特表 2024-542808 異種圧力媒体相互作動モジュールを使用するエネルギー貯蔵システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-15

(54)【発明の名称】異種圧力媒体相互作動モジュールを使用するエネルギー貯蔵システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 25/02 20060101AFI20241108BHJP

   H02J 15/00 20060101ALI20241108BHJP

   F01K 27/00 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

F01K25/02

H02J15/00 E

F01K27/00 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024533223

(86)(22)【出願日】2022-05-16

(85)【翻訳文提出日】2024-08-02

(86)【国際出願番号】 US2022029374

(87)【国際公開番号】W WO2023101718

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】202111466565.5

(32)【優先日】2021-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524209707

【氏名又は名称】パワーエイト テック インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＷＥＲ８ ＴＥＣＨ ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】１４８４ Ｐｏｌｌａｒｄ Ｒｄ ＃１８３， Ｌｏｓ Ｇａｔｏｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０３２， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100113398

【弁理士】

【氏名又は名称】寺崎 直

(72)【発明者】

【氏名】ディン， リェンチュン

(72)【発明者】

【氏名】スー， キューシュイ

(72)【発明者】

【氏名】リン， ソンユアン

(72)【発明者】

【氏名】タイ， チーチェン

【テーマコード（参考）】

3G081

【Ｆターム（参考）】

3G081BA02

3G081BB04

3G081BB07

3G081BB10

(57)【要約】

エネルギー貯蔵システムは、少なくとも１つの異種圧力媒体相互作動モジュール（「モジュール」）と、液体源と、ポンプと、変換器と、第１のパイプラインと、第２のパイプラインとを含む。モジュールは、初期気体を貯蔵する第１の容器と、初期液体を貯蔵する第２の容器とを含む。液体源は、作用液体を貯蔵する。ポンプは、作用液体を調節して液体源からモジュール内に流す。初期液体は、作用液体によって駆動され、初期気体を連続的に圧縮し、第１の容器が第１の圧力エネルギーを蓄え、初期気体は、連続的に膨張して初期液体を駆動し、第１の圧力エネルギーを第２の圧力エネルギーに変換する。第１のパイプを通る第２の圧力エネルギーは、変換器を駆動して電気エネルギーを生成し、変換器を駆動した後の作用液体は、第２のパイプを通って液体源に戻される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギー貯蔵システムであって、
初期気体を貯蔵するための第１のスペースを形成する第１の容器と、
前記第１の容器の一側に接続され、初期液体を貯蔵する第２のスペースを有する第２の容器とを備え、
前記エネルギー貯蔵システムの第１の動作モードにおいて、前記第２のスペースに作用流体が注入され、前記作用流体によって前記初期液体が前記第１のスペースに向かって流れるように駆動され、更に、前記第１のスペース内の前記初期気体が所定の圧力に達するまで、前記第１のスペース内の前記初期気体を連続的に圧縮して、前記第１の容器が第１の圧力エネルギーを貯蔵し、
第２の動作モードにおいて、前記初期気体を連続的に膨張させて初期液体を排出させ、電気を発生させる変換器の駆動用に、前記第１の圧力エネルギーを第２の圧力エネルギーに変換する、
前記エネルギー貯蔵システム。

【請求項2】

第１の端部と第３の端部とを有する第１の管を更に備え、前記第１の端部は、前記第１の容器に接続され、前記第３の端部は、前記第２の容器に接続される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項3】

第２の端部と第４の端部とを有する第２の管を更に備え、前記第２の端部は、前記第２の容器に接続され、前記第４の端部は、前記変換器及び液体源に接続される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項4】

前記第１の容器と前記第２の容器は、円筒形タンク、多角形タンク、ハニカムタンクの少なくとも１つである、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項5】

前記第１の容器に配置された第３の管を更に備え、前記第３の管の一端は、前記第１のスペースに接続され、前記第３の管の他端は、外部気体を受け入れて前記初期気体を補充する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項6】

前記第１の容器に配置された穴カバーを更に備え、前記穴カバーが開いているとき、前記第１のスペースが前記第１の容器の外部空間と連通し、前記穴カバーが閉じているとき、前記第１のスペースと前記第１の容器の外部空間との連通が遮断される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項7】

前記第１の容器と前記第２の容器との間に配置されたメンテナンスパイプを更に備え、前記メンテナンスパイプが開いているとき、前記第１のスペースが前記第２のスペースと連通し、前記メンテナンスパイプが閉じているとき、前記第１のスペースと前記第２のスペースとの連通が遮断される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項8】

前記作用流体又は前記初期流体の流量を調整するポンプを更に備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項9】

開モードと閉モードとを提供する弁体を更に備え、前記開モードのとき、前記作用流体、前記初期液体、又は前記初期気体が前記弁体を通過し、前記閉モードのとき、前記作用液体、前記初期液体、又は前記初期気体が前記弁体によって停止される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項10】

前記弁体を動作させ、前記初期気体を所定の圧力に制御し、前記初期気体が前記所定の圧力に達すると、前記初期気体の圧縮を停止する制御信号を出力するコントローラを更に備える、請求項９に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項11】

異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システムであって、
複数の異種圧力媒体相互作動モジュールを備え、前記異種圧力媒体相互作動モジュールのそれぞれは、
初期気体を貯蔵する第１のスペースを有する第１の容器と、
前記第１の容器の片側に接続され、初期液体を貯蔵する第２のスペースを有する第２の容器と、
作用液体を貯蔵する液体源と、
前記液体源と前記複数の異種圧力媒体相互作動モジュールとの間に配置されたポンプであって、前記複数の異種圧力媒体相互作動モジュールに入る前記作用液体の速度又は量を調節する当該ポンプと、
前記作用流体を受け入れ、出力する変換器と、
第３のスペースを形成する第１のパイプであって、複数の容器接続ポート、第１の接続点及び第３の接続点を有し、前記容器接続ポートのそれぞれは、前記第２のスペースのそれぞれと前記第３のスペースとを接続し、前記第１の接続点及び前記第３の接続点は、前記第１のパイプの両端に形成され、前記第１の接続点は、前記液体源の第１の端部に接続され、前記第３の接続点は、前記変換器の第１の端部に接続される、当該第１のパイプと、
第４のスペースを形成する第２のパイプであって、前記第２のパイプの第１の端部は、前記変換器の第２の端部に接続され、前記第２のパイプの第２の端部は、前記液体源の第２の端部に接続される、当該第２のパイプと、を備え、
第１の動作モードにおいて、前記作用液体が前記ポンプによって制御され、前記第１のパイプを介して前記第２のスペースに注入され、前記作用液体が前記初期液体を前記第１のスペースに向かって流れるように駆動し、前記初期気体が所定の圧力に達するまで、前記第１のスペース内の前記初期気体を連続的に圧縮し、更に第１の容器に第１の圧力エネルギーを蓄積させ、
第２の動作モードにおいて、前記初期気体が前記ポンプによって制御され、連続的に膨張して前記初期液体を前記第１のパイプに向かって移動させ、前記第１のパイプから排出されるように駆動し、前記第１の圧力エネルギーが第２の圧力エネルギーとなり、前記初期液体が前記作用液体に前記変換器を駆動させ、発電させる、
前記異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項12】

更に、前記作用流体、前記初期液体、前記初期気体、又はこれらの組み合わせによって生成された圧力を感知することによって感知信号を生成する圧力センサを更に備える、請求項１１に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項13】

更に、開モード又は閉モードになるように構成された弁体を備え、前記開モードでは、前記作用流体、前記初期流体及び前記初期気体は、前記弁体を通過でき、前記閉モードでは、前記作用流体、前記初期液体及び前記初期気体は、前記弁体によって止められる、請求項１１に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項14】

更に、圧力センサ、弁体およびコントローラーを備え、前記圧力センサ及び前記弁体は、前記コントローラーに接続され、前記コントローラは、前記圧力センサから感知信号を受信するように構成され、前記コントローラは、前記感知信号に基づいて制御信号を生成し、前記弁体を動作させて、前記開モード又は前記閉モードを更に実行するように構成されている、請求項１１に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項15】

前記コントローラは、前記制御信号を出力して、前記初期気体が前記所定の圧力に到達するように前記弁体を動作させるように構成されている、請求項１４に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項16】

前記コントローラは、前記異種圧力媒体相互作動モジュールを制御して、前記第１の圧力エネルギーを同期して貯蔵する制御プログラムを実行するように構成されている、請求項１４に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項17】

前記コントローラは、前記コントローラが異常状態を感知した場合に、通知を生成するように構成されている、請求項１４に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項18】

前記変換器と接続され、前記電気エネルギーを貯蔵する拡張エネルギー貯蔵ユニットを更に備える、請求項１１に記載の異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム。

【請求項19】

接続され、個別に制御可能な異種圧力媒体相互作動デバイスを有するシステムを使用するエネルギー貯蔵方法であって、
第１の容器に初期気体を供給することと、
第２の容器に初期液体を供給することと、
前記第２の容器に作用液体を入れ前記初期液体を駆動して、前記初期気体を圧縮し圧縮気体にすることによって第１の圧力エネルギーを貯蔵することと、
前記作用液体を放出し、前記第１の圧力エネルギーを第２の圧力エネルギーにすることによって、水力発電機を駆動して発電することと、
前記貯蔵と放出を繰り返し、エネルギーを繰り返し貯蔵及び生成することと、
を含む、前記エネルギー貯蔵方法。

【請求項20】

更に、前記繰り返し実行した後、前記作用液体を回収して再び前記第２の容器に供給することを含む、請求項１９に記載のエネルギー貯蔵方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、グリーン（再生可能）エネルギー発電の分野に関する。詳しくは、本発明は、異種圧力媒体相互作動モジュール（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅｄｉａ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ）を使用するエネルギー貯蔵システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の電気エネルギーに対する需要のため、科学者たちは、燃焼、核変換、核融合、太陽光、水力、風力等によって電力を生成する発電方法を開発してきた。

【0003】

従来、発電には、石炭と原子力が使用されているが、二酸化炭素及び原子力の反応に使用される反応物質が環境問題となっている。

【発明の概要】

【0004】

本開示は、異種圧力媒体相互作動モジュールを使用するエネルギー貯蔵システム（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ）及び方法を提供する。

【0005】

幾つかの実施形態では、エネルギーストレージ（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ）（例えば、異種圧力媒体相互作動モジュール）を提供する。エネルギーストレージは、初期気体を収容する第１の容器と、初期液体を収容する第２の容器とを含む。初期液体に追加の圧力（例えば、水（例えば、作用液体〔ｗｏｒｋｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ〕）等の流体をポンピングすることによる圧力）が加えられ、これによって初期気体が加圧されると、加圧された気体がエネルギー貯蔵媒体として機能する。気体を加圧する工程と圧力を解放する工程は、エネルギーの貯蔵と放出の機能を果たす。

【0006】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、単一モジュール又は複数の単一モジュールの組み合わせを使用して出力圧力を決定する。

【0007】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、第１の圧力エネルギーを貯蔵する第１の動作モード及び第１の圧力エネルギーを第２の圧力エネルギーに変換する第２の動作モードを実行する。

【0008】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、修理担当者が第１の容器及び第２の容器を修理するための穴カバー及び修理パイプを含む。

【0009】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、圧力を感知する圧力センサを含む。

【0010】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、流体流量を調整する少なくとも１つのポンプを含む。

【0011】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、開モード及び閉モードを有する弁体を含み、これによって、開モード及び閉モード、第１の動作モード又は第２の動作モードの間の切り替えが実行される。

【0012】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態では、初期気体を所定の圧力に制御するために弁体を動作させるコントローラを含み、初期気体が所定の圧力に達すると初期気体の圧縮が停止する。

【0013】

前述の異種圧力媒体相互作動モジュールに基づく一実施形態は、弁体を制御し、圧力センサからの感知信号を受信するコントローラーを含み、これにより第１の動作モードと第２の動作モードを実現する。コントローラは、動作モードを自動的に切り替えるように構成されている。

【0014】

一実施形態は、異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システムを含み、このシステムは、第１のパイプ及び第２のパイプを介して、複数の異種圧力媒体相互作動モジュール、液体源及び変換器を接続し、これにより、作用液体の流入により加圧された初期気体を使用してエネルギーを貯蔵する。蓄えられたエネルギーを放出する過程では、加圧された初期気体が放出され、これにより、初期液体が押され、作用流体が第２の容器から排出される。作用流体は、発電機を駆動して電気を発生させる。

【0015】

一実施形態は、異種圧力媒体（例えば、異なる種類又は異なる密度の流体）と、異種圧力エネルギーを使用してエネルギーの貯蔵と放出を繰り返すことができる相互作動エネルギー貯蔵方法を含む。

【0016】

前述の実施形態の機能及び目的又は他の目的を達成するために、本開示は、第１の動作モード及び第２の動作モードを実行可能な異種圧力媒体相互作動モジュールを提供する。第１の動作モードが実行されると、異種圧力媒体相互作動モジュールは、作用流体を受け入れる。第２の動作モードが実行されると、異種圧力媒体相互作動モジュールは、変換器に接続され、作用流体を変換器に押し出す。異種圧力媒体相互作動モジュールは、第１の容器及び第２の容器を含む。第１の容器は、初期気体を貯蔵するための第１のスペースを形成する。第２の容器は、第１の容器の一側に配置される。第２の容器は、第１の容器に接続される。更に、第２の容器は、初期液体を貯蔵する第２のスペースを形成する。第１の動作モードが実行されると、第２のスペースに作用液体が注入され、作用液体によって初期液体が第１のスペースに向かって流れるように駆動され、その後、初期気体が所定の圧力に達するまで、初期気体が第１のスペースで連続的に圧縮され、これによって第１の容器に第１の圧力エネルギーが貯蔵される。第２の動作モードが実行されると、加圧された初期気体は、連続的に膨張し、初期液体を第２の容器に排出するよう駆動し、これにより作用流体が第２の容器から押し出され、変換器を駆動して発電する。

【0017】

前述の実施形態の機能及び目的又は他の目的を達成するために、本開示は、異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システムを提供する。異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システムは、複数の異種圧力媒体相互作動モジュールと、液体源と、ポンプと、変換器と、第１のパイプと、第２のパイプとを含む。異種圧力媒体相互作動モジュールのそれぞれは、更に、第１の容器及び第２の容器を含む。第１の容器は、初期気体を貯蔵する第１のスペースを形成する。第２の容器は、第１の容器の一側に配置される。第２の容器は、第１の容器に接続される。第２の容器は、初期液体を貯蔵するための第２のスペースを形成する。液体源（例えば、貯水槽又は貯水池）は、作用液体を貯蔵する。ポンプは、液体源と異種圧力媒体相互作動モジュールとの間に配置されている。ポンプは、液体源の作用液体を調節して異種圧力媒体相互作動モジュールに流し込む。変換器は、作用流体を受け取り、排出する。第１のパイプは、第３のスペースを形成する。第１のパイプは、複数の接続ポート、第１の接続点及び第３の接続点を有する。各接続ポートは、各第２のスペース及び各第３のスペースと接続する。第１の接続点と第３の接続点は、それぞれ第３のスペースと接続する。第１の接続点と第３の接続点は、第１のパイプの両端に形成される。第１の接続点は、液体源の第１の端部に接続され、第３の接続点は、変換器の第１の端部に接続される。第２のパイプは、第４のスペースを形成する。第２のパイプの第１の端部は、変換器の第２の端部に接続され、第２のパイプの第２の端部は、液体源の第２の端部に接続される。第１の動作モードが実行されると、ポンプによって、作用液体が液体源から第１のパイプを通って第２のスペースに注入され、この作用液体によって初期液体が、第１のスペースに向かって／第１のスペース内に、流れるように駆動され、これによって、第１のスペース内の初期気体が所定の圧力に達するまで、第１のスペース内の初期気体が連続的に圧縮され、これによって、第１の容器に第１の圧力エネルギーが貯蔵される。第２の動作モードが実行されると、初期気体が連続的に膨張され、初期液体を駆動して第１のパイプに排出し、第１の圧力エネルギーを第２の圧力エネルギーに変換する。その後、初期液体／作用液体は、第１のパイプを介して変換器を駆動して電気エネルギーを生成する。貯蔵放出サイクルの最後に、作用液体は、変換器を駆動した後、第２のパイプを通過して液体源に戻り（例えば、放出モード）、その後、ポンプが液体源の作用液体を異種圧力媒体相互作動モジュールに再び注入する（例えば、エネルギー貯蔵モード）。

【0018】

上記の目的又は他の目的を達成するために、本開示が提供する、異種圧力媒体相互作動を使用するエネルギー貯蔵方法は、（ａ）第１の容器内に初期気体を供給するステップと、（ｂ）第２の容器に初期液体を供給するステップと、（ｃ）第２の容器に作用液体を供給し、初期液体を駆動して初期気体を圧縮し、第１の圧力エネルギーを貯蔵するステップと、（ｄ）第１の圧力エネルギーを解放して初期液体を駆動し、作用流体に作用して第２の圧力エネルギーを出力するステップと、（ｅ）ステップ（ｃ）～（ｄ）を繰り返し実行し、第１の圧力エネルギーと第２の圧力エネルギーを切り替えてエネルギーを貯蔵及び出力するステップとを有する。

【0019】

従来の電気エネルギー生成システムとは異なり、本開示の異種圧力媒体相互作動モジュール並びに異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システムは、閉鎖循環系であってもよい。本開示は、圧力エネルギーを生成するための媒体として初期気体及び初期液体を使用し、圧力エネルギーの貯蔵及び放出によって変換器（変換器等）を駆動して電気エネルギーを生成する。更に、変換プロセス中に発生する可能性のある損失（熱損失等）は、初期気体又は液体を追加／補充するだけで迅速に補償できる。本開示は、少なくとも以下の利点を有する。

【0020】

（ａ）原料の入手の容易さ：本開示で使用される初期気体、初期液体、及び作用流体は、水、周囲の空気等の天然に存在する物質であり、容易に入手できる。

【0021】

（ｂ）電気エネルギーの計画の柔軟性：本開示は、モジュール設計を提供するものであり、この設計に基づき、実際の電気エネルギー要件に従って、マイクロ、スモール、ミディアム及びラージ発電所を建設でき、例えば、キロワット（ｋＷ）からギガワット（ＧＷ）（及びこれ以上）程度の電気エネルギーを提供できる。

【0022】

（ｃ）スペースの効率的な利用：本開示のエネルギー貯蔵システムは、地下又は建物の下に設置できるため、本来の使用スペースを占有せず、外部環境への影響を低減できる。

【0023】

（ｄ）電気エネルギーの安全な生成：本開示のエネルギー貯蔵システムは、危険物を使用しないため、住宅、学校、都市、公共施設、およびその他の場所に設置できる。

【0024】

（ｅ）低いメンテナンスコスト：本開示は、水、周囲の空気およびその他の物質等の環境から容易に得られる物質を使用する。したがって、効率が低下した場合、天然ガス、石炭、核変換物質等を購入する必要なく、初期気体、初期液体、及び作用流体の少なくとも１つを追加／補充するだけで、元のエネルギー貯蔵及び放出の効率を回復できる。

【0025】

（ｆ）自動制御システム：本開示は、制御弁を使用して、第１の動作モードと第２の動作モードとの間を切り替え、初期気体、初期液体、及び作用液体の移動を操作及び制御するコントローラを提供する。

【0026】

（ｇ）電力網の互換性：本開示は、エネルギー（圧力エネルギー、水力エネルギー等）によって電気エネルギー（又は電力）を生成するように変換器を駆動し、この電気エネルギーは、既存の電力網システムに直接送信／転送でき、電力網システムの主電力源又はバックアップ電力として使用できる。

【0027】

（ｈ）残余電力の貯蔵と変換：本開示は、残余／未使用電力又はバックアップ電力を緊急補助的に使用するために貯蔵し、ここでは、これらを総称して残余電力と呼ぶ。本開示は、残余電力を使用してポンプを駆動し、異種圧力媒体相互作動モジュールによって残余電力を圧力エネルギーに変換し、残余電力を貯蔵する効果を達成する。本開示は、電力需要の増加に応じて、いつでも、圧力エネルギーを電気エネルギーに瞬時に変換して不足する電力を補うことができる。

【0028】

他の実施形態、態様、特徴及び利点は、本開示の全体から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】幾つかの実施形態におけるエネルギーストレージの三次元概略図である。

【0030】

【図2A】幾つかの実施形態における、図１の第１の動作モードを実行するエネルギーストレージの動作を示す概略図である。

【0031】

【図2B】幾つかの実施形態における、図１の第２の動作モードを実行するエネルギーストレージの動作を示す概略図である。

【0032】

【図3】幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵装置の三次元概略図である。

【0033】

【図4A】幾つかの実施形態における、図３のエネルギー貯蔵装置の動作を示す概略図である。

【0034】

【図4B】幾つかの実施形態における、図３の第２の動作モードを実行するエネルギー貯蔵装置の動作を示す概略図である。

【0035】

【図5】幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵装置の三次元概略図である。

【0036】

【図6】幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システムの三次元概略図である。

【0037】

【図7】幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システムの三次元概略図である。

【0038】

【図8】幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システムの三次元概略図である。

【0039】

【図9】幾つかの実施形態における、異種圧力媒体相互作動を使用するエネルギー貯蔵装置のための方法の概略的フローチャートである。

【0040】

【図10】幾つかの実施形態における、図７のエネルギー貯蔵システムの電力ネットワークへの適用を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

好ましい実施形態の詳細な説明（ＤＥＴＡＩＬＥＤ ＤＥＳＣＲＩＰＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＥ ＰＲＥＦＥＲＲＥＤ ＥＭＢＯＤＩＭＥＮＴＳ）
本発明の目的、特徴及び効果を十分に明瞭にするために、以下、添付図面を参照して具体的な実施形態を説明する。説明は、以下の通りである。

【0042】

本明細書において、「不定冠詞（ａ又はａｎ）」は、ここに記載するユニット、要素及び部品を説明するために使用される。これは、単に説明の便宜のためであり、本発明の範囲に一般的な意味を与えるものである。したがって、明確に別段の記載がない限り、この表現は、「１つ」又は「少なくとも１つ」を含むと理解されるべきであり、単数形の表現は、複数形も含むと理解されるべきである。

【0043】

本明細書において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、又は他の類似の用語は、非排他的な包含を含意する。例えば、複数の特徴を含む要素、構造、製品、又は装置は、ここに列挙された要件に限定されるものではなく、明示的に列挙されていないが、要素、構造、製品、又は装置に一般的に内在する特徴を含んでいてもよい。これに加えて、明確に別段の記載がない限り、「又は」という用語は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を指す。

【0044】

図１は、幾つかの実施形態におけるエネルギーストレージ１０の三次元概略図である。図１において、エネルギーストレージ１０は、第１の動作モードＭ１及び第２の動作モードＭ２を実行する異種圧力媒体相互作動モジュールを備える。図２Ａは、第１の動作モードＭ１を実行するエネルギーストレージ１０の動作を示す概略図であり、図２Ｂは、第２の動作モードＭ２を実行するエネルギーストレージ１０の動作を示す概略図である。

【0045】

第１の動作モードＭ１が実行されると、エネルギーストレージ１０は、作用流体ＷＬを受け取る。第２の動作モードＭ２が実行されると、エネルギーストレージ１０は、作用流体ＷＬを、エネルギーストレージ１０と連通接続された変換器（図４Ｂに示す変換器４等）に押し出す。変換器は、液体ポンプ、ターボポンプ、液体発電機、液体タービン発電機、又は液圧タービン発電機等であり得る。一実施形態では、第１の動作モードＭ１と第２の動作モードＭ２は、異なる時間帯に運転される。例えば、第１の動作モードＭ１は、オフピーク電力消費期間に実行され、第２の動作モードＭ２は、ピーク電力消費期間に実行される。しかしながら、ある実施形態において、例えば、複数のエネルギーストレージが存在する場合、複数のエネルギーストレージが異なるモードで動作してもよい。例えば、第１のエネルギーストレージが第１の動作モードＭ１を実行し、第２のエネルギーストレージが第２の動作モードＭ２を実行してもよい。このように、第１の動作モードＭ１及び第２の動作モードＭ２は、同時に実行できる。

【0046】

図２Ａに示すように、第１の動作モードＭ１が実行されると、作用流体ＷＬがエネルギーストレージ１０に注入される。作用流体ＷＬは、液体源から供給してもよい。例えば、液体源は、作用流体ＷＬを貯蔵するための装置又は機器として機能できる水タンク、貯水槽、給水塔等であってもよい。図２Ａに示す矢印は、第１の動作モードＭ１中の作用流体ＷＬの流路を表している。

【0047】

図２Ｂに示すように、第２の動作モードＭ２が実行されると、作用流体ＷＬは、エネルギーストレージ１０から排出される。このようにして、作用流体ＷＬを変換器に排出し、変換器を駆動して発電できる。図２Ｂに示す矢印は、第２の動作モードＭ２中の作用流体ＷＬの流路を表している。

【0048】

幾つかの実施形態では、作用流体ＷＬは水であり得る。但し、他の流体又は液体、例えば、有機溶媒、無機溶媒、溶融塩、流動性イオン塩、超臨界流体及び様々な気体又は他の流動性物質又は圧力発生物質及び機構等も、本開示の範囲に含まれる。

【0049】

図１に戻って説明を続けると、エネルギーストレージ１０は、第１の容器１２と第２の容器１４とを含む。図示のように、一実施形態において、エネルギーストレージ１０は、一対一の対応関係を有する第１の容器と第２の容器を含む。ここでは、第１の容器１２及び第２の容器１４を容器と呼ぶが、このような用語は、範囲を特定の形状に限定するものではなく、容器は、液体、気体、又は固体を収容するために使用でき、同時にその発生圧力に耐えることができる限り、任意の形状を有することができる。更に、第１の容器１２と第２の容器１４の材料と厚みもまた、適用可能な圧力、液体、気体、又は固体に影響を与える／これらを決定する可能性がある。材料は、例えば、ステンレス鋼、鉄等とできる。更に、エネルギーストレージ１０を地下に設置したり、他の材料（セメント、コンクリート等）で囲ったりしてもよい。例えば、第１の容器１２及び第２の容器１４をセメントで囲むことによって、第１の容器１２及び第２の容器１４の圧力に対する抵抗強度を高めることができる。換言すれば、セメント又はコンクリートに封入することによって、容器自体の壁の厚さ／材料に関する要件を緩和できる。同様に、本開示の地下システムも、容器の壁の厚さ／材料に関する要件を緩和できる。

【0050】

第１の容器１２は、初期気体ＩＧを貯蔵するための第１のスペースＳＰ１を形成する。図１では、一例として、第１の容器１２を円筒形のタンク本体として示している。しかしながら、第１の容器１２は、多角形のタンク本体、ハニカム形状のタンク本体、又は他の形状のタンク本体であってもよい。

【0051】

幾つかの実施形態では、初期気体ＩＧは、空気、他の流体又は気体、例えば、水素、ヘリウム、窒素又は混合気体（２０％水素及び８０％ヘリウム等）等を含み、様々な気体又は他の流動性物質又は圧力を発生させることができる物質及び機構も実施形態の範囲に含まれる。更に、初期気体ＩＧは、他の物質状態から変換されてもよい。例えば、気体状態は、固体状態や液体状態から変化したものであってもよい。このような変化は、例えば、温度、圧力等の変化によって生じさせてもよい。幾つかの実施形態では、初期気体ＩＧは、第１のスペースＳＰ１に留まるのみではなく、第２のスペースＳＰ２に入り込んでいてもよい。更に、初期気体ＩＧが第１のスペースＳＰ１全体を満たしていなくてもよい。幾つかの実施形態では、第１のスペースＳＰ１全体を満たすことに加えて、初期気体ＩＧは、第１のスペースＳＰ１の一部のみを満たしてもよい。

【0052】

第２の容器１４は、第１の容器１２の一側に配置される。一例として、図１では、第２の容器１４は、第１の容器１２の下側に配置されている。他の実施形態では、第２の容器１４は、第１の容器１２のいずれの側に配置されてもよく、すなわち、第１の容器１２の下側に配置されることに限定されるものではない。第２の容器１４は、初期液体ＩＬを貯蔵するための第２のスペースＳＰ２を形成する。第２の容器１４が第１の容器１２に接続されると、第２のスペースＳＰ２は、第１のスペースＳＰ１と連通する。なお、図１では、第２の容器１４も円筒状のタンク本体として例示しており、第２の容器１４の説明は、第１の容器１２の説明と同様であり、ここでは、説明を簡潔明瞭にするために同じ説明は繰り返さない。第２の容器１４の形状は、第１の容器１２の形状と同じであってもよく、異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、初期液体ＩＬは、第２のスペースＳＰ２に留まるのみではなく、第１のスペースＳＰ１に入り込んでいてもよい。更に、第２のスペースＳＰ２全体を満たすことに加えて、初期液体ＩＬは、第２のスペースＳＰ２の一部のみを満たしていてもよい。

【0053】

幾つかの実施形態では、初期液体ＩＬは、水であってもよい。他の流体又は液体も本発明の実施形態の範囲内であり、例えば、有機溶媒、無機溶媒、溶融塩、流動性イオン塩、超臨界流体及び様々な気体又は他の流動性物質又は圧力発生物質及び機構等が挙げられる。更に、初期液体ＩＬに使用される材料は、作用液体ＷＬの材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。更に、初期液体ＩＬは、他の材料状態から変化したものであってもよく、例えば、液体状態が固体状態又は気体状態から変化したものであってもよい。このような変化は、例えば、温度、圧力等の変化によって生じさせてもよい。

【0054】

例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１の動作モードＭ１が実行されると、作用流体ＷＬは、（図４Ａに示すように）第２のスペースＳＰ２に連続的に注入される。注入された作用流体ＷＬは、第２のスペースＳＰ２内の体積を徐々に増加させることによって、第２のスペースＳＰ２内の占有スペースを徐々に増加させ、これによって、第１のスペースＳＰ１内の初期気体ＩＧが所定の圧力に達するまで、初期液体ＩＬを駆動し、第１のスペースＳＰ１内の初期気体ＩＧを連続的に圧縮し、第１の容器１２を第１の圧力エネルギーＦＰＥ（図３に図示）に到達させ、第１の容器１２に第１の圧力エネルギーＦＰＥを貯蔵させる。初期液体ＩＬの膨張により初期気体ＩＧの分子間距離が短くなるため、初期気体ＩＧが圧縮されてエネルギー蓄積の効果が得られる。所定圧力の値は、数キロパスカルから数メガパスカルまでとすることができる。例えば、所定圧力の値は、４メガパスカル（Ｍｐａ）（又はＮ／ｍ²）から１２Ｍｐａの範囲としてもよい。初期液体ＩＬの推力が発生し続ける限り、圧力均衡により初期液体ＩＬが初期気体ＩＧを押さなくなるか又は初期気体ＩＧが圧縮できなくなるまで、初期気体ＩＧは、圧縮され続ける。圧力が均衡すると、初期気体ＩＧが圧縮されなくなる。更に、初期気体ＩＧを押すように初期液体ＩＬを調整することによって、初期気体ＩＧの圧力を所定の圧力に到達させ又は維持でき、これによって第１の圧力エネルギーＦＰＥの量が決定される。

【0055】

第２の動作モードＭ２が実行されると、（図４Ｂに示すように）作用流体ＷＬが第２のスペースＳＰ２から反対方向に向かって排出される。このとき、圧縮された初期気体ＩＧの連続的な膨張による圧力解放の効果に起因して、初期流体ＩＬは、第１の圧力エネルギーＦＰＥによって押され、作用流体ＷＬを、例えば、変換器４に向かう方向に移動させるように押し出す。換言すれば、初期気体ＩＧは、初期液体ＩＬを排出するように駆動し、第１の圧力エネルギーＦＰＥを第２の圧力エネルギーＳＰＥに変換して変換器４を駆動する。簡潔に言えば、変換器４は、第２の圧力エネルギーＳＰＥによって作動され、電気エネルギーＥ（又は電力）を生成する。

【0056】

一実施形態において、エネルギーストレージ１０は、数ＭＰａから数十ＭＰａに維持された圧力に作用して、３０ｋＷ（キロワット）から３００ｋＷの範囲の電力を生成できる。例えば、１つのエネルギー貯蔵装置が約３００ｋＷを発電する。１システム内で２，５００個のエネルギー貯蔵装置を使用した場合、約７５０，０００ｋＷの発電が可能である。

【0057】

図３は、幾つかの実施形態におけるエネルギーストレージ１０’の三次元概略図である。図３において、上述した第１の容器１２及び第２の容器１４に加えて、エネルギーストレージ１０’は、第１の管１６及び第２の管１８を更に含む。第１の管１６及び第２の管１８の配置によって、第１の容器１２及び第２の容器１４の配置はより柔軟になる。

【0058】

第１の容器１２及び第２の容器１４の説明は、上述の通りであり、説明を簡潔明瞭にするために、ここでは、繰り返さない。

【0059】

図３において、第１の管１６は、第１の端部１６２と第３の端部１６４とを含む。第１の端部１６２は、第１の容器１２に接続され、第３の端部１６４は、第２の容器１４に接続され、これにより、第１の管１６が第１のスペースＳＰ１及び第２のスペースＳＰ２と連通する。

【0060】

第２の管１８は、第２の端部１８２と第４の端部１８４とを含む。第２の端部１８２は、第２の容器１４に接続され、第４の端部１８４は、（図４Ｂに示すように）変換器４及び（図４Ａに示すように）液体源２に接続できる。一実施形態では、第２の管１８の直径は、第１の管１６の直径よりも大きい。別の実施形態では、第２の管１８の直径は、第１の管１６の直径以下としてもよい。第２の管１８の直径が第１の管１６の直径よりも大きい場合、初期液体ＩＬは、第１の管１６を介して初期気体ＩＧの圧縮を加速する。

【0061】

第１の動作モードＭ１及び第２の動作モードＭ２を実行するエネルギーストレージ１０’の説明は、上述の通りであり、説明を簡潔明瞭にするために、ここでは、繰り返さない。図４Ａは、第１の動作モードＭ１を実行するエネルギーストレージ１０’の動作を示す概略図である。図４Ｂは、第２の動作モードＭ２を実行するエネルギーストレージ１０’の動作を示す概略図である。

【0062】

一実施形態において、図４Ａ及び図４Ｂに示す第１の管１６及び第２の管１８の技術的特徴により、第１の動作モードＭ１及び第２の動作モードＭ２を以下のように調整できる。

【0063】

第１の動作モードＭ１では、作用液体ＷＬが液体源２から第２の管１８を介して第２のスペースＳＰ２に連続的に注入されて、作用液体ＷＬは、スペースＳＰ１内の初期気体ＩＧが所定の圧力になるまで、第１の管１６を介して初期液体ＩＬを駆動して第１のスペースＳＰ１内の初期気体ＩＧを連続的に圧縮し、これにより、第１の容器１２が第１の圧力エネルギーＦＰＥを貯蔵する。初期液体ＩＬによって初期気体ＩＧの分子間距離が減少するため、初期気体ＩＧが圧縮されてエネルギーが貯蔵される。

【0064】

第２の動作モードＭ２では、作用流体ＷＬは、第２の管１８を介して第２のスペースＳＰ２に連続的に注入されなくなり、第２の管１８から逆方向に排出される。このとき、圧縮された初期気体ＩＧが連続的に膨張して、初期液体ＩＬが第１の圧力エネルギーＦＰＥによって押され、作用液体ＷＬが変換器４に向かって押し出される。このように、初期気体ＩＧは、初期液体ＩＬを第２の管１８の第４の端部１８４に向かって移動させ、第２の管１８の第４の端部１８４から排出することにより、第１の圧力エネルギーＦＰＥを第２の圧力エネルギーＳＰＥに変換し、変換器４を駆動する。第２の圧力エネルギーＳＰＥによって駆動される変換器４は、電気エネルギーＥ（例えば、電気）を生成する。

【0065】

図５は、幾つかの実施形態におけるエネルギーストレージ１０”の三次元概略図である。図５において、エネルギーストレージ１０”は、図３に示す第１の容器１２、第２の容器１４、第１の管１６及び第２の管１８のみではなく、第３の管２８、穴カバー２９及びメンテナンスパイプ３０も含む。

【0066】

第１の容器１２、第２の容器１４、第１の管１６及び第２の管１８の説明は、上述の通りであり、説明を簡潔明瞭にするために、ここでは、繰り返さない。

【0067】

第３の管２８は、第１の容器１２に配置されている。第３の管２８の一端は、第１のスペースＳＰ１に接続され、第３の管２８の他端は、外部気体ＥＧを受け入れ、初期気体ＩＧを供給する。一実施形態では、第３の管２８は、気体又は液体を選択的に放出することによって圧力を解放する圧力安全弁（ポップアップ弁とも呼ばれる）（図示せず）を更に含み、これにより、所定の圧力設定値に達するように圧力を調整する。例えば、圧力安全弁は、エネルギー貯蔵装置の所定の圧力を４ＭＰａ（又はＮ／ｍ²）から１２ＭＰａに維持するように制御される。

【0068】

穴カバー２９は、第１の容器１２に配置されている。穴カバー２９を開くと、第１のスペースＳＰ１と第１の容器１２の外部空間とが連通する。穴カバー２９を閉じると、第１のスペースＳＰ１と第１の容器１２の外部空間との連通が遮断される。第１のスペースＳＰ１に作業者（図示せず）が入ることによって、メンテナンス作業を行うことができる。一実施形態において、穴カバー２９は、気体又は液体を選択的に放出して圧力を逃がすために使用される圧力安全弁（ポップアップ弁とも呼ばれる）（図示せず）を更に含んでもよく、これにより、圧力安全弁を調整して、第１の容器１２の圧力を、例えば、数メガパスカル及び数メガパスカルの値に設定された所定の圧力に維持してもよい。

【0069】

メンテナンスパイプ３０は、第１の容器１２と第２の容器１４との間に配置されている。メンテナンスパイプ３０を開くと、第１のスペースＳＰ１と第２のスペースＳＰ２とが連通する。メンテナンスパイプ３０を閉じると、第１のスペースＳＰ１と第２のスペースＳＰ２との連通が遮断される。メンテナンス作業者（図示せず）は、メンテナンス作業のために第２のスペースＳＰ２に入ることができる。一実施形態において、メンテナンスパイプ３０は、圧力を解放するために気体又は液体を選択的に放出するために使用される圧力安全弁（ポップアップ弁とも呼ばれる）（図示せず）を更に含み、所定の圧力設定値に達するように圧力を調整してもよい。

【0070】

一実施形態において、エネルギーストレージ１０”は、以下に詳細に説明する圧力センサ、ポンプ、弁体、コントローラー等を更に含んでいてもよい。

【0071】

図６は、幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システム２０の三次元概略図である。図６に示すように、異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム２０は、複数のエネルギーストレージ１０”、液体源２、変換器４、第１のパイプ６、及び第２のパイプ８を含む。エネルギーストレージ１０”、液体源２、変換器４、第１のパイプ６及び第２のパイプ８は、作用流体ＷＬの流路に沿って、閉鎖され循環するエネルギー貯蔵放出構造を形成する。

【0072】

図６の例は、４つのエネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８を有する。しかしながら、エネルギー貯蔵システム２０内のエネルギー貯蔵装置は、これより多くても少なくてもよい。一実施形態では、エネルギー貯蔵装置の数は、任意に、又は用途に応じて選択できる。例えば、この数の範囲は、１０～１００個のエネルギーストレージ１０”、１００～１，０００個のエネルギーストレージ１０”、又は１，０００～９９９，９９９個のエネルギーストレージ１０”としうる。エネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれは、一対一の対応関係を有する第１の容器１２及び第２の容器１４と、第１の管１６と、第２の管１８とを含む。幾つかの実施形態において、リアルタイム又はオンデマンドで、エネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８を、異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム２０に／から追加／除去してもよい。あるいは、エネルギー貯蔵システム２０において、弁体を介してエネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８を制御し、これらを（追加されたとみなされるように）有効化して動作させてもよく、（除去されたとみなされるように）無効化して動作を停止してもよい。

【0073】

各第１の容器１２は、初期気体ＩＧを貯蔵するための第１のスペースＳＰ１を形成する。

【0074】

各第２の容器１４は、第１の容器１２の下側に配置され、それぞれの第２の容器１４は、初期液体ＩＬを貯蔵するための第２のスペースＳＰ２を形成する。

【0075】

各第１の管１６の一端は、第１の容器１２に接続され、各第１の管１６の他端は、第２の容器１４に接続され、これにより、第１の管１６は、接続された第１の容器１２の第１のスペースＳＰ１及び接続された第２の容器１４の第２のスペースＳＰ２に連通する。

【0076】

各第２の管１８の一端は、第２の容器１４に接続され、各第２の管１８の他端は、第１のパイプ６に接続される。第２の管１８の直径は、第１の管１６の直径よりも大きくても小さくてもよい。

【0077】

液体源２は、作用液体ＷＬを供給し、再利用する。例えば、液体源２は、貯水池、給水塔、貯水槽等であってもよい。供給源として機能する液体源２の機能に関する説明は、上述の通りであり、説明を簡潔明瞭にするために、ここでは、繰り返さない。ここで、液体源２は、供給機能に加えて、変換器４から排出される作用流体ＷＬを、第２のパイプ８を介して再利用することもできる。

【0078】

変換器４は、作用流体ＷＬを受け取り、出力する。例えば、変換器４は、液体ポンプ、ターボポンプ、液体発電機、液体タービン発電機、水力タービン発電機、又は発電するように構成された他の液体駆動装置であってっもよい。変換器４は、供給装置として機能できるが、これは、先の実施形態の説明と同様であるため、ここでは繰り返さない。ここで、液体源２は、供給機能に加えて、変換器４から排出された作用液体ＷＬを第２のパイプ８を介して再利用することもできる。

【0079】

第１のパイプ６は、第３のスペースＳＰ３を形成しており、第１のパイプ６は、複数の接続口６２と、第１の接続点６４と、第３の接続点６６とを有している。各接続口６２は、第２の容器１４の各第２のスペースＳＰ２と第３のスペースＳＰ３とを接続する。更に、第１の接続点６４及び第３の接続点６６は、第１のパイプ６の両端に形成されている。第１の接続点６４は、液体源２の第１の端部２４に接続され、第３の接続点６６は、変換器４の第１の端部４２に接続される。

【0080】

第２のパイプ８は、第４のスペースＳＰ４を形成し、第２のパイプ８の第１の端部８２は、変換器４の第２の端部４４に接続され、第２のパイプ８の第２の端部８４は、液体源２の第２の端部２６に接続される。

【0081】

第１の動作モードＭ１では、作用液体ＷＬが液体源２から第１のパイプ６及び第２の管１８を通って第２のスペースＳＰ２に注入され、作用液体ＷＬは、第１の管１６を通って初期液体ＩＬを駆動し、第１のスペースＳＰ１内の初期気体ＩＧが所定の圧力に達するまで、第１のスペースＳＰ１内の初期気体ＩＧを連続的に圧縮し、これによって、第１の容器１２が第１の圧力エネルギーＦＰＥを貯蔵することを可能にする。

【0082】

第２の動作モードＭ２では、初期気体ＩＧが連続的に膨張し、初期液体ＩＬが第２の管１８に向かって移動し、第２の管１８から排出されるように初期液体ＩＬを駆動し、第１の圧力エネルギーＦＰＥを第２の圧力エネルギーＳＰＥに変換して第１のパイプ６を通過させ、変換器４を駆動して電気エネルギーＥを生成する。作用液体ＷＬは、変換器４を駆動した後、第２のパイプ８を通って液体源２に戻る。

【0083】

図７は、幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システム２０’の三次元概略図である。図７に示すように、エネルギー貯蔵システム２０’は、エネルギーストレージ１０”、液体源２、変換器４、第１のパイプ６及び第２のパイプ８に加えて、少なくとも１つの圧力センサ３２、ポンプ３４、弁体３６、３６’及びコントローラ３８を含む。コントローラ３８は、広義には、１つ又は複数のコンピュータを表すサーバコンピュータ、例えば、１つ又は複数のデスクトップコンピュータ、サーバコンピュータ、サーバファーム、クラウドコンピューティングプラットフォーム、並列コンピュータ、パブリック又はプライベートデータセンター内の仮想コンピューティングインスタンス及び／又はサーバベースアプリケーションのインスタンス等に実装できる。ポンプ３４によって、異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システムは、より優れたエネルギー貯蔵効果を有し、より多くのエネルギーを貯蔵及び放出することが可能になる。

【0084】

エネルギーストレージ１０”、液体源２、変換器４、第１のパイプ６及び第２のパイプ８の説明は、上述の通りであり、説明を簡潔明瞭にするために、ここでは、繰り返さない。

【0085】

圧力センサ３２を使用して、例えば、作用流体ＷＬ、初期液体ＩＬ、又は初期気体ＩＧの変化を感知し、対応する感知信号ＳＳを生成できる。ここで、圧力センサ３２は、一例として、第１の容器１２に配置される。他の実施形態では、圧力センサ３２は、第２の容器１４、第１の管１６、第２の管１８、第１のパイプ６及び第２のパイプ８のうちの少なくとも１つにも配置してもよい。

【0086】

ポンプ３４を使用して、例えば、作用液体ＷＬ又は初期液体ＩＬの流量を調整できる。このポンプ３４は、作用液体ＷＬを供給することによってより高い流量及び圧力を生成して初期液体ＩＬ及び初期気体ＩＧに作用させ、第１の容器１２及び第２の容器１４にエネルギーを迅速かつ容易に貯蔵できるように特別に設計できる。ポンプ３４は、一例として、第１のパイプ６と液体源２との間に配置される。なお、これに代えて、ポンプ３４は、第１のスペースＳＰ１、第２のスペースＳＰ２、第１の管１６、第２の管１８、第１の管１６と第１の容器１２との間、第２の管１８と第２の容器１４との間、第１のパイプ６、第２のパイプ８、第２のパイプ８と液体源２との間、及び第２のパイプ８と変換器２との間の少なくとも１つに配置してもよい。ポンプ３４は、液体源２の作用液体ＷＬを調節してエネルギーストレージ１０”に流し込む。

【0087】

弁体３６、３６’は、手動及び自動で、開モード及び閉モードを提供できる。自動制御は、制御信号ＣＳを介して行うことができる。制御信号ＣＳは、コントローラ３８から生成できる。更に、開モードでは、作用流体ＷＬ、初期液体ＩＬ及び初期気体ＩＧは、弁体３６、３６’を通過できる。閉モードでは、作用流体ＷＬ、初期液体ＩＬ及び初期気体ＩＧは、弁体３６、３６’によって停止される。図７に示すように、弁体３６は、第１のパイプ６と液体源２との間に設け、弁体３６’は、第１のパイプ６と変換器４との間に設ける。なお、弁体３６、３６’は、第１の容器１２、第２の容器１４、第１の管１６、第２の管１８、第１の管１６と第１の容器１２との間、第２の管１８と第２の容器１４との間、第１のパイプ６、第２のパイプ８、第２のパイプ８と液体源２との間、及び第２のパイプ８と変換器４との間の少なくとも１つに配置してもよい。

【0088】

コントローラ３８は、例えば、作用流体ＷＬ、初期液体ＩＬ、又は初期気体ＩＧによって生成された圧力を、圧力センサ３２が感知することによって生成した感知信号ＳＳを受信できる。コントローラ３８は、感知信号ＳＳに基づいて制御信号ＣＳを生成し、弁体３６、３６’を操作して、開モード又は閉モードを実行する。一実施形態において、コントローラ３８は、制御信号ＣＳを出力して弁体３６を操作して初期気体ＩＧを所定の圧力に制御し、初期気体ＩＧが所定の圧力になると、初期気体ＩＧの圧縮を停止する。

【0089】

一実施形態において、コントローラ３８は、制御プログラムＡＰＰと通信し、エネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８が、同期的に、第１の圧力エネルギーＦＰＥを貯蔵し、又は第２の圧力を変換することを可能にすることができる。例えば、コントローラ３８は、４つのエネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８が同時に約４倍の第１の圧力エネルギーＦＰＥを貯蔵できるように、又は４つのエネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８が同時に約４倍の第２の圧力エネルギーＳＰＥを放出できるように、弁体３６を制御する。

【0090】

一実施形態において、コントローラ３８は、制御プログラムＡＰＰと通信して、エネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８が、非同期的に、第１の圧力エネルギーＦＰＥを貯蔵し、第２の圧力エネルギーＳＰＥを変換することを可能にすることもできる。例えば、コントローラ３８は、エネルギーストレージ１０２、１０４、１０６、１０８のいずれかが独立してエネルギーを貯蔵又は放出できるように、接続ポート６２（図示せず）の弁体３６又は個別に制御可能な弁を制御する。換言すれば、コントローラ３８は、エネルギー貯蔵装置の１つ、複数、又は全てを選択し、変換器４を駆動して、１倍又は数倍の電気エネルギーを生成し、又は電気エネルギーＥが生成される期間を延長することができる。

【0091】

一実施形態では、コントローラ３８は、電気エネルギーＥの生成量を監視できる。例えば、電力に異常（不足又は過負荷等）が発生すると、コントローラ３８は、異常に関する通知を発行又は生成する。

【0092】

一実施形態において、コントローラ３８は、エネルギーストレージ１０において必要とされる電気エネルギーを供給して自家発電及び自家供給の目的を達成するように電気エネルギーＥを構成することが可能である。

【0093】

一実施形態において、エネルギーストレージ１０”は、電気エネルギーＥを貯蔵するために変換器４に接続された拡張エネルギー貯蔵ユニット４０を更に含む。拡張エネルギー貯蔵ユニット４０は、例えば、蓄電池、二次電池、スーパーキャパシタ等であってもよい。

【0094】

図１０は、幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システム２０’の電力ネットワークへの適用を示す概略図である。エネルギー貯蔵システム２０’は、現在の発電源５０のエネルギー貯蔵装置として使用される。例えば、発電源５０は、火力発電５０２、水力発電５０４、風力発電５０６、原子力発電、地熱発電、潮力発電等である。発電源５０は、電気エネルギーＥ’を生成し、電気エネルギーＥ’は、更に、異種圧力媒体相互作動エネルギー貯蔵システム２０’のポンプ３４を駆動し、ポンプ３４が作用流体ＷＬを動作させてエネルギーストレージ１０”にエネルギーを貯蔵できるようにできる。電気エネルギーの電力需要７０（家庭用電気７０２、産業用電気７０４等）に基づいて、エネルギーストレージ１０”は、発電源５０と組み合わされ、発電源５０を支援し、又は主な代替電源とすることができ、いつでも電力ネットワーク６０を介して、電気エネルギーＥを電力需要７０に供給できる。

【0095】

一実施形態では、エネルギー貯蔵システム２０”は、幾つかの実施形態におけるエネルギー貯蔵システム２０”の三次元概略図である図８に示すように、ｎ×ｍ個のエネルギーストレージ１０”を含むことができる。

【0096】

図９は、幾つかの実施形態における、異種圧力媒体相互作動を使用するエネルギー貯蔵方法の概略フローチャートである。図９において、方法は、ステップＳ９１で開始し、ここで、第１の容器内に初期気体が供給される。

【0097】

ステップＳ９２において、初期液体が第２の容器に供給される。

【0098】

ステップＳ９３において、作用液体が第２の容器に供給され、これにより初期液体を駆動して初期気体を圧縮し、第１の圧力エネルギーを蓄積する。

【0099】

ステップＳ９４において、第１の圧力エネルギーが解放され、初期液体を駆動して作用流体に作用させ、第２の圧力エネルギーを出力する。

【0100】

ステップＳ９５においては、ステップＳ９３～Ｓ９４を繰り返し実行し、第１の圧力エネルギーと第２の圧力エネルギーとの間の作用によってエネルギーを出力する。例えば、第２の圧力エネルギーを用いて変換器（液体ポンプ、ターボポンプ、液体発電機、液体タービン発電機、水力タービン発電機等）を駆動し、発電を行う。

【0101】

一実施形態では、ステップＳ９５の後、作用流体を回収して再び第２の容器に供給し、これにより、作用流体を繰り返し使用できる閉鎖系を形成する。

【0102】

エネルギーの使用時において、これらの装置及びシステムは、エネルギーを貯蔵及び放出するために使用され、このように貯蔵されたエネルギーは、オンデマンドで使用できる。

【0103】

動作時においては、システムは、電気エネルギーを位置エネルギー又は圧縮空気エネルギーに変換し、変換されたエネルギーを貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを必要に応じて放出する。

【0104】

以上、本発明を好ましい実施形態で開示してきたが、この実施形態は、単に本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを、当業者は理解すべきである。本実施形態と等価の全ての変更及び置換は、本発明の範囲に含まれるべきである。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって定義されるものとする。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】