充電能之裝置，該裝置使用包含與一壓水管及一可逆水力發電機相聯結之上部人工貯水池與下部人工貯水池之一抽水蓄能水力發電系統來使用儲存於該上部貯水池中之水之位能給一電力網路供應補充電能，同時當起一泵浦作用時驅動水力發電機所需之能量係自風輪機獲得且因此非自能量分配網路獲取，從而減小自化石燃料或藉由核構件所產生之電力之消耗。特定而言假定需要產生係足夠強以支撐上部貯水池之一結構，專用於補充電能之產生之此一裝置之成本頗高。
文件US 2009/0058092 A1亦闡述使用置於高建築物之較高層中之上部貯水池來藉助一抽水蓄能水力發電系統產生補充電能。然而，在給出建築物約束及地震危害度之條件下，上部貯水池之大小受限且自置於彼等貯水池中之水之位能產生之能量實際上係不足以能夠在尖峰消耗週期中發送大量電能至一網路中。特定而言，彼種類之一設備不能產生大於大約100千瓦(kW)之功率。
文件FR 2 789 126亦揭示一種用於針對私人住宅或公寓建築物類型之建築物恢復水力能之裝置，其包含高高地安裝於建築物之屋頂空間中或在屋頂上之一第一或上部貯水池及安裝於該建築物之下部部分中(在地下室中或在該建築物附近之地下)之一第二或下部貯水池。
彼裝置可係與用於回收可(特定而言)用於驅動用於在下部貯水池與上部貯水池之間轉移水之一泵浦之太陽能、風能或地熱能之裝置相聯結，同時與一發電機相聯結之一渦輪機選擇性藉由在該上部貯水池與該下部貯水池之間的一下降管中流動之液體流來致動。
意欲將所產生電能供應給配備該裝置之建築物，舉例而言，將能量供應至一補充電加熱系統。未規定將所產生電能之至少某些電能發送至一公共電力網路，且安裝能量回收裝置之投資成本依然較高，特定而言，此乃因其需要為每一建築物提供兩個人工貯水池。此外，在一高處儲存大量水易遭受約束及額外成本，此乃因一居住建築物結構上之大約350千克每平方公尺(kg/m2)之最大載荷之通常標準阻止提供足以獲得一顯著效應之大量水。實際上，舉例而言，就100平方公尺(m2)之一私人住宅而論，不可能提供大於35立方公尺(m3)之一上部貯水池，此不能形成足夠位能。形成係足夠強以抵抗所需負載且可在地面上一高處(舉例而言，在10公尺(m)之一高度處)儲存大量水(舉例而言，大約1200 m3)之一專用結構相當於構建在材料強度方面具有非常嚴格約束且因此並無成本效益之一水塔。彼方法意味著複雜的操作，使得同時監視諸多較高貯水池及較低貯水池之水位成為必要，且假定與地震學及恐怖主義聯繫之各種危險，彼方法意味著較大的實施難度。總而言之，由於其所強加之約束及其所意味的成本，彼方法並不適合大規模使用。
文件DE 2 928 476 A1闡述一種用於藉由收集一私人住宅中之廢水來產生電能之一設備。一收集貯水池置於住宅之底部且藉由一管連接至一水輪且然後連接至位於向下更低處之一貯水池，且達成至一排水管之排放或藉助一泵浦而再循環至該收集貯水池。與一私人住宅相聯結之此一設備需要針對下部貯水池之專門挖掘且可產生僅數十瓦特功率，且因此可僅提供少於1千萬時(kWh)之微不足道數量之日常補充能量。
文件EP 0 599 691闡述一種用於產生電能之設備，其係由使用位於地平面之一上部貯水池之一抽水蓄能水力發電系統組成且係由一自然水體或一第一深度處之一地下水體及在大於該第一貯水池之一深度處以一地下隧道形式之一下部貯水池構成。產生地下空隙之工作成本係非常高的。彼等空隙必須位於一較大深度處且經強化以抵抗由有規律且強有力的水流形成之壓力及侵蝕，此同量地增加實施此方法之成本。
本發明旨在糾正上文所提及之缺點且在尖峰週期中(亦即，在高電能需求時)選擇性動作以提供大量補充電能至一電力分配網路，同時使生產用於藉由一抽水蓄能水力發電系統產生電力之基礎建設之成本最小化且使得補充電能產生設備能夠在盡可能接近消耗電能之地點之都市區域中使用。
因此，本發明旨在使得能夠以大大超過與一個別寓所聯繫的生產能力之一工業或半工業規模產生補充電能且不需要專用土木工程工作。
本發明之方法亦旨在使得環境友好型能源能夠藉由儲存在尖峰生產週期期間所產生之電能且在尖峰消耗週期期間釋放其來達成經濟平衡而不添加與彼等設備必須遵從之整個經濟方程式不相容之投資。在需求最高且價格因此最高之週期期間轉售以此方式所產生之電能之可能性非常顯著改良此等太陽能或風能可再生能量產生設備之收益性。
本發明之方法及設備亦旨在避免在太陽能或風能產生系統由於突然組合適當天氣狀況(強烈陽光或強風)而以全輸出開始起作用時電能網路業者發現難以管理及承擔之過載。在無此等互補方法之情況下，可再生能量產生方法(諸如太陽能及風能方法)之發展將係明顯緩慢的，且在無對試圖鼓勵此等替代能量出現之國家預算而言成本較高之可觀補貼之情況下，其將發現難以變得與習用能量產生方法不相上下。
本發明進一步旨在形成綜效且改良供公共、商業或私人使用之建造物之強度、使用者友好性或熱平衡。
本發明藉由提供一種用於產生用於一電力網路之補充電能之設備來達成以上目的，該設備包含：至少第一貯水池及第二貯水池，該第一貯水池位於一第一水平面處且該第二貯水池位於低於該第一水平面具有至少5公尺之一水平面差之一第二水平面處；位於該第一貯水池與該第二貯水池之間的至少一個連通管，其具有至少3%之一坡度且具備至少一個遙控閥；一水力發電系統；一泵吸設備；及一控制電路，該設備特徵在於：該等第一及第二貯水池中之至少一者包括以地下或半地下方式整合於需要經建造以與產生電力之一次要功能無關之用於遮護貨物或人之一主要功能之人工建築物之地基中之一或多個個別貯水池；以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池具有在1000 m3至150,000 m3之範圍中之一累積體積；該等第一及第二貯水池中之另一者使用地面之一自然坡度而同樣位於地平面處；且該水力發電系統具有在100 kW至4百萬瓦特(MW)之範圍中之一功率額定值。
該等人工建築物較佳具有住宅、辦公室、停車場、商行、倉庫、工廠、或文化或運動場所之一主要功能。
在一項特定實施例中，該第一貯水池係以地下或半地下方式整合於需要經建造以與產生電力之一次要功能無關之用於遮護貨物或人之一主要功能之一第一人工建築物之該等地基中，且使用該地面之一自然坡度而位於地平面處之該第二貯水池係以地下或半地下方式整合於需要經建造以與產生電力之一次要功能無關之用於遮護貨物或人之一主要功能之一第二人工建築物之該等地基中。
根據本發明之利用至少一個個別貯水池係以地下方式整合於人工建築物之該等地基中之事實之一項特定態樣，以地下方式整合於人工建築物之該地基中之至少一個個別貯水池亦與用於某些或所有該等人工建築物或相聯結建築物之一空氣調節設備或製冷設備協作，該空氣調節設備或該製冷設備包含被饋送以來自該個別貯水池之水的至少一個冷凝器、一擴張器、被饋送以一熱交換流體的一蒸發器及一壓縮機單元。
根據本發明之亦利用至少一個個別貯水池係以地下方式整合於人工建築物之該等地基中之事實之另一特定態樣，以地下方式整合於人工建築物之該等地基中之至少一個個別貯水池亦與用於加熱某些或所有該等人工建築物或相聯結建築物之一設備協作，該加熱設備包含被饋送以來自一加熱迴路之水的至少一個冷凝器、一擴張器、被饋送以來自該個別貯水池之水的一蒸發器及一壓縮機單元。
除已藉由將一貯水池整合於一建築物之地基中所達成之綜效以外，此等特徵提供節能及電能產生調整之研究之綜效。
在一項可能特定實施例中，此等第一貯水池及第二貯水池中之一者位於建築物外部且構成地平面附近之一自然或人工水體。
位於一建築物外部之此貯水池有利地由一人工湖、一水淨化貯水池或諸如一湖、一河道或海之一自然水體組成。
在一項特定實施例中，該水平面差位於5公尺至8公尺之範圍中。並且，一水力發電系統之渦輪機可位於第二貯水池之水平處，但可視情況且同樣位於第一貯水池之附近處，此證明係有利的，舉例而言，出於至環境中之整合之原因。
在另一特定實施例中，該水平面差大於8公尺。並且，該水力發電系統及該泵吸設備可位於緊鄰該第二貯水池之處。然而，該水力發電系統及該泵吸設備可同樣位於該第二貯水池之高程處，但遠離該第二貯水池。
在一項特定實施例中，控制電路包含用於在低電力消耗週期期間將該泵吸設備耦合至該分配網路之一單元及用於在尖峰電力消耗週期期間將該水力發電系統耦合至該分配網路之一單元。
根據本發明之另一態樣，控制電路可包含用於在低電力消耗週期期間將該泵吸設備耦合至諸如太陽能或風能之環境友好型自然能量之一源之一單元，及用於在尖峰電力消耗週期期間將該水力發電系統耦合至該分配網路之一單元。
以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池可包括安置於單獨建築物中且藉由一平衡管互連之複數個個別貯水池。
以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池可包含亦連接至一自然冷卻設備、灑水設備、清潔設備或消防設備之至少一個個別貯水池。
一液位感測器係與以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之一貯水池中之每一個別貯水池相聯結。
以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池可包括各自具有小於或等於12 m之一地下深度及具有小於或等於3 m之一高度之一上部結構部分之一或多個個別貯水池。
以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池可包含附接至界定具有由一地板密閉之一組隔間之一防水貯水池之儲水池的深地基。
藉由實例之方式，以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池可具有在20公分(cm)至45 cm之範圍中之一橫向壁厚度及在10 cm至25 cm之範圍中之一底部厚度。
根據本發明之一項態樣，該設備包含用於根據補充電能之直接要求及貯水池中之水位控制與第一貯水池及水力發電系統相聯結之遙控閥之一基於電腦之裝置。
本發明亦提供一種產生用於一電力網路之補充電能之方法，該方法包括：使用一第一電能源來驅動一泵吸設備以便將水自位於一第二水平面處之一第二貯水池泵吸至位於高於該第二水平面之具有至少5公尺之一水平面差及至少3%之一坡度之一第一水平面處之一第一貯水池的至少一第一步驟；及自該第一貯水池饋送一水力發電系統之一第二步驟，該方法特徵位於：其包含自位於需要經建造以與產生電力之一次要功能無關之用於一主要功能之人工建築物之地下或半地下下部部分中之至少一個個別貯水池提供該等第一及第二貯水池中之至少一者之一預備步驟；以地下或半地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該貯水池具有在1000 m3至150,000 m3之範圍中之一累積體積；該等第一及第二貯水池中之另一者使用地面之一自然坡度而同樣位於地平面處；且該水力發電系統具有在100 kW至4 MW之範圍中之一功率額定值。
在一項實施方案中，水係自該第二貯水池泵吸且該水力發電系統係至少部分經由具有雙向流體流動之一共同管被饋送以來自該第一貯水池之水。
在另一實施方案中，水係經由配備至少一個遙控閥之一第一連通管自該第二貯水池泵吸且該水力發電系統係經由配備至少一個遙控閥之至少一個第二連通管被饋送以來自該第一貯水池之水。
在本發明之一項有利實施方案之一方法中，整合於一建築物之地基中之至少一個貯水池進一步構成用於一空氣調節設備或一製冷設備之一熱源或用於加熱某些或所有該等人工建築物或相聯結建築物之一設備之一冷源，該空氣調節設備或該製冷設備及該加熱設備各自包含至少一個熱泵浦。
在本發明之一項特定實施方案之一方法中，至少該第二貯水池位於需要經建造以與產生電力之一次要功能無關之用於一主要功能之人工建築物之該地下或半地下下部部分中且藉由與該第二貯水池相聯結之一水力發電系統所產生之該電能係至少部分用於將電能局部供應至具有位於其下部部分中之該第二貯水池之人工建築物或位於緊鄰彼人工建築物之處的一相聯結建築物。
自藉由實例之方式給出及參考隨附圖式所闡述之本發明之特定實施例之以上闡述，呈現本發明之其他特徵及優點。
圖1展示本發明之一電能產生設備之各種實例。
一電力網路之一控制站1管理藉由自化石燃料(煤、石油、自然氣)或核燃料產生電能之各種習用發電系統2至5來管理電力之產生。除了具有環境缺點以外，此等習用發電系統具有操作不靈活且因此不能容易地適應需求變化之不利。最後，其依賴於正逐漸枯竭之非可再生化石燃料。
因此將採用可再生自然能量(諸如風、太陽、地熱或潮汐能)之電能產生源6、7添加至更多習用能源以產生額外電能。藉由實例之方式，圖1展示自太陽能產生電能之一設備6及陸上風電場及近海風電場7。在圖1中，能源與控制站1之間的電連接以虛線表示。舉例而言，展示一近海風輪機7與控制站1之間的一電連接73及太陽能板6與控制站1之間的一電連接74。電力線71類似地以虛線表示以用於自與控制站1相聯結之電力網路向各種建築物200、200A、301供應電力。
可再生能量之缺點係藉由此手段之電能之產生受氣候變化影響且不能始終與尖峰需求週期匹配。
因此期望能夠臨時儲存所產生之能量以能夠隨後在尖峰需求週期期間釋放彼能量。
本發明利用藉助抽水蓄能水力發電系統產生電能之原理，藉此在低需求週期期間，藉由將一定量之水泵吸並儲存於至少一個上游貯水池110中來累積位能，泵吸所需要之能量係自未使用之電力網路1之能量取得，且因此低成本，或直接或間接自可用環境友好型能源(諸如上文所提及之能源6、7)獲得，且在高需求週期期間，將此位能轉換成動能以藉助至少一個水力發電系統或微發電系統130來產生電能，水被饋送至一下游貯水池120以等待在下一低需求週期期間再次被泵吸。
出於儲存目的，已知此類型之設備通常採用有時距高能量需求之區域非常遠之自然水池。
在其他情況下，特定針對專用於位能之儲存及補充電能之形成之一應用來形成具有人工貯水池之一設備。在此等情況下，在一高處或地下處構建貯水池始終意味著非常高的投資水平，此意味著裝備不係非常有成本效益的。
此外，期望將至少某些上游及下游貯水池整合於出於其他目的所設計之建築物中，但迄今為止尚未產生具體實施方案，此乃因此過程具有眾多缺點，尤其當將貯水池整合至建築物之上部部分中時。
圖1中展示本發明之各種實施例，在其中之至少一第一實施例中，一個上游貯水池110形成於需要經建造以用於除電力產生或水管理以外之一特定第一功能(舉例而言，停車場、辦公室、住宅、文化或運動場所、倉庫、工廠等)之一建築物100之下部部分中。此等建築物因此並非經建築僅用以提供一貯水池(如一水塔)，還具有一不同第一用途。將地下或半地下儲存貯水池110併入於建築物之地基中才構成該等建築物之一次要用途。由於建造建築物所需之地基亦提供貯水池之基礎建設之部分，且反之亦然，因此產生抽水蓄能水力發電系統之額外成本保持臨界，且足以試圖藉由得益於一陸地水平面差而將位於一低位置中之下游貯水池定位於別處。
下游貯水池120可係由一人工湖組成，其較佳係一現有自然水體，諸如一湖、一河道、一海或一海洋。
因此一單個下游貯水池可與類似於圖1中之貯水池110之複數個上游貯水池相聯結。並且，下游貯水池120構成體積大於或等於與此下游貯水池協作之所有上游貯水池110之體積之一共同貯備區。
各別液位感測器180係與上游貯水池110相聯結且必要時與構成共同下游貯水池120之水體(特定而言，在彼水體不具有遠大於上游貯水池110之體積之一體積之條件下)相聯結。
在圖1實施例中之一者中，意欲接收來自一上游貯水池110之水之一水力微發電系統130位於下游貯水池120之附近處以能夠盡可能接近於相對於該上游貯水池之最大水平面差地將一渦輪機放置在具有一最小彎曲之一壓水管140之底部處，在動能係一最大值之一場所處。離開微發電系統130之渦輪機之水經由一次要管轉移至共同下游貯水池120。一遙控閥150置於壓水管140上。
在一項可能實施例中，水力發電系統130可構成一可逆機器，其中水力部件可同樣起一泵浦及一渦輪機作用，同時電部件亦可同樣起一馬達或一交流發電機作用。並且，發電機可與用於流體雙向流動之管一起操作。然而，在其他實施例中，一單獨泵吸系統耦合至水力發電系統。在所設想之實施例中，兩個不同連通管可用於一上游貯水池與一下游貯水池之間，一個用於泵浦且另一個用於渦輪機，以視需要達成同時泵吸及驅動渦輪機。然而，用於液體雙向流動之一單個共同管之使用可證明在僅需要交替驅動渦輪機與泵吸之條件下係足夠的。
在累積模式中，經由線74或72、73自一太陽能發電場6或一風電場7或(舉例而言)在低消耗週期期間直接經由電能分配系統供應至控制站1之電能給起一馬達作用之機器供電，該機器驅動泵浦以對應於所關注之水力發電系統將水自下游貯水池120升高至上游貯水池110並積累位能。在釋放模式中，接收在壓水管140中流動之水之動能之渦輪機驅動交流發電機，該交流發電機產生經由線171發送至控制站1之電能。
可根據水頭及流速而使用不同渦輪機。舉例而言，可使用卡普蘭(Kaplan)、法蘭西斯(Francis)或佩爾頓(Pelton)渦輪機，其滿足大多數情況下之需求。然而，並不排除使用其他更多特定類型之水力發電系統，舉例而言，斜擊式(Turgo)渦輪機或斑克式(Banki)渦輪機。
一般而言，針對額定值經確定在100 kW至1 MW之功率範圍中之水力發電系統，出於水力及經濟原因，較佳使用單獨渦輪機及泵浦，但可設想組合渦輪機及泵浦之機器，只要仔細選擇操作點。
針對1 MW至4 MW之範圍中之功率，通常亦較佳使用係分離之一渦輪機及一泵浦。在某些情況下，然而可能使用耦合至一泵浦之一渦輪機，舉例而言，一所謂「狄瑞爾斯(Deriaz)」渦輪機。
每一水力發電系統130亦包含控制及監視單元。
貯水池110與貯水池120之間的連通壓水管140具有至少3%且較佳地大於5%之一坡度及至少5公尺且較佳地在10 m至50 m之範圍中之一水平面差，當然，在環境之地形允許之條件下，一更大水平面差係可能的。
壓水管可較佳地具有在0.3 m至1 m之範圍中之一直徑且可係由鋼或混凝土製成，(舉例而言)或由一塑膠及/或一玻璃纖維材料製成。在兩個單獨單向管用於驅動一渦輪機及用於泵吸之條件下，特性對該等管中之每一者係先驗相同的。
貯水池110可具有至少500 m3之一體積，但可較佳地具有一大得多之體積，舉例而言在大約5000 m3至30,000 m3之一範圍中。此外，可能使用安裝於不同建築物之地基中且彼此連接之複數個貯水池，如下文所指示。
遙控閥150位於將上游貯水池110連接至水力發電系統130、至貯水池110之輸出、或至水力發電系統130之輸入之管上。遙控閥亦可置於水力發電系統130之遠處。
針對具有在大約5 m至8 m之範圍中之一低水頭之實施方案，渦輪機之吸入壓頭及裝備的零件之位置因此在緊鄰上游貯水池之處且在適當的情況下在其水平處達成至一露天水體之直接連接(舉例而言，藉助一簡單渠道或一不加壓管)。
應注意，針對大於約8 m(亦即，大於大氣壓力)之水頭，渦輪機必須強制位於下游貯水池120之高程處，但不必位於緊鄰彼下游貯水池120之處。因此可能將渦輪機與整個水力發電系統定位於遠距離處以使得其在技術前提(地下或非地下)下位於與下游貯水池120(諸如一河)相同之水平處，而非直接位於彼河之河岸上，且因此非直接位於下游貯水池120之附近處，但位於上游貯水池110之地下方，舉例而言。
下文闡述其中使用為整合至不同建築物中且安置於實質上相同水平處之複數個上游貯水池所共有之一水力發電系統之實施例。此可能使設計合理化且藉由聚集與複數個上游貯水池協作之一單個水力發電系統之電能產生來減少構建及維護成本。並且，僅存在一個至主電力網路之控制變電站1之連接。
仍參考圖1，可看見本發明之另一實施例，其中一上游貯水池210建造於建築物200之地基中，如在上文所闡述之實施例中，但一下游貯水池220亦以相同方式建造於位於低於第一建築物200之地基之水平之一較低海拔處之另一建築物200A之地基中。
在此組態中，上游貯水池210與下游貯水池220可各自有利地與包含一熱泵浦291、292之一空氣調節及/或加熱設備相聯結，如下文所闡釋，但自然同樣可能將貯水池210或220中之僅一者與此一空氣調節及/或加熱設備相聯結，且同樣地上文所闡述之貯水池110可同樣與一熱泵浦相聯結，若適當。
上游貯水池210與下游貯水池220經由至少一個配備一遙控閥250之管240連通。可置於下游貯水池220之附近處之包含一渦輪機及一泵吸設備之一水力發電系統230配置於管240上。水力發電系統230具有與水力發電系統130相同之功能且經由一線271連接至電力網路之控制站1。液位感測器280A、280B係與貯水池210及220中之每一者相聯結。
在上游貯水池210與下游貯水池220整合至建築物之地基中之實施例中，可考量特定情況，其中下游貯水池220構成用於所有或部分建築物200A或毗鄰相聯結建築物之一空氣調節設備之一熱源，該空氣調節設備包含至少一個熱泵浦292。
以一相似方式，上游貯水池210可相對於建築物200之一空氣調節設備具有相同之功能。然而，自一熱觀點看，對上游貯水池210而言可有利的執行用於加熱所有或部分建築物200或毗鄰相聯結建築物之一設備之冷源功能，該加熱設備包含至少一個熱泵浦291。
下游貯水池220亦自然可執行用於加熱所有或部分建築物200A或毗鄰相聯結建築物之一設備之一冷源功能，該加熱設備包含至少一個熱泵浦292。
仍參考圖1且參考圖2，可看見本發明之一設備之另一實例，該設備包含一多部分上游貯水池310，該多部分上游貯水池310包含置於可係具有接納貨物或接待人之功能之任一類型之人工建築物之一第一建築物301之地基中且其亦在建築物301周圍之一停車場302下方延伸之一第一個別貯水池311，及置於視情況可係與第一建築物301相同類型之另一建築物303之地基中之至少一個第二個別貯水池312。實質上位於相同水平之兩個個別貯水池311及312藉由一平衡管341互連。第一個別貯水池311連接至排放至位於比所有個別貯水池311、312低之一水平處且具有大於或等於個別貯水池311、312之體積和之體積之一下游貯水池120中之一壓水管340。因此下游貯水池120有利地係由地平面附近處之一自然或人工水體(舉例而言，一湖、一河、海或一水淨化貯水池)組成。
藉由一線371連接至電力網路之控制站1且包含一渦輪機及一泵吸設備之一水力發電系統330與連接至一控制模組之一遙控閥350能夠在網路上之尖峰電力需求週期期間當水在壓水管中自個別貯水池311、312選擇性流動至下游貯水池120時產生電能且能夠在低電力需求週期期間將水向上自下游貯水池120泵吸至上游個別貯水池311、312。
如上文所指示，若個別貯水池311、312與下游貯水池120之間的水平面差相對小，實際上在5公尺至8公尺之範圍中，則水力發電系統330可實質上置於個別貯水池311、312之水平處。此同樣適用於其他實施例。在上文所闡述之第三實施例中，無論水平面差如何，亦可能將水力發電系統330安裝於下游貯水池120之位準處。此外，個別貯水池311、312如上文所闡述之實施例之貯水池一樣配備水位感測器380A、380B。
圖1及圖2展示與停車場相聯結之建築物301及303，其包含配備可促成以與其他環境友好型能源6、7或一低需求週期中之電力網路相同方式供應能量至水力發電系統330之泵吸設備之太陽能板6A之保護遮陽篷。
圖1亦展示個別貯水池311、312，其可用作包含一熱泵浦391、392之一空氣調節設備之熱源或作為亦以類似方式包含一熱泵浦391、392之加熱設備之冷源。此處空氣調節設備或加熱設備經展示為由貯水池311及312形成於其基礎處且(舉例而言)可係商業中心或辦公樓之建築物301及303直接使用，但空氣調節設備及加熱設備亦可位於毗鄰建築物301及303之輔助建築物中。
在圖2中，可看到，若構成上游貯水池310之個別貯水池311、312形成於建築物301及303之地基中且基本上構成封閉空間，則其經間隔且個別貯水池311之部分361、362與個別貯水池312之一部分363與大氣相通以提供輔助功能，諸如例如，自然冷卻或噴霧。下文提到含於上游貯水池之個別貯水池中之水之額外功能之其他實例。
圖3及圖4以立面圖展示本發明之一設備之一實例，其中僅展示貯水池及其連接，儘管其經設計以併入意欲供除了僅能量產生以外之使用之建築物之地基中。
在圖3及圖4中，可看見一下游貯水池420及一多部分上游貯水池410，該多部分上游貯水池410包含一主個別貯水池411及位於與主個別貯水池411相同水平處且藉由平衡管416至419互連之一系列輔助個別貯水池412至415。展示總共五個個別貯水池411至415，但此數目並非對本發明之限制且完全可能使用更小或更大數目個個別貯水池，舉例而言，總計十個個別貯水池。一渦輪機432位於下游貯水池420上方且接收在源於主個別貯水池411且一遙控閥451置於其上之一壓水管442中流動之水流。位於下游貯水池420之水平處之一泵浦431將水排放至配備一止回閥452且可視情況與壓水管442部分同位之一管441中。具備一排水閥453之一額外管443可與壓水管442平行地安置。
圖3之實施例與圖4之實施例不同僅在於存在呈兩個部分之一下游貯水池420，包含與一溢洪道422相聯結之有限面積之一第一貯水池421。
在圖3及圖4中，亦象徵性表示一控制電路460，其用於在低電能消耗週期期間經由線461、471及控制站1將泵吸設備431耦合至分配網路且用於在尖峰電力消耗週期期間經由線462、471及控制站1將水力發電系統432耦合至分配網路。圖3及圖4中亦展示遙控閥451之一控制線463及用於接收(舉例而言)藉由太陽能板6A或風輪機7局部所產生電力之一可選線474以用於將能量局部供應至控制電路460且經由線461供應至泵浦431以除了藉由控制站1管理之電力網路或替代其供應能量。該電力網路可係一局部性、區域性、全國性或跨國性網路。
存在本發明之諸多變體。特定而言，與位於一人工建築物之地基中之一下游貯水池相聯結之水力發電系統可在尖峰消耗週期中將電力饋送至一習用電力網路，同時使先前在一低消耗週期中填充之一上游貯水池排水，但其亦可使得能夠(舉例而言)以更獨立方式為該建築物或相聯結建築物(諸如停車場)供應電力。若使用可再生能源來驅動泵吸裝置以自位於下游貯水池中之一水貯備區填充至少一個上游貯水池，則獨立性增加。在上游貯水池正排水時，由水力發電系統所產生之電力可局部用於(舉例而言)照明場所或給停車場內之電動車輛之電池充電，或其他類型之電能之局部使用自然係可能的。
再次參考圖1，可看見本發明之一進一步實施例，其中一上游貯水池315係由獨立於建築物之一自然或人工水體構成且一下游貯水池係以地下或半地下之方式整合於人工建築物303、301(諸如例如，辦公樓或商業中心)之地基中之一或多個貯水池312、311構成。一壓水管342將上游貯水池315連接至位於貯水池312、311之水平處之一水力發電系統332。一遙控閥352位於壓水管342上。
本發明亦適用於級聯配置。因此，如圖1中所示，舉例而言，貯水池311及312可係由用於使用上游貯水池315(諸如一湖)之一第一設備之下游貯水池組成，且舉例而言，藉由平衡管341連接之相同貯水池311及312可構成使用下游貯水池120(諸如海、一湖或一河)之另一設備之一上游貯水池之個別貯水池。對個別貯水池311、312之數目並無限制，但必須始終存在至少一個以地下或半地下之方式併入至一人工建築物之地基中之設備中之貯水池，以減少建築物及貯水池部分所共有之基礎建設之成本，以強化建築物之基礎之機械結構，且亦提供藉由使得儲存於此等貯水池之水量能夠執行其他功能(尤其在下文更詳細闡述之熱功能)之額外綜效之可能性。
圖5展示藉由一平衡管513連接至一第二上游個別貯水池512之一第一上游個別貯水池511，上游個別貯水池511及512係經封閉且包含於未展示之建築物之地基中。舉例而言，上游個別貯水池511及512中之每一者分別具有3公尺之一深度及30,000 m3或15,000 m3之一體積。藉由實例之方式，上部個別貯水池511、512中之上游水位N1與一下部接收池520(諸如一河)中之一下游水位N2之間界定5公尺之一水頭H(參見圖6)。
圖5展示位於下部接收池520之水平處之一泵浦531及在給出低水頭之條件下位於第一上部個別貯水池511附近處之一渦輪機532之一實例。渦輪機532可因此藉由一敞開水道(諸如一渠道或一不加壓管)連接至上部水體。
圖6及圖7以一較大比例且以立面圖及平面圖展示具有其排放管541之泵浦531及渦輪機532。
若該等貯水池亦構成用於空氣調節設備或加熱設備之熱源或冷源，則可能獲得在能量方面特別節約之建築物群，此乃因用於調整電能產生之水量亦達成加熱及空氣調節設備之操作之合理化且因此總能量消耗之一減少。特定而言已知，超級市場極其渴望用於空氣調節及製冷之能量，因而本發明之一設備存在於相同建築物或在其附近(舉例而言，在一停車場下方)證明特別有益。每一空氣調節或加熱設備可包括複數個小熱泵浦而非較高能量額定值之一單個熱泵浦。
圖8展示可與本發明之一設備一起使用之一淨水熱泵浦迴路10之一實例之製冷圖，其中構成一冷源36之一貯水池安裝於具備一加熱迴路33之一建築物之地基中。
熱泵浦10包含一製冷流體流迴路，該製冷流體流迴路包含：至少一個自身包含用於交換熱之一次要迴路之冷凝器11，其包含連接至一加熱迴路33之一進水口31及一出水口32；一擴張器12；自身包含用於交換熱之一次要迴路之一蒸發器13，其包含連接至構成冷源36之一地下或半地下貯水池110、210、220、311、312之一進水口34及一出水口35；及一壓縮機單元14。
更特定而言，在將冷凝器11連接至擴張器12之線15上看見一過濾器18及一操作指示器19。將蒸發器13連接至壓縮機單元14之線16包含一溫度感測器20及一低壓感測器22。將壓縮機單元14連接至冷凝器11之線17包含一高壓感測器21。
由於水之貯備區36與加熱迴路33之接近，構成熱泵浦10之所有組件11至22可一起集合於一有限空間中。特定而言，製冷流體(諸如，氟氯烷)之整體迴路可限制於一減小空間中且在地下或半地下技術前提下接近於貯水池36，此在經濟營運及安全方面係有利的。特定而言，由於製冷流體管之短長度，因此能量損失較低，製冷流體之消耗頗低，且製冷流體流迴路可限制於遠離對公眾開放之建築物之區域之一空間中。易於經由蒸發器13與一液體交換熱且位於貯水池36中之水之溫度通常自然適於熱泵浦中產生之熱交換。
圖9展示構成可與本發明之一設備一起使用之一淨水冷凝空氣調節器之一熱泵浦迴路10之一實例之製冷圖，其中構成一熱源43之水之一貯水池安裝於具備一空氣調節設備(舉例而言，具有冷凍展示櫃46)之一建築物之地基中。
圖9之冷凝空氣調節器10之製冷圖非常類似於圖8之熱泵浦10之製冷圖且共同元件具有相同參考且不再次闡述。在圖9之圖中，冷凝器11包含連接至構成一熱源43之一地下或半地下貯水池110、210、311、312之一進水口41及一出水口42，而蒸發器13包含連接至空氣調節或製冷迴路46中之一熱交換流體迴路之用於一熱交換流體(舉例而言，水及防凍劑)之一進口44及用於相同熱交換流體之一出口45。
如圖8中之熱泵浦，由於水之貯備區43與冷卻迴路46之接近，構成圖9之冷凝空氣調節器10之所有組件11至22可一起集合於一有限空間中。特定而言，冷凝器11可在地下技術前提下安裝，此減少製冷流體迴路之長度，減少所需製冷流體之數量，且將此製冷流體迴路限制於遠離對公眾公開之區域之一空間中。
注意，假定一個別貯水池體積大於大約500 m3，用於一熱泵浦或一冷凝空氣調節器之操作之水量相對低且含於一貯水池36或43中之水量之隨時間之變化對圖8中之蒸發器13或圖9中之冷凝器11之操作無顯著影響，由於一貯水池36或43中始終存在大約至少200 m3之一剩餘水量以防止與水力發電系統相聯結之泵浦之乾涸(depriming)而更為如此。因此可規定始終在每一貯水池36或43中保存某最小深度水。然而，即使在一貯水池36或43中之水短暫缺乏之情形下，儘管水由於其熱慣性係有利的，但一蒸發器13或一冷凝器11內之熱交換過程可在經由進口及出口34、35或41、42而臨時引入空氣之條件下繼續以使得加熱或空氣調節設備之操作可繼續而無危害。
下文更特別闡述具有整合於建築物之地基中之一貯水池之實施例。
圖10A及圖10B展示不具有貯水池之傳統建築物60、60A之實例，該等建築物包括一上部結構63、在地平面處之一地板64及以樁形式錨固於地中之地基61。圖10A對應於需要與用於強化上部結構之柱62相聯結之深地基61之黏土，而圖10B對應於然而需要半深或深地基61但非必要添加柱62之較不易變地面(諸如沙質土或白堊土)。黏土係高原所特有且沙質土及白堊土係山谷或河口所特有。
圖11A及圖11B分別展示類似於圖10A及圖10B之彼等土壤之土壤上之建築物660、660A之實例，但其中水之一貯水池已安裝於地基中，如本發明所教示。
因此在圖11A中可看到附接至界定具有由一地板664密閉且其頂上有支撐上部結構663之柱662之一組隔間668之一不透水貯水池之儲水池665的深地基661。作為一整體之貯水池之構建並不強加明顯比深地基之產生更複雜之土木工程工作，但具有由一筏式地基組成之一底部及一經間隔之貯水池之儲水池之存在加固整個結構且因此改良建築物之品質。
在給出係較不易變之地勢性質之條件下，圖11B之建築物類似於圖11A之建築物但不具有柱662。
在岩石或花崗岩區域中，較大面積且較小深度之貯水池係較佳的。
整合至一建築物之地基中之貯水池可具有在(舉例而言)20 cm至45 cm之範圍中之一橫向厚度(舉例而言，30 cm)及在10 cm至25 cm之範圍中之一底部厚度(舉例而言，15 cm)，此使其可能提供必需之機械強度且同時將此等壁併入至一建築物之地基中而無額外土木工程成本。
如上文所指示，貯水池之面積及體積可根據建築物之組態及要求自設備之能量而具有各種數值。因此整合至建築物中之相對小之個別貯水池可設想具有(舉例而言)1200 m3容量(舉例而言，2 m×20 m×30 m)、2400 m3容量(舉例而言，2 m×30 m×40 m)或4800 m3容量(舉例而言，2 m×40 m×60 m)，但個別貯水池亦可係較大的，尤其在商業、工藝、工業或服務領域活動之區域中實施挖掘之情況下。並且，一大的主個別貯水池可提供有(舉例而言)30,000 m3容量(舉例而言，3 m×100 m×100 m)及具有(舉例而言)15,000 m3(舉例而言，3 m×50 m×100 m)之一平均大小之一至十個輔助個別貯水池。
整合至一建築物之地基中之每一個別貯水池較佳地具有小於或等於12 m之一地下深度及小於或等於3 m高之一上部結構部分。儲水池因此並非根本上不同於(舉例而言)一標準游泳池之儲水池，但每一地下或半地下貯水池之至少一主要部分之水量將出於安全原因封閉。
依據地勢地形，一上游貯水池與一下游貯水池之間的水頭H可通常在5 m至100 m之範圍中變化。此等壓水管必須具有至少3%之一坡度。實際上，在挑選係水頭的至多大約二十倍之壓水管之一長度之條件下，水頭損失及效率係可接受的。根據上游貯水池中可用之水量(舉例而言，在45,000 m3至180,000 m3之範圍中)，(舉例而言)4.2 m3/s至16.7 m3/s之範圍中之流速可分別可用於1.45 m至2.5 m之範圍中之壓水管直徑。(估計三個小時持續時間之)尖峰週期中之電能產生可在大約450 kWh至37,700 kWh之範圍中，與上游貯水池中之水量及水頭成比例。
因此，在上游貯水池之大於大約70,000 m3之一累積體積及等於或大於15公尺之一水頭之情況下，獲得技術及經濟最佳化，但然而可自大約500 m3至1000 m3之一範圍中之一體積及5公尺之一水頭獲得顯著優勢。因此，本發明之設備適於產生在100 kW至4 MW且更特定而言300 kW至4 MW之範圍中之能量。
在任一情形下，個別貯水池保持一大小以使得其可整合於傳統建築物之地基中而無需要求水壩建造技術且因此與以習用方式建造之建築物相比無額外土木工程投資。
驅動泵浦自然需要能量，但當網路上之負載係不足時或當使用可用電能緩和消耗且因此調整網路操作時，泵吸能量可在尖峰週期外自環境友好型能量(舉例而言，太陽能或風能)或在低消耗之週期中自電力網路自身有效獲得。
所挑選之渦輪機之類型基本上取決於可用水頭H。因此卡普蘭渦輪機很好地適於大約5公尺至20公尺之範圍中之低水頭，而法蘭西斯或佩爾頓渦輪機較佳用於(舉例而言)大約20公尺至100公尺之範圍中之高水頭。
壓水管之長度可經調適以適應環境。因此可使用具有大約兩倍水頭之一長度之短管，或長管，高達大約2千公尺長，可沿循現有道路線，舉例而言。舉例而言，管剖面可位於0.3 m至3 m之範圍中。
個別貯水池之間的未經加壓之平衡管可係由混凝土、鋼、PVC或經玻璃纖維強化之塑膠製成。其產生少許水頭損失且可具有在0.2 m至2.5 m之範圍中之剖面。與相同水力發電系統相聯結之相同貯水池組中之兩個個別貯水池之間的距離(亦即，一平衡管之長度)較佳小於或等於1000 m。
下文參考圖12至圖16闡述本發明之變體，其中水貯備區具有除儲存位能之功能以外之一或多個功能。
首先注意，一建築物之基礎處之大量水之存在明顯有助於透過一自然熱慣性效應來調整環境溫度。
此外，在給出藉由在尖峰能量需求週期中之重複排放及低能量需求週期中之再填充引起之水運動之條件下，水在貯水池中不停滯且不導致污染問題。
低能量需求週期與尖峰能量需求週期可在同一天內交替，因而然後存在置於一建築物下方之貯水池與置於一不同水平處之一第二貯水池之間的至少某些水之日常往返運動。
然而，本發明亦適用於較大幅度之填充及排水過程，舉例而言在數天或數周或甚至數月之週期內以考量季節性消耗尖峰。
此外，一貯水池中之水之累積體積較佳地大於1000 m3且較佳地至少大約10,000 m3，或甚至係此之十倍大，因而來自置於一建築物中之貯水池之水可用於需要水存在(但相對小量)之其他輔助要求而不影響用於形成位能之要求之一水貯備區之功能。
藉由實例之方式，圖12係展示使用來自具有一底部665且置於具有一地板664、一前壁666及一天花板663之一建築物之地基661中之一貯水池之隔間668之水來形成一生物氣候臨街面及自然冷卻彼臨街面之一圖。地下貯水池之一隔間668置於建築物之外部、位於臨街面前面、具有與大氣相通之一上表面，且因此構成一蓄水池。一斜壁667(其可係透明或半透明)置於臨街面之前面且用水噴射，從而在此壁667與臨街面666之間提供一空間以使得藉由回收於此隔間668中之流動水冷卻之熱外部空氣沿斜壁667後面之臨街面666上升以冷卻臨街面666。在屋頂663之水平處經加熱之空氣亦可在該建築物內部經冷卻，此乃因地板664係位於建築物下方之地下貯水池之剩餘部分中之大量水之上面。
形成於臨街面處之水壁及存在於臨街面前面之露天池可自然地進一步形成除溫度調整動作以外之一美學效應。
圖13展示根據本發明之在配備一地下或半地下貯水池之一建築物660中獲得經強化自然通風之一實例。建築物因此可藉由稱為達成熱輸入控制之一加拿大井系統(Canadian well system)之一系統自然冷卻。
來自外部之空氣經由一進口671引入至可採取線圈形式且置於貯水池之底部665上之一管672網路中以藉由與地下或半地下貯水池中之水熱交換而達成空氣冷卻。將管672中之經冷卻空氣經由經高高放置(舉例而言，在建築物660之一中央空間中之天花板663之附近處)之一出口673饋送回至建築物660之內部。箭頭674及675象徵性表示空氣路徑，其首先在變得經加熱(箭頭675)且自該建築物之上部部分排空至外部之前冷卻該建築物內部之大氣(箭頭674)。因此，在不消耗水但借助其存在之情況下，產生藉由對流之經強化自然通風之一現象。
圖14展示藉由如在圖2之實施例中為地下或半地下貯水池之一隔間668提供可適於以下各種使用之與大氣相通之一水池679而可能進行之自然冷卻之另一實例：游泳池、裝飾池、噴霧效應、雨水收集等。此露天池可位於一建築物660之中心部分中之事實亦使其可能引起一溫度調整效應。若需要，處於安全原因，與大氣相通之水表面可藉由一保護柵板或柵格685覆蓋。
圖15展示可採用上文所闡述之所有變體，但進一步包含置於建築物660之上部結構中之一管676網路之一實施例。管676被饋送以來自貯水池之隔間668之水且可用於其中允許使用雨水之所有應用：灑水器、用作廁所678中之衛生水、用於洗車設備677或其他清潔設備等中。
圖16展示亦可與圖15之實施例組合之圖15之實施例之一變體。將來自建築物660下方之地下或半地下貯水池之隔間668中之至少某些隔間之水饋送火點684及/或一柱681，該柱681饋送分佈於建築物之屋頂或壁上之一管682網路且饋送準備在火災情形下使用之灑水系統683。
如上文所指示，所闡述之各種實施例可彼此組合。特定而言，且不提上文參考圖14至圖16所提到之其他互補使用，除其儲存位能之主要功能外，一建築物下方之地下或半地下貯水池可在與形成用於使用一熱泵浦之一加熱設備之一冷源，或用於一淨水冷凝空氣調節或製冷設備之一熱源之同時執行引起對建築物內部大氣之自然冷卻之功能。
因此，不具有額外土木工程成本或具有一臨界全面成本之用於遮護貨物或人之一建築物之地基中一儲存貯水池之產生具有一合宜綜效，由於使得能夠儲存水電能且能夠最佳化熱能交換之此池之存在亦機械地增強建築物之整體結構而更為如此。
下文參考圖17之圖闡述可藉由實例之方式應用於參考圖1所闡述之各種實施例中，且亦可適於其他實施例之一一般控制電路100。控制電路100根據補充電能之直接要求及藉由水位感測器180、280A、380A、380B所量測之第一貯水池中之水位構成與第一個別貯水池110、210、311、312、315及一或多個水力發電系統130、230、330、332相聯結之遙控閥之一控制裝置。
控制電路100接收分別來自水位感測器180、280A、280B、380A、380B之資訊L1、L2、L3、L4、L5，來自一控制站1之指示補充電能之要求之資訊I1，指示可自一太陽能發電場6得到之太陽能之資訊I6，指示可自一風電場7得到之風能之資訊I7，以及與可用於電力產生之其他類型之可再生能量(舉例而言，地熱能或潮汐能)相關之可能資訊。
控制電路100將控制信號V150、V250、V350、V352分別遞送至遙控閥150、250、350、352，且將控制資訊U130、U230、U330、U332遞送至現有水力發電系統150、230、330、332，以根據表達分配網路中之由來自可再生能量或(另一選擇為或另外)在低消耗週期中來自標準能源之累積位能或電能所產生之補充電能之一要求之情況進行渦輪機驅動或泵吸，從而使得能夠藉由泵吸替代累積位能。
藉由打開相聯結之遙控閥而使上游貯水池110、210、311、312、315排水可係針對所有貯水池同時進行的，但可能部分地進行，要不然隨時間逐漸且連續地進行，只要另一上游貯水池已排水則將一上游貯水池打開。
控制電路100包含一中心單元，其經程式化以根據所偵測到之電力產生要求打開各種遙控電磁閥。控制電路100亦在過多電力係藉由網路或藉由局部系統(舉例而言，風能系統7及太陽能系統6)產生之週期中藉由自共同下游貯水池120或獨立下游貯水池220進行泵吸來控制上游貯水池110、210、311、312之填充。控制電路100亦藉由在貯水池312已自下游貯水池120填充時自該貯水池312進行泵吸來控制上游貯水池315之至少部分填充。然而，貯水池315亦可由係(舉例而言)藉由雨水獨立饋送之一水體組成，且貯水池312在未藉由管341連接至貯水池311之情況下亦可僅用作為一下游貯水池。
本發明自然適用於多種多樣變體且特定而言參考圖1所闡述之實施例(特定而言)可彼此獨立使用且連接至各種控制站而非必需連接至一單個集中控制站。
1．．．控制站/電力網路/分配網路
2．．．發電系統
3．．．發電系統
4．．．發電系統
5．．．發電系統
6．．．電能產生源/太陽能板
6A．．．太陽能板
7．．．電能產生源/陸上風電場及近海風電場
10．．．淨水熱泵浦迴路/空氣調節設備/加熱設備/熱泵浦
11．．．冷凝器
12．．．擴張器
13．．．蒸發器
14．．．壓縮機單元
15．．．線
16．．．線
17．．．線
18．．．過濾器
19．．．操作指示器
20．．．溫度感測器
21．．．高壓感測器
22．．．低壓感測器
31．．．進水口
32．．．出水口
33．．．加熱迴路/加熱設備
34．．．進水口
35．．．出水口
36．．．冷源/貯水池
41．．．進水口
42．．．出水口
43．．．熱源
44．．．進口
45．．．出口
46．．．冷凍展示櫃/空氣調節或製冷迴路/空氣調節設備
60．．．建築物
60A．．．建築物
61．．．地基
62．．．柱
63．．．上部結構
64．．．地板
71．．．電力線
72．．．線
73．．．電連接
74．．．電連接
100．．．人工建築物/控制電路
110．．．上游貯水池/第一貯水池
120．．．下游貯水池/第二貯水池
130．．．水力發電系統/微發電系統
140．．．壓水管/連通管/共同管
150．．．遙控閥
171．．．線
180．．．液位感測器
200．．．人工建築物
200A．．．人工建築物
210．．．上游貯水池/第一貯水池
220．．．下游貯水池/第二貯水池
230．．．水力發電系統
240．．．管/連通管/共同管
250．．．遙控閥/第二人工建築物
271．．．線
280A．．．液位感測器
280B．．．液位感測器
291．．．熱泵浦
292．．．熱泵浦
300．．．人工建築物
301．．．建築物
302．．．停車場
303．．．建築物
304．．．建築物
310．．．上游貯水池
311．．．第一個別貯水池/第一貯水池/第二貯水池
312．．．第二個別貯水池/第一貯水池/第二貯水池
315．．．第一貯水池
330．．．水力發電系統
332．．．水力發電系統
340．．．壓水管/連通管/共同管
341．．．平衡管
342．．．壓水管/連通管
350．．．遙控閥
352．．．遙控閥
361．．．貯水池311之部分
362．．．貯水池311之部分
363．．．貯水池312之部分
380A．．．水位感測器/液位感測器
380B．．．水位感測器/液位感測器
391．．．熱泵浦
392．．．熱泵浦
410．．．上游貯水池
411．．．主個別貯水池/第一貯水池
412．．．輔助個別貯水池/第一貯水池
413．．．輔助個別貯水池/第一貯水池
414．．．輔助個別貯水池/第一貯水池
415．．．輔助個別貯水池/第一貯水池
416．．．平衡管
417．．．平衡管
418．．．平衡管
419．．．平衡管
420．．．下游貯水池/第二貯水池
421．．．第一貯水池
422．．．溢洪道
431．．．泵吸設備
432．．．渦輪機/水力發電系統
441．．．管/連通管/共同管
442．．．壓水管/連通管/共同管
443．．．額外管
451．．．遙控閥
452．．．止回閥
453．．．排水閥
460．．．控制電路
461．．．線
462．．．線
463．．．控制線
471．．．線
474．．．可選線
511．．．第一上游個別貯水池/第一貯水池
512．．．第二上游個別貯水池/第一貯水池
513．．．平衡管
520．．．下部接收池/第二貯水池
531．．．泵浦/泵吸設備
532．．．渦輪機/水力發電系統
541．．．排放管/連通管/共同管/遙控閥
660．．．建築物
660A．．．建築物
661．．．深地基
662．．．柱
663．．．上部結構/天花板
664．．．地板
665．．．儲水池/底部
666．．．前壁
667．．．斜壁/自然冷卻設備
668．．．隔間/個別貯水池
671．．．進口/自然冷卻設備
672．．．管/自然冷卻設備
673．．．出口/自然冷卻設備
676．．．管
677．．．洗車設備/清潔設備
678．．．廁所/清潔設備
679．．．水池
681．．．柱/消防設備
682．．．管/消防設備
683．．．灑水系統/消防設備
684．．．火點/消防設備
685．．．保護柵板或柵格
圖1係根據本發明之用於產生用於一電力網路之補充電能之設備之一圖解總體視圖；
圖2係用於產生用於一電力網路之補充電能之一設備之一項可能實施例之一圖解總體透視圖；
圖3及圖4係本發明之設備之兩項實例(每一者包含複數個第一貯水池)之立面圖；
圖5係本發明之包含一特定泵浦渦輪機系統之一設備之一項實例之一立面圖；
圖6及圖7分別係圖5之該泵浦渦輪機系統之詳細立面圖及平面圖；
圖8係可併入至本發明之一設備中之具有一熱泵浦之一淨水迴路之一製冷圖；
圖9係可併入至本發明之一設備中之一淨水冷凝空氣調節機之一迴路之一製冷圖；
圖10A及圖10B係習用建築物結構之圖解剖面圖；
圖11A及圖11B係配備本發明之貯水池之建築物結構之實例之圖解剖面圖；
圖12係展示配備本發明之一設備之一建築物之生物氣候臨街面之一實例之一圖解透視圖；
圖13係配備本發明之貯水池且產生一冷卻空氣流之一建築物結構之一實例之一圖解剖面圖；
圖14係配備本發明之貯水池且包含採用一自然水體之一冷卻系統之一建築物結構之一實例之一圖解剖面圖；
圖15係配備本發明之貯水池且併入有用於向一建築物供應衛生水之一系統之該建築物結構之一實例之一圖解剖面圖；
圖16係配備本發明之貯水池且併入有用於向火點供應水之一系統或灑水系統之一建築物結構之一項實例之一圖解剖面圖；及
圖17係用於本發明之設備之一控制系統之一項實例之一方塊圖。
1．．．控制站/電力網路/分配網路
2．．．發電系統
3．．．發電系統
4．．．發電系統
5．．．發電系統
6．．．電能產生源/太陽能板
6A．．．太陽能板
7．．．電能產生源/陸上風電場及近海風電場
71．．．電力線
72．．．線
73．．．電連接
74．．．電連接
100．．．人工建築物
110．．．上游貯水池/第一貯水池
120．．．下游貯水池/第二貯水池
130．．．水力發電系統/微發電系統
140．．．壓水管/連通管/共同管
150．．．遙控閥
171．．．線
180．．．液位感測器
200．．．人工建築物
200A．．．人工建築物
210．．．上游貯水池/第一貯水池
220．．．下游貯水池/第二貯水池
230．．．水力發電系統
240．．．管/連通管/共同管
250．．．遙控閥/第二人工建築物
271．．．線
280A．．．液位感測器
280B．．．液位感測器
291．．．熱泵浦
292．．．熱泵浦
300．．．人工建築物
301．．．建築物
302．．．停車場
303．．．建築物
304．．．建築物
311．．．第一個別貯水池/第一貯水池/第二貯水池
312．．．第二個別貯水池/第一貯水池/第二貯水池
315．．．第一貯水池
330．．．水力發電系統
332．．．水力發電系統
340．．．壓水管/連通管/共同管
341．．．平衡管
342．．．壓水管/連通管
350．．．遙控閥
352．．．遙控閥
380A．．．水位感測器/液位感測器
380B．．．水位感測器/液位感測器
391．．．熱泵浦
392．．．熱泵浦

Claims (20)

  1. 一種用於產生用於一電力網路之補充(supplementary)電能之設備，其包含：至少第一貯水池及第二貯水池，該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)位於一第一水平面處且該第二貯水池(120；220；311、312；420；520)位於低於該第一水平面且具有至少5公尺之一水平面差之一第二水平面處；位於該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)與該第二貯水池(120；220；311、312；420；520)之間的至少一個連通管(140；240；340；342；441、442；541)，其具有至少3%之一坡度且具備至少一個遙控閥(150；250；350；451；541)；一水力發電系統(130；230；330；332；432；532)，其經耦合至該至少一個連通管；一泵吸設備(431；531)，其經耦合至該至少一個連通管；及一控制電路(460)，其經耦合至該泵吸設備及該水力發電系統，該設備特徵在於：至少該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)包括一或多個個別貯水池，該一或多個個別貯水池以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；300)之地基中，該人工建築物(100；200；300)之該地基需要針對遮護物品或人之一主要功能進行建造，該主要功能與產生電力之一次要功能無關；以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池(110；210；220；311、312；411至415；511、512)具有 在1000m3至150,000m3之範圍中之一累積體積；該第二貯水池(120；220；311、312；420；520)利用環境之一地形中之地面之一自然坡度且位於地平面處；且該水力發電系統(130；230；330；432；532)具有在100kW至4MW之範圍中之一功率額定值(power rating)。
  2. 如請求項1之設備，其中包含於該第一貯水池(210)之該一或多個個別貯水池係以地下或半地下方式整合於一第一人工建築物(200)之該等地基中，該第一人工建築物(200)之該等地基需要針對遮護物品或人之一主要功能進行建造，該主要功能與產生電力之一次要功能無關，其中使用該地面之一自然坡度且位於地平面處之該第二貯水池(220)包括一或多個個別貯水池，該一或多個個別貯水池係以地下或半地下方式整合於一第二人工建築物(250)之該等地基中，該第二人工建築物(250)之該等地基需要針對遮護物品或人之一主要功能進行建造，該主要功能與產生電力之一次要功能無關，且其中該第一及第二貯水池之各者具有在1000m3至150,000m3之範圍中之一累積體積(cumulative volume)。
  3. 如請求項1之設備，其中以地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該第一貯水池(210；220；311；312)亦與用於某些或所有該等人工建築物(200；300)或相聯結建築物之一空氣調節設備(10、46)或製冷設備協作，該空氣調節設備(10、46)或該製冷設備包含至少一個冷凝器(11)、一擴張器(12)、一蒸發器(13)及一壓縮機單元 (14)，該至少一個冷凝器(11)被饋送以來自該個別貯水池(210；220；311；312)之水，該蒸發器(13)被饋送以一熱交換流體。
  4. 如請求項1之設備，其中以地下方式整合於人工建築物之該等地基中之該第一貯水池(210；220；311；312)亦與用於加熱某些或所有該等人工建築物(200；300)或相聯結建築物之一設備(10、33)協作，該加熱設備(10、33)包含至少一個冷凝器(11)、一擴張器(12)、一蒸發器(13)及一壓縮機單元(14)，該至少一個冷凝器(11)被饋送以來自一加熱迴路之水，該蒸發器(13)被饋送以來自該個別貯水池(210；220；311；312)之水。
  5. 如請求項1之設備，其中該第二貯水池(120)位於建築物外部且構成地平面處之一自然或人工水體。
  6. 如請求項1之設備，其中該水平面差係5公尺至8公尺之範圍中且該水力發電系統(532)位於該第一貯水池(511、512)之附近處。
  7. 如請求項1之設備，其中該水平面差大於8公尺且該水力發電系統及該泵吸設備位於該第二貯水池(120；220)之高度(elevation)，但遠離該第二貯水池(120；220)。
  8. 如請求項1之設備，其中該控制電路(460)在低電力消耗週期期間經由個別線(461、471)將該泵吸設備(431)耦合至該電力網路(1)，且在尖峰電力消耗週期期間經由個別線(462、471)將該水力發電系統(432)耦合至該電力網路(1)。
  9. 如請求項1之設備，其中該控制電路(460)在低電力消耗週期期間經由個別線(461、474)將該泵吸設備(431)耦合至諸如太陽能或風能之環境友好型自然能量之一源(6A、7)，且在尖峰電力消耗週期期間經由個別線(462、471)將該水力發電系統(432)耦合至該電力網路(1)。
  10. 如請求項1之設備，其中以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池包含安置於單獨建築物(301、303)中且藉由一平衡管(341；416至419；513)互連之複數個個別貯水池(311、312；411至415；511、512)。
  11. 如請求項1之設備，其中以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池包含亦連接至一自然冷卻設備(667；671至673)、灑水設備、清潔設備(677、678)或消防設備(681至684)之至少一個個別貯水池(668)。
  12. 如請求項1之設備，其中一液位感測器(180；280A、280B；380A、380B)係與以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池中之每一個別貯水池(110、210、311、312)相聯結。
  13. 如請求項1之設備，其中以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)包含各自具有小於或等於12m之一地下深度及具有小於或 等於3m之一高度之一上部結構部分(superstructure portion)之一或多個個別貯水池。
  14. 如請求項1之設備，其中以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池(110；210；220；311、312；411至415；511、512)包含附接至界定具有由一地板(664)密閉之一組隔間(668)之一防水貯水池之儲水池(665)的深地基(661)。
  15. 如請求項1之設備，其中以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池(110；210；220；311、312；411至415；511、512)具有在20cm至45cm之範圍中之一橫向壁厚度及在10cm至25cm之範圍中之一底部厚度。
  16. 一種產生用於一電力網路之補充電能之方法，該方法包含：使用一第一電能源來驅動一泵吸設備(431；531)以便將水自位於一第二水平面處之一第二貯水池(120；220；311、312、420；520)泵吸至位於高於該第二水平面之具有至少5公尺之一水平面差及至少3%之一坡度之一第一水平面處之一第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)的至少一第一步驟；及自該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)饋送一水力發電系統(130；230；330；332；432；532)之一第二步驟，該方法特徵在於：其包含自至少一個個別貯水池提供至少該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)之一預備步驟，該至少一個個別貯水 池位於需要針對一主要功能進行建造之人工建築物(100；200；300)之地下或半地下下部部分中，該主要功能與產生電力之一次要功能無關；以地下或半地下方式整合於人工建築物(100；200；200A；300)之該等地基中之該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)具有在1000m3至150,000m3之範圍中之一累積體積；該第二貯水池(120；220；311、312；420；520)利用環境之一地形中之地面之一自然坡度且位於地平面處；且該水力發電系統(130；230；330；432；532)具有在100kW至4MW之範圍中之一功率額定值。
  17. 如請求項16之方法，其中該第一貯水池(110；210；311、312；411至415；511、512)進一步構成用於一空氣調節設備(10、46)或一製冷設備之一熱源(43)或用於加熱某些或所有該等人工建築物(200；300)或相聯結建築物之一設備(10、33)之一冷源(36)，該空氣調節設備(10、46)或該製冷設備及該加熱設備(10、33)各自包含至少一個熱泵浦(10)。
  18. 如請求項16之方法，其中水係自該第二貯水池(120；220；311、312；420；520)泵吸且該水力發電系統(130；230；330；332；432；532)係至少部分經由具有雙向流體流動之一共同管(140；240；340；441、442；541)被饋送以來自該第一貯水池(110；210；311、312；315；411至415；511、512)之水。
  19. 如請求項16之方法，其中水係經由配備至少一個遙控閥 (150；250；350；352；451；541)之一第一連通管(140；240；340；342；441、442；541)自該第二貯水池(120；220；311、312；420；520)泵吸且該水力發電系統(130；230；330；332；432；532)係經由配備至少一個遙控閥(150；250；350；352；451；541)之至少一個第二連通管(140；240；340；441、442；541)被饋送以來自該第一貯水池(110；210；311、312；315；411至415；511、512)之水。
  20. 如請求項16之方法，其中該第二貯水池(220；311、312；420；520)位於需要針對一主要功能進行建造之人工建築物(200A、301、302、303)之該地下或半地下下部部分中，該主要功能與產生電力之一次要功能無關，且藉由與該第二貯水池(220；311、312；420；520)相聯結之該水力發電系統(230；330；332；432；532)所產生之該電能係至少部分用於局部供應電能至人工建築物(200A；301、302、303)，且在該人工建築物中之該下部部分中，該第二貯水池(220；311、312；420；520)位於緊鄰該人工建築物(303)之處或一相聯結建築物(304)位於緊鄰該人工建築物(303)之處。
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