JP7438184B2 - エネルギー貯蔵システム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願で提出された出願データシートで外国または国内の優先権主張が特定されているすべての出願は、本明細書に米国特許規則37 CFR 1.57に基づいて参照により援用され、本明細書の一部とみなされるべきである。
本発明は、エネルギー貯蔵システムに関し、より詳しくは、ブロックを積み重ねることによりエネルギーを貯蔵及び放出するエネルギー貯蔵システムに関する。
図1~3は、電気エネルギーまたは電力を貯蔵のために位置エネルギーに変換し、例えば電力網への供給のために位置エネルギーを電気エネルギーまたは電力に変換する動作が可能なエネルギー貯蔵システム100(「システム」)の例を示す。
図5~図6Eは、電気エネルギーまたは電力を蓄えるために位置エネルギーに変換し、例えば電力網に供給するために位置エネルギーを電気エネルギーまたは電力に変換する操作が可能なエネルギー貯蔵システム100A(「システム」)の例を示す。エネルギー貯蔵システム100Aの特徴のいくつかは、図1~図3のエネルギー貯蔵システム100の特徴と同様である。したがって、図1~図3のエネルギー貯蔵システム100の種々の特徴に関する構造と説明は、以下で説明する場合を除いて、図5~図6Eのエネルギー貯蔵システム100Aの対応する特徴にも適用される。
図7A~7Dは、電気エネルギーまたは電力を蓄えるために位置エネルギーに変換し、例えば電力網に供給するために位置エネルギーを電気エネルギーまたは電力に変換する動作が可能なエネルギー貯蔵システム100G(「システム」)の例を示す。このエネルギー貯蔵システム100Gの特徴のいくつかは、図1~図3のエネルギー貯蔵システム100及び図5~図6Eのシステム100Aの特徴と同様である。したがって、エネルギー貯蔵システム100Gでは、識別符号に「G」を追加することを除いて同じ識別符号を使用する。図1~図3のエネルギー貯蔵システム100及び図5~図6Eのシステム100Aの種々の特徴に関する構造と説明は、以下で説明されることを除き、図7A~図7Dのエネルギー貯蔵システム100Gの対応する特徴にも適用される。
[ブロックの配置]
図10A~図10Bは、(例えば、エネルギー貯蔵システム100,100A,100G~100Pの)ブロック150の異なる2つの層を示す。一例では、ブロック150の異なる2つの層は、防風構造910及び/またはエネルギー貯蔵アセンブリ930(例えば、電気エネルギーまたは電力を蓄え、生成するために移動する複数のブロック150)の異なる部分など、タワーないしスタック900,900G内の異なるレベルの少なくとも一部を形成するのに使用できる。一例では、1つ以上のブロック150が、(例えば、ブロック150を交互配置するように)2つの他のブロック150の上に積み重ねられ、そのことにより、効果的なことに、タワーないしスタック900,900Gのブロック150の横方向移動を抑制(例えば防止)し(例えば、タワーまたはスタックをより安定させ)、及び/またはタワーないしスタック900,900Gの転倒を抑制(例えば防止)する。
[ブロックの構造]
図11A~13Cは、1組のブロック150の例を示す。選択的に、1組のブロック150は同一である。ブロック150は、選択的に、長さL、幅W及び深さDの長方形形状である(例えば、長さL、幅W及び深さDのうちの任意の2つが長方形の面を形成する)。一例では、長さLはブロック150の幅Wの約2倍である。一例では、幅Wはブロック150の深さDの約2倍である。一例では、ブロック150は、長さL:幅W:深さDのアスペクト比が4:2:1である。他の例では、ブロック150は、長さLと幅Wと深さDのアスペクト比が3:2:1である。一例では、ブロック150は、長さが約4メートル(m)である。効果的なことに、ブロック150のアスペクト比により、ブロック150を積み重ねたときにブロック150が安定し、したがってスタック(積み重ね)構造が安定性する一方で、前述したタワー900,900Gのようなスタック構造の所望の高さを定めるブロック150の層またはフロアの数を減らすことができる。ブロック150は、選択的に、重量が約20トンから約60トンの間、例えば約55トンである。しかしながら、他の例では、ブロック150は、他の適切な重さであってよい。一例では、前述したタワーのようなスタック構造の上部(例えば、最上層、上部2層)を形成するブロック150は、スタック構造の下部(例えば、最下層、下部2層など)を形成するブロック150よりも重くすることができる。
[グラバーの構造]
図14A~図14Lは、ブロック150を解放可能に握るまたは掴む操作が可能なグリッパー機構またはグラバー機構500(「グリッパー」または「グラバー」)を示し、図14F~図14Hは、ブロック150に連結されたグラバー500を示す。グラバー500は、基端502から先端504まで延びる。グラバー500は、選択的に、ケーブル108に動作可能に接続される基部コネクタ505を含む。また、グラバー500は、例えば基部コネクタ505のフランジとクロスメンバー530の表面との間に配置されたベアリング512(例えば、ターンテーブルベアリング)を介して、コネクタ505に取り付けられる(例えば、回転可能に連結される)クロスメンバー530を有する。また、グラバー500は、1つ以上のアーム540、1つ以上のロック機構550、及び選択的に1つ以上の自己芯出し端570を含む。したがって、グラバー500は、ケーブル108をブロック150に動作可能に連結する(例えば、前述したように、トロリー106とケーブル108がブロック150を上昇させて位置変化させることを可能にする)。グラバー500の少なくとも一部(例えば、基部コネクタ505、クロスメンバー530、アーム540)は、剛性の高い材料(例えば金属)で形成できる。選択的に、自己芯出し端570は金属で形成できる。アーム540と自己芯出し端570は、ともに槍様の形状を形成し得る。
[クレーンの操作]
エネルギー貯蔵システム100,100A,100G-100Pは、ブロック150,150’を低高度から高高度さに上昇させる(例えば垂直上昇させる)ことにより、電気エネルギーまたは電力を蓄えるために位置エネルギーに変換し、ブロック150,150’の1つ以上を高高度から低高度へ重力で移動させる(例えば、垂直に移動させる、垂直に下げる)ことにより、位置エネルギーを電気エネルギーまたは電力に変換する操作が可能である。
[外から内への積み重ね]
図1~3において、ブロック150,150’は、電力をブロック150,150’に位置エネルギーとして蓄えるために、タワー102から離れた径方向位置のジブ104の低高度から、タワー102に近い径方向位置のジブ104の高高度へ移動する。ブロック150,150’は、その後、発電するために、タワー102に近い径方向位置のジブ104の高高度から、タワー102から離れた径方向位置のジブ104の低高度へ移動する。
[内から外への積み重ね]
図6A~図6Eにおいて、ブロック150は、タワー102に近い径方向位置のジブ104の低高度(図6C~図6Eを参照)から、タワー102から離れた径方向位置のジブ104の高高度(図6A~6Bを参照)に移動し、タワー900を形成するブロック150に電力を位置エネルギーとして蓄える。ブロック150は、その後、発電するために、タワー102から離れた径方向位置のジブ104の高高度から、タワー102に近い径方向位置のジブ104の低高度へ移動する。
[利用]
本明細書で説明されているのは、電気エネルギーまたは電力を蓄えるために位置エネルギーに変換し、例えば電力網に供給するために位置エネルギーを電気エネルギーまたは電力に変換する操作が可能なエネルギー貯蔵システム(例えば、エネルギー貯蔵システム100,100A,100G~100P)の例である。このエネルギー貯蔵システムは、有利なことに、ほとんどまたは全くメンテナンスを必要とせず、エネルギーの貯蔵容量を実質的に減少させずに数十年(例えば、0~50年)運転できる。
[追加の実施形態]
本発明の実施形態では、エネルギー貯蔵システム及びその動作方法は、以下のいずれかの項に従ったものにすることができる。
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることにより複数のブロックを積み重ねてブロックにエネルギーを蓄え、ブロックの各々がブロックの位置エネルギーの量に対応する量のエネルチーを蓄えるようにクレーンを操作することと、
1つ以上のブロックを重力下で高高度から低高度へ移動させることによりブロックの1つ以上を積み下ろし、それによって高高度から低高度へ移動するときの前記1つ以上のブロックの運動エネルギーの量に対応する量の電力を発生させるようにクレーンを操作することと、
を含む方法。
複数のブロックと、クレーンとを備え、
クレーンは、
フレームと、
電動機/発電機と、
フレームに移動可能に連結された1つ以上のトロリーと、
1つ以上のトロリーに移動可能に連結され、且つ電動機/発電機に作動可能に連結されたケーブルであって、複数のブロックの1つ以上に作動可能に連結されるように構成されたケーブルと、を備え、
クレーンは、1つ以上のブロックを互いに積み重ねるために、前記ブロックを低高度から高高度へ移動させ、前記ブロックの位置エネルギー量に対応する量の電気エネルギーを前記ブロックに蓄え、クレーンは、前記1つ以上のブロックを高高度から低高度へ移動させるときにその運動エネルギー量に対応する量の電力を生成するために、前記ブロックを高高度から低高度へ重力下で移動させることにより複数のブロックの1つ以上を積み下ろす操作がさらに可能であるシステム。
長さが幅よりも大きく、幅が深さよりも大きい長方形形状のコンクリートを備える本体であって、本体の隣接する側面を相互に連結する平面状の切子面と、本体の底面に設けられた1つ以上の凹部とを有する本体と、
ブロックの移動中にブロックの摩耗を抑制するように1つ以上の凹部に取り付けられた金属板と、
を有するブロック。
本体を有し、本体は、
クレーンによって操作可能なケーブルに連結可能なクロスメンバーと、
クロスメンバー本体から先端へ延びる1組のアームと、
1組のアームの各々の先端部に配置された1つ以上のレバーと、を備え、
1つ以上のレバーは、グラバーをブロックの下端を越えて下降可能にする格納位置と、1つ以上のレバーをブロックの下端に係合させてブロックに連結可能にする伸張位置との間で作動可能であるグラバー。
さらに、1つ以上のレバーに近接し且つ空気供給源と流体的に連通する1つ以上の開口を有し、空気供給源は、レバーが伸長位置にあるときに、1つ以上の開口を介して空気をレバーと1組のアームとの間の供給に送出することよって前記空間の屑を除去し、1つ以上のレバーを格納位置と伸長位置との間で妨げられずに移動可能にする操作が可能であるグラバー。
ブロックに対してグラバーを下降させることと、
1組のアームの先端が1組の孔から突出するまでブロックの1組の孔にグラバーの1組のアームを挿入することと、
1組のアームに移動可能に連結された1つ以上のレバーを格納位置から伸張位置に作動させることと、
ブロックをグラバーで上昇可能にするために、1組の孔の凹状の先端面を伸張位置の1つ以上のレバーと係合させることと、
を有する方法。
Claims (28)
- 蓄電及び発電するための方法であって、
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることにより複数のブロックを積み重ねてブロックにエネルギーを蓄え、ブロックの各々がブロックの位置エネルギーの量に対応する量のエネルギーを蓄えるようにクレーンを操作することと、
1つ以上のブロックを重力下で高高度から低高度へ移動させることによりブロックの1つ以上を積み下ろし、それによって高高度から低高度へ移動するときの前記1つ以上のブロックの運動エネルギーの量に対応する量の電力を発生させるようにクレーンを操作することと、
を含み、
前記クレーンが、タワーと、前記タワーに連結された1組又は複数組のジブとを備え、前記ジブの各組が互いに前記タワーの反対側に延びる2つのジブを有し、1組又は複数組のジブのそれぞれのジブに1つ以上のトロリーが移動可能に連結されている
方法。 - 請求項1の方法において、
エネルギーを蓄えるために複数のブロックを積み重ねることが、低高度から高高度へブロックを移動させるように電動機を動作させることを含む方法。 - 請求項1の方法において、
高高度から低高度へ1つ以上のブロックを移動させることにより発電機が駆動されて発電される方法。 - 請求項1の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ、または低高度から高高度へ移動させることが、1つ以上のブロックを低高度と高高度の間の移動中にブロックの向きを変えずに移動させることを含む方法。 - 請求項1の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ、または低高度から高高度へ移動させることが、クレーンの方位角の変化に基づいて1つ以上のブロックを移動させることを含む方法。 - 請求項5の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ移動させることが、タワーから離れた位置からタワーに近い位置に1つ以上のブロックを移動させることを含む方法。 - 請求項5の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ移動させることが、タワーに近い位置からタワーから離れた位置に1つ以上のブロックを移動させることを含む方法。 - 請求項1の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ、または低高度から高高度へ移動させることが、クレーンの並進動作に基づいて1つ以上のブロックを1つの位置から他の位置へ移動させることを含み、クレーンが第2の複数のブロックに取り付けられるブリッジクレーンである方法。 - 請求項1の方法において、
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることが、前記クレーンの1組のジブにおける2つのジブに取り付けられる2つのブロックを低高度から高高度へ実質的に同時に移動させてクレーンへの力を平衡させることを含む方法。 - 請求項1の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ移動させることが、前記クレーンの1組のジブにおける2つのジブに取り付けられる2つのブロックを高高度から低高度へ実質的に同時に移動させてクレーンへの力を平衡させることを含む方法。 - 蓄電及び発電するための方法であって、
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることにより複数のブロックを積み重ねてブロックにエネルギーを蓄え、ブロックの各々がブロックの位置エネルギーの量に対応する量のエネルギーを蓄えるようにクレーンを操作することと、
1つ以上のブロックを重力下で高高度から低高度へ移動させることによりブロックの1つ以上を積み下ろし、それによって高高度から低高度へ移動するときの前記1つ以上のブロックの運動エネルギーの量に対応する量の電力を発生させるようにクレーンを操作することと、
を含み、
複数のブロックを積み重ねることが、第1のタイル配置パターンを有するブロックの第1の層を位置決めすることと、ブロックの第2の層をブロックの第1の層の上に位置決めすることとを含み、ブロックの第2の層は、積み重ねられたブロックの横方向移動または転倒を抑制するために、第1のタイル配置パターンとは異なる第2のタイル配置パターンを有する方法。 - 蓄電及び発電するための方法であって、
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることにより複数のブロックを積み重ねてブロックにエネルギーを蓄え、ブロックの各々がブロックの位置エネルギーの量に対応する量のエネルギーを蓄えるようにクレーンを操作することと、
1つ以上のブロックを重力下で高高度から低高度へ移動させることによりブロックの1つ以上を積み下ろし、それによって高高度から低高度へ移動するときの前記1つ以上のブロックの運動エネルギーの量に対応する量の電力を発生させるようにクレーンを操作することと、
を含み、
複数のブロックを積み重ねることが、ブロックの各々がブロックの下方の2つのブロックの少なくとも一部に90度の方向を向いて接触することによりブロックを交互配置するようにブロックの各々を位置決めすることを含む方法。 - 蓄電及び発電するための方法であって、
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることにより複数のブロックを積み重ねてブロックにエネルギーを蓄え、ブロックの各々がブロックの位置エネルギーの量に対応する量のエネルギーを蓄えるようにクレーンを操作することと、
1つ以上のブロックを重力下で高高度から低高度へ移動させることによりブロックの1つ以上を積み下ろし、それによって高高度から低高度へ移動するときの前記1つ以上のブロックの運動エネルギーの量に対応する量の電力を発生させるようにクレーンを操作することと、
を含み、
ブロックを積み重ねるためにブロックを低高度から高高度へ移動させることが、層の1つ以上のブロックがその層の隣接するブロックに対して90度の向きになるように、その層のブロックを配置し、ブロックが互いに接触することなくその層のブロック間のスペースを最小化することを含む方法。 - 蓄電及び発電するための方法であって、
1つ以上のブロックを低高度から高高度へ移動させることにより複数のブロックを積み重ねてブロックにエネルギーを蓄え、ブロックの各々がブロックの位置エネルギーの量に対応する量のエネルギーを蓄えるようにクレーンを操作することと、
1つ以上のブロックを重力下で高高度から低高度へ移動させることによりブロックの1つ以上を積み下ろし、それによって高高度から低高度へ移動するときの前記1つ以上のブロックの運動エネルギーの量に対応する量の電力を発生させるようにクレーンを操作することと、
を含み、
ブロックをスタックするためにブロックを低高度から高高度へ移動させることが、ブロックの昇降中の摩擦を抑制するために、層のブロックをその層で横方向に隣接する1つ以上のブロックが互いに接触しないように配置することを含む方法。 - 請求項1の方法において、
1つ以上のブロックを高高度から低高度へ、または低高度から高高度へ移動させることが、ブロックをブロックの底面から支持することを含む方法。 - エネルギー貯蔵システムであって、
複数のブロックと、クレーンとを備え、
クレーンは、
タワー及び前記タワーに連結された1組又は複数組のジブを備え、前記ジブの各組が互いに前記タワーの反対側に延びる2つのジブを有する、フレームと、
電動機/発電機と、
少なくとも1つのトロリーが1組又は複数組のジブのそれぞれのジブに移動可能に連結される、前記フレームに移動可能に連結された1つ以上のトロリーと、
1つ以上のトロリーに移動可能に連結され、且つ電動機/発電機に作動可能に連結されたケーブルであって、複数のブロックの1つ以上に作動可能に連結されるように構成されたケーブルと、を備え、
クレーンは、1つ以上のブロックを互いに積み重ねるために、前記ブロックを低高度から高高度へ移動させ、前記ブロックの位置エネルギー量に対応する量の電気エネルギーを前記ブロックに蓄え、クレーンは、前記1つ以上のブロックを高高度から低高度へ移動させるときにその運動エネルギー量に対応する量の電力を生成するために、前記ブロックを高高度から低高度へ重力下で移動させることにより複数のブロックの1つ以上を積み下ろす操作がさらに可能であるシステム。 - 請求項16のシステムにおいて、
1つ以上のトロリーが、1つ以上のブロックを低高度から高高度へ上昇させるためにケーブルを引き込み、電動機/発電機は、1つ以上のブロックを高高度から低高度へ重力下で下降させることによりケーブルが伸びるときに発電するシステム。 - 請求項16または17のシステムにおいて、
前記1組又は複数組のジブが、1組のジブであるシステム。 - 請求項16または17のシステムにおいて、
前記1組又は複数組のジブが、3組のジブであるシステム。 - 請求項19のシステムにおいて、
各組のジブが異なる角度方向でタワーの反対側に延びているシステム。 - エネルギー貯蔵システムであって、
複数のブロックと、クレーンとを備え、
クレーンは、
フレームと、
電動機/発電機と、
フレームに移動可能に連結された1つ以上のトロリーと、
1つ以上のトロリーに移動可能に連結され、且つ電動機/発電機に作動可能に連結されたケーブルであって、複数のブロックの1つ以上に作動可能に連結されるように構成されたケーブルと、を備え、
クレーンは、1つ以上のブロックを互いに積み重ねるために、前記ブロックを低高度から高高度へ移動させ、前記ブロックの位置エネルギー量に対応する量の電気エネルギーを前記ブロックに蓄え、クレーンは、前記1つ以上のブロックを高高度から低高度へ移動させるときにその運動エネルギー量に対応する量の電力を生成するために、前記ブロックを高高度から低高度へ重力下で移動させることにより複数のブロックの1つ以上を積み下ろす操作がさらに可能であり、
複数のブロックが第1の複数のブロックと第2の複数のブロックを備え、第1の複数のブロックは、空間が風力にさらされるのを抑制するために空間を囲む周囲の防風構造を形成するように配置され、クレーンは、蓄電または発電するために第2の複数のブロックを空間内で移動させる操作が可能であるシステム。 - 請求項21のシステムにおいて、
防風構造がほぼ円形の周縁部を形成しているシステム。 - 請求項21のシステムにおいて、
防風構造が四角形の周縁部を形成しているシステム。 - 請求項23において、
周縁部が正方形形状であるシステム。 - 請求項21のシステムにおいて、
空間内に防風構造を強化する1つ以上のクロスメンバーを形成する第3の複数のブロックを有し、空間が1つ以上のクロスメンバーによって1つ以上の部分に分割され、第2の複数のブロックが防風構造によって囲まれた空間の前記1つ以上の部分の中で移動可能であるシステム。 - 請求項16のシステムにおいて、
ケーブルに連結され、且つ複数のブロックの1つ以上に連結されて前記ブロックを昇降させるように選択的に作動するグラバーをさらに含むシステム。 - 請求項26のシステムにおいて、
グラバーは1組のアームを備え、各アームは1つ以上のレバーを有し、レバーは、アームがブロックの下端を越えて下降する格納位置と、ブロックの下端の1つ以上の凹部内へ1つ以上のレバーが延びてレバーをブロックに連結する伸張位置との間で作動可能であるシステム。 - 請求項26のシステムにおいて、
1組のアームがグラバーのクロスメンバーに連結される基端を有し、1組のアームが互いに離れ且つ互いに平行にアームの先端へ延びているシステム。
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