TWI619882B - 水壓式儲能及發電系統 - Google Patents

Abstract

水壓式能量存儲與發電系統包括：用於將水壓力轉換為重力位能，存 儲於水壓力能量轉換儲存裝置容器，以及將重力位能轉換為電能的發電裝置。水壓力能量轉換儲存裝置包括一個不透水剛性容器，容器配置一個通氣孔及兩個或兩個以上的水閘門控制水體流入及流出，不透水剛性容器內配置一個或一個以上可控制止動負載活塞裝置，透過流入容器的水壓力推動負載活塞至一定高程，完成水壓力轉成負載活塞的重力位能後儲存或發電。

Description

水壓式儲能及發電系統

本發明係關於一種將水壓的能量離散儲存及發電的系統。。

利用活塞運動的方式常見於用在動力轉換，例如汽機車引擎，驅動活塞的方法即是製造活塞兩側的壓力差，至於發電或儲能的方式則各個發明採用不同的媒介。較近期的發明以活塞型式發電的為美國公開號US 20110197828，該設計採用水壓差使具磁性的活塞移動，在磁場切割導線後產生電流導向加熱水體，但在發電量上有相當限制。美國公開號US20090282822則利用活塞機制產生壓縮空氣，將氣體儲存於特定容器中，待需要時釋放能量。此法經過層層轉換，大大增加能量損耗。美國公開號US3839863則是利用燃料燃燒後加熱水體，產生水蒸氣壓力推動活塞，此法較耗能且無法符合低碳的要求。CN 2729359Y其特徵是：包括至少兩個儲水箱體，每一儲水箱體內設有一浮動活塞、一進水閥門及一出水閥門；每一儲水箱體上方設一組滑輪；一轉軸，其上裝置有與儲水箱體數量相應的棘輪；每一浮動活塞由一牽引索通過其上方的滑輪組牽引，牽引索的另一端鉸接鏈條繞著一棘輪吊起一平衡塊。2.根據權利要求1所述的水力重力浮力動力機，其特徵是：所述至少兩個儲水箱體採用連體結構，成一池體。構件複雜且需要水體支撐。CN 102884319A描述包括適合於容納第一流體的儲存容器、一個或多個排出容器、以及能源發電裝置，所述一個或多個排出容器中的每個排出容器分成與儲存容器流動連通的第一部分以及與第二流體的源極流動連通的第二部分，其中，第一流體從儲存容器進入排出容器的第一部分的流動導致第二流體從排出容器的第二部分的排出，以使第二流體 從排出容器的第二部分的流動驅動所述能源發電裝置。也需具有較高端接合技術與複雜構件的條件，同時也需要液體支撐運動發電機制。

利用物理的方式發電，通常與發電環境條件下能量的多寡有關，最簡單的是藉由物質的質量、動能及位能確定發電量的多寡。本新型取用水壓力轉換為重力位能的機制，利用高密度的材料及經計算後過的設計重量，製成負載活塞。經水壓力作用後，負載活塞被推至設計的高程，藉由止動裝置固定負載活塞的位置，並由通氣閥及水閘門排放推動負載活塞的水體，在適當的時間釋放負載活塞的重力位能。在負載活塞運動的同時，容器內空氣體積的變化可帶動風扇發電。當多個水壓式儲能及發電裝置連結時，利用電腦控制出水與進水電動閘門的開關次序，可以依據環境的條件並機動配合用電量的變動，提供極具彈性的發電環境。

本發明的應用相當適合用水量大的行業，可以搭配離峰發電的儲能應用，亦可配合大樓的儲水池及水塔進行抽蓄發電，可以達到能量循環再生的目標。水壓式儲能及發電系統的架構，及各部位組件結構簡單且易於保養維修，故建置、管理費用相對低廉。

1‧‧‧不透水剛性容器

2‧‧‧進水電動控制閘門

3‧‧‧進水口

4‧‧‧出水電動控制閘門

5‧‧‧出水口

6‧‧‧負載活塞

7‧‧‧傳動桿

8‧‧‧發電機

9‧‧‧齒輪變速裝置

10‧‧‧動力連接裝置

11‧‧‧支撐軸承

12‧‧‧傳動軸

13‧‧‧水或流體

14‧‧‧蓄水槽

15‧‧‧通氣閥

16‧‧‧活塞止動裝置

17‧‧‧控制電腦

18‧‧‧加壓馬達

19‧‧‧發電風扇

〔圖1〕水槽內置型水壓力式儲能及發電系統示意圖；〔圖2〕外置聯合型水壓力式儲能及發電系統示意圖；〔圖3〕水壓力轉換重力位能設備斷面示意圖；〔圖4〕抽蓄式的水壓力儲能及發電系統示意圖；〔圖5〕通氣閥示意圖；

水壓力式儲能及發電系統的發電量及儲能的設計，取決於水壓力的來源及環境條件，藉由已知條件設計出負載活塞6的重量、大小、活塞的位移路徑、位移量及不透水剛性材質容器1的材質。

決定系統的排水量及發電容量，設計進水電動閘門及出水電動閘門2、4的流量，並設置負載活塞6的通氣閥15與止動裝置16。

將活塞位能轉為動能需藉助傳動桿7，將能量由動力連結裝置10傳送至傳動軸12，轉動的傳動軸12藉由齒輪變速裝置6調整成適當的轉速與扭力帶動發電機8。

以[圖1]水槽內置型水壓式儲能及發電系統為例，水槽14底部的水壓力藉由水壓力轉重力位能裝置，開啟進水口3的進水控制閘門2，引入水壓力推動負載活塞6至一定高程，過程中傳動桿7不帶動傳動軸12，此時負載活塞6獲得位能。

如[圖1]若要執行儲能功能時，開啟止動裝置16，則負載活塞6可以停止於固定高度，同時可以藉由通氣閥15與出水閘門4，設定負載活塞6下方水體排除的時間。

若要進行發電功能時，關閉止動裝置16，開啟控制通氣閥15，則負載活塞6開始釋放能量，傳動桿7帶動傳動軸12、齒輪變速裝置9及發電機8。

若要進行發電功能且同時排水時，關閉止動裝置16，通氣閥15因壓力差而關閉，開啟出水閘門4，則負載活塞6開始釋放能量，傳動桿7帶 動傳動軸12、齒輪變速裝置9及發電機8。其中，負載活塞6可以藉由調整出水閘門4控制活塞6釋放能量的速度。

如[圖2]所示，當多個發電系統連接時，可以利用控制電腦17各個電動閘門，以得到最佳化的發電效率。[圖3]顯示發電系統的橫斷面。[圖4]為水壓式儲能及發電系統應用在大樓的儲水及蓄水槽之間的能量調整及用電調節。[圖5]通氣閥示意圖，通氣閥運作受重力所引導。

Claims (4)

1. 一種水壓式儲能及發電系統，其中將包括用於將水壓轉換為重力位能的能量轉換儲存容器裝置，該能量轉換儲存裝置包括一個不透水剛性容器，該不透水剛性容器配置一個具有可調控通氣閥門負重活塞以及兩個或兩個以上的水閘門控制水體流入及流出，該具有可調控通氣閥門負重活塞的重量，為經過配重及平衡設計求得。
2. 如申請專利範圍第1項之水壓式儲能及發電系統，該具有可調控通氣閥門負重活塞上設置一可讓活塞上下兩端通氣的自動閥門，並可讓該該具有可調控通氣閥門負重活塞於儲能位置停止時，仍能將該水壓式儲能及發電系統內蓄水排出。
3. 如申請專利範圍第1項之水壓式儲能及發電系統，可以連接多個水壓式儲能及發電系統，並以個別控制水體流入及流出電動閘門，調整該具有可調控通氣閥門負重活塞的運動時間，增加及控制總發電量。
4. 如申請專利範圍第1項之水壓式儲能及發電系統，可以應用於不同水質的水壓式儲能及發電系統。