JP2010520404A - 再生可能エネルギーの蓄積および利用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、太陽、風または波から取り出された再生可能エネルギーを蓄積および利用するための方法を含む。本発明は、たとえば風車（１）の動力となる再生可能エネルギーが液体ポンプ（３）内での加圧された液体の生成に用いられ、その液体はその後液体タービン（９）の作動のために用いられ、その液体タービンが電気エネルギーを生成し、その電気エネルギーは、消費地において取り出され、または現存する配電網に連結される、ということに基づく。風車（１）が消費されるよりも多くのエネルギーを生成するとき、過剰なエネルギーは、たとえばゴムのような可撓性材料から作製された圧力タンク（１７）内の加圧された液体に集められ蓄積される。再生可能エネルギー源が、たとえば風車（１）によって、消費に合う十分な電気エネルギーを生成できない期間には、圧力タンク（１７）が液体タービンに作動のための液体を供給する。

Description

本発明は、たとえば風車の利用を含む、太陽、波、風などのエネルギー源から取り出された再生可能なエネルギーの利用方法に関する。この方法では、エネルギーは液体ポンプの作動によって蓄積されるが、当該ポンプは液体を圧力タンクへポンプ輸送できるものであり、その後、液体タービンが液体ポンプからの液体および／または圧力タンクからの液体によって作動されることにより、エネルギーは必要に応じて用いられる。

地球規模でのエネルギー需要の結果として、太陽、風および波などの再生可能エネルギー源が、化石燃料の代替品として、ますます多く用いられている。化石燃料は、限りある資源であることのほか、人間を含む自然にとって環境負荷の原因となる。

この数十年を通じて、たとえば風車発電は、多くの国、特に先進工業国におけるエネルギー消費に多大な貢献をもたらすようになった。

しかしながら、上述した再生可能エネルギー源には、所定の天候条件下でのみエネルギーを生成できるという、実用上の制限がある。

一例として、風車は所定の風速の範囲内でのみエネルギーを生成できるが、そのため、風速などの天候条件が最適な期間に再生可能エネルギーを蓄積し、その後、そのエネルギーをたとえば風車がエネルギーを生成できないときに使用できる技術を使用することは魅力的である。

そのような技術は、欧州特許出願公開第１６３７７３３号明細書から公知である。この文献では、加圧された液体が貯蔵のために圧力タンク内にポンプ輸送され、その後、たとえば天候条件により風車が最適に作動できないとき、タービンを作動させるために液体が用いられることにより、風車で生成されたエネルギーが蓄積される。

しかしながら、この公知の技術に関連して、使用される圧力タンクは液体蓄積のために定められた容積を有するので可撓性を有しない、ということを含む、いくつかの欠点があることがわかっている。

圧力タンクは、液体ポンプの容量およびタンクの許容最大圧力と同様に、限られた圧力の範囲内にある液体をポンプ輸送することによってのみ、エネルギーを蓄積できる。

したがって、公知のタンクは、規定のタンクおよび規定の液体ポンプのために、定められた容積によって規定される比較的小さなエネルギー範囲内においてのみ効率的に作動可能である。

それゆえに、本発明の目的は、再生可能エネルギーの使用のための公知の方法を改良することである。

本発明の目的は、請求項１の前置部分に明記された型の方法であるが、圧力タンクがたとえばゴム含有ポリマーのような曲げられる材料から作製されることを特徴とする方法に
よって、達成される。

このようにすれば、たとえば風の強い天気の間に風車によって生成され、加圧された液体で構成され、これまで可能であったよりも相当に大きなエネルギー範囲において圧力タンク内に蓄積される、過剰なエネルギーを貯蔵することができる。

本発明の発明に係るさらに好ましい実施の形態は、請求項２および請求項３に規定される。

本発明は、図面を参照して、より完全に説明されるであろう。

再生可能エネルギーの利用のための風車を基礎とした設備であって、風車により生成されたエネルギーが、加圧された液体を圧力タンク内に蓄積する液体ポンプの作動のため、および／または、液体タービンの作動のために使用される設備の、簡略化された図である。 圧力タンクを上方から見た簡略化された図である。 図２に示される同一の圧力タンクを断面視した簡略化された図である。 図３と同一であるが、圧力タンクの底部に係留のための石または同種の材料が充填されている、簡略化された図である。 使い古されたオイルタンカーが液体タービンと圧力タンクとの両方を含み、風車により生成された加圧された液体がオイルタンカーに供給される設備の、簡略化された図である。

図１において、記号１は三枚の羽根を有する風車を示すが、その風車は、２で示される回転方向に回転する。

風車は、たとえば水のような液面１８を有する液体中に設置され、たとえば淡水または塩水を有する湖または海の底部１９に設置される。

風車１は、たとえば回転する羽根とポンプ３との間の、駆動歯車またはシャフトで構成される機械的直結によって、液体ポンプ３を作動させる。

液体ポンプ３には、入口４を介して、たとえば水のような液体５が供給される。
加圧された液体は、液体ポンプ３から出口配管６を経由して、運ばれた加圧された液体によって電気エネルギーが生成される液体タービン９、または、いわゆる圧力タンク１７へ運ばれる。

圧力タンク１７は、液体ポンプ３からタンクへ供給される液体に加えて、空気または好ましくは大気を含む気体も含むことを特徴とする。

圧力タンクは、液体と気体との両方を通さず、それゆえに、液体および気体の圧力および体積に関する物理法則に従う。

使用される圧力、好ましくは２０ａｔｍ（気圧）以下において、液体の体積は一定であるとみなされるが、一方、圧力と体積との積は一定であると明示する公式に従って、タンク内の気体または空気は反応する。

たとえば、液体ポンプ３から液体を供給される前の圧力タンク１７が、単に圧力１ａｔ
ｍの大気を含んでいれば、圧力タンク１７の容積の半分に液体が充填されたときの液体と気体との圧力は２ａｔｍであり、タンク１７の四分の三に液体が充填されたときの圧力は４ａｔｍである。

液体ポンプ３が圧力２０ａｔｍの液体を供給するのであれば、圧力タンクの容積の９５％に液体が充填されることに対応するが、それにより、残りの５％は、圧縮空気または気体からなる。

風が強いとき、風車１は、液体ポンプ３内で加圧された液体を生成する。
加圧された液体は液体ポンプ３から液体タービン９へ運ばれ、液体タービンは電気エネルギーを生成し、電気エネルギーは電気ケーブルを経由して消費地または現存する配電網へ伝えられる。

ある特定の期間に風車で生成されたエネルギーが液体タービン９で生成される電気エネルギーを超えるのであれば、加圧された液体からなる余分のエネルギーは、液体ポンプ３から配管７を経由して、エネルギーが蓄積され得る圧力タンク１７へ運ばれる。

風車が液体タービン９で生成される電気エネルギーの必要量に合う十分な量のエネルギーを供給できない期間には、液体タービン９の作動のための液体の全部または一部が、圧力タンク１７から供給される。

液体タービン９へ運ばれた液体は、タービンを通過後、出口配管１０を経由して排出される。

本設備の主な構成間を連結する配管には、電動弁または油圧駆動弁などの弁（１３，１４）が設けられ、これにより工程が自動化されている。

好ましい工程管理の一例が以下に述べられる。
液体タービン９において消費されるよりも多い液体を液体ポンプ３が生成するのであれば、弁１４が開かれると、過剰な液体は配管７を経由して液体ポンプ３から圧力タンク１７へ運ばれる。

これは、液体ポンプ３によって供給される、圧力タンク１７内の圧力が最大圧力に達するまで行なわれる。

液体タービン９によって使用されるよりも少ない液体を液体ポンプ３が生成するのであれば、弁１３が開くことにより、配管１２を経由して圧力タンク１７から液体タービン９へ、追加の液体が運ばれる。

これは、圧力タンク１７内の圧力が、液体タービン９を作動させるために使用されなければならない最低圧力を超えている限り、行なわれる。

したがって、上述した工程管理は、
ａ）液体ポンプ（３）からの液体の圧力および流量
ｂ）圧力タンク（１７）内の液体の圧力
ｃ）液体タービン（９）から取り出されるエネルギー
を含む運転パラメータによって制御される。

好ましい実施の形態では、この工程は、コンピュータにより制御された制御回路によって自動制御される。

配管系および圧力タンクを含む管網において、特定の時刻の圧力により制御されて、設備の管網を液体が自動的に流れるように、逆止弁が適用される制御を含む、いくつかの他の形式の制御を用いてもよい。

運転効率との関係において、液体ポンプ３、液体タービン９および圧力タンク１７などの設備の主要構成要素は、好ましくは、周辺からの同一の外部圧力によって当該構成要素が影響を受けるように、同一の鉛直方向高さに配置されるのが適切であることが、試験により示された。

したがって、当該構成要素は、もし湖または海を中心とした環境に設置されるのであれば、同一の水深に配置されるのが適切である。

液体タービンの出口１１が、たとえば湖または海を中心とした設備において水面の背圧を受けずに排出されれば、運転上の利点を産み出すことが、さらなる試験により示された。

図２は、好ましい型の圧力タンク１７を上方から見た簡略化された図である。図２中の断面線２１に由来する圧力タンク１７の断面図が、図３に示されている。

圧力タンク１７は、管または筒として作製されている。当該管または筒は、液体と気体または空気との混合物を含み、底部２０を取り囲む。底部２０には、図４によると、たとえば岩または砂利のような、圧力タンク１７が設置される湖底または海底に自然に存在する材料２２が充填されている。

底部２０に充填するために、岩、砂利またはその他の環境にやさしい材料２２を使用することにより、単純で効率がよく安価な方法によって圧力タンク１７が係留されるという利点が得られる。

圧力タンク１７は、図２から図４に示されるように、容積の柔軟性を最適化するために曲げることのできる、ゴムを含有するポリマーにより作製されてもよい。

これにより、タンクは著しく大きな範囲でエネルギーを蓄積できることが達成されるが、この範囲は、液体ポンプの容量、タンクの最大運転圧力およびタンクの柔軟性により規定される。

従来公知の容積不変の圧力タンクと比較して、エネルギー蓄積範囲が１００％以上増加したことが、実施試験により示された。

図５には、船２６が、好ましくは可撓管２３を介して、風車１によって作動される液体ポンプ３に連結される、簡略化した図が示される。

船２６は、有利には、オイルタンカーを含む使い古された元タンカーであってもよく、船の以前の積荷タンク２７が設備の圧力タンクを構成するように、船が改造されている。

タンカー２６はまた、有利には、液体タービンを含んでもよい。液体タービンは電気エネルギーを生成する。この設備は、電気ケーブルを介して、電気エネルギーを船２６から消費地または現存する電気供給網へ供給する。

圧力タンク２７の基礎を成すものとして使い古されたタンカー２６を使用することによ
り、超大容量のタンクがごく僅かなコストで得ることができ、これにより設備の総コストが最小化される、という利点が得られる。

図５に模式的に示されるように、液体ポンプ３は鉛直方向において、圧力タンク２７および液体タービンを含む船２６の高さに設置されているのが有利である。

液体は、液体タービンを駆動させるものであるが、参照番号２５のように使用後に出口配管２４を経由して排出されてもよい。

船２６には、液体タービンおよび圧力タンクに加えて、一つのまたはいくつかの風車１および液体ポンプ３が設けられてもよい。これにより、たとえば使い古されたオイルタンカーにより構成される船２６は、再生可能エネルギーの利用および蓄積のための全てのエネルギー設備を物理的に含む。

風車などの、一次エネルギー変換器のいくつかが、同一の液体タービンおよび／または水圧タンクの周囲で作動のために連結され得ることは、本発明の一部である。

風車や、いわゆるラム（ram）技術に基づく設備を含む波力設備などの、異なる一次エネルギー変換器のいくつかが、同一の液体タービンおよび／または水圧タンクに作動のために連結され得ることは、同様に本発明の一部である。

Claims (3)

1. たとえば風車（１）の利用を含む、太陽、波、風などのエネルギー源から取り出された再生可能なエネルギーの利用方法であって、前記方法では、前記エネルギーは液体ポンプ（３）の作動によって蓄積されるが、前記ポンプは液体を圧力タンク（１７）へポンプ輸送できるものであり、その後、液体タービン（９）が前記液体ポンプ（３）からの液体および／または前記圧力タンク（１７）からの液体によって作動されることにより、前記エネルギーは必要に応じて用いられ、
   前記圧力タンク（１７）はゴム含有ポリマーなどの曲げられる材料から作製されることを特徴とする、方法。
2. 前記圧力タンク（１７）は管として成形され、前記管は底部（２０）を取り囲むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記圧力タンク（１７）は、砂または岩などの、湖底または海底から採取され前記底部表面（２０）に堆積される材料を用いて、湖底または海底に係留されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

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