特許7017668熱エネルギーの捕捉、捕捉された熱エネルギーおよびそれから生成される電力の長距離輸送、貯蔵、および分配のためのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-31
(45)【発行日】2022-02-08
(54)【発明の名称】熱エネルギーの捕捉、捕捉された熱エネルギーおよびそれから生成される電力の長距離輸送、貯蔵、および分配のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F28D 21/00 20060101AFI20220201BHJP
F01K 13/02 20060101ALI20220201BHJP
F02G 1/043 20060101ALI20220201BHJP
F01K 25/10 20060101ALI20220201BHJP
F03G 6/00 20060101ALI20220201BHJP
F03G 4/00 20060101ALI20220201BHJP
F24D 10/00 20220101ALI20220201BHJP
F25B 7/00 20060101ALI20220201BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20220201BHJP
【ＦＩ】
F28D21/00 B
F01K13/02
F02G1/043
F01K25/10 E
F01K25/10 F
F01K25/10
F03G6/00 551
F03G4/00 501
F24D10/00
F25B7/00 D
F25B1/00 396R
F25B1/00 396D
F25B1/00 396F
F25B1/00 396G
F25B1/00 396B
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2021526440
(86)(22)【出願日】2018-11-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-18
(86)【国際出願番号】 CA2018051431
(87)【国際公開番号】W WO2020097714
(87)【国際公開日】2020-05-22
【審査請求日】2021-07-21
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521205582
【氏名又は名称】ロッチテラ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ラドク，ジェラルド アルヴィン
【審査官】宮下 浩次
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第２７３３３１６（ＥＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ ２１／００
Ｆ０１Ｋ １３／０２
Ｆ０２Ｇ １／０４３
Ｆ０１Ｋ ２５／１０
Ｆ０３Ｇ ６／００
Ｆ０３Ｇ ４／００
Ｆ２４Ｄ １０／００
Ｆ２５Ｂ ７／００
Ｆ２５Ｂ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
独立型長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システムであって、 熱エネルギー源と連通している第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールであって、前記源が、地熱エネルギー源、または太陽熱エネルギー源、または産業廃棄物熱エネルギー源のうちの１つ以上であり、前記第１の閉ループモジュールが、その中で液相と気相と－３０℃以下の沸点とを有する第１の低沸点作動流体を循環させている第１の閉ループ配管インフラストラクチャを備え、前記第１の閉ループモジュールが、前記熱エネルギー源から熱エネルギーを捕捉し、かつ前記捕捉された熱エネルギーを前記第１の低沸点作動流体に伝達し、それによって、前記第１の作動流体をその気相に変換するように構成されており、前記第１の閉ループモジュールが、前記気相の一部をその液相に変換することで、電力を生成するために構成された装置を備える、第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールと、前記第１の閉ループモジュールと連通している第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールであって、前記第２の閉ループモジュールが、液相と気相と－３０℃以下の沸点とを有する第２の低沸点作動流体を循環させている第２の閉ループ配管インフラストラクチャを備え、前記第１の閉ループモジュールおよび前記第２の閉ループモジュールが連通しており、前記捕捉された熱エネルギーを前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャから前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャに伝達し、それによって、前記第１の作動流体をその液相に変換し、前記第２の作動流体をその気相に変換し、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャが、前記第１の閉ループモジュール内で生成された前記電力の一部をその中で受容するための第１の送電ラインをさらに備える、第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールと、
前記第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールおよび複数の熱エネルギー送達サイトと連通している第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールであって、前記第３の閉ループモジュールが、液相と気相と－３０℃以下の沸点とを有する第３の低沸点作動流体を循環させている第３の閉ループ配管インフラストラクチャを備え、前記第２の閉ループモジュールおよび前記第３の閉ループモジュールが連通しており、前記捕捉された熱エネルギーを前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャから前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャに伝達し、それによって、前記第２の作動流体をその液相に変換し、前記第３の作動流体をその気相に変換し、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャが、前記第１の送電ラインと連通している第２の送電ラインをさらに備える、第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールと、を備え、
前記複数の熱エネルギー送達サイトが、前記第３の閉ループモジュールからの前記捕捉された熱エネルギーを受容するように構成され、それによって、前記第３の作動流体はその液相に変換され、前記複数の熱エネルギー送達サイトが、前記第２の送電ラインと連通するためにさらに構成されている、独立型長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項2】
前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールが、燃料ボイラーヒーターからの熱エネルギーの補足供給をさらに受容するように構成されている、請求項１に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項3】
前記第１の低温沸点流体、第２の低温沸点流体、および第３の低温沸点流体が、アンモニア、またはＣＯ２、またはエタン、またはプロパン、またはプロペン、またはプロピレン、またはクロロジフルオロメタンＲ－２２、またはジクロロジフルオロメタンＲ－１２、またはジフルオロメタンＲ－３２である、請求項１に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項4】
前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールが、対向する端壁、対向する側壁、および屋根で囲まれた第１の可搬型自給式スキッド上に構成され、かつそれと係合し、前記壁のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの固定可能なアクセスドアを備え、前記第１の可搬型スキッドが、前記熱エネルギー源との取り外し可能な係合のために構成されている動作機器の集合体を備え、
前記動作機器の集合体が、
前記熱エネルギー源と連通している閉ループ配管インフラストラクチャと取り外し可能な係合のために構成されている第１の閉ループ配管インフラストラクチャと、
前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャ、ポンプ、及び、第２の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第１の熱交換器であって、第２の閉ループ配管インフラストラクチャが、第２の熱交換器と連通している閉ループインフラストラクチャと取り外し可能な係合のために構成されている、第１の熱交換器と、
前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している膨張弁と、
前記第１の熱交換器と連通しているタービンと、
前記タービンと連通している発生器と、
制御通信機器と、
前記第１の熱交換器、前記ポンプ、前記タービン、前記発生器、及び、前記制御通信機器と相互接続する１つ以上の電力ケーブルと、
を備え、
前記１つ以上の電力ケーブル、及び、前記制御通信機器は、前記第２の熱交換器と連通している前記閉ループインフラストラクチャと取り外し可能な係合のために構成されている、
請求項１に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項5】
前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールが、対向する端壁、対向する側壁、および屋根で囲まれた第２の可搬型自給式スキッド上に構成され、かつそれと係合し、前記壁ののうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの固定可能なアクセスドアを備え、前記第２の可搬型自給式スキッドが、動作機器の集合体を備え、
前記動作機器の集合体が、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第３の熱交換器であって、前記第３の熱交換器が、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャとの取り外し可能な係合のためにさらに構成されている、第３の熱交換器と、
第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している圧縮機ポンプと、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第４の熱交換器であって、前記第４の熱交換器が、閉ループ配管インフラストラクチャとの取り外し可能な係合のためにさらに構成されている、第４の熱交換器と、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している膨張弁と、を備える、請求項１に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項6】
第１の追加の電力供給が、ランキンサイクル機器構成または有機ランキンサイクル機器構成またはカリナサイクル機器構成またはスターリングエンジンサイクル構成または吸収発電機器構成のうちの１つをともなう前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュール内の前記捕捉された熱エネルギーの第１の部分で生成される、請求項１に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項7】
第２の追加の電力供給が、太陽光発電装置および／または風力タービン装置によって提供される、請求項６に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項8】
熱エネルギー源から捕捉され、輸送され、送達サイトに送達される熱エネルギーを、請求項１に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システムを用いて監視する方法であって、前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャを通して循環させながら、前記第１の低沸点作動流体の気相および液相への変換率を継続的に検出、記録、および定量化することと、
前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャを通して循環させながら、前記第２の低沸点作動流体の気相および液相への変換率を継続的に検出、記録、および定量化することと、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャを通して循環させながら、前記第３の低沸点作動流体の気相および液相への変換率を継続的に検出、記録、および定量化することと、
選択された熱送達サイトに送達される前記捕捉された熱エネルギーを継続的に検出、記録、および定量化することと、
一連の選択された時間間隔の各々について、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールによって前記熱エネルギー源から捕捉され、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールから前記第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールを通って前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールに輸送され、および選択された各時間間隔中に前記選択された送達サイトに送達される前記熱エネルギーを定量化するレポートを作成することと、を含む、方法。
【請求項9】
前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールで生成された電力を継続的に判定および定量化するステップと、前記第１の閉ループモジュールから前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールに輸送される電力を継続的に判定および定量化するステップと、
前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールから前記送達サイトに輸送される電力を継続的に判定および定量化するステップと、
前記選択された時間間隔の各々に対して、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールで生成された前記電力、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールから前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールに輸送された前記電力、および前記送達サイトに送達される前記電力のうちの１つ以上を定量化するレポートを生成するステップと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
独立型長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システムであって、低温側と高温側とをともなう第１の熱交換器と、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）装置と、動作制御と、監視および通信ハードウェアおよびソフトウェアと、を有する第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールであって、前記第１の熱交換器の前記低温側が、前記第１の熱交換器の低温側を地熱体から捕捉された熱エネルギーの供給と相互接続させる第１の閉ループ配管インフラストラクチャと連通しており、前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャが、その中で循環する低沸点作動流体を有し、前記低沸点作動流体が、アンモニア、ＣＯ２、エタン、プロパン、プロペン、プロピレン、クロロジフルオロメタンＲ－２２、およびジフルオロメタンＲ－３２から選択され、それによって、前記低沸点作動流体が、前記熱エネルギーの供給を通って流れるときにその気相に変換されて熱エネルギーを捕捉し、前記第１の熱交換器の前記低温側を通って流れるときにその液相に変換され、それによって前記捕捉された熱エネルギーを前記第１の熱交換器の前記高温側に伝達し、前記捕捉された熱エネルギーの一部が、前記ＯＲＣ装置と連通しており、電力がそれによって生成され、そこから第１の送電ケーブルを通って流れる、第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールと、
前記第１の熱交換器の前記高温側および第３の閉ループモジュール内の第２の熱交換器の低温側と連通している第２の閉ループ配管インフラストラクチャを備える、第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールであって、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャが、その中で循環する前記低沸点作動流体を有し、それによって、前記低沸点作動流体が、前記第１の熱交換器の前記高温側を通って流れるときにその気相に変換され、前記第２の熱交換器の前記低温側を通って流れるときにその液相に変換され、それによって、前記捕捉された熱エネルギーを前記第２の熱交換器の高温側に伝達し、前記第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールが、前記ＯＲＣ装置からの前記第１の送電ケーブルと連通している第２の送電ケーブルをさらに備え、前記第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールが、前記動作制御、監視、および通信のハードウェアおよびソフトウェアと連通しているケーブルをさらに備える、第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールと、を備え、
前記第２の熱交換器の前記高温側が、複数の送達サイトと連通している第３の配管インフラストラクチャと連通しており、前記第３の配管インフラストラクチャが、その中で循環する前記低沸点作動流体を有し、それによって、前記低沸点作動流体が、前記第２の熱交換器の前記低温側を通って流れるときにその気相に変換され、前記送達サイトを通って流れるときにその液相に変換され、それによって、前記捕捉された熱エネルギーを前記送達サイトに伝達し、
前記第３の配管インフラストラクチャが、前記第２の閉ループモジュールで提供される前記ケーブルと連通している動作制御、監視および通信ハードウェアおよびソフトウェアをさらに有し、前記第３の閉ループモジュールが、前記第２の閉ループモジュール内の前記第２の送電ケーブルと連通している第３の送電ケーブルを有し、それによって、前記第３の送電ケーブルで搬送された前記電力が、オンデマンドで前記送達伝達サイトで利用可能であり、
前記システムが、
前記第１の熱交換器の前記低温側の入口位置と出口位置にある前記第１の配管インフラストラクチャと連通している第１のエネルギーメーターの対と、
前記第１の閉ループモジュールからの前記送電ケーブルと連通している第１の電力メーターと、
前記第１の熱交換器の前記高温側の入口位置と出口位置にある前記第２の配管インフラストラクチャと連通している第２のエネルギーメーターの対と、
前記第３の閉ループモジュールからの前記送電ケーブルと連通している第２の電力メーターと、
前記第２の熱交換器の前記低温側の入口位置と出口位置にある前記第２の配管インフラストラクチャと連通している第３のエネルギーメーターの対と、
前記第２の熱交換器の前記高温側の入口位置と出口位置にある前記第３の配管インフラストラクチャと連通している第４のエネルギーメーターの対と、をさらに備える、システム。
【請求項11】
熱エネルギーの供給から捕捉され、輸送され、送達サイトに送達される熱エネルギーを、請求項１０に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システムを用いて監視する方法であって、前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャを通して循環させながら、前記低沸点作動流体の気相および液相への変換率を継続的に判定および定量化することと、
前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャを通して循環させながら、前記低沸点作動流体の気相および液相への変換率を継続的に判定および定量化することと、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャを通して循環させながら、前記低沸点作動流体の気相および液相への変換率を継続的に判定および定量化することと、
一連の選択された時間間隔の各々について、地熱体から捕捉され、前記第１の閉ループモジュールから前記第３の閉ループモジュールに輸送され、選択された各時間間隔中に前記送達サイトに送達される前記熱エネルギーを定量化するレポートを作成することと、
前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールで生成された電力を継続的に判定および定量化することと、
前記第１の閉ループモジュールから前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールに輸送される電力を継続的に判定および定量化することと、
熱エネルギー供給の第３閉ループモジュールから供給サイトに伝達される電力を継続的に決定および定量化することと、
前記選択された時間間隔の各々に対して、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールで生成された電力、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールから前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールに輸送された電力、および前記送達サイトに送達される電力のうちの１つ以上を定量化するレポートを生成することと、を含む、方法。
【請求項12】
独立型長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システムであって、熱エネルギー源と取り外し可能な係合のために構成された第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールであって、前記第１の閉ループモジュールが、液相と気相とを有する第１の低沸点作動流体を循環させている第１の閉ループ配管インフラストラクチャを備え、前記第１の閉ループモジュールが、前記熱エネルギー源から熱エネルギーを捕捉し、前記捕捉された熱エネルギーを前記第１の低沸点作動流体に伝達し、それによって、前記第１の作動流体をその気相に変換するように構成されており、前記第１の閉ループモジュールは、前記気相の一部をその液相に変換することで電力を生成するために構成された装置を備え、第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールであって、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールが、前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第１の動作機器の集合体を備える、第１の可搬型スキッドまたは可搬型自給式モジュラーユニット上に構成され、かつそれと係合している、第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールと、
前記第１の閉ループモジュールと取り外し可能な係合のために構成された第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールであって、前記第２の閉ループモジュールが、液相と気相とを有する第２の低沸点作動流体を循環させている第２の閉ループ配管インフラストラクチャを備え、前記第１の閉ループモジュールおよび前記第２の閉ループモジュールが連通しており、前記捕捉された熱エネルギーを前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャから前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャに伝達し、それによって、前記第１の作動流体をその液相に変換し、前記第２の作動流体をその気相に変換する、第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループと、
前記第２の長距離熱エネルギー輸送閉ループモジュールと取り外し可能な係合のために構成された第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールであって、前記第３の閉ループモジュールが、液相と気相とを有する第３の低沸点作動流体を循環させている第３の閉ループ配管インフラストラクチャを備え、それによって、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャからの前記捕捉された熱エネルギーは、前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャに伝達可能となり、それによって、前記第２の作動流体をその液相に変換し、前記第３の作動流体をその気相に変換し、前記第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールは、前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第２の動作機器の集合体を備える第２の可搬型スキッドまたは可搬型自給式モジュラーユニット上に構成され、かつそれと係合し、前記第２の動作機器の集合体は、複数の熱エネルギー送達サイトと取り外し可能な係合のために構成された、第３の熱エネルギー送達閉ループモジュールと、を備え、
前記複数の熱エネルギー送達サイトが、前記第３の閉ループモジュールからの前記捕捉された熱エネルギーを受容するように構成され、それによって、前記第３の作動流体はその液相に変換され、
前記第１の動作機器の集合体が、
前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャと、
前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第１の熱交換器であって、前記第１の熱交換器が、前記熱エネルギー源と連通している閉ループ配管インフラストラクチャとの取り外し可能な係合のためにさらに構成されている、第１の熱交換器と、
前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している膨張弁と、
前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第２の熱交換器であって、前記第２の熱交換器が、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャとの取り外し可能な係合のためにさらに構成されている、第２の熱交換器と、
前記第１の閉ループ配管インフラストラクチャと連通しているポンプと、を備え、
前記第２の動作機器の集合体が、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第３の熱交換器であって、前記第３の熱交換器が、前記第２の閉ループ配管インフラストラクチャとの取り外し可能な係合のためにさらに構成されている、第３の熱交換器と、
第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している圧縮機ポンプと、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している第４の熱交換器であって、前記第４の熱交換器が、前記複数の熱エネルギー送達サイトと連通している閉ループ配管インフラストラクチャとの取り外し可能な係合のためにさらに構成されている、第４の熱交換器と、
前記第３の閉ループ配管インフラストラクチャと連通している膨張弁と、を備える、独立型長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項13】
前記第１の可搬型スキッドおよび前記第２の可搬型スキッドの一方または両方が、対向する端壁、対向する側壁、および屋根で囲まれ、前記壁のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの固定可能なアクセスドアが設けられている、請求項１２に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【請求項14】
前記捕捉された熱エネルギーの一部が、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールにおいてそれと共に電力を生成するために使用され、前記生成された電力の第１の部分が、前記第１の熱エネルギー捕捉閉ループモジュールを備える１つ以上の装置によって消費され、前記生成された電力の残りの部分が、第２の長距離熱エネルギー輸送モジュールに沿って送電ラインで第３の熱エネルギー送達モジュールに輸送され、そこから、前記生成された電力の残りの部分の一部が、１つ以上の電力送達サイトに送達される、請求項１０、１２、及び１３のいずれか一項に記載の長距離閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示された様々な実施形態は、一般に、熱エネルギーを捕捉するためのシステム、機器、および方法、ならびに捕捉された熱エネルギーをユーザに長距離輸送、貯蔵、および分配することに関する。より具体的には、本開示は、輸送ラインにおける低沸点流体の潜熱エネルギーを利用することによる、周囲温度での捕捉された熱エネルギーの長距離輸送、貯蔵、および分配、ならびに熱捕捉場所またはその近くで発電するために捕捉された熱エネルギーの一部の利用に関する。
【背景技術】
【0002】
電力を発生させ、熱を供給するために、熱エネルギー、特に地熱、太陽熱、廃熱、コージェネレーション、熱電併給（ＣＨＰ）、燃料ボイラーヒータ、蒸気などの熱源からの低温熱エネルギーの効果的な捕捉と利用は、エネルギー効率、再生可能エネルギー源の開発、およびＣＯ２排出量の削減のための巨大な可能性を提供する。
【0003】
これらのタイプの熱エネルギーを、独立型プロジェクトとして、または地域暖房システム、地域エネルギー共有システム、またはコミュニティ分散エネルギーシステムとしても知られる地域エネルギー分配システムを通じて捕捉および利用するために多大な努力がなされてきた。
【0004】
歴史的に、地域暖房システムは主に燃料燃焼の集中暖房設備であり、多くの場合コージェネレーションをともなっており、熱エネルギーを高温の蒸気または温水として生成および分配する。北米における大半の地域エネルギー共有施設は、病院の複合施設、大学のキャンパス、都市の中心部などの組織のインフラストラクチャの一部である。ヨーロッパでは、多くの地域暖房システムが都市の中心部にあり、同様に、蒸気または温水を分配する燃焼燃料暖房設備によって特徴付けられている。このようなシステムの制限の１つは、蒸気または温水を運ぶフローラインからの熱損失により、実施可能な面積の範囲が限定されることである。さらに、このような地域暖房システムや地域エネルギー共有システムは、需要に応じて一方向に熱エネルギーを供給するだけなので、それ自体はシステムではない。
【0005】
多くの地域熱供給システムは、低エンタルピー（低温）地熱源などの低温熱エネルギー源を利用するように委託されている。しかしながら、温水などの流体の利用は、温水に含まれる顕熱を介して捕捉された熱エネルギーを輸送および送達するために利用可能な温度範囲を制限し、それにより、そのようなシステムの実施可能な面積範囲を制限する。
【0006】
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）や、カリナサイクル、スターリングエンジンサイクル、吸収などの他の技術が実施されて、低温の熱エネルギー源から電力を生成し、それによって、アンモニア、市販の冷媒、ＣＯ２、揮発性炭化水素などの、一般に低沸点流体と称される低温気化点流体が利用されている。発電用の機械的エネルギーに変換されない熱エネルギーは、出口温度が低すぎて熱を利用できないため、通常は放出される。同様に、周囲温度に制限されたヒートシンク温度は、発電用の低温熱源の実現可能性を制限する。
【0007】
多くのコミュニティ、産業施設、および資源抽出施設は、人口の少ない遠隔地やインフラストラクチャが不十分な地域に位置する可能性があるため、費用効果の高い電力およびエネルギーの供給および配電インフラストラクチャから隔離されている。多くの場合、これらのコミュニティや施設は、ディーゼルなどの輸送コストの高いバルク液体燃料、発電機、および燃料燃焼暖房に依存する必要がある。北極圏および北極圏に近い地域では、このような材料の輸送は、夏の間はしけ輸送で、冬の間は陸路でのトラック輸送で、場合によっては空路で、季節的に行われることがよくある。また、そのような地域では、オンサイトでの建設、設置、および試運転のコストが非常に高くなる。
【0008】
ハリケーンや地震などの大惨事の影響は、緊急時または一時的に迅速に設定可能な独立型自給式発電および暖房能力を必要とする。
【発明の概要】
【0009】
本開示の実施形態は、一般に、以下のための独立型システム、装置、および方法に関する。
（ｉ）地熱、太陽熱、廃熱、コージェネレーション、熱電併給（ＣＨＰ）、燃料ボイラーヒータ、蒸気などの熱源からの熱エネルギーを捕捉する。
（ｉｉ）捕捉された熱エネルギーの一部を、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）またはカリナサイクル、スターリングエンジンサイクル、吸収などの他の技術を利用して電力を生成するために使用する。
（ｉｉｉ）残りの捕捉された熱エネルギーを、その気相への気化によって低沸点流体の潜熱に伝達および変換する。
（ｉｖ）低沸点液体の蒸気に含まれる捕捉された熱エネルギーを、高温液体中の高温顕熱ではなく周囲温度の潜熱として、または高沸点流体中の潜熱として、長距離輸送する。
（ｖ）低沸点流体の蒸気をその液相に凝縮することにより、輸送された潜熱エネルギーを送達サイトで顕熱エネルギーに変換する。
（ｉ）地熱、太陽熱、廃熱、コージェネレーション、熱電併給（ＣＨＰ）、燃料ボイラーヒータ、蒸気などの熱源からの熱エネルギーを捕捉する。
（ｉｉ）捕捉された熱エネルギーの一部を、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）またはカリナサイクル、スターリングエンジンサイクル、吸収などの他の技術を利用して電力を生成するために使用する。
（ｉｉｉ）残りの捕捉された熱エネルギーを、その気相への気化によって低沸点流体の潜熱に伝達および変換する。
（ｉｖ）低沸点液体の蒸気に含まれる捕捉された熱エネルギーを、高温液体中の高温顕熱ではなく周囲温度の潜熱として、または高沸点流体中の潜熱として、長距離輸送する。
（ｖ）低沸点流体の蒸気をその液相に凝縮することにより、輸送された潜熱エネルギーを送達サイトで顕熱エネルギーに変換する。
【0010】
本開示の一実施形態によれば、本明細書に開示された独立型システム、装置、および方法による周囲温度での熱エネルギーの長距離輸送は、直列に接続された２つ以上の閉ループ循環システムの配備を通じて可能にされ、閉ループの各々は、例えば、エタン、アンモニア、市販の冷媒、ＣＯ２、揮発性炭化水素などのような低温気化点流体（すなわち、低沸点流体）を利用する。本明細書に開示された実施形態の態様は、発電サイクル（すなわち、ループ）においてより低いヒートシンク温度を採用する発電システムを含み、それにより、より低温の熱源からより多くの電力を生成する機会を開く。
【0011】
本開示の別の実施形態は、長距離フローラインを、それらを敷設することを介して、電力ケーブルおよび通信ケーブルと共に束ねることに関し、その方法として、チューブまたはラップ内に「臍帯」として束ねる、あるいは、束ねられたフローラインおよびケーブルを１つの溝内に設置する、あるいは分離されたフローラインおよびケーブルを２つ以上の接近して離間された溝内に設置する、または束ねられたフローラインを１つの経路内にすき込む、あるいは分離されたフローラインおよびケーブルを２つ以上の接近して離間された経路内にすき込む、または束ねられたフローラインを１つの穴を通して引き込む、あるいは分離されたフローラインおよびケーブルを２つ以上の接近して離間された穴を通して引き込む、またはフローラインおよびケーブルを、地表上もしくは地上の電力ケーブルおよびパイプサポート上で互いに近接させて設置するなどがあるが、それらに限定されない。
【0012】
本開示の別の実施形態は、ネットワーク共有および制御システムが含まれる、統合された熱エネルギー捕捉、貯蔵、分配、および送達システムへの機器構成に関する。統合された熱エネルギーの捕捉、貯蔵、分配、および送達システムは、システムの動作に必要な電力の少なくとも一部もしくはすべて、または余剰を生成する手段および容量を有する。追加的に、現在の統合された熱エネルギーの捕捉、貯蔵、分配、および送達システムは、孤立した地域、およびより大規模な確立されたエネルギーインフラストラクチャシステム内においても、スマートエネルギー分配および共有システムの設置および独立型操作を可能にする。
【0013】
本開示の別の実施形態は、請求、支払い、および他の金銭的目的のための熱エネルギー搬送量を計算するために使用可能な質量流量およびエネルギー流量の記録およびアセンブリのためのメーターおよびデータ収集システムの組み込みに関する。
【0014】
本開示の別の実施形態は、本明細書に開示された機器、装置、およびシステムを、可搬型スキッドまたはトレーラー上およびその中に構成するためのモジュラーアプローチに関し、それによって、機器、装置、およびシステムは、選択された工業立地において製造および構成することができ、ついで、現場の建設コストを最小限に抑えながら、発電および暖房の迅速な設置および試運転のために遠隔設置サイトに輸送することができる。追加的に、可搬型モジュール化された機器、装置、およびシステムは、ハリケーン、竜巻などの厳しい天候事象の結果として電力およびエネルギーインフラストラクチャの損失が持続している場所に対する迅速な臨時対応および展開に役立つ。
【0015】
本開示の別の実施形態は、限られた居住空間および／または限られた商業空間に適合させ得る製造された自給式モジュラーユニットへの機器、装置、およびシステムの構成に関し、その構成は、接続容易性のために設計された、規格化されたカプラとレセプタクルとを備える。一態様によれば、製造された自給式モジュラーユニットは、熱エネルギーおよび電力供給容量のスケールアップを容易にするために、１つの場所で複数のユニットとして相互接続可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本開示のこれらおよび他の特徴は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明においてより明らかになるであろう。
【図1】独立型長距離３ループ閉ループ熱エネルギー捕捉、捕捉された熱エネルギーの一部からの電力の生成、輸送、および送達システム１００の本明細書に開示された実施形態を示す概略フローチャートである。
【図4】図１および図２に示すシステム１００の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１の図を示す概略フローチャートであり、熱エネルギー源１０４は、地熱、太陽熱および廃熱源のうちの１つ以上の熱から捕捉された熱エネルギーを含み、捕捉された熱エネルギーの一部は電力を生成するために使用され、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０は、外部電源１０６を受容する。
【図6】システム１００の別の実施形態の図を示す概略フローチャートであり、本開示の別の実施形態によれば、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１は、熱エネルギー源１０４から直接熱エネルギーを捕捉し、捕捉された熱エネルギーの一部は発電に使用される。
【図7】図６に示すシステム１００の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１の別の図を示す概略図であり、熱エネルギー源１０４は、地熱１０４ａ、太陽熱１０４ｂ、および廃熱１０４ｃ源のうちの１つ以上から捕捉された熱エネルギーを含み、捕捉された熱エネルギーの一部は、電力を生成するために使用される。
【図9】図１および図２に示すシステム１００の熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０の図を示す概略フローチャートであり、外部電源１０６に対する、ＰＶソーラー電池１０６ａおよび／または風力タービン１０６ｂによって捕捉された電力の追加入力を示す。
【図10】図１および図２に示すシステム１００の熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０の図を示す概略フローチャートであり、電力網、スマートエネルギー網、および外部電源１０６のへの局所分散型電力網のうちの１つ以上からの電力の追加入力を示す。
【図11】独立型長距離３ループ閉ループ熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム２００の別の実施形態の熱エネルギー捕捉および発電モジュール２１０の図を示す概略フローチャートであり、１つ以上の熱エネルギー源２０４から捕捉された熱エネルギーのいずれも、熱エネルギー捕捉モジュール２１０における発電に使用されず、外部電源２０６が提供される。
【図12】図１および図２に示す熱エネルギー捕捉、輸送、および送達システム１００に対する任意選択の変形３００の図を示す概略フローチャートであり、長距離輸送モジュールの長距離輸送ループ３２６は、熱エネルギー送達ループ３３６でもある。
【図13】自給式独立型長距離３ループ閉ループ熱エネルギー捕捉、貯蔵、分配、送達、貯蔵、および共有システム４００の本開示の実施形態を示す概略フローチャートであり、本システムは、単一の熱エネルギー源からの熱エネルギーを捕捉し、捕捉された熱エネルギーの一部から電力を生成し、ついで捕捉された熱エネルギーおよびそこからの電力を輸送インフラストラクチャに沿って複数の送達モジュールに輸送および送達するためのものである。
【図14】自給式独立型長距離３ループ閉ループ熱エネルギー捕捉、貯蔵、分配、送達、貯蔵、および共有システム５００の本開示の別の実施形態を示す概略フローチャートであり、熱エネルギーは、複数の熱エネルギー源から捕捉され、主幹線に沿って輸送され、捕捉された熱エネルギーの一部から電力を生成し、捕捉された熱エネルギーおよび電力を主幹線から複数の供給モジュールに送達する。
【図18】実施例１で概説する熱力学モデルのために使用される動作パラメータをまとめた表である。
【図19】本明細書に開示される熱エネルギー輸送ループにおける使用に適した低沸点流体のいくつかの例の飽和（蒸気）圧力曲線を示すチャートである。
【図20】本明細書に開示される熱エネルギー輸送ループにおける使用に適したいくつかの低沸点流体のエンタルピー曲線を示すチャートである。
【図21】本明細書に開示される熱エネルギー輸送ループにおける使用に適したいくつかの低沸点流体のエントロピー曲線を示すチャートである。
【図25】実施例１において概説した熱力学モデルによって生成されたエネルギーバランス計算の結果をまとめた表である。
【図27】実施例２で概説するような、熱エネルギーおよび電力を１つの熱エネルギー捕捉および発電モジュールから複数のユーザへ送達する長距離３ループ閉ループ熱エネルギー捕捉、貯蔵、分配、送達、貯蔵、共有システムのモデル化の結果をまとめた表である。
【図28】本明細書に開示される２ループ閉ループシステムの例のモデルである、実施例３で概説する熱力学モデルに使用される動作パラメータをまとめた表である。
【図29】実施例３で概説する熱力学モデルによって生成されたエネルギーバランス計算の結果をまとめた表である。
【図31】実施例４で概説するような、熱エネルギーおよび電力を１つの熱エネルギー捕捉および発電モジュールから複数のユーザへ供給する長距離２ループ閉ループ熱エネルギー捕捉、貯蔵、分配、送達、貯蔵、共有システムのモデル化の結果をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本開示の実施形態は、一般に、熱エネルギーを捕捉するための、ならびに捕捉された熱エネルギーを周囲温度で長距離輸送、貯蔵、および分配するための統合システム、装置、および方法に関する。捕捉された熱エネルギーの長距離輸送および分配は、閉ループ輸送ライン内の低沸点（ＬＢＰ）流体の潜熱エネルギーを利用することによって容易になる。いくつかの実施形態は、熱捕捉場所またはその近くで電力を生成するための熱エネルギーの一部の利用に関する。
【0018】
本開示の一実施形態は、顕熱としてではなく、その気相中の流体を介した潜熱エネルギーとしての熱エネルギーの周囲温度での長距離輸送（運送）に関する。
【0019】
本開示の別の実施形態は、周囲温度が－４０℃～＋５０℃の範囲にある場所で、２ループ閉ループシステムまたは代替として３ループ閉ループシステムを用いた、熱エネルギー源から熱エネルギー送達サイトへの、潜熱エネルギーのその気相中の流体を介した長距離輸送に関する。
【0020】
本開示の別の実施形態は、氷点下の温度（０℃未満）で熱エネルギーを長距離輸送する能力に関するものであり、それによって、永久凍土を解凍することなく永久凍土をともなう地域の地下を通して熱エネルギーを輸送することを可能にする。
【0021】
第１の態様によれば、本明細書に開示される２ループ閉ループシステムは、概して２つのループからなり、第１のループは、熱エネルギー源から熱エネルギーを捕捉および搬送するため、ならびに電力を生成するために構成された機器およびシステムを備える。第２のループは、第１のループから捕捉された熱エネルギーを受容し、捕捉された熱エネルギーを長距離にわたって輸送し、捕捉された熱エネルギーを消費者に送達するように構成された機器、システム、および制御を備える。第１の態様に関して、第１のループは、本明細書では「熱エネルギー捕捉および発電ループ」と称し、第２のループは、本明細書では「長距離捕捉熱エネルギー輸送および送達ループ」と称する。第２の態様によれば、本明細書に開示される３ループ閉ループシステムは、概して３つのループからなり、第１のループは、熱エネルギー源から熱エネルギーを捕捉および搬送するため、ならびに電力を生成するために構成された機器、システム、および制御を備える。第２のループは、第１のループから捕捉された熱エネルギーを受容し、捕捉された熱エネルギーを長距離にわたって輸送し、ついで捕捉された熱エネルギーを、捕捉された熱エネルギーを消費者に送達するように構成された機器、システム、および制御を含む第３のループに搬送するように構成された機器、システム、および制御を備える。第２の態様に関して、第１のループは、本明細書では「熱エネルギー捕捉および発電ループ」と称し、第２のループは、本明細書では「長距離熱エネルギー輸送ループ」と称し、第３のモジュールは、「熱エネルギー送達モジュール」と称する。
【0022】
別の側面によると、第２のループは、氷点下の温度（０℃未満）で熱エネルギーを長距離輸送することができ、それによって、永久凍土を解凍することなく、永久凍土をともなう地域の地下を通して熱を輸送することを可能にする。別の態様によれば、第２のループは、永久凍土表面を解凍することなく、永久凍土表面上で長距離にわたって熱エネルギーを輸送することができる。
【0023】
本開示の別の実施形態は、第１のモジュールの動作に必要な機器に電力供給するために使用する電力を生成するための捕捉された熱エネルギーの一部の使用に関し、第１のモジュールは、熱エネルギーを捕捉し、捕捉された熱エネルギーおよび生成された電力を第２のモジュール、すなわち長距離輸送モジュールに搬送する。一態様によれば、第１のモジュールで生成された過剰電力は、電力消費者に供給するために、および任意選択で、捕捉された熱エネルギーを消費者に供給するために必要な機器に電力供給するために使用する電力を提供するために、第２のモジュールにおいて輸送され得る。別の態様によれば、予備電力は、第１のモジュールの動作に必要な機器に電力供給するために、および任意選択で、電力消費者への遠距離輸送および送達のために、第１のモジュールに提供され得る。本実施形態に関して、第１のモジュールは、「熱エネルギー捕捉および発電モジュール」と称し得、第２のモジュールは、「長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出モジュール」と称し得、第３のモジュールは、「捕捉熱エネルギーおよび電力送達モジュール」と称し得る。
【0024】
本開示の別の実施形態は、システムの構成、および２ループまたは３ループ閉ループ統合熱エネルギー捕捉、貯蔵、分配、送達、貯蔵、共有システムへの関連する動作方法に関し、本システムは、捕捉された熱エネルギーの温度に応じて、その電力要件の一部、すべて、または余剰を生成し得、自給式スマートエネルギー分配および共有システムの設置を、そのようなシステムが有用である状況で、および／または、加えて隔離された場所で、独立することを可能にする。
【0025】
本開示の別の実施形態は、熱エネルギーを捕捉し、捕捉された熱エネルギーを長距離輸送、貯蔵、および分配するための、２ループ閉ループおよび３ループ閉ループシステム、装置、および方法に統合された機器および制御を備える、独立型自給式システムに関する。一態様によれば、独立型機器および制御システムは、オンサイトのオペレータによって監視および操作され得る。別の態様によれば、独立型機器および制御システムは、遠隔地にいるオペレータによって、および任意選択で、半立ち合いベースで監視および操作され得る。別の態様によれば、独立型機器および制御システムは、オンサイトのオペレータによって監視および制御され、同時に遠隔地のオペレータによって監視され得る。
【0026】
本開示の別の実施形態は、本明細書に開示されているように、統合システム、装置と相互接続され、それらと通信する制御および通信システム、ならびに、熱エネルギーの捕捉、および捕捉された熱エネルギーの長距離輸送、貯蔵、および分配のための関連する方法を提供することに関し、制御および通信システムは、以下を監視および記録するようにプログラムされている。（ｉ）閉ループ配管インフラストラクチャの各々の中およびその全体を通るＬＢＰ作動流体の流れと関連付けられた、選択されたパラメータ、（ｉｉ）閉ループ配管インフラストラクチャの各々と連通する各装置の動作性能、（ｉｉｉ）事前定義された最適化パラメータに応じて、装置の１つ以上を制御して、閉ループ配管インフラストラクチャの各々の中およびその全体を通るＬＢＰ作動流体の流れを最適化し、それによって捕捉された熱エネルギーの送達を最適化すること。一態様によれば、制御および通信システムは、継続的なオンサイト監視および制御のために構成され得る。別の態様によれば、制御および通信システムは、連続的な遠隔監視および制御のために構成され得る。別の態様によれば、制御および通信システムは、統合された連続的な遠隔監視および制御ならびに遠隔監視および制御のために構成され得る。別の態様によれば、制御および通信システムは、「スマートエネルギーシステム」と統合することができ、それによって、プロセス操作、ならびに熱エネルギー、電力、およびそれらから生成される電力の捕捉、長距離輸送、貯蔵、および分配が自動的に最適化される。
【0027】
本開示の別の実施形態は、本明細書に開示されるシステムを備える各ループ内およびループ間の捕捉された熱エネルギーおよび電力の流れを監視、定量化、および記録するための、本明細書に開示されるモジュールの各々に統合されたメーターおよびメーター監視システムのシステムに関するものであり、それによって生成され、および任意選択でそれに提供される熱エネルギーおよび電力の捕捉および輸送は、収益化することができる。
【0028】
本開示の別の実施形態は、長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュールを備えるシステムに関し、長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュールは、以下と相互接続されている。（ｉ）捕捉された熱エネルギーおよび生成された電力を、長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュールに伝達する複数の熱エネルギー捕捉モジュールおよび／または発電モジュール、（ｉｉ）複数の捕捉熱エネルギーおよび電力送達モジュールであって、捕捉熱エネルギーおよび電力送達モジュールの各々は、長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュールに沿って輸送された、捕捉された熱エネルギーおよび電力の一部を受容する。一態様によれば、（ｉ）複数の熱エネルギー捕捉モジュールおよび／または熱エネルギー捕捉および発電モジュール（すなわち、第１のモジュール）ならびに（ｉｉ）複数の捕捉された熱エネルギーおよび電力送達モジュール（すなわち、第３のモジュール）と相互接続された、長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線輸送モジュールを備えるシステムは、それに相互接続された１つ以上のヒートシンクをさらに備え得る。好適なヒートシンクの例には、地下の地層や地下の水域が含まれる。各ヒートシンクは、ＬＢＰ作動流体を循環させているフローラインによって、長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線輸送モジュールと相互接続することができる。
【0029】
本開示の別の実施形態は、住宅空間および／または商業空間に適合され得る規格化され、製造された自給式モジュラーユニットへの第１のモジュール（すなわち、熱エネルギー捕捉および発電モジュール）および第３のモジュール（すなわち、熱エネルギー送達モジュール）ための機器および構成要素の構成に関し、それによって、特定の用と用途に応じて、モジュラーユニットは、一辺当たり約１ｍ～４ｍの範囲から高さー幅ー深さのサイズを含み得る（例えば、１～４のキッチン冷蔵庫または冷凍庫と同様のおおよそのサイズ一態様によれば、規格化された、製造された自給式モジュラーユニットは、モジュラーユニットをフローラインおよびケーブルとの取り外し可能な係合を容易にするために設計された、規格化された簡易脱着カプラとレセプタクルとを備え得る。
【0030】
本開示の別の実施形態は、第１のモジュール（すなわち、熱エネルギー捕捉および発電モジュール）および第３のモジュール（すなわち、熱エネルギー送達モジュール）の機器構成要素を、可搬型スキッドに構成および設置することに関する。モジュラースキッドは、好適な製造施設で構成および製造された後、設置、試運転、および使用のために遠隔サイトに移送される。例えば、モジュラースキッドは、大型の路上トラックトラクターおよび／または鉄道および／またはしけおよび／または船舶による運搬および／または運送のために、平台トレーラーの荷台に適合するようなサイズにすることができる。好適なスキッド寸法の例には、次のものが含まれる：（ｉ）幅８．５フィート（２．６ｍ）、長さ４０フィート（１２．２ｍ）～６３フィート（１９．２ｍ）の平台トレーラーの荷台用の北米規格、および（ｉｉ）幅２．５５ｍ（８．４’）、長さ１２ｍ（３９．４’）～１８．５ｍ（６０．７’）の平台トレーラーの荷台用のヨーロッパ規格。任意選択で、スキッド装着モジュールは、環境条件から保護し、破壊行為を防ぐために、側壁と屋根で囲われる。特に適しているのは、インターモーダル貨物輸送用に設計および製造されたインターモーダル輸送コンテナである。当技術分野の当業者は、インターモーダルコンテナが、船舶、鉄道、トラック、および空路などの複数の輸送オプションをともなう商品の輸送に使用可能であるように設計されていることを理解するであろう。インターモーダルコンテナ処理機器は、通常、同じタイプのインターモーダルコンテナを、船舶に積み降ろしするため、鉄道車両に積み降ろしするため、輸送トラックトレーラーに積み降ろしするため、および貨物機に積み降ろしするために、貨物の受入れおよび分配施設で利用可能である。インターモーダルコンテナの寸法は、通常、（ｉ）長さ２０フィートまたは４０フィート（６．１ｍまたは１２．２ｍ）、（ｉｉ）高さ８．５フィートまたは９．５フィート（２．６ｍまたは２．９ｍ）、および（ｉｉｉ）幅８フィート（１．９ｍまたは２．４４ｍ）の６．２５フィートで、北米のトレーラーの荷台およびヨーロッパのトレーラーの荷台に収まるように構成されている。当技術分野の当業者は、そのようなインターモーダルコンテナが、とりわけ、海缶、Ｃ缶、Ｃｏｎｅｘボックス、貨物コンテナを含む多数の一般名を有することを承知しているであろう。
【0031】
本明細書に開示されるスキッド装着モジュールは、遠隔の過酷な環境条件（例えば、ツンドラ永久凍土、砂漠）、または孤立した採掘キャンプ、難民キャンプ、または遠隔の軍事施設および中間準備地域で使用するために構成することができる。本明細書に開示されるスキッド装着モジュールはまた、迅速な展開および試運転のために、二輪駆動および／または四輪駆動車両によって牽引可能なより小さなスキッド／トレーラーユニット内／上に構成され得、ハリケーンや竜巻などの悪天候により、電力およびエネルギーのインフラストラクチャが壊滅的な被害を受けた人口地域に非常用電力および熱供給を提供することができる。
【0032】
いくつかの態様によれば、本明細書に開示される統合されたシステム、装置、および方法は、地熱源から、太陽熱源から、内部燃焼エンジンからの排気ガスを介して放出される廃熱から、燃焼プロセスからの煙道ガスから、燃料ボイラーヒータプラントから、蒸気プラントから、処理施設からの高温または温暖廃熱ストリームから、熱電コージェネレーションから、熱電併給（ＣＨＰ）プラントからなどの熱エネルギーの捕捉に関連する。
【0033】
いくつかの態様によれば、本明細書に開示される統合されたシステム、装置、および方法によって捕捉された熱エネルギーは、システムを備える閉ループ輸送ラインを循環するＬＢＰ流体をそれらの流体相からそれらの気相に変換するために使用される。
【0034】
いくつかの態様によれば、本明細書に開示される統合されたシステム、装置、および方法は、ＬＢＰ作動流体、および水、熱油、グリコール溶液、ガスなどの流体を循環させることにより、相変化を引き起こすか、もしくは引き起こすことなく、熱エネルギーを捕捉するように構成され得る。
【0035】
いくつかの態様によれば、本明細書に開示される統合されたシステム、装置、および方法は、ＬＢＰ作動流体、および水、熱油、グリコール溶液、燃焼ガスを含むガスなどの流体を循環させることにより、相変化をともなうか、もしくはともなわずに、熱エネルギーを送達するように構成され得る。
【0036】
特に定義されない限り、本明細書で用いるすべての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を表す。本明細書に記載の開示を理解しやすくするために、例示的な用語を以下に定義する。
【0037】
「ａ」または「ａｎ」という用語は、そのエンティティの１つ以上を指し、例えば、「ａ ｇｅｎｅ（遺伝子）」は、１つ以上の遺伝子または少なくとも１つの遺伝子を指す。すなわち、「ａ」（または「ａｎ」）、「１つ以上」および「少なくとも１つ」という用語は、本明細書では同義的に使用される。加えて、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による要素または機能への参照は、文脈において要素のうちの１つがあること、および１つしかないことが明確に要求されない限り、２つ以上の要素または機能が存在する可能性を排除するものではない。
【0038】
本明細書で使用される「ａｂｏｕｔ（約）」という用語は、指定された量の±２０％、±１０％、±５％、±１％、±０．５％または±０．１％の変動を包含することを意味する。値が整数の場合、ａｂｏｕｔ（約）という用語は、１０進値、およびさきに説明した変動の程度を含むことを意味する。
【0039】
本明細書で使用される「ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（周囲温度）」という用語は、大気温度として測定された周囲環境の温度を意味する。周囲環境は、対地高度である可能性があり、その場合、周囲温度は、地表から約３０ｍ上方に及ぶ帯域内の空気の平均温度であり、場所または地域の緯度およびその年間季節サイクルによって異なり、ー５０℃～５０℃以上の範囲であり得る。あるいは、周囲環境は、地表面レベルより低くてもよく、その場合、周囲温度は、周囲の心土層の温度になり、また、－４０℃～約４０℃の範囲であり得る。
【0040】
「ａｎｄ／ｏｒ（および／または）」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上（例えば、一方または他方、または両方）のあらゆる可能な組み合わせ、および代替（または）で中断された場合の組み合わせの欠如を指し、それらを包含する。
【0041】
本明細書で使用される場合、「ｅｎｔｈａｌｐｙ（エンタルピー）」という用語は、物質の総エネルギー含有量に等しい熱力学的量を指し、かつシステムの内部エネルギーに圧力と体積の積を加えたものに等しい。
【0042】
本明細書で使用される場合、「ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｅｎｅｒｇｙ（潜熱エネルギー）」という用語は、本明細書に開示される閉ループ熱エネルギー輸送システム内を循環する流体を凝縮または気化することによって放出または吸収される熱エネルギーを指す。
【0043】
本明細書で使用される場合、本明細書で使用されるｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ（潜熱）という用語は、物質の温度を変化させずに発生する物質の物理的状態（すなわち、相）の変化中に物質によって吸収または放出されるエネルギーを指す。液体または固体の気化または蒸気の凝縮に関連する潜熱は、気化熱と呼ばれる。潜熱は通常、状態変化を受ける物質のモルまたは単位質量あたりの熱量（ジュールまたはカロリー単位）として表される。
【0044】
本明細書で使用される場合、「ｌｏｗーｂｏｉｌｉｎｇーｐｏｉｎｔ ｆｌｕｉｄ（低沸点流体）」（低温気化点流体）という用語は、沸騰する（すなわち、気化する）流体、すなわち、１バール（１気圧の圧力）で約－３０℃以下の温度で液体から蒸気への相変化を受ける流体を指す。本明細書に開示される閉ループ循環システムでの使用および輸送に適した低沸点流体の例には、アンモニア（ＢＰ約－３６℃）、ＣＯ２（ＢＰ約－７８℃）、エタン（ＢＰ約－８８℃）、クロロジフルオロメタン冷媒Ｒ－２２（ＢＰ約－４１℃）、ジクロロジフルオロメタン冷媒Ｒ－１２（ＢＰ約－３０℃）、ジフルオロメタンＲ－３２（ＢＰ約－５２℃）、その他の市販冷媒、プロパン（ＢＰ約－４２℃）、プロペン（ＢＰ約－４７℃）、プロピレン（ＢＰ約－４７℃）、その他の揮発性炭化水素などが含まれるが、これらに限定されない。「ｌｏｗ－ｂｏｉｌｉｎｇ－ｐｏｉｎｔ（低沸点）」という用語は、本明細書では頭字語「ＬＢＰ」によって表す場合がある。
【0045】
本明細書で使用される場合、「ｆｌｕｉｄ（流体）」という用語は、流れてその容器の輪郭に沿う液体または蒸気または気体の形態の物質を指し、相変化の有無にかかわらず、エタン、アンモニア、市販の冷媒、ＣＯ２、揮発性炭化水素などのＬＢＰ（低沸点、低気化点）物質、水、熱油、グリコール溶液、燃焼ガスを含むガス、煙道ガスなどの物質を含む。
【0046】
本明細書で使用される場合、「ｓｅｎｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ（顕熱）」という用語は、相変化のない循環液体の熱エネルギー含有量を指し、流体の温度の変化の関数である。
【0047】
本明細書で使用される場合、「ｌｏｗーｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ（低温廃熱）」という用語は、１４０℃未満の低エンタルピー廃熱を意味し、廃熱エネルギーおよび一般に地熱源から、熱太陽源から、高温または温暖処理プラントストリームから、燃焼ガスから、燃料ボイラーヒータプラントから、蒸気プラントから、熱電コージェネレーションから、熱電併給（ＣＨＰ）プラントからなどのエネルギーから捕捉され得る。
【0048】
本明細書で使用される場合、「ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｂｏｄｙ（地熱体）」という用語は、（ｉ）温暖な地下または高温の地下、乾燥した結晶質の基盤岩、ならびに破砕された結晶質の基盤岩に含まれる深部の温暖な帯水層および深部の高温の帯水層などの地熱地層（本明細書では「地熱地層」とも呼ばれる）内に含まれる地熱エネルギー、（ｉｉ）地表近くの心土層および淡水帯水層、および（ｉｉｉ）地熱エネルギーによって加熱される場合とされない場合がある水域を指す。
【0049】
本明細書で使用される場合、「ＰＶ ｓｏｌａｒ（ＰＶソーラー）」という用語は、光エネルギー（すなわち、光子）を電圧に変換する光起電性太陽電池から提供される電気を指す。
【0050】
本明細書で使用される場合、「ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｇｒｉｄ（電力網）」という用語は、生産者から消費者に電力を送達するための相互接続されたネットワークを指す。電力網は、電力を生成する発電設備、電源から配電センターに電力を運ぶ送電線、および個々の顧客を配電センターに接続する配電線で構成される。
【0051】
本明細書で使用する場合、「ｓｍａｒｔ ｅｎｅｒｇｙ ｇｒｉｄ（スマートエネルギー網）」という用語は、相互接続されたデバイスシステム内の電気および熱エネルギーの生成、供給、分配、使用、および貯蔵を、電気および熱エネルギーの双方向制御および分配を通して、リアルタイムに制御する統合ネットワークを指す。スマートエネルギー網は、インタラクティブ制御、制御システム、自動化されたデバイス、および機器を備える。
【0052】
本明細書で使用される場合、「ｌｏｃａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｇｒｉｄ（局所分散電力網）」という用語は、地域またはコミュニティに局所的であり、広く分散された統合電気管理ネットワークの一部ではない「スマートエネルギー網」を指す。
【0053】
本開示の一実施形態は、熱エネルギーを捕捉するため、および捕捉された熱エネルギーをユーザに長距離輸送、貯蔵、および分配するための独立型システムおよび関連する装置および機器に関する。捕捉された熱エネルギーは、（ｉ）１つ以上の熱エネルギー源および（ｉｉ）捕捉された熱エネルギーが搬送される１つ以上の送達サイトと連通している閉ループ輸送ライン内のＬＢＰ流体の潜熱エネルギーを利用することによって捕捉、輸送、および送達される。
【0054】
一態様によれば、相変化の有無にかかわらず、ＬＢＰ流体を循環させている１つ以上のフローラインを、地熱源または熱太陽熱源から、または高温または温暖処理プラントストリームから、または燃焼ガス廃熱から、または燃焼加熱プラントから、またはコージェネレーション施設から、または熱電併給（ＣＨＰ）施設から、燃料ボイラーヒータ施設から、または他のそのようなソースから、熱エネルギーを捕捉するために使用することができる。特に、本明細書に開示される実施形態は、そのような源からの低温廃熱（すなわち、１４０℃未満の温度を有する）を捕捉するために特に有用である。
【0055】
別の態様によれば、本明細書に開示されるシステム、装置、および方法によって捕捉された廃熱エネルギーの一部は、例えば、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）、カリナサイクル、スターリングエンジンサイクル、または吸収に基づく技術および機器の１つ以上をともなって発電するために使用され得る。そのようなシステムおよび装置が、熱エネルギーの一部を、熱エネルギーが捕捉される源（複数可）の近くで発電するために使用することは、本開示の範囲内である。そのようなシステムおよび装置が、捕捉された熱エネルギーの一部を、送達サイトおよび捕捉された熱エネルギーのユーザの近くで発電するために使用することも、本開示の範囲内である。
【0056】
別の態様によれば、発電に使用されない残りの捕捉された熱エネルギーは、閉ループ配管インフラストラクチャ内でＬＢＰ液体をその気相に気化させ、かつＬＢＰ液体の気相内の捕捉された熱エネルギーを、周囲外部温度で長距離にわたって、１つ以上の閉ループ配管インフラストラクチャの潜熱として、周囲温度で、送達サイトまで輸送することによって、流体の潜熱に変換され得る。捕捉された熱エネルギーは、気相を液相に凝縮することによってＬＢＰ液体から放出され、それによって、輸送された潜熱エネルギーが顕熱に変換される。ついで、顕熱は、放射ヒータ、空気循環ヒータなどの加熱装置に分配されるか、あるいは、温水の循環などの中間システムを介して分配される。
【0057】
本開示のいくつかの実施形態は、長距離閉ループフローラインを、電力ケーブルおよび通信ケーブルと共に束ねることに関し、そのやり方として、チューブまたはラップをともなう「臍帯」を形成する、あるいは、フローラインおよびケーブルを１つの溝内または隣接する溝内に設置する、または、フローラインおよびケーブルを１つの経路上または隣接する経路内にすき込む、あるいは、フローラインおよびケーブルを１つの穴または隣接する穴に引き込む、またはフローラインおよびケーブルを地表上もしくは地上の電力ケーブルおよびパイプサポート上で互いに近接させて設置する。
【0058】
本開示のいくつかの実施形態は、質量流量データおよびエネルギー流量データを記録するための、ならびに熱エネルギー捕捉、捕捉された熱エネルギーの輸送、および捕捉された熱エネルギーの消費者への送達の収益化に使用される熱エネルギーの捕捉、搬送、および送達量の計算のためのデータの処理およびアセンブリのための、メーターのシステムならびにデータ監視および制御システムの組み込みに関する。
【0059】
本開示のいくつかの実施形態は、本明細書に開示されるシステムおよび方法に必要な様々な装置および機器を、可搬型スキッドまたはトレーラーに適合するモジュールに構成することに関し、それによって、設置および試運転に必要な最小限のオンサイトの作業で、構成要素の経済的製造を可能にする。本明細書に開示されるシステムのそのようなモジュール式の実施形態は、遠隔地、またはインフラストラクチャサービスが不十分な地域、または携帯性／可搬性が緊急または一時的に発電および暖房能力の迅速な設定を容易にする場合に特に有用であり得る。
【0060】
本開示のいくつかの実施形態は、本明細書に開示される機器、装置、およびシステムを、限られた居住空間および／または限られた商業空間に適合させ得る製造された自給式モジュラーユニットに構成することに関し、モジュラーユニットは、フローラインおよびケーブルとの迅速な取り外し可能な係合のための規格化された簡易脱着カプラとレセプタクルとを備える。
【0061】
熱エネルギーを捕捉するため、および捕捉された熱エネルギーを周囲温度で長距離輸送、貯蔵、および分配するための独立型統合システム、装置、および方法に関する本開示の実施形態を、図１～図３に示す。図示の独立型統合システムは、３つのループ１１１、１２６、１３６によって相互接続された３つのモジュール１１０、１２５、１３５を備える３ループ閉ループシステム１００であり、各ループ１１１、１２６、１３６は、ＬＢＰ流体を循環させている。第１のモジュール１１０は、熱エネルギー捕捉および発電モジュールである。第２のモジュール１２５は、長距離捕捉熱エネルギー輸送モジュールである。第３のモジュール１３５は、捕捉熱エネルギー送達モジュールである。図１に示すように、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１の要素および輸送ループの熱交換器１３（蒸発器）は、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０内に位置し、送達ループ１３６の要素および輸送ループ１２６の熱交換器３２（凝縮器）、圧縮器２３、および膨張値２４は、捕捉された熱エネルギー送達モジュール１３５に位置し、長距離捕捉熱エネルギー輸送モジュール１２５は、長距離輸送フローライン２１および２２、電力および制御ケーブル５３および６２、ならびにブースター圧縮器およびポンプ２５および２６から構成されている。
【0062】
熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１は、熱エネルギー源１０４および熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内の熱交換器１０と連通しているパイプ６と、熱交換器１０および熱エネルギー源１０４と連通しているパイプ７と、を備える配管インフラストラクチャ５によって熱エネルギー源１０４に接続されている。作動流体は、パイプ６、７における配管インフラストラクチャ５内を循環する。
【0063】
熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０内の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１は、熱エネルギー源１０４と連通している熱交換器１１と、タービン１１と、第２の熱交換器１３と、ポンプ１４と、を備える。熱エネルギー源１０４から捕捉されて熱交換器１０に送られる熱エネルギーの一部は、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）技術を介してタービン１１によって利用され、タービン１１に相互接続された発生器１２で電力が生成される。残りの捕捉された熱エネルギーは、第２の熱交換器１３に流れ、ここで、熱エネルギーは、本明細書では長距離輸送ループ１２６と称する第２のループ１２６を備える第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０のパイプ２１に搬送される。ＬＢＰ流体は、第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０内を循環し、第２の熱交換器１３によってその気相に変換される。
【0064】
長距離輸送ループ１２６は、モジュール１１０内の第２の熱交換器１３および第３のモジュール１３５内の第３の熱交換器３２と連通しているパイプ２１と、第３の熱交換器３２および第２の熱交換器１３と連通しているパイプ２２と、を有する第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０を備える。ＬＢＰ流体は、第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０内を、パイプ２１内の気相およびパイプ２２内の流体相で循環する。捕捉された熱エネルギーの長距離輸送は、ＬＢＰ液体をその気相に気化させることで、熱エネルギー輸送ループ１２６に伝達された熱エネルギーを潜熱に変換し、熱エネルギーを、熱い液体に含まれる高温顕熱ではなく周囲温度での潜熱として、または高沸点蒸気内の潜熱として輸送することによって、可能になる。必要に応じて、蒸気フローライン２１と連通している１つ以上のブースター圧縮器２５を提供して、長距離輸送モジュール１２５の全長に沿って蒸気流量を所望の圧力範囲内に維持することが好適である。また、液体フローライン２２と連通している１つ以上のブースター圧縮機２６を提供して、長距離輸送モジュール１２５の全長に沿って流体流量を所望の範囲内に維持することも好適である。
【0065】
熱エネルギー送達ループ１３６は、圧縮器３３と相互接続された第３の熱交換器３２と、第４の熱交換器３４と、膨張弁３５と、第４の熱交換器３４と連通している配管インフラストラクチャ４０と、を備える。熱エネルギー送達ループ１３６は、ライン２１内のＬＢＰ液体の気相を第３の熱交換器３２の液相に凝縮することによって長距離輸送モジュール１２５によって輸送された捕捉された熱エネルギーを利用し、それによって潜熱を放出し、それを第４の熱交換器３４を介して配管インフラストラクチャ４０のパイプ４１に搬送し、それによって、捕捉された熱エネルギーが熱ユーザ１４０ａに送達される。ついで、捕捉された熱エネルギーは、放射ヒータなどの加熱装置、空中ファン駆動の加熱コイルまたは温水ヒータまたは循環する温水もしくは蒸気を加熱するボイラーなどに伝達され得る。
【0066】
なお、同じＬＢＰ循環流体を３つの閉ループ配管インフラストラクチャすべてで使用可能である。あるいは、異なるＬＢＰ循環流体を、３つの閉ループ配管インフラストラクチャの各々で使用することができ、閉ループ配管インフラストラクチャの各々が展開される周囲条件および動作条件の範囲内で最適なパフォーマンスが得られるように選択することができる。
【0067】
なお、配管インフラストラクチャ５および４０内の循環作動流体は、ＬＢＰ流体であってもよく、あるいは、作動流体は、水、熱油、グリコール溶液、燃焼ガスを含むガスなどでもよく、配管インフラストラクチャ５および４０全体を循環しながら相変化を起こしても、起こさなくてもよい。
【0068】
これらの技術分野の当業者は、ＬＢＰ流体を使用することにより、３０℃～１４０℃の範囲の捕捉された熱エネルギー温度を、長距離輸送のためにー１０℃～５０℃の範囲の温度に降下させることができ、ついで、１つ以上の送達サイトで加熱に適した温度に上昇させることができることを理解するであろう。
【0069】
図１および図２に示すように、熱エネルギー源１０４から捕捉された熱エネルギーの一部は、第１の熱交換器１０、タービン１１、発生器１２、第２の熱交換器１３、およびポンプ１４を介した熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１による電力の連続生成に使用され得る。しかしながら、タービン１２の代わりに、スクロールもしくはスクリューもしくは回転ベーンまたは当技術分野の当業者に知られている他のタイプの膨張器などの機器を使用することによって、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１を変更することは、本発明の範囲内である。また、必要に応じて、ＯＲＣ機器の代わりに、カリナサイクル機器、スターリングエンジンサイクル機器、吸収発電機器などのいずれか１つを使用することも好適である。当技術分野の当業者は、再加熱サイクル、再生サイクル、再加熱および再生サイクルの組み合わせなどの他の構成および機器を選択して、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化することができることを理解するであろう。
【0070】
発生器１２によって生成された電力は、電力ケーブル５０によって、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０から、長距離輸送モジュール１２５内の送電幹線ケーブル５３を介して、熱エネルギー送達モジュール１３５に送出され、ついで、電力ユーザ１４０ｂに送達される。電力の一部は、第１の熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０内のポンプ１４に電力供給するために、電力ケーブル５０から電力ケーブル５１に搬送され得る。電力の一部は、制御および通信機器６０に電力供給するために、電力ケーブル５０から電力ケーブル５２に搬送され得る。幹線送電幹線ケーブル５３で送出された電力の一部は、長距離輸送モジュール１２５内のブースター圧縮器（複数可）２５およびブースターポンプ（複数可）２６に電力供給するために使用され得る。電力は、送電幹線ケーブル５３から、送電ケーブル５４を介して、長距離輸送ループ１２６内の電力圧縮器２３に送出され得る。電力は、幹線送電幹線ケーブル５３から、電力搬送ケーブル５５を介して、熱エネルギー送達ループ１３６内の電力圧縮器３３に送出され得る。電力の一部は、制御および通信機器６４に電力供給するために、送電幹線ケーブル５３から電力ケーブル５６に搬送され得る。電力は、幹線送電幹線ケーブル５３から電力ユーザ１４０ｂに送出され得る。
【0071】
１つ以上の制御システムケーブル（複数可）６２は、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０内の制御および通信機器６０を、熱エネルギー送達モジュール１３５内の制御および通信機器６４と相互接続する。
【0072】
長距離搬送モジュール１２５に関しては、第２の閉ループ配管インフラストラクチャ５０およびパイプ５１、５２を、送電幹線ケーブル５３および制御システムケーブル６２と共に単一のラインバンドル６５に束ねることが適切である（図３）。直線束６５は、パイプ５１、５２、送電幹線ケーブル５３、および制御システムケーブル６２を好適な材料で包むことによって「臍帯」に形成することができる。適切な包装材料には、断熱布およびアルミ化布が含まれる。このような包装材料の例には、ＺＥＴＥＸ（登録商標）およびＺＥＴＥＸＰＬＵＳ（登録商標）ガラス繊維テープおよびチューブ、ならびにＺーＦＬＥＸ（登録商標）アルミ化布テープ（ＺＥＴＥＸ、ＺＴＥＸＰＬＵＳ、およびＺーＦＬＥＸは、Ｎｅｗｔｅｘ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．Ｖｉｃｔｏｒ，ＮＹ，ＵＳＡの登録商標）が含まれる。あるいは、第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０、パイプ２１、２２、送電幹線ケーブル５３、および制御システムケーブル６２は、それらのために提供される単一の溝内で、近接しているが離間された近さで設置され得る。あるいは、パイプ２１、２２、送電幹線ケーブル５３、および制御システムケーブル６２は、それらのために提供される、離間しているが隣接する溝内に設置され得る。あるいは、第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０、パイプ２１、２２、送電幹線ケーブル５３、および制御システムケーブル６２は、単一のすき込まれた経路内に設置され得る。あるいは、パイプ２１、２２、送電幹線ケーブル５３、および制御システムケーブル６２は、それらのために提供される、離間しているが隣接するすき込まれた経路内に設置され得る。あるいは、パイプ２１、２２、送電幹線ケーブル５３、および制御システムケーブル６２は、地表上または地表ケーブルおよびフローライン支持体上で互いに近くに設置され得る。本開示によると、直線束は、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０と熱エネルギー送達モジュール１３５との間の長距離にわたって延設することができる。たとえば、長距離は１００ｍ、５００ｍ、１ｋｍ、５ｋｍ、１０ｋｍ、１５ｋｍ、２０ｋｍ、２５ｋｍ、３０ｋｍ、３５ｋｍ、４０ｋｍ、４５ｋｍ、５０ｋｍ、５５ｋｍ、６０ｋｍ、６５ｋｍ、７０ｋｍ、７５ｋｍ、８０ｋｍ、８５ｋｍ、９０ｋｍ、９５ｋｍ、または１００ｋｍ以上であり得る。
【0073】
当技術分野の当業者は、長距離輸送ループ１２６が、単純化されたヒートポンプサイクルのものと同様の工学熱力学的特性を有することを認識するであろう。必要に応じて、長距離輸送モジュール１２５および長距離輸送ループ１２６、カスケードシステム、多段圧縮システム、吸収技術、などの組み込みのために構成された機器に構成することは、本開示の範囲内である。
【0074】
別の実施形態は、本明細書に開示される２ループまたは３ループの捕捉、輸送、および送達システム内の循環のためのＬＢＰ流体の使用に関する。
【0075】
別の実施形態は、ＬＢＰ流体、あるいは、相変化の有無にかかわらず、熱エネルギーを、本明細書に開示される２ループまたは３ループの捕捉、輸送、および送達システム内に、およびそこから搬送するための、水、熱油、グリコール溶液、燃焼ガスを含むガス、排気ガスなどの流体の使用に関する。
【0076】
本開示の別の実施形態は、熱エネルギー、質量流量、流体フローライン内の低沸点流体条件、および生成、送出および送達された電力の捕捉、送出、および送達に関連するデータを測定および記録するメーターのシステムに関する。本開示の範囲は、収益化の目的で熱エネルギーおよび電力搬送量を計算するための流体質量およびエネルギーフローデータの記録およびアセンブリを可能にするデータ収集および管理システムを含む。
【0077】
図２に示すように、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０は、熱エネルギー源１０４から熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１の第１の熱交換器１０まで配管インフラストラクチャ５のライン６を流れる熱エネルギーを測定するメーター６ｍを含む。メーター７ｍは、第１の熱交換器１０から熱エネルギー源１０４までライン７内の流体に流れる熱エネルギーを測定し、それにより、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１によって捕捉された熱エネルギーの量を熱エネルギー源１０４から定量化することを可能にする。適宜、３ループ閉ループシステム１００のオペレータは、熱エネルギー源１０４から捕捉された熱エネルギーの量に対して、熱エネルギー源１０４の所有者に支払いを行い得る。熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０はまた、第２の熱交換器１３から流出する蒸気中の熱エネルギーを測定するためのメーター２１ａを含み、ライン２１を流れるＬＢＰ作動流体はその気相に変換されており、ライン２２から第２の熱交換器１３に流入するＬＢＰ液相の熱エネルギーを測定するためのメーター２２ｃも含む。メーター２１ａと６ｍとの間の測定値の差は、タービン１１および発生器１２による発電に使用された捕捉された熱エネルギーの部分の定量化を可能にする。メーター２１ａ、２２ｃ間の測定値の差は、第１のモジュール１１０の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１から第２のモジュール１２５の長距離輸送ループ１２６に搬送された捕捉熱エネルギーの量の定量化を可能にする。メーター５０ｍは、タービン１１および発生器１２によって生成され、幹線送電線５０に出力された電力を測定する。メーター５１ｍは、電力線５１を介して幹線送電線５０から分流されて、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内のポンプ１４に電力供給した電力を測定し、一方、メーター５３ａは、送電幹ケーブル５３によって第２のモジュール１２５の長距離輸送ループ１２６に輸送された電力を測定する。
【0078】
図２に示すように、熱エネルギー送達モジュール１３５は、第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０のライン２１内のＬＢＰ流体の気相で流れる熱エネルギーを測定するメーター２１ｂを含み、制御システム６０、６４を使用して、圧縮器２３の動作を調整することで、ライン２１内の作動流体の流量を増加または減少させることができるという情報を、第３のモジュール１３５内の熱エネルギー送達ループ１３６の第３の熱交換器３２に提供することができる。メーター２１ｃは、圧縮器２３による圧縮後、第３の熱交換器３２への第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０のライン２１内のＬＢＰ流体を流れる熱エネルギーを測定する。メーター２２ａ、２２ｂは、膨張弁２４の前後の第２の閉ループ配管インフラストラクチャ２０のＬＢＰ流体ライン２２を流れる熱エネルギーを測定し、制御システム６０、６４を使用して、膨張弁２４の動作を調節することで、ライン２２内のＬＢＰ液相の流量を増加または減少させることができるという情報を、第１のモジュール１１０の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内の第２の熱交換器１３に提供することができる。メーター２１ｃ、２２ａ間の測定値の差は、第２のモジュール１２５の長距離輸送ループ１２６から第３のモジュール１３５内の熱エネルギー送達ループ１３６に搬送される捕捉熱エネルギーの量の定量化を可能にする。
【0079】
図２に示すように、熱エネルギー送達モジュール１３５は、第４の熱交換器３４から熱ユーザ１４０ａまで、配管インフラストラクチャ４０のライン４１内の作動流体を流れる熱エネルギーを測定するメーター４１ｍを含む。メーター４２ｍは、熱ユーザ１４０ａから熱エネルギー送達ループ１３６の第４の熱交換器３４までのライン４２内の作動流体を流れた熱エネルギーを測定する。メーター４１ｍ、４２ｍによって記録されたデータの差は、熱エネルギー送達ループ１３６から熱ユーザ１４０ａに搬送された熱エネルギーの量の正確な定量化を可能にし、それにより、３ループ閉ループシステム１００のオペレータが熱ユーザ１４０ａに対して、熱ユーザ１４０ａに供給された捕捉された熱エネルギーの量の対価を請求することを可能にする。
【0080】
電力は、送電線５４を介して送電幹ケーブル５３から迂回させて、必要に応じて圧縮器２３に電力供給し、ＬＢＰ作動流体ライン２１内の捕捉された熱エネルギーの流れを第３の圧縮機２３に変調することができる。電力は、熱エネルギー送達ループ１３６内の流体の流れを調整するために、必要に応じて、送電幹ケーブル５３から送電線５５を介して電力圧縮器３３に迂回させることができる。電力圧縮器ポンプ２３に迂回される電力の量は、メーター５４ｍによって監視および記録され、一方、メーター５５ｍは、動力伝達幹線ケーブル５３から圧縮機ポンプ３３に迂回される電力の量を監視および記録する。メーター５３ｂは、熱エネルギー送達ループ１３６から電力搬送幹線ケーブル５３を介して電力ユーザ１４０ｂに供給される電力の量を継続的に監視および記録する。
【0081】
本開示の別の実施形態は、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１、熱エネルギー伝達ループ１２６、および熱エネルギー送達ループ１３６内の熱エネルギーおよび電力の流れを監視、変調、および最適化するための、制御システムケーブル６２によって相互接続された自動制御および通信システム６０、６４の利用に関する。自動制御および通信システム６０、６４は、遠隔およびオフサイトの通信、監視、制御を可能にして、オペレータのオンサイトの継続的な立ち合いではなく、半有人の操作を可能にするように構成することができる。必要に応じて、「スマートエネルギーシステム」を組み込んで、プロセス操作、ならびに熱エネルギー、電力、およびそこから生成される電力の捕捉、長距離輸送、貯蔵、および分配を最適化することができる。
【0082】
本開示の一態様によれば、熱エネルギー源１０４は、配管インフラストラクチャ５がフローライン７０、７１を介して地熱体１０４ａと相互接続されている地熱体または地層１０４ａ（図４）から捕捉された熱エネルギーを含み得る。メーター７０ｍ、７１ｍは、フローライン７０内の地熱体１０４ａから流出する捕捉された熱エネルギーと、地熱体１０４ａに戻るフローライン７１の作動流体中の熱エネルギーとの差を記録する。
【0083】
本開示の別の態様によれば、熱エネルギー源１０４は、配管インフラストラクチャ５がフローライン７２、７３を介して太陽熱源１０４ａと相互接続されている太陽熱源１０４ｂ（図４）から捕捉された熱エネルギーを含み得る。メーター７２ｍ、７３ｍは、フローライン７２内の熱太陽源１０４ｂから流出する捕捉された熱エネルギーと、熱太陽源１０４ｂに戻るフローライン７３内の熱エネルギーとの差を記録する。
【0084】
本開示の別の態様によれば、熱エネルギー源１０４は、配管インフラストラクチャ５がフローライン７４、７５を介して廃熱源１０４ｃと相互接続されている廃熱源１０４ｃ（図４）から捕捉された熱エネルギーを含み得る。メーター７４ｍ、７５ｍは、フローライン７４内の廃熱源から流出する捕捉された熱エネルギーと、廃熱源１０４ｃに戻るフローライン７５内の熱エネルギーとの差を記録する。好適な廃熱源のいくつかの例には、内部燃焼エンジンからの排気ガスを介して放出される廃熱から、燃焼プロセスからの煙道ガスから、高温廃棄物の流れおよび／または処理施設からの温暖廃棄物の流れから、コージェネレーション機器から、熱電併給（ＣＨＰ）機器などから捕捉され得る低温熱エネルギーが含まれる。
【0085】
独立型統合システム、装置、および方法が、図１、２、および４に図示し、かつそれらを参照して説明したように、熱エネルギーを捕捉するため、および捕捉された熱エネルギーを周囲温度で長距離輸送、貯蔵、および分配するためのものであり、配管インフラストラクチャ５が、２つ以上の熱エネルギー源、例えば地熱体１４０ａ、太陽熱源１０４ｂ、廃熱源１０４ｃのうちの２つ以上と連通することは、本開示の範囲内である。
【0086】
いくつかの設備では、そのような熱エネルギー源から捕捉された熱エネルギーは、捕捉された熱エネルギーの送達に対するユーザからの需要を供給し、加えて、電力を生成するのに十分な熱エネルギーを提供するには不十分であり得る。したがって、本開示の別の実施形態は、燃料ボイラーヒータ１０８（図５）からの補足熱エネルギー供給を提供し、それによって第１の配管インフラストラクチャ５のフローライン６内の作動流体がフローライン７６を介して燃料ボイラーヒータ１０８に流れるようにするための装置、機器、および方法に関し、ここで、追加の熱エネルギーは、フローライン７７を介して燃料ボイラーヒータ１０８から流出し、かつ第１の熱交換器１０に流入する作動流体に伝達される。制御および通信システム６０は、作動流体フローライン７６上のメーター７６ｍおよび作動流体フローライン７７上のメーター７７ｍによって記録されたデータを継続的に監視し、それを用いて、配管インフラストラクチャ５内を循環する作動流体の燃料ボイラーヒータ１０８への流入および燃料ボイラーヒータ１０８からの流出を調整して、捕捉された熱エネルギーの最小の所望の閾値レベルを熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１に提供する。
【0087】
本開示の別の実施形態によれば、３ループ閉ループシステム１００の第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１は、第１の熱交換器１０を１の熱エネルギー捕捉および発電モジュール１００から除去することによって、かつ代替熱交換器１５を熱エネルギー源１０４内に直接、または代替的に熱エネルギー源１０４に隣接して配置することによって、図６および７に示すように変更され得る。配管インフラストラクチャ５のフローライン６は、代替熱交換器１５を第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１のタービン１１と相互接続させ、配管インフラストラクチャ５のフローライン７は、代替熱交換器１５をポンプ１４と相互接続させる。本実施形態によれば、配管インフラストラクチャ５内の循環のためにＬＢＰ作動流体を使用することが適切であり、ＬＢＰ作動流体は、フローライン７において液相にあり、代替熱交換器１５によって熱源１０４から捕捉された熱エネルギーによってその気相に変換される。捕捉された熱エネルギーは、ＬＢＰ作動流体の気相でフローライン６によってタービン１１に輸送される。本実施形態では、メーター７ｍは、フローライン７内を熱エネルギー源１０４および代替熱交換器１５に流入する熱エネルギーを測定し、一方メーター６ｍは、フローライン６内を代替熱交換器１５および熱エネルギー源１０４から流れる熱エネルギーを測定し、それにより、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１によって捕捉された、熱エネルギー源１０４からの熱エネルギーの量の定量化が可能になる（図６）。
【0088】
図６、図７に示す実施形態にしたがって、必要に応じて、第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１のフローライン６で輸送するために、地熱体または地層１０４ａ（図６）から熱エネルギーをさらに捕捉すること、および／または熱太陽源１０４ｂ（図６）から熱エネルギーをさらに捕捉すること、および／または廃熱源１０４ｃ（図６）から熱エネルギーをさらに捕捉することは任意選択である。好適な地熱体のいくつかの例には、地表近くの心土および淡水帯水層の近くだけでなく、暖かくて熱い堆積岩および破砕された基盤岩帯水層が含まれる。好適な廃熱源のいくつかの例には、コージェネレーション機器、熱電併給（ＣＨＰ）機器、物理的なプラント処理システムなどから捕捉され得る低温熱エネルギーが含まれる。
【0089】
図６、７に示す実施形態にしたがって、必要に応じて、代替熱交換器１５を、地熱地層に出入りするループ（図示せず）または坑井を備え得る配管インフラストラクチャと交換することも任意選択であり、または坑井であって、その場合、ループの第１の入口端部は、配管インフラストラクチャ５のフローライン７と相互接続され、ループの第２の出口部分は、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１の配管インフラストラクチャ５のフローライン６と相互接続されている。あるいは、図６、７に示す代替熱交換器１５は、好適な熱エネルギー源、例えば、地表水域、地下水域、深い地質帯水層、浅い淡水帯水層、プロセス保持池、プロセス流体を含むタンクなどの内部に配置されたフローライン、パイプ、チューブ、コイル状チューブループなど（図示せず）で置き換えることができる。コイル状チューブループの第１の入口端部は、配管インフラストラクチャ５のフローライン７と相互接続され、コイル状チューブループの第２の出口部分は、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１の配管インフラストラクチャ５のフローライン６と相互接続されている。ＬＢＰ流体は、代替熱交換器１５がフローラインまたはパイプまたはチューブまたはコイル状チューブループなどに置き換えられている、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内の循環に適した作動流体である。
【0090】
図１および図２に図示およびそれらを参照して説明したように、熱エネルギーを捕捉するための、および捕捉された熱エネルギーを周囲温度で長距離輸送、貯蔵、および分配するための統合システム、装置、および方法のいくつかの設置は、他の場所で生成された電力が送出される電力網インフラストラクチャの近傍であり得る。したがって、本開示の別の実施形態は、送電線７８を介した電力網インフラストラクチャからの電力１０６の供給により、捕捉された熱エネルギーから、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内で生成された電力を補うことに関する（図８）。電力網インフラストラクチャから受信される補足電力１０６の量は、制御および通信システム６２と通信するメーター７８ｍによって監視される（図８）。
【0091】
本実施形態の一態様によれば、電力網インフラストラクチャからの電力１０６の補足供給は、ＰＶソーラー電池１０６ａによって捕捉され、送電線８０を介して第１のモジュール１１０に送達された電力によってさらに補足されるか、あるいはその代わりとなり得る（図９）。ＰＶソーラー電池１０６ａから送出された電力の量は、制御および通信システム６０との絶え間ない通信において、メーター８０ｍによって連続的に記録される。追加的または代替的に、１つ以上の風力タービン１０６ｂによって生成された電力は、送電線８１（図９）によって送達され得る。１つ以上の風力タービン１０６ｂから送出された電力の量は、制御および通信システム６０との絶え間ない通信において、メーター８１ｍによって連続的に記録される。
【0092】
この実施形態の別の態様によれば、電力網インフラストラクチャからの電力１０６の補足供給は、電力網１０６ｃから送達され、送電線８２を介して第１のモジュール１１０に送達された電力によってさらに補足されるか、あるいはその代わりとなり得る（図１０）。電力網１０６ｃから送出された電力の量は、制御および通信システム２６との絶え間ない通信において、メーター８２ｍによって継続的に記録される。
【0093】
この実施形態の別の態様によれば、電力網インフラストラクチャからの電力１０６の補足供給は、スマートエネルギー網１０６ｄから送達され、送電線８３を介して第１のモジュール１１０に送達された電力によってさらに補足されるか、あるいはその代わりとなり得る（図１０）。スマートエネルギー網１０６ｄから送出される電力の量は、制御および通信システム６０との絶え間ない通信において、メーター８３ｍによって継続的に記録される。
【0094】
この実施形態の別の態様によれば、電力網インフラストラクチャからの電力１０６の補足供給は、局所分散網１０６ｅから送達され、送電線８４を介して第１のモジュール１１０に送達された電力によってさらに補足されるか、あるいはその代わりとなり得る（図１０）。局所分散網１０６ｅから送出された電力の量は、制御および通信システム６０との絶え間ない通信において、メーター８４ｍによって継続的に記録される。
【0095】
本開示の別の実施形態は、図１１に示す、熱エネルギーを捕捉するための、および捕捉された熱エネルギーを周囲温度で長距離輸送、貯蔵、および分配するための独立型統合システム、装置、および方法に関し、ここでは捕捉された熱エネルギーのいずれも、電力の生成に使用されない。この種の独立型統合システムの図は、第１の閉ループ２１１を備える３ループ閉ループシステム２００を備え、第２の長距離輸送閉ループ２２６および第３の捕捉熱送達モジュール（図１１に図示せず）は、図１および図２に示す閉ループ１２６、１３６と同様に構成されている。３ループ閉ループシステム２００の第１のモジュール２１０は、熱エネルギー捕捉ループ２１１、および第２の長距離輸送ループ２２６の熱交換器（凝縮器）１３、ならびにＬＢＰ作動流体が循環する第２の長距離輸送ループの熱交換器（凝縮器）１３を備える。
【0096】
熱エネルギー捕捉および発電ループ２１１（図１１）は、熱エネルギー源２０４および熱エネルギー捕捉閉ループ２１１内の熱交換器１０と連通しているパイプ６と、熱交換器１０および熱エネルギー源２０４と連通しているパイプ７と、を備える配管インフラストラクチャ５によって熱エネルギー源２０４に相互接続されている。作動流体は、パイプ６、７における配管インフラストラクチャ５内を循環する。
【0097】
電力２０６は、幹線送電ケーブル８０を介して、電力網またはスマートエネルギー網またはローカル分散網の１つ以上から３ループ閉ループシステム２００（図１１）の熱エネルギー捕捉モジュール２１０に供給される。電力の一部は、電力ケーブル５１を介してポンプ１４に送出され、電力ケーブル５２を介して制御および通信システム６０に送出される。３ループ閉ループシステム２００に送達される電力２０６の量は、メーター８０ｍによって監視および記録され、一方、ポンプ１４および制御および通信システム６０に電力供給するために使用された電力の量は、それぞれメーター５１ｍおよび５２ｍによって監視および記録される。閉ループ２２６を介して長距離輸送モジュール２２５に送達される電力の量は、メーター５３ｍによって継続的に監視および記録される。電力２０６の供給者は、送達された電力の量について３ループ閉ループシステム２００のオペレータに請求することができ、一方、オペレータは、メーター８０ｍおよび５３ｍによって記録されたデータを使用して、熱エネルギー捕捉ループ２１１の動作効率を監視および制御し、かつ下流の電力ユーザへの計量送達のための長距離輸送モジュール２２５への電力の送出を監視することすることができる。
【0098】
図１２に示す本開示の別の実施形態は、独立型統合システム、装置、および方法に関し、ここでは熱エネルギーを捕捉するために、および捕捉された熱エネルギーを周囲温度で長距離輸送、貯蔵、および分配するために、２閉ループシステム３００が使用される。
【0099】
２ループ閉ループシステム３００（図１２）は、図１および図２に示す熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１と同様に構成された熱エネルギー捕捉および発電ループ（図示せず）を備える。第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ（図示せず）で捕捉された熱エネルギーおよびそこから生成された電力は、蒸気フローライン２１および送電ケーブル５３内の第２の長距離輸送ループ１２５に沿って熱エネルギーおよび電力送達モジュール３３５に輸送される。この２ループ閉ループシステム３００において、閉ループ配管インフラストラクチャ３３６内を循環するＬＢＰ流体中の捕捉された熱エネルギーは、熱交換器３３７によってライン２１から熱エネルギー供給フローライン３３８内を循環する作動流体に伝達され、フローライン３３９を介して熱交換器３３７に戻るために、熱エネルギーユーザ３４０ａに送られる。フローライン３３８、３３９と連通しているメーター３３８ｍ、３３９ｍは、２閉ループシステム３００から熱エネルギーユーザ３４０ｂに送達される捕捉された熱エネルギーの量を絶えず監視および記録する。
【0100】
第１の熱エネルギー捕捉および発電ループで生成された電力は、長距離搬送モジュール１２５に沿って、送電ケーブル５３内の熱エネルギーおよび電力送達モジュール３３５に輸送される。メーター２１ｂ、２１ｃは、フローライン２１内の捕捉された熱エネルギーの流量を監視し、必要に応じて、制御および通信システム６４は、送電ケーブル５３から電力を引き出し、電力ケーブル５４を介して圧縮器２３に送出し、フローライン２１内の捕捉された熱エネルギーの流量を制御する。膨張弁２４は、第１の熱エネルギー捕捉および発電ループに戻るフローライン２２内のＬＢＰ作動流体の流れを制御するために提供されている。電力は、送電幹線ケーブル５３を介して電力ユーザ３４０ｂに送達され、送達される電力の量は、メーター５３ｂによって絶えず監視および記録される（図１２）。
【0101】
本開示の別の実施形態の例は図１１に示され、単一のサイトからの捕捉された熱エネルギーを利用する熱エネルギー捕捉および発電と、幹線に沿った長距離輸送と、複数の分岐熱エネルギー送達輸送ラインを介した複数の熱エネルギーおよび電力ユーザへの送達と、をともなう３閉ループシステム４００に関する。３閉ループシステム４００は、図１および２に示す熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０と同様に、ＬＢＰ作動流体を循環している第１の閉ループ配管インフラストラクチャをともなう選択された熱エネルギー源から熱エネルギーを捕捉するように構成され得る熱エネルギー捕捉および発電モジュールである第１のモジュール４１０を備える。捕捉された熱エネルギーは、第１のモジュール４１０から第２のモジュール４２５に伝達され、第２のモジュール４２５は、ＬＢＰ作動流体を循環させている第２の閉ループ配管インフラストラクチャを備える長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線輸送モジュールである。捕捉された熱エネルギーは、ＬＢＰ作動流体の気相において長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール４２５に沿って輸送され、分岐熱エネルギー送達輸送モジュール４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、４２５ｄ、４２５ｅ、４２５ｆ、および４２５ｇによって、それぞれ８人のユーザ「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、「ｅ」、「ｆ」、および「ｇ」に送達される（図１３）。ＬＢＰ作動流体を循環させている第３の閉ループ配管インフラストラクチャが、各分岐熱エネルギー送達輸送モジュール４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、４２５ｄ、４２５ｅ、４２５ｆ、および４２５ｇを、熱エネルギーおよび電力送達モジュール４３５ａ、４３５ｂ、４３５ｃ、４３５ｄ、４３５ｅ、４３５ｆ、および４３５ｇと相互接続させる。熱エネルギーおよび電力送達モジュール４３５ａ～４３５ｇの各々は、図１および２に示す熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０と同様に構成することができる。統合システムおよびメーターのネットワークは、以下を監視および記録するために提供され得る：（ｉ）選択された熱エネルギー源から第１のモジュール４１０によって捕捉された熱エネルギーの量、（ｉｉ）第１のモジュール４１０による発電に使用される捕捉された熱エネルギーの量、（ｉｉｉ）第１のモジュール４１０から長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール４２５に伝達される捕捉された熱エネルギーおよび電力の量、（ｉｖ）長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール４２５から分岐熱エネル送達輸送モジュール４２５ａ～４２５ｇの各々に送出された捕捉された熱エネルギーおよび電力の量、（ｖ）分岐熱エネルギー送達輸送モジュール４２５ａ～４２５ｇの各々から、熱エネルギー送達モジュール４３５ａ～４３５ｇを介してユーザ「ａ」～「ｇ」に送出された、補足された熱エネルギーおよび電力の量。
【0102】
図１４および図１５に示す本開示の実施形態の別の例は、以下をともなうシステム５００に関する。（ｉ）複数の熱エネルギー源のサイトから捕捉された熱エネルギーを利用する熱エネルギー捕捉および発電、（ｉｉ）複数の熱エネルギー源のサイトの各々から長距離幹線への捕捉された熱エネルギーの伝達による、捕捉熱エネルギーおよびそれに沿った電力の長距離輸送、（ｉｉｉ）捕捉された熱エネルギーおよび電力の、複数の分岐熱エネルギー伝達輸送ラインを介した複数の熱エネルギーおよび電力ユーザへの送達。図１４で使用されている記号のキーを図１５に示す。
【0103】
図１４に示すシステム５００は、それぞれ、分岐捕捉熱エネルギーおよび電力輸送ライン５２５ａ、５２５ｂ、５２５ｃ、および５２５ｄによって、主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５と相互接続された４つの地理的に離間された熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、および５１０ｄを備える。システム５００はまた、輸送ライン５０４ａによって熱送達サイト５４０ｂに輸送される太陽熱源５５４からの捕捉された熱エネルギー５０４の入力を含む。
【0104】
第１の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ａ（図１４）は、図１および図２に示すループ１１１と同様に構成された熱エネルギー捕捉および発電ループを備え、熱エネルギー捕捉および発電ループは、地熱熱源５５１と連通しており、そこから廃熱を捕捉し、捕捉された廃熱エネルギーの一部で電力５５５を生成する。第１の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ａは、地熱ストレージ５６１（後でより詳細に説明する）をさらに備える。残りの捕捉熱エネルギーおよびそこから生成された電力は、分岐捕捉熱エネルギー輸送ライン５２５ａによって、主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。逆に、補足電力は、輸送ライン５１５ａを介してモジュール５１０ａに供給され得る。
【0105】
廃熱源５０２（図１４）から捕捉された熱エネルギーは、図１および図２に示すループ１１１と同様に構成された分岐捕捉熱エネルギー輸送ライン５０２ａによって、主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に搬送される。
【0106】
第２の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ｂ（図１４）は、図１および図２に示すループ１１１と同様に構成された熱エネルギー捕捉および発電ループを備え、しかし、熱エネルギー捕捉および発電ループは、廃熱エネルギー源５５２と連通しており、そこから廃熱を捕捉し、捕捉された廃熱エネルギーの一部で電力５５５を生成する。残りの捕捉熱エネルギーおよびそこから生成された電力は、分岐捕捉熱エネルギー輸送ライン５２５ｂによって、主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。第２の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ｂは、燃料燃焼ボイラー５５３をさらに備え、燃料燃焼ボイラー５５３からも廃熱エネルギーが捕捉され、分岐捕捉熱エネルギー輸送ライン５２５ｂによって長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。
【0107】
第３の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ｃ（図１４）は、図１および図２に示すループ１１１と同様に構成された熱エネルギー捕捉および発電ループを備え、熱エネルギー捕捉および発電ループは、地熱熱源５５１と連通しており、そこから廃熱を捕捉し、捕捉された廃熱エネルギーの一部で電力５５５を生成する。残りの捕捉熱エネルギーおよびそこから生成された電力は、分岐捕捉熱エネルギー輸送ライン５２５ｃによって、主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。逆に、補足電力は、輸送ライン５２５ａを介してモジュール５１０ｃに供給され得る。
【0108】
第４の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ｄ（図１４）は、図１および図２に示すループ１１１と同様に構成された熱エネルギー捕捉および発電ループを備え、熱エネルギー捕捉および発電ループは、（ｉ）太陽熱源５５４と通通しており、そこから廃熱を捕捉し、（ｉｉ）ＰＶソーラー発電装置５５８と連通している。太陽熱源５５４からの捕捉された熱エネルギーおよびＰＶソーラー発電装置５５８から生成された電力は、分岐捕捉熱エネルギー輸送ライン５２５ｄによって主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。第４の熱エネルギー捕捉および発電モジュール５１０ｄは、地熱ストレージ５６１（後でより詳細に説明する）と、電力ストレージモジュール５６２と、をさらに備える。
【0109】
図１４に示すシステム５００は、電力を生成するための１つ以上の風力タービン５０６ａをさらに備え得、電力は、電力送出ケーブル５０６ａａによって、主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。システム５００はまた、太陽光を電気に変換するＰＶソーラー発電設備５０６ｂを含み得、電気は、送電ケーブル５０６ｂｂによって、主要長距離捕捉熱エネルギーおよび電力送出幹線輸送モジュール５２５に伝達される。
【0110】
図１４に示すシステム５００は、８つの熱エネルギーおよび電力送達位置５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ、５４０ｄ、５４０ｅ、５４０ｆ、５４０ｇ、および５４０ｈを有する。熱エネルギーおよび電力送達場所５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ、５４０ｄ、５４０ｅ、５４０ｆ、５４０ｇ、５４０ｈの各々は、分岐熱エネルギーおよび電力送達モジュール５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、５３５ｄ、５３５ｅ、５３５ｆ、５３５ｇ、５３５ｈによって、主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュール５２５と相互接続されている。分岐熱エネルギーおよび電力送達モジュール５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、５３５ｄ、５３５ｅ、５３５ｆ、５３５ｇ、５３５ｈの各々は、主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュール５２５を熱エネルギーおよび電力送達場所５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ、５４０ｄ、５４０ｅ、５４０ｆ、５４０ｇ、５４０ｈと相互接続させる、図１および図２に示す第３の閉ループ１３６と同様に構成されたＬＢＰ作動流体を循環させる閉ループ配管インフラストラクチャを備える。
【0111】
熱エネルギー供給場所５４０ｂ（図１４）はさらに、日中のエネルギー貯蔵システムを加熱するための太陽熱収集システムを有する太陽熱発電設備５０４によって捕捉された熱エネルギーおよび太陽エネルギーを受容し、ついで貯蔵システムからの熱を使用して電力を生成する。熱エネルギー供給場所５４０ｂは、輸送ライン５０４ａによって太陽熱発電設備５０４に相互接続されている。
【0112】
システム５００（図１４）はまた、独立型電力貯蔵モジュール５１５ａを備え、かつそれと相互接続することができ、他のモジュール、例えばモジュール５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、５０６ａで生成された過剰電力を貯蔵することができ、電力ユーザ５４０ａ～５４０ｈのうちの１人１人または全員からの電力需要が大幅に増加する期間中に引き出される。独立型電力貯蔵設備の好適な例には、ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ Ｌｔｄ（Ａｉｃｈｉ Ｐｒｅｆｅｃｔｕｒｅ，Ｊａｐａｎ）から入手可能なコンテナ化ナトリウム硫黄（ＮａＳ）バッテリーユニット、ＮａｎｔＥｎｅｒｇｙ Ｉｎｃ．（Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅ，ＡＺ，ＵＳＡ）から入手可能な充電式空気亜鉛電池の複数の１０セルモジュールで構成されるモジュラーシステム、Ｔｅｓｌａ Ｉｎｃ．（Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，ＣＡ，ＵＳＡ）から入手可能なリチウムベースのパワーパックシステムなどが含まれる。
【0113】
システム５００（図１４）はまた、閉ループ配管インフラストラクチャ５１５ｂｂによって蓄熱モジュール５１５ｂと相互接続され得、そこでは、主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュール５２５内を循環し得る過剰捕捉熱エネルギーの送達および貯蔵のために、相変化の有無にかかわらず、ＬＢＰ作動流体または水、熱油、グリコール溶液、ガスなどの物質を循環させており、ついで、貯蔵された捕捉熱エネルギーを、必要に応じて、主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュール５２５に伝達して戻す。蓄熱モジュール５１５ｂの好適な例は、結晶質岩（例えば、花崗岩）の浅い地下層、地表近くの心土、淡水帯水層、水域、貯蔵タンクなどであり得る。地下貯蔵のために、複数の近接した穴を２ｍ～２０ｍ以上の範囲の深さまで開けることができ、そこに作動流体を流しているチューブの１つ、あるいは熱伝導性の金属棒を挿入する。１人以上の熱エネルギーユーザ５４０ａ～５４０ｈによってシステム５００に熱エネルギー需要が課せられると、余剰の捕捉された熱エネルギーが回収され得る。好適な地下地熱ヒートシンク貯蔵モジュール５６１の別の例には、例えば、長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュールおよび地下水域、あるいはその代わりに帯水層と連通している閉ループ配管インフラストラクチャが含まれる。配管インフラ内を循環する作動流体は、過剰捕捉熱エネルギーを主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュール５２５から蓄熱モジュール５６１に伝達し、その後、貯蔵された熱エネルギーを蓄熱モジュール５６１から主要な長距離捕捉熱エネルギーおよび電力搬送幹線輸送モジュール５２５まで回収して戻すことができる。
【0114】
以下の実施例は、本明細書に開示されるより十分に多様な実施形態に提供され、いかなる方法においても本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【0115】
実施例１：本開示の実施形態による３閉ループ循環システムの熱力学的モデリング
熱力学的モデリングは、０℃の周囲温度で動作する図１および１４に示す３ループ閉ループ循環システムに対して実行され、工学熱力学の観点から本明細書に開示される閉ループ循環システムの機能性および作業性を実証した。
熱力学的モデリングは、０℃の周囲温度で動作する図１および１４に示す３ループ閉ループ循環システムに対して実行され、工学熱力学の観点から本明細書に開示される閉ループ循環システムの機能性および作業性を実証した。
【0116】
本明細書に概説するような単純化された熱力学モデルを利用した。熱力学モデルのいくつかの重要な要素は次のとおりである。
１．本開示の様々な実施形態に開示されるように、ＬＢＰ作動流体を循環させる３つの閉ループ。
第１のループは、図１および１６に示すように構成された熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１であり、ポンプ１４と、ボイラー（または気化器または蒸発器）として機能する熱交換器１０と、電力を生成するための機械的エネルギーを捕捉する発生器１２と結合された膨張器１１と、凝縮器として機能する熱交換器１３と、を有する単純なランキンサイクルを備える。ＬＢＰ流体がループ１１１内を循環し、この実施形態の熱力学的実現可能性を実証するように構成されているので、第１のループ１１１は、単純化された有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムと見なし得る。当技術分野の当業者は、再加熱サイクル、再生サイクル、再加熱および再生サイクルの組み合わせなどの他の構成および機器を選択して、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化することができることを理解するであろう。例えば、膨張器１１は、図１および１６に示すようなタービン、あるいは、スクロール、またはスクリュー、または回転ベーン、または当技術分野の当業者にとって既知の別のタイプの好適な膨張器で置き換えることができる。また、他のタイプの技術が、ランキンサイクルおよび有機ランキンサイクル技術の代わりに使用されてもよい。例えば、カリナサイクル技術、スターリングエンジンサイクル技術、または吸収サイクル技術などを代用することができる。
第２のループは、図１および１６に示すように構成された長距離熱エネルギー輸送ループ１２６であり、圧縮器２３、凝縮器として機能する熱交換器３２、膨張弁２４、および単純化されたヒートポンプサイクルと同様の工学熱力学的特性をともなう蒸発器として機能する熱交換器１３を備える。当技術分野の当業者は、カスケード技術、または多段圧縮技術、または吸収技術などの他の構成および機器を選択することで、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化し得ることを理解するであろう。
第３のループは、図１および１６に示すように構成された熱エネルギー送達ループ１３６であり、圧縮器３３、凝縮器として機能する熱交換器３４、膨張弁３５、および単純化されたヒートポンプサイクルと同様の工学熱力学的特性をともなう蒸発器として機能する熱交換器３２を備える。当技術分野の当業者は、カスケード技術、または多段圧縮技術、または吸収技術などの他の構成および機器を選択することで、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化し得ることを理解するであろう。
２．捕捉された熱エネルギーは、以下のように３つの閉ループ間で伝達される。
熱エネルギー源から捕捉された熱エネルギーは、図１および１６に示すように、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１に送達され、熱交換器１０に送達され、そこでは、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内の高圧ＬＢＰ作動流体が、蒸発（沸騰）して高圧蒸気になり、これが蒸発器１１を駆動し、次に、発生器１２を駆動して電力を生成する。熱交換器１０は、熱エネルギーが中で交換される容器であってもよく、あるいは、循環流体を気化させる熱交換器が、坑井などの外部熱エネルギー源に、または近くの熱源などに延在するフローラインからなる構成であってよい。
図１および１６に示すように、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１および長距離輸送ループ１２６は、以下として機能する熱交換器１３を介して接続される：（ｉ）熱エネルギー捕捉および発電ループ側１１１の凝縮器、（ｉｉ）搬送ループ側１２６の蒸発器であって、これによって、低圧蒸気は熱エネルギー捕捉および発電側１１１で凝縮され、送達モジュールから戻っている長距離搬送ループ側１２６の液体は蒸発する。蒸気の凝縮は、熱交換器１３を介して伝達される熱エネルギーを放出し、液体を蒸発させて、長距離輸送モジュール１２５を介して送達モジュール１３５から熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０に戻し、その後、蒸気は送達モジュールに戻される。
図１および図１６に示すように、長距離輸送ループ１２６および送達ループ１３６は、輸送ループ側１２６の凝縮器および送達ループ側１３６の蒸発器として機能する熱交換器３２を介して接続されており、これによって、蒸気は輸送ループ側１２６で凝縮され、送達ループ側１３６の液体は蒸発する。蒸気の凝縮は、熱交換器３２を介して伝達される熱エネルギーを放出して、送達ループ側１３６で低圧液体を蒸発させ、その後、輸送ループ側１２６の液体は、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０に戻される。
捕捉された熱エネルギーは、図１および１６に示すように、熱交換器３４を介して送達ループ１３６から熱ユーザサイト１４０ｂに送達され、それによって、送達ループ１３６内の蒸気が凝縮され、それによって、熱ユーザサイト１４０ｂで使用するための熱エネルギーを放出する。熱交換器３４は、例えば、空中ファン駆動加熱コイルまたは温水ヒータまたは循環温水または蒸気を加熱するボイラーであり得るが、必ずしもそれらに限定されない。
３．モデルの動作パラメータ
（ａ）図１６の概略フローチャートおよび図１８の表は、熱力学的モデルの動作パラメータをまとめたものである。状態点の位置を図１６に示し、モデルで使用した値を図１８の表に示す。状態点は、以下の通りである。
（ｉ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１およびポンプ１４、第１の熱交換器１０、タービン１１、ならびに第２の熱交換器１３に対して、それぞれ、１、２、３、４。
（ｉｉ）第２の長距離搬送ループ１２６および圧縮器２３、第３の熱交換器３２、膨張弁２４、ならびに第２の熱交換器１３に対して、それぞれ、５、６、７、８、９、１０。
（ｉｉｉ）第３の熱エネルギー送達ループ１３６および圧縮器３３、第４の熱交換器３４、膨張弁３５、ならびに第３の熱交換器３２に対して、それぞれ、１１、１２、１３、１４。
（ｂ）このモデルで使用される各状態点の各々の圧力、温度、エンタルピー、およびエントロピーの値、ループ１１１の場合の１、２、３、４、ループ１２６の場合の５、６、７、８、９、１０、ループ１３６の場合の１１、１２、１３、１４は、図１８の表の基本モデルに対して、以下の各々の入口および出口の値を参照して要約されている：（ｉ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１のそれぞれポンプ１４、第１熱交換器１０、タービン１１、および第２の熱交換器１３、（ｉｉ）第２の長距離輸送ループ１２６のそれぞれ圧縮器２３、第３の熱交換器３２、膨張弁２４、および第２の熱交換器１３、（ｉｉｉ）第３の熱エネルギー送達ループ１３６のそれぞれ圧縮器３３、第４の熱交換器３４、膨張弁３５、および第３の熱交換器３２。
（ｃ）ベースモデルでは、第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１には８０℃のソース温度および０℃の出口温度を使用し、第２の長距離輸送ループ１２６には０℃の入口温度および２０℃の出口温度を使用し、第３の熱エネルギー伝達ループには２０℃の入口温度および６０℃の出口温度を使用した。このモデルでは、０℃の温度が周囲輸送温度として考慮されたことに留意されたい。
（ｄ）このモデルに使用された値は、単純化され、理想化されたものであり、（ｉ）ポンプ、圧縮器、および蒸発器の効率は１００％とし、（ｉｉ）熱交換器間の温度差は含まれておらず、（ｉｉｉ）長距離輸送ラインに含まれるシステムの外部での熱損失または熱利得は含まれておらず、（ｉｖ）長距離フローライン圧縮機およびポンプ２５、２６の電力要件は含まれていない。当技術分野の当業者は、実際の機器の効率が８７～９３％の範囲にあり、熱エネルギー伝達を発生させるための熱交換器には温度差があり、システムの外部からの熱の損失または利得があることを理解するであろう。一方で、実際の構成は最適化を含み、したがって、この単純化されたモデルは、本開示の様々な実施形態の工学熱力学を説明するのに十分である。
（ｅ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１、第２の長距離輸送ループ１２６、および第３の熱エネルギー送達ループ１３６のために選択されたＬＢＰ作動流体は、それぞれ、アンモニア、エタン、およびジフルオロメタンＲー３２であった。しかしながら、好適な熱力学的および物理的特性を有し、かつ本明細書に開示される３つのループ１１１、１２６、１３６の各々においてＬＢＰ作動流体として使用するために選択され得る多数の他のＬＢＰ作動流体が存在することに留意されたい。例えば、いくつかの好適なＬＢＰ流体には、ＣＯ２、クロロジフルオロメタンＲー２２、ジクロロジフルオロメタンＲー１２、プロパン、プロペン、プロピレンなどが含まれる（図１９、２０、２１）。
（ｆ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内を循環するアンモニア作動流体のエンタルピーおよびエントロピー状態点は、それぞれ、図２２Ａおよび２２Ｂに示されている。第２の長距離輸送ループ１２６内を循環するエタン作動流体のエンタルピーおよびエントロピー状態点は、それぞれ、図２３Ａおよび２３Ｂに示されている。第３の熱エネルギー送達ループ１３６内を循環するジフルオロメタン作動流体のエンタルピーおよびエントロピー状態点は、それぞれ、図２４Ａおよび２４Ｂに示されている。
４．エネルギーバランスの計算およびいくつかの重要な観察
（ａ）図１６に列挙された動作パラメータを使用して、８０℃熱エネルギー源のベースエネルギーバランスモデルに加えて、図２３の表に示すように、６０℃、１００℃、１２０℃、および１４０℃の温度を有する熱エネルギー源のために、エネルギーバランスをモデル化した。すべてのモデルケースは、１ｋｇ／ｓの熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１循環速度に基づいており、熱交換器１０の出口温度は、熱エネルギー源温度と同じであった。エネルギーバランスは、３つのループ１１１、１２６、１３６の各々の内部、およびループ１１１～１２６と１２６～１３６との間の両方でモデル化した。また、このモデルで以下を計算した。
（ｉ）ループ１１１の各要素１４、１０、１１、１２、１３、ループ１２６の各要素２３、３２、２４、１３、およびループ１３６の各要素３３、３４、３５、３２の入口および出口の値から、各要素のエンタルピー変化率。
（ｉｉ）ループ１１１～１２６と１２６～１３６との間で伝達されるエネルギー。
（ｉｉｉ）生成された電力量。
（ｉｖ）使用された電力量。
（ｖ）電力の不足または余剰、およびユーザに送達される熱エネルギーの量。
（ｂ）図２５の表に示すように、熱源の温度を上げると、熱エネルギーから抽出されて発電する機械的エネルギーの割合が増加した。熱力学の第２の法則の１つの結果は、熱機関によって発電させるための機械的エネルギーに変換可能な熱エネルギーの割合が、シンク温度（ＴＬ）と比較して、より高いソース温度（ＴＨ）に対してより高いことである。よって、このシステムには独自の要件に応じて発電する能力があり、熱源の温度が上昇するにつれて余剰電力が増加したことは明らかである。
（ｃ）生成された電力量、使用された電力量、不足または余剰、およびシステム１００（図１６）によって生成された電力要件の割合を図２６に要約する。このモデルに基づいて、図１４に示すシステム１００は、１００℃を超える熱源温度で、独自の要件を満たすのに十分な電力を生成し始めた。しかし、低い熱源温度、すなわち、それぞれ６０℃および８０℃でも、システム１００は依然としてその電力要件の６２％および８１％を提供した。このような状況では、図５に示すように燃料ヒータボイラーを使用するか、図１０に示すように網から電力を購入するか、または図４に示すように熱源温度を上げるなどの選択肢を組み込むことで、図５に示すように、システム１００が電力において自給式であるレベルまで電力不足を補うことができる。図８、９、および１０に示すように、網または他のソースから補足電力を取得することもひとつの選択肢である。
（ｄ）当技術分野の当業者は、本開示の実施形態および関連する機会が、例えば、以下を含む工学的基礎に基づいていることを理解するであろう。
（ｉｉｉ）ほとんどの工学的熱力学的方法およびプロセスは、通常「燃焼および回転」戦略と呼ばれるものに基づいており、それによって、燃料を燃焼させて熱エネルギーを生成し、生成された熱エネルギーを可能な限り多く使用して、機械的エネルギーを生成し、機械的エネルギーの生産のために捕捉されなかったものを処理する。このような「燃焼および回転」戦略の例には、石炭を燃焼させて高圧蒸気を生成し、高圧蒸気をタービンに流して発電するための機械的エネルギーを生成し、低圧蒸気を凝縮して水を生成し、それによって、熱を冷却池または他のヒートシンクに排出し、ついで再加熱のために水をポンプでボイラーに戻す。このような戦略に基づいて、１１％の効率のシステムを設計する（たとえば、８０℃のソース温度の場合の図１６の表に示されている熱バランスモデリングにしたがって熱エネルギーの１１％が機械エネルギーに変換される）と、エネルギーの８９％が排出される（つまり、処分される、無駄になる）ので、不合理である。
（ｉｉ）しかしながら、本明細書に開示されるシステムは、効率がわずか１０％程度であることについてあまり関わりがない。本明細書に開示されるシステムは、発電によってシステムを動作させるために必要または利用可能な熱エネルギーを回収し、さらに電力を購入または余剰電力を販売し、ついで、残った熱エネルギーを、生成された電力を使用する熱エネルギーユーザに送って（それに加えて、必要に応じて電力または熱エネルギーの補充）、輸送および送達ループに電力供給することができる。
（ｉｉｉ）熱力学の第２法則の結果は、可逆熱機関の理論上の可逆効率（機械的エネルギーに変換された熱エネルギーの量）は、ヒートシンク温度に対する熱源温度の比の関数（ηｔｈ，ｒｅｖ＝１ーＴＬ／ＴＨ、ｉｎｏＫ）である。８０℃の熱源温度および約１５℃の周囲（ヒートシンク）温度の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．１８４（１ー２８８／３５３）であるが、０℃のシンク熱の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．２２７（１ー２７３／３５３）。それぞれ、６０℃の源温度の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．１３５であり、シンク温度１５℃および０℃の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．１８０である。よって、本開示の実施形態の一態様は、シンク温度（ＴＬ）が周囲温度よりも低く、それによって、電力を生成するための高価値の機械的エネルギーを生成するためにより多くの源熱エネルギーを利用できるようにすることである。
（ｅ）本開示の実施形態の別の態様および関連する機会は、これらのシステムが、すべての熱エネルギーを１つの供給源から捕捉することを必要としないことである。図４、５、８、９、１０に示すように、本明細書に開示されるシステムは、複数のソースから、および複数のソースの組み合わせから、熱および電力エネルギーにアクセスすることができる。例えば、ソース温度が、このモデルに基づいて、必要な電力の８１％しか生成しない８０℃である場合、燃料燃焼ヒータボイラーを利用して、ソース温度を、１００℃の損益分岐点まで補充することができる。よって、システムは電力要件を自給自足することになり、捕捉された熱エネルギーを補充するために一部の補助燃料が使用され、追加の電力を生成するために必要な補充燃料からのエネルギーの多くは、圧縮器およびポンプによって使用される熱エネルギーが熱エネルギーとして循環ＬＢＰ流体のエネルギーに伝達されるので、最終的には電力エネルギーとしてユーザに送達されることになる。
１．本開示の様々な実施形態に開示されるように、ＬＢＰ作動流体を循環させる３つの閉ループ。
第１のループは、図１および１６に示すように構成された熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１であり、ポンプ１４と、ボイラー（または気化器または蒸発器）として機能する熱交換器１０と、電力を生成するための機械的エネルギーを捕捉する発生器１２と結合された膨張器１１と、凝縮器として機能する熱交換器１３と、を有する単純なランキンサイクルを備える。ＬＢＰ流体がループ１１１内を循環し、この実施形態の熱力学的実現可能性を実証するように構成されているので、第１のループ１１１は、単純化された有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムと見なし得る。当技術分野の当業者は、再加熱サイクル、再生サイクル、再加熱および再生サイクルの組み合わせなどの他の構成および機器を選択して、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化することができることを理解するであろう。例えば、膨張器１１は、図１および１６に示すようなタービン、あるいは、スクロール、またはスクリュー、または回転ベーン、または当技術分野の当業者にとって既知の別のタイプの好適な膨張器で置き換えることができる。また、他のタイプの技術が、ランキンサイクルおよび有機ランキンサイクル技術の代わりに使用されてもよい。例えば、カリナサイクル技術、スターリングエンジンサイクル技術、または吸収サイクル技術などを代用することができる。
第２のループは、図１および１６に示すように構成された長距離熱エネルギー輸送ループ１２６であり、圧縮器２３、凝縮器として機能する熱交換器３２、膨張弁２４、および単純化されたヒートポンプサイクルと同様の工学熱力学的特性をともなう蒸発器として機能する熱交換器１３を備える。当技術分野の当業者は、カスケード技術、または多段圧縮技術、または吸収技術などの他の構成および機器を選択することで、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化し得ることを理解するであろう。
第３のループは、図１および１６に示すように構成された熱エネルギー送達ループ１３６であり、圧縮器３３、凝縮器として機能する熱交換器３４、膨張弁３５、および単純化されたヒートポンプサイクルと同様の工学熱力学的特性をともなう蒸発器として機能する熱交換器３２を備える。当技術分野の当業者は、カスケード技術、または多段圧縮技術、または吸収技術などの他の構成および機器を選択することで、特定の状況および／または動作条件および／または最適化の目標に対して、本明細書に開示されるシステムを適合および最適化し得ることを理解するであろう。
２．捕捉された熱エネルギーは、以下のように３つの閉ループ間で伝達される。
熱エネルギー源から捕捉された熱エネルギーは、図１および１６に示すように、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１に送達され、熱交換器１０に送達され、そこでは、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内の高圧ＬＢＰ作動流体が、蒸発（沸騰）して高圧蒸気になり、これが蒸発器１１を駆動し、次に、発生器１２を駆動して電力を生成する。熱交換器１０は、熱エネルギーが中で交換される容器であってもよく、あるいは、循環流体を気化させる熱交換器が、坑井などの外部熱エネルギー源に、または近くの熱源などに延在するフローラインからなる構成であってよい。
図１および１６に示すように、熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１および長距離輸送ループ１２６は、以下として機能する熱交換器１３を介して接続される：（ｉ）熱エネルギー捕捉および発電ループ側１１１の凝縮器、（ｉｉ）搬送ループ側１２６の蒸発器であって、これによって、低圧蒸気は熱エネルギー捕捉および発電側１１１で凝縮され、送達モジュールから戻っている長距離搬送ループ側１２６の液体は蒸発する。蒸気の凝縮は、熱交換器１３を介して伝達される熱エネルギーを放出し、液体を蒸発させて、長距離輸送モジュール１２５を介して送達モジュール１３５から熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０に戻し、その後、蒸気は送達モジュールに戻される。
図１および図１６に示すように、長距離輸送ループ１２６および送達ループ１３６は、輸送ループ側１２６の凝縮器および送達ループ側１３６の蒸発器として機能する熱交換器３２を介して接続されており、これによって、蒸気は輸送ループ側１２６で凝縮され、送達ループ側１３６の液体は蒸発する。蒸気の凝縮は、熱交換器３２を介して伝達される熱エネルギーを放出して、送達ループ側１３６で低圧液体を蒸発させ、その後、輸送ループ側１２６の液体は、熱エネルギー捕捉および発電モジュール１１０に戻される。
捕捉された熱エネルギーは、図１および１６に示すように、熱交換器３４を介して送達ループ１３６から熱ユーザサイト１４０ｂに送達され、それによって、送達ループ１３６内の蒸気が凝縮され、それによって、熱ユーザサイト１４０ｂで使用するための熱エネルギーを放出する。熱交換器３４は、例えば、空中ファン駆動加熱コイルまたは温水ヒータまたは循環温水または蒸気を加熱するボイラーであり得るが、必ずしもそれらに限定されない。
３．モデルの動作パラメータ
（ａ）図１６の概略フローチャートおよび図１８の表は、熱力学的モデルの動作パラメータをまとめたものである。状態点の位置を図１６に示し、モデルで使用した値を図１８の表に示す。状態点は、以下の通りである。
（ｉ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１およびポンプ１４、第１の熱交換器１０、タービン１１、ならびに第２の熱交換器１３に対して、それぞれ、１、２、３、４。
（ｉｉ）第２の長距離搬送ループ１２６および圧縮器２３、第３の熱交換器３２、膨張弁２４、ならびに第２の熱交換器１３に対して、それぞれ、５、６、７、８、９、１０。
（ｉｉｉ）第３の熱エネルギー送達ループ１３６および圧縮器３３、第４の熱交換器３４、膨張弁３５、ならびに第３の熱交換器３２に対して、それぞれ、１１、１２、１３、１４。
（ｂ）このモデルで使用される各状態点の各々の圧力、温度、エンタルピー、およびエントロピーの値、ループ１１１の場合の１、２、３、４、ループ１２６の場合の５、６、７、８、９、１０、ループ１３６の場合の１１、１２、１３、１４は、図１８の表の基本モデルに対して、以下の各々の入口および出口の値を参照して要約されている：（ｉ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１のそれぞれポンプ１４、第１熱交換器１０、タービン１１、および第２の熱交換器１３、（ｉｉ）第２の長距離輸送ループ１２６のそれぞれ圧縮器２３、第３の熱交換器３２、膨張弁２４、および第２の熱交換器１３、（ｉｉｉ）第３の熱エネルギー送達ループ１３６のそれぞれ圧縮器３３、第４の熱交換器３４、膨張弁３５、および第３の熱交換器３２。
（ｃ）ベースモデルでは、第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１には８０℃のソース温度および０℃の出口温度を使用し、第２の長距離輸送ループ１２６には０℃の入口温度および２０℃の出口温度を使用し、第３の熱エネルギー伝達ループには２０℃の入口温度および６０℃の出口温度を使用した。このモデルでは、０℃の温度が周囲輸送温度として考慮されたことに留意されたい。
（ｄ）このモデルに使用された値は、単純化され、理想化されたものであり、（ｉ）ポンプ、圧縮器、および蒸発器の効率は１００％とし、（ｉｉ）熱交換器間の温度差は含まれておらず、（ｉｉｉ）長距離輸送ラインに含まれるシステムの外部での熱損失または熱利得は含まれておらず、（ｉｖ）長距離フローライン圧縮機およびポンプ２５、２６の電力要件は含まれていない。当技術分野の当業者は、実際の機器の効率が８７～９３％の範囲にあり、熱エネルギー伝達を発生させるための熱交換器には温度差があり、システムの外部からの熱の損失または利得があることを理解するであろう。一方で、実際の構成は最適化を含み、したがって、この単純化されたモデルは、本開示の様々な実施形態の工学熱力学を説明するのに十分である。
（ｅ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１、第２の長距離輸送ループ１２６、および第３の熱エネルギー送達ループ１３６のために選択されたＬＢＰ作動流体は、それぞれ、アンモニア、エタン、およびジフルオロメタンＲー３２であった。しかしながら、好適な熱力学的および物理的特性を有し、かつ本明細書に開示される３つのループ１１１、１２６、１３６の各々においてＬＢＰ作動流体として使用するために選択され得る多数の他のＬＢＰ作動流体が存在することに留意されたい。例えば、いくつかの好適なＬＢＰ流体には、ＣＯ２、クロロジフルオロメタンＲー２２、ジクロロジフルオロメタンＲー１２、プロパン、プロペン、プロピレンなどが含まれる（図１９、２０、２１）。
（ｆ）第１の熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１内を循環するアンモニア作動流体のエンタルピーおよびエントロピー状態点は、それぞれ、図２２Ａおよび２２Ｂに示されている。第２の長距離輸送ループ１２６内を循環するエタン作動流体のエンタルピーおよびエントロピー状態点は、それぞれ、図２３Ａおよび２３Ｂに示されている。第３の熱エネルギー送達ループ１３６内を循環するジフルオロメタン作動流体のエンタルピーおよびエントロピー状態点は、それぞれ、図２４Ａおよび２４Ｂに示されている。
４．エネルギーバランスの計算およびいくつかの重要な観察
（ａ）図１６に列挙された動作パラメータを使用して、８０℃熱エネルギー源のベースエネルギーバランスモデルに加えて、図２３の表に示すように、６０℃、１００℃、１２０℃、および１４０℃の温度を有する熱エネルギー源のために、エネルギーバランスをモデル化した。すべてのモデルケースは、１ｋｇ／ｓの熱エネルギー捕捉および発電ループ１１１循環速度に基づいており、熱交換器１０の出口温度は、熱エネルギー源温度と同じであった。エネルギーバランスは、３つのループ１１１、１２６、１３６の各々の内部、およびループ１１１～１２６と１２６～１３６との間の両方でモデル化した。また、このモデルで以下を計算した。
（ｉ）ループ１１１の各要素１４、１０、１１、１２、１３、ループ１２６の各要素２３、３２、２４、１３、およびループ１３６の各要素３３、３４、３５、３２の入口および出口の値から、各要素のエンタルピー変化率。
（ｉｉ）ループ１１１～１２６と１２６～１３６との間で伝達されるエネルギー。
（ｉｉｉ）生成された電力量。
（ｉｖ）使用された電力量。
（ｖ）電力の不足または余剰、およびユーザに送達される熱エネルギーの量。
（ｂ）図２５の表に示すように、熱源の温度を上げると、熱エネルギーから抽出されて発電する機械的エネルギーの割合が増加した。熱力学の第２の法則の１つの結果は、熱機関によって発電させるための機械的エネルギーに変換可能な熱エネルギーの割合が、シンク温度（ＴＬ）と比較して、より高いソース温度（ＴＨ）に対してより高いことである。よって、このシステムには独自の要件に応じて発電する能力があり、熱源の温度が上昇するにつれて余剰電力が増加したことは明らかである。
（ｃ）生成された電力量、使用された電力量、不足または余剰、およびシステム１００（図１６）によって生成された電力要件の割合を図２６に要約する。このモデルに基づいて、図１４に示すシステム１００は、１００℃を超える熱源温度で、独自の要件を満たすのに十分な電力を生成し始めた。しかし、低い熱源温度、すなわち、それぞれ６０℃および８０℃でも、システム１００は依然としてその電力要件の６２％および８１％を提供した。このような状況では、図５に示すように燃料ヒータボイラーを使用するか、図１０に示すように網から電力を購入するか、または図４に示すように熱源温度を上げるなどの選択肢を組み込むことで、図５に示すように、システム１００が電力において自給式であるレベルまで電力不足を補うことができる。図８、９、および１０に示すように、網または他のソースから補足電力を取得することもひとつの選択肢である。
（ｄ）当技術分野の当業者は、本開示の実施形態および関連する機会が、例えば、以下を含む工学的基礎に基づいていることを理解するであろう。
（ｉｉｉ）ほとんどの工学的熱力学的方法およびプロセスは、通常「燃焼および回転」戦略と呼ばれるものに基づいており、それによって、燃料を燃焼させて熱エネルギーを生成し、生成された熱エネルギーを可能な限り多く使用して、機械的エネルギーを生成し、機械的エネルギーの生産のために捕捉されなかったものを処理する。このような「燃焼および回転」戦略の例には、石炭を燃焼させて高圧蒸気を生成し、高圧蒸気をタービンに流して発電するための機械的エネルギーを生成し、低圧蒸気を凝縮して水を生成し、それによって、熱を冷却池または他のヒートシンクに排出し、ついで再加熱のために水をポンプでボイラーに戻す。このような戦略に基づいて、１１％の効率のシステムを設計する（たとえば、８０℃のソース温度の場合の図１６の表に示されている熱バランスモデリングにしたがって熱エネルギーの１１％が機械エネルギーに変換される）と、エネルギーの８９％が排出される（つまり、処分される、無駄になる）ので、不合理である。
（ｉｉ）しかしながら、本明細書に開示されるシステムは、効率がわずか１０％程度であることについてあまり関わりがない。本明細書に開示されるシステムは、発電によってシステムを動作させるために必要または利用可能な熱エネルギーを回収し、さらに電力を購入または余剰電力を販売し、ついで、残った熱エネルギーを、生成された電力を使用する熱エネルギーユーザに送って（それに加えて、必要に応じて電力または熱エネルギーの補充）、輸送および送達ループに電力供給することができる。
（ｉｉｉ）熱力学の第２法則の結果は、可逆熱機関の理論上の可逆効率（機械的エネルギーに変換された熱エネルギーの量）は、ヒートシンク温度に対する熱源温度の比の関数（ηｔｈ，ｒｅｖ＝１ーＴＬ／ＴＨ、ｉｎｏＫ）である。８０℃の熱源温度および約１５℃の周囲（ヒートシンク）温度の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．１８４（１ー２８８／３５３）であるが、０℃のシンク熱の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．２２７（１ー２７３／３５３）。それぞれ、６０℃の源温度の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．１３５であり、シンク温度１５℃および０℃の場合、ηｔｈ，ｒｅｖ＝０．１８０である。よって、本開示の実施形態の一態様は、シンク温度（ＴＬ）が周囲温度よりも低く、それによって、電力を生成するための高価値の機械的エネルギーを生成するためにより多くの源熱エネルギーを利用できるようにすることである。
（ｅ）本開示の実施形態の別の態様および関連する機会は、これらのシステムが、すべての熱エネルギーを１つの供給源から捕捉することを必要としないことである。図４、５、８、９、１０に示すように、本明細書に開示されるシステムは、複数のソースから、および複数のソースの組み合わせから、熱および電力エネルギーにアクセスすることができる。例えば、ソース温度が、このモデルに基づいて、必要な電力の８１％しか生成しない８０℃である場合、燃料燃焼ヒータボイラーを利用して、ソース温度を、１００℃の損益分岐点まで補充することができる。よって、システムは電力要件を自給自足することになり、捕捉された熱エネルギーを補充するために一部の補助燃料が使用され、追加の電力を生成するために必要な補充燃料からのエネルギーの多くは、圧縮器およびポンプによって使用される熱エネルギーが熱エネルギーとして循環ＬＢＰ流体のエネルギーに伝達されるので、最終的には電力エネルギーとしてユーザに送達されることになる。
【0117】
実施例２：３つの閉ループからなる構成をともなうシステムに基づく、本開示の実施形態による、独立型自給式長距離熱エネルギーおよび発電捕捉、分配、輸送、および貯蔵システムのモデリング
実施例２は、図１３に示すシステム４００から拡張された、独立型自給式長距離熱エネルギーおよび発電捕捉、分配、供給、および貯蔵システムのモデリングに関し、拡張された熱エネルギー捕捉および発電モジュールは、電力および熱エネルギーを複数のエネルギーユーザサイトに送達する。モデルのこの部分は、そのようなシステムの工学熱力学がどのように機能するかを示し、そのようなシステムが機能的で実行可能であることを示している。
実施例２は、図１３に示すシステム４００から拡張された、独立型自給式長距離熱エネルギーおよび発電捕捉、分配、供給、および貯蔵システムのモデリングに関し、拡張された熱エネルギー捕捉および発電モジュールは、電力および熱エネルギーを複数のエネルギーユーザサイトに送達する。モデルのこの部分は、そのようなシステムの工学熱力学がどのように機能するかを示し、そのようなシステムが機能的で実行可能であることを示している。
【0118】
熱エネルギー捕捉および発電ループ内のアンモニアの循環速度が１ｋｇ／ｓの場合、図２３の表に要約されている実施例１のモデリングの結果ならびに図２５の表に要約されている仮定および計算を参照すると、送達ループによって送達されるエネルギー量は１，４５６ｋＪ／ｓであり、これは、６２の住居に１住居あたり２３．４ｋＷ（８０，０００Ｂｔｕ／ｈｒ）の熱負荷を供給し得るエネルギー量である。６２の送達サイトの各々が、実施例１で概説した１つの送達モデルの１／６２の容量および電力要件を持つ送達モジュールを有するため、長距離輸送ループ圧縮器および熱エネルギー送達ループ圧縮機の電力要件は、それぞれ１．０および２．１ｋＷ（１．３および２．８ｈｐ）で、合計３．１ｋＷ（４．１ｈｐ）となる。実施例２のモデリング結果は、特に電力がシステムによって供給されるため、システムが住宅地に実行可能な電力要件を提供することを示している。同様に、低温の熱エネルギーの場所のための熱エネルギー捕捉および発電モジュールでの補充電力要件の量は、一住居当たり非常に少ないであろう。
【0119】
実施例１に開示されたモデルの結果に基づくと、１ｋｇ／秒のアンモニアの循環速度で捕捉される熱エネルギーの量は、モデル化された熱源温度の範囲に対して１，３７９～１，５３８ｋＷの範囲となる。第１の熱エネルギー捕捉および発電ループによって捕捉された熱エネルギーが低エンタルピー地熱エネルギー源からのものであり、それによって深部堆積帯水層の水が、熱エネルギー捕捉および発電ループの第１の熱交換器を通って坑井（複数可）から循環する場合、循環速度は４７４～２２６ｍ３／ｄ（すなわち、２，９８４～１，４１９ｂｂｌ／ｄ）に変化する。
【0120】
実施例１のモデルで計算すると、モデル化された温度範囲で生成される電力量は１１９～２７８ｋＷ（１６０～３７３ｈｐに相当）である。
【0121】
例１と同様に、これらの計算は、地熱水を循環させるためのフローラインブースターポンプや圧縮器などの機器および補助装置による電力使用量の計算を含まない単純化されたモデルに基づいている。簡略化されているが、モデルの結果は、本開示の実施形態で概説されているシステムが実行可能であることを確約し、実証している。
【0122】
実施例３：本開示の一実施形態による２閉ループ循環システムの熱力学的モデリング
熱力学的モデリングは、図４および１７に示す２ループ閉ループ循環システムに対して実行され、１５℃の周囲温度で動作した。
熱力学的モデリングは、図４および１７に示す２ループ閉ループ循環システムに対して実行され、１５℃の周囲温度で動作した。
【0123】
実施例１で説明した簡略化された３ループ熱力学モデルは、２ループ閉ループシステムをモデル化するように変更した。図１７に示すように、２ループ閉ループシステム３００は、第３の送達ループを含んでいなかった。図４および１６に示すように、熱交換器３４を介して送達ループ１３６からユーザに熱エネルギーが送達され、それによって送達ループ蒸気が凝縮され、それによってユーザが使用するための熱エネルギーを放出する代わりに、図１２および１７に示すように、熱エネルギーが熱交換器３３７を介して搬送ループ１２６から直接ユーザに送達され、それによって、搬送ループ蒸気が凝縮され、ユーザが使用するための熱エネルギーを直接放出した。
【0124】
周囲の輸送温度が高いほど、２ループ閉ループシステムが優先され、周囲の輸送温度が低いほど、周囲条件と熱エネルギーユーザとの温度差が大きい３つループ閉システムが優先されることに留意されたい。
【0125】
２ループモデルで使用される動作パラメータを図２８の表に示す。これは、例１（図１８）で使用されているものと同様である。実施例３のエネルギーバランスの結果は、実施例１の場合と同様の方法で、図２９および図３０Ａ、３０Ｂの表に要約されている（図２５、２６Ａ、２６Ｂを参照）。
【0126】
シンク温度がより高いため、熱エネルギー捕捉および発電ループでの発電に利用可能な機械的エネルギーの量は少なくなった。ただし、温度上昇が少ないため、送達サイトでユーザに熱エネルギーを送達するために必要な電力量は少なく、このモデルの場合、大幅に相殺された。
【0127】
実施例４：２つの閉ループからなる構成をともなうシステムに基づく、本開示の実施形態による、独立型自給式長距離熱エネルギーおよび発電捕捉、分配、輸送、および貯蔵システムのモデリング。
実施例４は、図１３に示すように構成された独立型自給式長距離熱エネルギーおよび発電捕捉、分配、送達、および貯蔵システムのモデルであり、それによって熱エネルギー捕捉および発電モジュールは、１５℃の周囲温度で動作する２閉ループシステム４００を利用して、電力および熱エネルギーを複数のユーザサイトに送達する。
実施例４は、図１３に示すように構成された独立型自給式長距離熱エネルギーおよび発電捕捉、分配、送達、および貯蔵システムのモデルであり、それによって熱エネルギー捕捉および発電モジュールは、１５℃の周囲温度で動作する２閉ループシステム４００を利用して、電力および熱エネルギーを複数のユーザサイトに送達する。
【0128】
実施例２のモデルは、図１３に示すようなシステム４００が、３ループ閉ループシステムの代わりに２ループ閉ループシステムのために構成されるように変更された。実施例３の場合、モデルのこの部分は、そのようなシステムの工学熱力学がどのように機能するかを示している。
【0129】
熱エネルギー捕捉および発電ループ内のアンモニアの循環速度が１ｋｇ／ｓの場合、図２８の表に要約されている実施例２のモデリングの結果ならびに図２９の表に要約されている仮定および計算を参照すると、図３１に要約されているように、送達ループによって熱エネルギーユーザに送達されるエネルギー量は１，３８３ｋＪ／ｓであり、これは、５９の住居に１住居あたり２３．４ｋＷ（８０，０００Ｂｔｕ／ｈｒ）の熱負荷を供給し得るエネルギー量である。５９の送達サイトの各々が、実施例３で概説した１つの送達モデルの１／５９の容量および電力要件を持つ送達モジュールを有するため、輸送ループ圧縮器の電力要件は、３．０ｋＷ（４．０ｈｐ）となる。この例は、特に電力がシステムによって供給されるため、住宅地のための機能的で実行可能な電力要件を提供する。同様に、低温の熱エネルギー源のための熱エネルギー捕捉および発電モジュールでの補充電力要件の量は、一住居当たり非常に少ないであろう。
【0130】
実施例２で記載されたモデルの結果に基づくと、１ｋｇ／秒のアンモニアの循環速度で捕捉される熱エネルギーの量は、モデル化された熱源温度の範囲に対して１，２９１～１，４４４ｋＷの範囲となる。ただし、捕捉された熱エネルギーが低エンタルピー地熱エネルギー源からのものであり、それによって深部堆積帯水層の水が、熱エネルギー捕捉および発電ループの熱交換器を通って坑井（複数可）から循環する場合、循環速度は４４４～２１２ｍ３／ｄ（すなわち、２，７９４～１，３３２ｂｂｌ／ｄ）に変化する。
【0131】
実施例１のモデルで計算すると、モデル化された温度範囲で生成される電力量は８７～２４０ｋＷ（１１７～３２１ｈｐに相当）である。
【0132】
これらの結果は、実施例２で説明した単純化された熱力学モデルに基づいている。モデルは単純化されているが、これらの実施形態に基づくシステムが機能的で実行可能であることを実証するのに役立つ。
【0133】
番号キー
図１～３
１００ － 熱エネルギー捕捉および発電、長距離輸送、ならびに単一サイトへの送達をともなう３ループシステム。図１、２、３
１０４ － 熱エネルギー源
１０６ － 送達された捕捉電力源
１１０ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュール
１１１ － 熱エネルギー捕捉および発電ループ
１２５ － 長距離輸送モジュール
１２６ － 長距離輸送ループ
１３５ － 熱エネルギー送達モジュール
１３６ － 熱エネルギー送達ループ
１４０ａ － 熱ユーザ
１４０ｂ － 電力ユーザ
５ － 第１の閉ループ配管インフラストラクチャ
６ － 蒸気フローライン（第１の閉ループ）
６ｍ － メーター蒸気フローライン
７ － 液体フローライン（第１の閉ループ）
７ｍ － メーター液体フローライン
１０ － 熱交換器、熱エネルギー源１０４からループ１１１
１１ － タービン、ループ１１１
１２ － 発生器
１３ － 熱交換器、ループ１１１からループ１２６
１４ － ポンプ、ループ１１１
１５ －熱交換器（図６、７）
１６ －膨張弁（図１１）
２０ － 第２の閉ループインフラストラクチャ
２１ － 蒸気フローライン、ループ１２６
２１ａ － メーター蒸気フローライン、ループ１２６モジュール１１０
２１ｂ － メーター蒸気フローライン、ループ１２６モジュール１２５
２１ｃ － メーター高圧蒸気、ループ１２６モジュール１３５
２２ － 液体フローライン、ループ１２６
２２ａ － メーター液体フローライン、ループ１２６モジュール１１０
２２ｂ － メーター液体フローライン、ループ１２６モジュール１３５
２２ｃ － メーター高圧液体、ループ１２６モジュール１３５
２３ － 圧縮器、ループ１２６
２４ － 膨張弁、ループ１２６
２５ － ブースター圧縮器、モジュール１２５
２６ － ブースターポンプ、モジュール１２５
３２ － 熱交換器、ループ１２６からループ１３６
３３ － 圧縮器、ループ１３６
３４ － 熱交換器、ループ１３６から熱ユーザ１４０ａ
３５ － 膨張弁、ループ１３６
４０ － 第３の閉ループ配管インフラストラクチャ
４１ － 蒸気フローラインパイプ、熱ユーザ１４０ａ供給
４１ｍ － メーター、蒸気フローライン４１
４２ － 液体フローラインパイプ、熱ユーザ１４０ａ戻り
４２ｍ － メーター、液体フローライン４２
５０ － 送電ケーブル
５０ｍ － メーター、電力ケーブル５０
５１ － 電力ケーブル、ポンプ１４供給
５１ｍ － メーター、電力ケーブル５１
５２ － 制御＆通信６０への電力ケーブル
５２ｍ － メーター、電力ケーブル５２
５３ － 送電幹線ケーブル、モジュール１２６
５３ａ － メーター、第２のモジュール１２５への送電幹線ケーブル５３
５３ｂ － メーター、電力ユーザ１４０ｂへの送電幹線ケーブル５３
５４ － 電力ケーブル、圧縮器２３供給
５４ｍ － メーター、電力ケーブル５４
５５ － 電力ケーブル、圧縮器３２供給
５５ｍ － メーター、電力ケーブル５５
５６ － 制御＆通信６４への電力ケーブル
５６ｍ － メーター、電力ケーブル５６
６０ － 制御＆通信システム、モジュール１１０
６２ － 制御システムケーブル、モジュール１２６
６４ － 制御および通信システム、モジュール１３５
６５ － ライン束
図４～７
７０ － 地熱源１０４ａから熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７０ｍ － メーター、蒸気フローライン７０
７１ － 熱交換器１０から地熱源１０４ａ、ループ１１１への液体フローライン
７１ｍ － メーター、液体フローライン７１
７２ － 太陽熱源１０４ｂから熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７２ｍ － メーター、蒸気フローライン７２
７３ － 熱交換器１０から太陽熱源１０４ｂ、ループ１１１への液体フローライン
７３ｍ － メーター、液体フローライン７３
７４ － 廃熱源１０４ｃから熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７４ｍ － メーター、蒸気フローライン７４
７５ － 熱交換器１０から廃熱源１０４ｃ、ループ１１１への液体フローライン
７５ｍ － メーター、液体フローライン７５
７６ － 熱エネルギー源１０４から燃料ボイラーヒータ源１０８、ループ１１１への液体フローライン
７６ｍ － メーター、液体フローライン７６
７７ － 燃料ボイラーヒータ源１０８から熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７７ｍ － メーター、蒸気フローライン７７
図８～１０
７８ － 送達された補足電源１０６からの電力ケーブル
７８ｍ － メーター、電力ケーブル７８
８０ － ＰＶソーラー源１０６ａから補足電力を搬送する電力ケーブル
８０ｍ － メーター、電力ケーブル８０
８１ － 電力網１０６ｂから補足電力を搬送する電力ケーブル
８１ｍ － メーター、電力ケーブル８１
８２ － スマートエネルギー網１０６ｃから補足電力を搬送する電力ケーブル
８２ｍ － メーター、電力ケーブル８２
８３ － ローカル分散網１０６ｄから補足電力を搬送する電力ケーブル
８３ｍ － メーター、電力ケーブル８３
図１１
２００ － 発電をともなわない３ループシステム
２０４ － 熱エネルギー源
２０６ － 補助電源から送達された補助電力
２１０ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュール
２１１ － 熱エネルギー捕捉および発電ループ
２２５ － 長距離輸送モジュール
２２６ － 長距離輸送ループ
図１２
３００ － ２ループシステム、輸送ループは送達ループ（図１０）
３３５ － 送達モジュール
３３６ －送達ループ
３３７ － 遠距離輸送ループ１２６と連通する熱交換器
３３８ － 熱交換器３３７から熱ユーザ３４０ａへの蒸気フローライン
３３８ｍ － メーター蒸気フローライン
３３９ － 熱ユーザ３４０ａから熱交換器３３７への液体フローライン
３３９ｍ － メーター液体フローライン
図１３
４００ － 熱エネルギーの捕捉および発電、長距離輸送、ならびに複数のサイトへの送達をともなう３閉ループシステム
４１０ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュール
４２５ － 長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線輸送モジュール
４２５ａ － ユーザ「ａ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｂ － ユーザ「ｂ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｃ － ユーザ「ｃ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｄ － ユーザ「ｄ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｅ － ユーザ「ｅ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｆ － ユーザ「ｆ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｇ － ユーザ「ｇ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４３５ａ － ユーザ「ａ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｂ － ユーザ「ｂ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｃ － ユーザ「ｃ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｄ － ユーザ「ｄ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｅ － ユーザ「ｅ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｆ － ユーザ「ｆ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｇ － ユーザ「ｇ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
図１４および１５
５００ － 複数の熱エネルギー捕捉および発電ループならびに複数の熱エネルギーおよび電力送達サイトと相互接続された主要な長距離輸送幹線を有する熱エネルギー捕捉および分配システム
５０２ － 廃熱エネルギー源
５０２ａ － ５０２～５２５までの分岐輸送ライン
５０４ － 太陽熱エネルギー源
５０４ａ － ５０４～５４０ｂへの輸送ライン
５０６ａ － ＰＶソーラーから発電するためのモジュール
５０６ａａ － ５０６ａ～５２５までの分岐輸送ライン
５０６ｂ － 太陽熱から熱エネルギーを捕捉ためのモジュール
５０６ｂｂ － ５０６ａ～５２５までの分岐輸送ライン
５１０ａ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第１の設置（ヒートシンクストレージ付き）
５１０ｂ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第２の設置（補助燃料燃焼熱源付き）
５１０ｃ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第３の設置
５１０ｄ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第４の設置（太陽熱からの熱エネルギー、ＰＶソーラーからの発電、ヒートシンクストレージ、電力ストレージ）
５１５ａ － 電力貯蔵モジュール
５１５ａａ － ５１５ａと５２５との間の電力ケーブル
５１５ｂ － 地熱蓄熱モジュール
５１５ｂｂ － ５１５ｂから５２５への分岐輸送ライン
５２５ － 長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線搬送モジュール
５２５ａ － ５１０ａからの分岐輸送ライン
５２５ｂ － ５１０ｂからの分岐輸送ライン
５２５ｃ － ５１０ｃからの分岐輸送ライン
５２５ｄ － ５２５ｄとの間の分岐輸送ライン
５３５ａ － ５４０ａへの分岐輸送ライン
５３５ｂ － ５４０ｂへの分岐輸送ライン
５３５ｃ － ５４０ｃへの分岐輸送ライン
５３５ｄ － ５４０ｄへの分岐輸送ライン
５３５ｅ － ５４０ｅへの分岐輸送ライン
５４０ｆ － ５４０ｆへの分岐輸送ライン
５４０ｇ － ５４０ｇまでの分岐輸送ライン
５４０ｈ － ５４０ｈへの分岐輸送ライン
５４０ａ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｂ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｃ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｄ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｅ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｆ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｇ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｈ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５５１ － 地熱源
５５２ －廃熱源
５５３ － 燃料燃焼熱源
５５４ － 太陽熱源
５５５ － 熱源発電
５５６ － 燃料燃焼発電
５５７ －風力発電
５５８ － ＰＶソーラー発電
５５９ － 熱ユーザ
５６０ － 電力ユーザ
５６１ － 地熱ヒートシンク貯蔵モジュール
５６２ －電力貯蔵モジュール
図１６
１１１－１ － 状態点１、ループ１１１
１１１－２ － 状態点２、ループ１１１
１１１－３ － 状態点３、ループ１１１
１１１－４ － 状態点４、ループ１１１
１２６－５ － 状態点５、ループ１２６
１２６－６ － 状態点６、ループ１２６
１２６－７ － 状態点７、ループ１２６
１２６－８ － 状態点８、ループ１２６
１２６－９－ 状態点９、ループ１２６
１２６－１０ － 状態点１０、ループ１２６
１３６－１１ － 状態点１１、ループ１３６
１３６－１２ － 状態点１２、ループ１３６
１３６－１３ － 状態点１３、ループ１３６
１３６－１４ － 状態点１４、ループ１３６
図１５
３２６－６ － 状態点６、ループ３２６
３２６－７ － 状態点７、ループ３２６
３２６－８ － 状態点８、ループ３２６
３２６－９－ 状態点９、ループ３２６
図１～３
１００ － 熱エネルギー捕捉および発電、長距離輸送、ならびに単一サイトへの送達をともなう３ループシステム。図１、２、３
１０４ － 熱エネルギー源
１０６ － 送達された捕捉電力源
１１０ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュール
１１１ － 熱エネルギー捕捉および発電ループ
１２５ － 長距離輸送モジュール
１２６ － 長距離輸送ループ
１３５ － 熱エネルギー送達モジュール
１３６ － 熱エネルギー送達ループ
１４０ａ － 熱ユーザ
１４０ｂ － 電力ユーザ
５ － 第１の閉ループ配管インフラストラクチャ
６ － 蒸気フローライン（第１の閉ループ）
６ｍ － メーター蒸気フローライン
７ － 液体フローライン（第１の閉ループ）
７ｍ － メーター液体フローライン
１０ － 熱交換器、熱エネルギー源１０４からループ１１１
１１ － タービン、ループ１１１
１２ － 発生器
１３ － 熱交換器、ループ１１１からループ１２６
１４ － ポンプ、ループ１１１
１５ －熱交換器（図６、７）
１６ －膨張弁（図１１）
２０ － 第２の閉ループインフラストラクチャ
２１ － 蒸気フローライン、ループ１２６
２１ａ － メーター蒸気フローライン、ループ１２６モジュール１１０
２１ｂ － メーター蒸気フローライン、ループ１２６モジュール１２５
２１ｃ － メーター高圧蒸気、ループ１２６モジュール１３５
２２ － 液体フローライン、ループ１２６
２２ａ － メーター液体フローライン、ループ１２６モジュール１１０
２２ｂ － メーター液体フローライン、ループ１２６モジュール１３５
２２ｃ － メーター高圧液体、ループ１２６モジュール１３５
２３ － 圧縮器、ループ１２６
２４ － 膨張弁、ループ１２６
２５ － ブースター圧縮器、モジュール１２５
２６ － ブースターポンプ、モジュール１２５
３２ － 熱交換器、ループ１２６からループ１３６
３３ － 圧縮器、ループ１３６
３４ － 熱交換器、ループ１３６から熱ユーザ１４０ａ
３５ － 膨張弁、ループ１３６
４０ － 第３の閉ループ配管インフラストラクチャ
４１ － 蒸気フローラインパイプ、熱ユーザ１４０ａ供給
４１ｍ － メーター、蒸気フローライン４１
４２ － 液体フローラインパイプ、熱ユーザ１４０ａ戻り
４２ｍ － メーター、液体フローライン４２
５０ － 送電ケーブル
５０ｍ － メーター、電力ケーブル５０
５１ － 電力ケーブル、ポンプ１４供給
５１ｍ － メーター、電力ケーブル５１
５２ － 制御＆通信６０への電力ケーブル
５２ｍ － メーター、電力ケーブル５２
５３ － 送電幹線ケーブル、モジュール１２６
５３ａ － メーター、第２のモジュール１２５への送電幹線ケーブル５３
５３ｂ － メーター、電力ユーザ１４０ｂへの送電幹線ケーブル５３
５４ － 電力ケーブル、圧縮器２３供給
５４ｍ － メーター、電力ケーブル５４
５５ － 電力ケーブル、圧縮器３２供給
５５ｍ － メーター、電力ケーブル５５
５６ － 制御＆通信６４への電力ケーブル
５６ｍ － メーター、電力ケーブル５６
６０ － 制御＆通信システム、モジュール１１０
６２ － 制御システムケーブル、モジュール１２６
６４ － 制御および通信システム、モジュール１３５
６５ － ライン束
図４～７
７０ － 地熱源１０４ａから熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７０ｍ － メーター、蒸気フローライン７０
７１ － 熱交換器１０から地熱源１０４ａ、ループ１１１への液体フローライン
７１ｍ － メーター、液体フローライン７１
７２ － 太陽熱源１０４ｂから熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７２ｍ － メーター、蒸気フローライン７２
７３ － 熱交換器１０から太陽熱源１０４ｂ、ループ１１１への液体フローライン
７３ｍ － メーター、液体フローライン７３
７４ － 廃熱源１０４ｃから熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７４ｍ － メーター、蒸気フローライン７４
７５ － 熱交換器１０から廃熱源１０４ｃ、ループ１１１への液体フローライン
７５ｍ － メーター、液体フローライン７５
７６ － 熱エネルギー源１０４から燃料ボイラーヒータ源１０８、ループ１１１への液体フローライン
７６ｍ － メーター、液体フローライン７６
７７ － 燃料ボイラーヒータ源１０８から熱交換器１０、ループ１１１への蒸気フローライン
７７ｍ － メーター、蒸気フローライン７７
図８～１０
７８ － 送達された補足電源１０６からの電力ケーブル
７８ｍ － メーター、電力ケーブル７８
８０ － ＰＶソーラー源１０６ａから補足電力を搬送する電力ケーブル
８０ｍ － メーター、電力ケーブル８０
８１ － 電力網１０６ｂから補足電力を搬送する電力ケーブル
８１ｍ － メーター、電力ケーブル８１
８２ － スマートエネルギー網１０６ｃから補足電力を搬送する電力ケーブル
８２ｍ － メーター、電力ケーブル８２
８３ － ローカル分散網１０６ｄから補足電力を搬送する電力ケーブル
８３ｍ － メーター、電力ケーブル８３
図１１
２００ － 発電をともなわない３ループシステム
２０４ － 熱エネルギー源
２０６ － 補助電源から送達された補助電力
２１０ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュール
２１１ － 熱エネルギー捕捉および発電ループ
２２５ － 長距離輸送モジュール
２２６ － 長距離輸送ループ
図１２
３００ － ２ループシステム、輸送ループは送達ループ（図１０）
３３５ － 送達モジュール
３３６ －送達ループ
３３７ － 遠距離輸送ループ１２６と連通する熱交換器
３３８ － 熱交換器３３７から熱ユーザ３４０ａへの蒸気フローライン
３３８ｍ － メーター蒸気フローライン
３３９ － 熱ユーザ３４０ａから熱交換器３３７への液体フローライン
３３９ｍ － メーター液体フローライン
図１３
４００ － 熱エネルギーの捕捉および発電、長距離輸送、ならびに複数のサイトへの送達をともなう３閉ループシステム
４１０ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュール
４２５ － 長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線輸送モジュール
４２５ａ － ユーザ「ａ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｂ － ユーザ「ｂ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｃ － ユーザ「ｃ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｄ － ユーザ「ｄ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｅ － ユーザ「ｅ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｆ － ユーザ「ｆ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４２５ｇ － ユーザ「ｇ」への分岐熱エネルギー送達輸送モジュール
４３５ａ － ユーザ「ａ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｂ － ユーザ「ｂ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｃ － ユーザ「ｃ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｄ － ユーザ「ｄ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｅ － ユーザ「ｅ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｆ － ユーザ「ｆ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
４３５ｇ － ユーザ「ｇ」への熱エネルギーおよび電力送達モジュール
図１４および１５
５００ － 複数の熱エネルギー捕捉および発電ループならびに複数の熱エネルギーおよび電力送達サイトと相互接続された主要な長距離輸送幹線を有する熱エネルギー捕捉および分配システム
５０２ － 廃熱エネルギー源
５０２ａ － ５０２～５２５までの分岐輸送ライン
５０４ － 太陽熱エネルギー源
５０４ａ － ５０４～５４０ｂへの輸送ライン
５０６ａ － ＰＶソーラーから発電するためのモジュール
５０６ａａ － ５０６ａ～５２５までの分岐輸送ライン
５０６ｂ － 太陽熱から熱エネルギーを捕捉ためのモジュール
５０６ｂｂ － ５０６ａ～５２５までの分岐輸送ライン
５１０ａ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第１の設置（ヒートシンクストレージ付き）
５１０ｂ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第２の設置（補助燃料燃焼熱源付き）
５１０ｃ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第３の設置
５１０ｄ － 熱エネルギー捕捉および発電モジュールの第４の設置（太陽熱からの熱エネルギー、ＰＶソーラーからの発電、ヒートシンクストレージ、電力ストレージ）
５１５ａ － 電力貯蔵モジュール
５１５ａａ － ５１５ａと５２５との間の電力ケーブル
５１５ｂ － 地熱蓄熱モジュール
５１５ｂｂ － ５１５ｂから５２５への分岐輸送ライン
５２５ － 長距離捕捉熱エネルギーおよび送電幹線搬送モジュール
５２５ａ － ５１０ａからの分岐輸送ライン
５２５ｂ － ５１０ｂからの分岐輸送ライン
５２５ｃ － ５１０ｃからの分岐輸送ライン
５２５ｄ － ５２５ｄとの間の分岐輸送ライン
５３５ａ － ５４０ａへの分岐輸送ライン
５３５ｂ － ５４０ｂへの分岐輸送ライン
５３５ｃ － ５４０ｃへの分岐輸送ライン
５３５ｄ － ５４０ｄへの分岐輸送ライン
５３５ｅ － ５４０ｅへの分岐輸送ライン
５４０ｆ － ５４０ｆへの分岐輸送ライン
５４０ｇ － ５４０ｇまでの分岐輸送ライン
５４０ｈ － ５４０ｈへの分岐輸送ライン
５４０ａ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｂ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｃ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｄ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｅ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｆ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｇ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５４０ｈ － 熱および電力送達モジュール／ユーザ
５５１ － 地熱源
５５２ －廃熱源
５５３ － 燃料燃焼熱源
５５４ － 太陽熱源
５５５ － 熱源発電
５５６ － 燃料燃焼発電
５５７ －風力発電
５５８ － ＰＶソーラー発電
５５９ － 熱ユーザ
５６０ － 電力ユーザ
５６１ － 地熱ヒートシンク貯蔵モジュール
５６２ －電力貯蔵モジュール
図１６
１１１－１ － 状態点１、ループ１１１
１１１－２ － 状態点２、ループ１１１
１１１－３ － 状態点３、ループ１１１
１１１－４ － 状態点４、ループ１１１
１２６－５ － 状態点５、ループ１２６
１２６－６ － 状態点６、ループ１２６
１２６－７ － 状態点７、ループ１２６
１２６－８ － 状態点８、ループ１２６
１２６－９－ 状態点９、ループ１２６
１２６－１０ － 状態点１０、ループ１２６
１３６－１１ － 状態点１１、ループ１３６
１３６－１２ － 状態点１２、ループ１３６
１３６－１３ － 状態点１３、ループ１３６
１３６－１４ － 状態点１４、ループ１３６
図１５
３２６－６ － 状態点６、ループ３２６
３２６－７ － 状態点７、ループ３２６
３２６－８ － 状態点８、ループ３２６
３２６－９－ 状態点９、ループ３２６
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図25】
【図26A】
【図26B】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30A】
【図30B】
【図31】
