(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電所（２）及び／又は太陽光発電システム（３）等の他の発電所からの電気エネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する水中揚水発電所（６）であって、
水で充填することができるとともに共通の蓄積容積を構成する少なくとも２つの圧力容器（２０）を有するモジュール方式の蓄積システムと、
水深（Ｔ）に対応する静水圧（ＰＴ）に抗して前記蓄積システムから直接に周囲の海洋（１）へ水を流出させる放水口（３５）と、
前記放水口（３５）に配置され、前記蓄積システムから前記周囲の海洋へ水を排出し、前記周囲の海洋（１）の前記静水圧（ＰＴ）に抗して水を排出するときに、電気エネルギーを、排出された水柱に対応する位置エネルギーへ変換するポンプ（１６）と、
前記水深に対応する前記静水圧（ＰＴ）により前記周囲の海洋（１）から直接に前記蓄積システムへ水を流入させる取水口（３４）と、
前記取水口（３４）に配置され、前記水深（Ｔ）に対応する前記静水圧（ＰＴ）により水が流入するときに、前に排出された水柱の前記位置エネルギーを電気エネルギーへ戻すように変換する共通の発電機（３６）と、
前記蓄積システムから分離することが可能である分離可能なポンプ−タービンユニット（６０）及び／又は基礎本体（４０）と、
前記電気エネルギーを海洋表面から前記水中揚水発電所（６）へ送り、また戻す送電線（１２）と、
を備え、前記圧力容器（２０）は、前記ポンプ（１６）により空の状態に排出され海洋底（８）における前記静水圧（ＰＴ）による変形に耐えることができるように耐圧に構成されており、
前記基礎本体（４０）又は前記分離可能なポンプ−タービンユニット（６０）は、余分なポンプ及び弁、及び／又は、前記取水口及び放水口（３４、３５）を自動清掃する清掃システムを含む水中揚水発電所。
【請求項２】
前記圧力容器は、水だめ（２４）により互いに連結されており、前記放水口（３５）は、前記水だめに配置されている請求項１に記載の水中揚水発電所。
【請求項３】
前記圧力容器（２０）と前記水だめ（２４）との接続部は、前記圧力容器（２０）のうちの少なくとも１つと前記蓄積システムとの接続を断つための少なくとも１つの遮断弁（２６）を有する請求項２に記載の水中揚水発電所。
【請求項４】
前記ポンプ−タービンユニット（６０）は、少なくとも前記取水口（３４）、前記放水口（３５）、前記ポンプ（１６）、前記発電機（３６）及び電気設備を備え、前記ポンプ−タービンユニット（６０）は、保守・点検作業目的で前記海洋表面へ分離して運ばれる請求項１〜３のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項５】
前記ポンプ（１６）は、共通のポンプであり、前記共通のポンプ及び前記共通の発電機（３６）は、可逆式のポンプ−タービンを形成し、前記ポンプ−タービンは、組み合わされた取水口及び放水口（３４、３５）に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項６】
前記共通の蓄積容積は、複数の円筒形の圧力容器（２０）を備え、前記複数の円筒形の圧力容器（２０）は、一列に並べられて互いに接続されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項７】
前記圧力容器（２０）は、管部分であり、前記管部分の壁厚は、前記管部分が前記海洋底（８）における水圧に耐えるのに十分な厚みを有するように選択されている請求項６に記載の水中揚水発電所。
【請求項８】
前記圧力容器（２０）は、内部圧力容器部材（１９）であり、一体型蓄積複合体（２０ａ）は、管の形態の前記内部圧力容器部材（１９）を密接に詰めてつくられており、前記管の間の空洞は、前記一体型蓄積複合体を安定させるとともに前記蓄積システムを重くするために充填材で充填されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項９】
前記基礎本体（４０）は、前記圧力容器（２０）、前記ポンプ（１６）及び前記タービン（３６）を収容するように構成されており、前記基礎本体（４０）は、前記基礎本体（４０）の内部の一体化された主通路（４２）を介して、収容された前記圧力容器（２０）を前記ポンプ（１６）に接続し、前記圧力容器（２０）は、前記基礎本体（４０）を介して互いに接続されており、前記圧力容器（２０）は、前記基礎本体を介して接続された共通の圧力容器の容積を形成している請求項１〜８のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項１０】
前記基礎本体（４０）は、前記海洋底（８）に前記基礎本体を安定かつ固定して支持する脚部（４６）を有する請求項９に記載の水中揚水発電所。
【請求項１１】
前記圧力容器（２０）及び／又は前記基礎本体（４０）は、前記圧力容器（２０）を前記基礎本体（４０）及び／又は直接追加の圧力容器（２１）に取り外し可能に接続するための自己封止式の接続継手（２３）を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項１２】
前記圧力容器（２０）及び／又は前記基礎本体（４０）は、重り材で充填される空洞（３８）を有する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項１３】
前記圧力容器（２０）及び／又は前記基礎本体（４０）は、追加の補強を行う内部支持枠を有する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項１４】
空の状態である前記圧力容器（２０）及び／又は前記基礎本体（４０）は、水より軽く、したがって海洋表面に浮くことができ、これらの構成要素は、浮いている状態で設置場所へ運ぶことができるとともに前記設置場所において沈めることができ、保守・点検作業目的で水面へ戻すことができるようになっている請求項１〜１３のいずれか一項に記載の水中揚水発電所。
【請求項１５】
電力供給網であって、
風力発電所（２）及び／又は太陽光発電システム（３）等の、時間とともに変動する電気エネルギーを生産する複数の一次発電所と、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの水中揚水発電所（６）と、
電気エネルギーの複数の消費者（１４）と、
前記消費者、前記少なくとも１つの水中揚水発電所及び前記一次発電所を互いに接続する送電線（１２、５０）の網状組織と、
を備え、前記一次発電所からの余剰のエネルギーがあるとき、前記一次発電所により生産された前記電気エネルギーは、前記少なくとも１つの水中揚水発電所により一時的に可逆的に貯蔵され、高需要時に、電気エネルギーが回収され、回収された前記電気エネルギーは、前記消費者へ供給されることができるようになっている電力供給網。
【請求項１６】
風力発電所（２）及び／又は太陽光発電システム（３）等の一次発電所からの電気エネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する方法であって、
水で充填することができるとともに海洋底に沈められた少なくとも２つの人工の圧力容器（２０）が設けられた水中揚水発電所（６）を設け、前記水中揚水発電所（６）は、前記蓄積システムから分離することが可能である分離可能なポンプ−タービンユニット（６０）及び／又は基礎本体（４０）が設けられており、前記圧力容器（２０）は、ポンプで排出されて空の状態になり、前記海洋底（８）で静水圧（ＰＴ）による変形に耐えることができるような耐圧を有し、
前記電気エネルギーを貯蔵するために、前記水中揚水発電所（６）から直接水深に対応する前記静水圧（ＰＴ）の周囲の海洋へポンプで水を排出し、前記電気エネルギーを水深（Ｔ）における水柱に対応する位置エネルギーへ変換し、
前記電気エネルギーを回収するために、前記水深（Ｔ）に対応する前記静水圧（ＰＴ）により水が前記周囲の海洋から直接に前記水中揚水発電所（６）へ流入し、これにより前記水深における水柱の前記静水圧（ＰＴ）に対応する前記位置エネルギーを発電機（３６）により電気エネルギーへ変換し、
送電線（１２）により、前記電気エネルギーを、一時的に可逆的に貯蔵されるために海洋表面から前記水中揚水発電所（６）へ下方に伝導し、そして、前記電気エネルギーを、消費のために前記水中揚水発電所（６）から再び海洋表面へ戻るように伝導し、
前記基礎本体（４０）又は前記分離可能なポンプ−タービンユニット（６０）は、余分なポンプ及び弁を含み、及び／又は、前記取水口及び放水口（３４、３５）は、自動清掃される方法。
【請求項１７】
前記水中揚水発電所（６）が初めは浮くように前記水中揚水発電所（６）の質量を排出される水の質量よりも小さくするために前記水中揚水発電所（６）を初めに浮力調整し、前記水中揚水発電所（６）を沈める場所においてバルク材及び／又はバラスト水を基礎本体（４０）及び／又は前記圧力容器（２０）へ注入することにより前記水中揚水発電所（６）の質量を増大し、それによって、前記水中揚水発電所（６）の質量は、排出された水の質量より大きくなり、前記水中揚水発電所（６）を沈めて前記海洋底（８）に設置する請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間とともに稼働率が変動する風力発電所及び／又は太陽光発電システムからのエネルギー等のエネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する揚水発電所に関する。本発明は、また、揚水発電所を有する電力供給網、及び、一次発電所からの電気エネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球の表面への太陽放射の不規則分布に起因して、一方では熱帯及び亜熱帯と、他方では極地方との間に既知の気温分布が生じる。このエネルギー勾配は、既知の世界的な大規模の卓越風の原因となる。この卓越風は、北半球の場合、地球表面に吸収された放射エネルギーの大部分を風の形でヨーロッパ、大西洋、北海等の地域へ送る。
【０００３】
もう何世紀にもわたり、人類は、風力を利用してきている。風力は、平均で、表面積１平方メートルあたり約１キロワットのエネルギー出力に相当する。現代の風力発電所を用いると、このエネルギーを電気エネルギーの形態に変換し、多方面で用いられる。
【０００４】
しかしながら、風力及び風向は、気候変動及び自然変動を受け、また風はしばしばやむ可能性もある。一方で、産業界では、風力が継続的に利用可能であるときのみ、風力を信頼できるエネルギー源として用いることができる。
【０００５】
電力供給網等への電気エネルギーのより継続的な供給を達成する１つの可能性は、こうして生み出された電気エネルギーの一部を、少なくとも数時間、可能であれば数日にわたって十分な量で一時的に蓄えることができる場合に実現される。そうして、風がやんでいる間、一時貯蔵からのエネルギーを電力供給網へ供給することができ、これにより継続的な供給が確実になる。太陽光発電システムからの電気エネルギーも同様である。
【０００６】
このような貯蔵が大規模に成功するならば、これらの再生可能エネルギー源を用いて基底負荷需要をよりよく賄うことができ、将来的には化石燃料によるエネルギー生産及び原子力エネルギーに完全に取って代わることができる。
【０００７】
充電式電池等の従来の直接的な電気貯蔵装置は、比較的少量のエネルギーしか貯蔵することができず、高い貯蔵損失を有し、また非常に高価なため大規模に利用するには経済的でない。現在多く議論されている化学的貯蔵方法（例えば、水の電気分解）及び圧縮空気貯蔵は、こうして貯蔵されたエネルギーの回収効率が、もっぱら熱損失のために比較的低い。これらの貯蔵方式にとっては、利用効率はよくてもたった約３０％程度という値である。
【０００８】
したがって、現行の技術水準によると、揚水発電所（ＰＳＨ）のみが依然として電気エネルギーを効率的かつ大規模に貯蔵する手段である。これらの発電所は、貯蔵されたエネルギーの約８０％の回収効率を達成することができる。これらのシステムでは、余剰電力がある期間の間、水を下部貯水池から上部貯水池（通常は人工の貯水湖）へ汲み上げる。貯水池が大きいほど、及び高低差が大きいほど、より多くのエネルギーを貯蔵することができる。電力需要があるとき、このように上方に汲み上げられていた水は、タービンを通って下部貯水池へ戻るように流される。この過程で、水の位置エネルギーの差は、電気エネルギーへ変換される。電力Ｗは、２つの貯水池の間の高低差ｈと水の流量Ｍとの積から得られる。この単純な式（水の密度が１０００ｋｇ／ｍ３の場合）は、Ｗ（ｋＷ）＝９．８１・Ｍ（ｍ３／秒）・ｈ（ｍ）である。したがって、エネルギー貯蔵システムの総容量は、Ｅ（ｋＷ）＝９．８１・Ｍ・ｈ・ｔ／３６００（時間）から得られる。式中、ｔは、上部貯水池における水位を下げる、時間単位での最大時間である。したがって、揚水発電所の場合、汲上げ、貯蔵、及び発電の各段階は、互いに連続して交互になっている。揚水発電所は、最小の時間で始動し、したがって電力需要に対して迅速に対応することができる。現在、ドイツには約３０基の揚水発電所がある。これらの揚水発電所は、高低差が必要であるため、低い山及び更には高い山にも位置している。ドイツで最大の発電所は、チューリンゲン州ゴルドイシュタール（電力出力約１ギガワット及びエネルギー貯蔵容量約８．５ＧＷｈで使用可能容積約１２００万立方メートルを有する）、及びザクセン州マルケルスバッハ（電力出力約１ギガワット及びエネルギー貯蔵容量約４ＧＷｈ）にある。全体として、ドイツの全ての揚水発電所の電力出力は、合計してほぼ７ギガワットとなる。
【０００９】
しかしながら、そのような揚水発電所の需要は、通常存在する潜在容量を超過し、また、主として、沖合風力エネルギー採取施設には、隣接するエネルギー貯蔵施設が必要である。したがって、これらの容量を増大させることが国家経済にとって重要な課題である（例えば、ニーダーザクセン州ゴスラー所在のエネルギー研究センターを参照、http://www.efzn.de）。容量増大を可能にするものとして、山間及び古い鉱山内に新たな揚水発電所を建設することは、目下検討中である。地下鉱山施設を利用するには、大きな地上調整池が必要である。新たな揚水発電所の建設は、既存の居住地域又は他の既存の用途のために破綻することが多い。さらに、鉱山施設に存在する容積は小さく、かつ地下の長い距離にわたって分布するため、大容量発電所は困難を伴ってしか実現できない。さらに、場合によっては、貯蔵には、長い送電距離、及び自然のバランスに対して問題となる干渉を必要とする。一般的に言えば、そのような揚水発電所にとって利用可能な適切な場所は世界中で限られている。
【００１０】
この理由から、一見しただけでは非現実的に見えるであろう新たな揚水発電所のための全く異なる取り組みが本明細書において提案される。
【００１１】
特許文献１は、海洋底に沈められる圧力容器を有する揚水発電所を開示している。
【００１２】
特許文献２は、海底に固定されるエネルギー貯蔵及び発電ユニットを有する「沖合エネルギー採取、貯蔵及び発電システム」を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１０１３３２９号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１１２５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、新規の揚水発電所を提供することである。この揚水発電所は、モジュール構造であるので、ほぼ任意に規模が変更可能であり、既存の景観に負担をかけることなく莫大な貯蔵容量を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、独立請求項に記載の発明により達成される。本発明の有利な更なる発展は、従属請求項において規定される。
【００１６】
本発明は、海洋を揚水発電所の上部貯水池すなわち上部調整池として用いるという基本概念を利用する。海洋底に沈められた圧力容器は、下部貯水池すなわち下部調整池として機能する。したがって、下部調整池（下部の（より低い）位置エネルギーを有する調整池）は、人工的に造られた空間、具体的には、圧力容器によって形成された空洞である。
【００１７】
本発明によると、他の発電所からのエネルギーを一時的に可逆的に貯蔵する水中揚水発電所が提供される。他の発電所とは、時間とともに変動するエネルギーを生産する発電所、例えば、風力発電所及び／又は太陽光発電システム等である。あらゆる揚水発電所と同様に、この揚水発電所も第１の調整池及び第２の調整池を用いる。第２の調整池内の水は、第１の調整池内の水より高い位置エネルギーを有する。電気エネルギーを一時的に可逆的に貯蔵するには、水を第１の調整池から第２の調整池に汲み上げる。電気エネルギーを回収するには、水は、第２の調整池から第１の調整池へ戻るように流され、この過程で、発電機は、「（水を）汲み上げた」ときに蓄えられた位置エネルギーを電気エネルギーへ戻すように変換する。電気エネルギーの貯蔵及び回収にとって重要なことは、２つの調整池間の或る体積の水の位置エネルギーの差だけである。従来の揚水発電所において、この差は、２つの池の間の高低差によって規定される。
【００１８】
本発明では、下部の位置エネルギーを有する第１の調整池は、ここでは、人工の圧力容器から作製される蓄積システムから構成される。この圧力容器には、水を充填することができる。このシステムは、非常に深い海底に沈められる。この概念における蓄積システムは、耐圧式に建造される。そのため、この蓄積システムは、空の状態に汲み出されるとき静水圧による変形に耐える。
【００１９】
より高い位置エネルギーを有する第２の調整池は、圧力容器を取り囲む海洋自体から構成される。水深Ｔのところに沈められている蓄積システムへ水が流入すると、海洋表面からの高低差、つまり水深Ｔに対応する位置エネルギーが解放される。次に、水が、水深Ｔにおける静水圧ＰＴに逆らって蓄積システムから周囲の海洋へ戻るように汲み出されるとき、水深Ｔにある蓄積システムを押圧している水柱に対応する電気エネルギーを用いる必要がある。このエネルギーは、こうして貯蔵されることができ、当然ながら、これは、他の方法と同様に、通常の電力損失により低減される。
【００２０】
水の後に流入する大気がない状態で水が蓄積システムから汲み出され、したがって水蒸気の分圧の分だけ制限される真空が生じるため、厳密に言えば、大気圧をなおも水柱の静水圧に加えなければならない。しかしながら、このことは、量的には本明細書で主に意図する非常に深い海洋の場合には重要でない。しかしながら、比較的浅い湖又は海における用途の場合、１０ｍの追加の深さに相当する大気圧の追加のバールを計算に含めるべきである。
【００２１】
換言すれば、少なくとも水蒸気圧が蓄積システムの内部に残されている。蓄積システムの内部の水蒸気圧は、約１００ｍｂａｒ又は１００ｍｂａｒよりも大きい程度である。
【００２２】
水を貯蔵するために、水中揚水発電所の蓄積システムは、少なくとも２つの圧力容器を有する。これらの圧力容器には水が充填されることができ、ともに共通の蓄積容積をなす。圧力容器は、互いに連結することが可能であるか、又は互いに永久接続することが可能であることができる。例えば、これによりモジュール方式の蓄積システムが形成される。組立てが簡単なモジュールが圧力容器として用いられることが好ましい。これらの圧力容器は、例えば、円筒形又は管形又は多面体形又は立方体形等の圧力容器であり、これらの圧力容器のうちのいくつかが互いに隣り合って設置される場合に十分な容積の利用を確実にする。
【００２３】
圧力容器は可動部分を有しないことが好ましい。このことは、発電又は電力損失に用いる機械的若しくは電気的な動力部品（ポンプ、タービン）が圧力容器内又は圧力容器上に取り付けられることがないことを意味する。
【００２４】
蓄積システムの圧力容器は、水だめによって互いに接続されていることが好ましい。水だめは、蓄積システムの最も深い地点、又は少なくとも最も深い地点のうちの１つを占める。そのため、例えば、単に重力を利用することにより、水は、常に水だめ内に集まる。
【００２５】
水を流出させるために、蓄積システムは、水だめに位置する放水口を有する。水だめは、放水口に直接に位置するポンプを有する。水は、蓄積システムから、ポンプによって、水深に対応する静水圧ＰＴに逆らって直接周囲の海洋へ汲み出される。ポンプは、電気エネルギーを、排水された水柱に相当する位置エネルギーへ変換する。
【００２６】
蓄積システムから水を圧送する過程で、蓄積システム内のポンプにおける残留吸気圧の存在は、ポンプにおけるキャビテーションを防止するために有利である。したがって、計算によると、水の後に流入する大気又は別のガスがない状態で、１５メートルの水柱がポンプにおいて存在することが、キャビテーションを低減又は更には防止するのに十分である。したがって、この量を、蓄積システムの構造上の形状において、及び水バラストを設けることにおいて組み入れることが有利である。この理由から、或る特定の状況下では、各圧力容器に、ポンプに対する吸気圧をもたらすフォアポンプを備え付けることも有利である。
【００２７】
蓄積システムの構造上の形状は、ポンプが水だめの領域に位置し、水中揚水発電所に広がる水柱と蒸気圧とを足すと、ポンプにおける水柱吸気圧が水柱約１５メートルに等しくなるように設計することができる。この吸気圧は、この方法では現在市販されている大規模なポンプを用いることが可能であるため、特に有利である。さらに、現在少なくとも水柱１５メートルの吸気圧がポンプにおいて存在するとき、圧力容器の換気は省略することができる。
【００２８】
水中揚水発電所は、取水口を更に有し、発電機が直接に取水口に配置されている。共通の発電機が、少なくとも２つの圧力容器又は全ての圧力容器に用いられることが好ましい。それにより、発電動作中、共通の発電機は、蓄積システムを構成する少なくとも２つの圧力容器を、取水口を通して好ましくは均一に満たす。水深に対応する静水圧によって水が直接周囲の海洋から蓄積システムへ流入するとき、発電機は、以前に排水された水柱位置エネルギーを対応する電気エネルギーへ戻すように変換する。蓄積システムは、エネルギーが当面貯蔵又は回収されないときに取水口及び放水口を閉じるために、取水口及び放水口に弁を更に有する。したがって、水は、圧送されて、取水口及び放水口を除いて閉じられている蓄積システムへ短い距離で出入りする。
【００２９】
したがって、蓄積システムが、例えば、海洋表面下２０００ｍの深さに沈められる場合、これは、第２の調整池が第１の調整池の上方２０００ｍに位置する揚水発電所に相当する。これは、従来の揚水発電所にとっては既に非常に大きな高低差である。
【００３０】
驚くべきことに、電気エネルギーを貯蔵するのに用いられる水を２０００ｍ（又は９０度以外の傾斜度では更に長い）の距離にわたって輸送するための長い管を必要としない。つまり、蓄積システムの内部から周囲の海洋へ水を圧送するだけで、そして水が流れて戻るようにするだけで十分である。この圧送は、たった数メートルの距離に相当する。圧力差のみによって蓄積された位置エネルギーの差は、この短い圧送距離のみにおいて乗り越えられる。重力によってもたらされる位置エネルギーの差は、専ら水深Ｔにある圧力容器を、この距離を乗り越えることなしに、押圧している水柱によって生じる。したがって、圧力容器と海洋表面との間に、水を輸送する管も空気管もいずれも必要としない。蓄積システムの内部圧力に関して海洋の深さの位置エネルギーの差を単に利用することができるが、深い湖に沈められる揚水発電所の可能性も本明細書において除外するべきではない。したがって、必要なのは電気エネルギーを海洋表面から蓄積システムへ輸送し、また戻す送電線だけである。
【００３１】
さらに、２つの貯水池、すなわち画定された調整池のうちの一方は、本発明によって完全に「排除されている」。なぜなら周囲の海洋自体が（より高い位置エネルギーを有する）第２の調整池をなしているためである。第１の調整池は、圧力容器の形態の蓄積システムの内部により構成されている。圧力容器は、互いに連結することができるモジュール設計の圧力容器すなわち圧力タンク等である。圧力タンクは、こうして、閉じられた貯水容積、つまり周囲の海洋と比較して下部の位置エネルギーを有する貯水容積すなわち調整池を形成する。結果として、従来の揚水発電所においては高低差の間を結ばなくてはならない長い管が排除される。このことは、建設を単純化するだけでなく水の輸送の間の摩擦損失も低減し、効率が増大することを可能にする。さらに、蓄積容積は、モジュール式に構成することができる。それにより、有用な地表を占有することなく、十分に大きな貯水容積、ひいては所望のエネルギー貯蔵容量を達成するために、このタイプの多数の圧力容器が海洋底に沈められるとともに互いに連結される。したがって、複数の圧力容器に伴って、これらの圧力容器は、共通のポンプ（複数の場合もある）及び共通の発電機（複数の場合もある）を用いる。それにより、圧力容器は、共通の蓄積容積をなし、いくつかのポンプ及び／又は発電機を使用しなくて済む。
【００３２】
複数のそのような揚水発電所を海洋底に設置することも可能である。したがって、水中揚水発電所のそのような網状組織（ネットワーク）は、海洋底に位置する多数の蓄積システムを備えることが好ましい。これらの蓄積システムは、送電線の網状組織によって海洋底で互いに電気的に接続される。それぞれ別個のポンプ及び発電機が備え付けられる蓄積システム間を送水管で網状組織化する必要はない。
【００３３】
蓄積システムの設置には多様な利点がある。まず、そのようなモジュール構造を伴う揚水発電所を提供することができる。この揚水発電所は、適用目的及び適用場所に適合する寸法になっており、ひいてはよりコストの低減を伴う。さらに、好適な圧力容器の選択及び設計は単純化されている。なぜなら構造（圧力容器は充填状態においてかなりの静重量を有する構造物である）及び設計の観点から最適な圧力容器を用いることができ、さらに、蓄積容積は好適なポンプ及びタービンユニットの容量に適合することができるからである。それに応じて複数の圧力容器をともに水圧式に接続し、蓄積システムを形成することができる。また、充填及び排出が単一の地点で行われる。当然ながら、水圧式接続部は、水が妨げられずに流入及び流出することが可能であるように構成されなくてはならない。
【００３４】
圧力容器と水だめとの接続部には、圧力容器のうちの少なくとも１つと蓄積システムとの接続を断つ少なくとも１つの遮断弁を有することが好ましい。これにより、個別の圧力容器は、保守・点検作業目的で又は漏洩の場合に残りの蓄積システムから接続を断つこともできる。
【００３５】
水中揚水発電所のモジュール化は、ポンプ−タービンユニットが設けられることによって更に増強することができる。ポンプ−タービンユニットは、送電線に接続するのに必要な電気設備とともに、特に、取水口、放水口、共通のポンプ及び発電機を収容する。
【００３６】
ポンプ−タービンユニットは、他の構成要素から分離することが可能であるように構成することができる。他の構成要素とは、例えば、水中揚水発電所の蓄積システム等である。したがって、分離可能なポンプ−タービンユニットは、例えば保守・点検作業目的で接続を断ちながら、水面に持ってくることができる。
【００３７】
蓄積システムは、著しいエネルギー貯蔵を可能にする容積を有するべきである。この理由から、蓄積容積は、少なくとも１００立方メートル又は１０００立方メートルであるべきであるが、適切であれば、この何倍も大きく、更には数桁大きくすることができる。１００万立方メートル以上の範囲の容積すら可能である。個別の圧力容器が大きいほど、必要となる圧力容器が少なくなる。
【００３８】
例えば、工業的に製造された大きな円筒形管、又は更には基本的な球形タンクを圧力容器として用いることができる。１００メートルの直径を有する球形タンクは、約５０００００立方メートルの容積を有する。１秒あたり５０立方メートルの水がタービンを通って流される場合、２０００ｍの水深にあるこの揚水発電所は、約３時間という時間にわたって約１ギガワットの電力出力を供給する。複数のそのような円筒形管又は基本的な球形タンクを組み合わせて蓄積システムを作製することによって、この電力出力は比例して増大することができるか、又はより一層大きな貯蔵容量を達成することができる。この方法では、生産された再生可能なエネルギーを大量にかつ著しい損失なしに貯蔵することが可能である。
【００３９】
有用な様式では、圧力容器は、鋼及び／又はコンクリート、特に繊維強化コンクリートから作製される。つまり、圧力容器は、例えば、鋼又は繊維強化コンクリートから作製される三次元に閉鎖された対応する外壁を有する。十分に耐圧性の圧力容器すなわち中空本体は、この方法によって構成することができる。圧力容器の１つの可能な構造上の形状では、水圧に対抗する支持を提供する内側支持枠を有する。内側支持枠は、圧力容器内の水が水だめに向かって流出することを妨げるべきではない。
【００４０】
圧力容器は、十分に頑丈に建造されるか、又は、通常運転における排出された空の状態において、圧力容器により排除される水の質量よりいくらか大きい質量を有するような重さになっていることが好ましい。そのため圧力容器は、通常運転における空の状態においてさえ海洋に沈み込む。そのため海洋底に固定するのに必要な資源が限度内に維持される。適切であれば、圧力容器は、通常運転における全ての充填状態において十分に重い場合、著しい固定なしで海洋底にただ単に置いておくことができる。それにもかかわらず、排出される水よりも圧力容器が僅かに軽いこと、及び圧力容器が海洋底に固定されることの可能性を除外するべきではない。
【００４１】
有利な様式では、蓄積システムの圧力容器は別個の空洞を、例えば外壁において有する。バルク材を重り材として空洞に注入することができる。この方法によって、蓄積システムの質量は、蓄積システムを海洋底に沈むような重さにするために、爾後に更に調整することができる。しかしながら、蓄積システム及び／又は基礎本体が依然としてかろうじて浮くように、バルク材によって空洞をまず浮力調整し、次に海洋上の現地で追加のバラスト水を注入することが特に有利である。経済的な方法としては、重り材は、天然のバルク材、例えば、砂、砂利、沈泥等とすることができる。これらのバルク材の質量は、現地で質量のより正確な浮力調整をするために、バルク材に導入される水によって現地で更に増大させることができる。バルク材にバラスト水を導入することによって質量を十分に増大させることができ、揚水発電所は沈む。しかし、別個の空洞もバラスト水で充填することができ、揚水発電所全体又は揚水発電所の個別の構成要素だけを引き揚げるために、バラスト水は、より簡単に再びポンプで排水ことができるようになっている。いずれの場合でも、総バラストは、通常運転において海洋底に揚水発電所を保持するように計算するべきである。重さの分布、例えば、バラストの配置は非対称とすることができる。揚水発電所の個別の圧力容器又は水中揚水発電所全体は、上下を有して水中で規定された向きを有し、必要であれば接続部の配置を容易にするようになっている。圧力容器又は揚水発電所の規定された向きは、空洞がバラストで充填されておらず、そのため空洞内にある空気が浮力をもたらすことによって達成することもできる。
【００４２】
例えば、圧力容器は、５００００ｍ３よりも多い、好ましくは１０００００ｍ３よりも多い、特に好ましくは５０００００ｍ３よりも多い排水量を有することができる。５０００００ｍ３の水が排出される場合、圧力容器は、５０００００トンという最大浮力の自重（空重量）を有することができ、この最大浮力の自重を下回ると浮体となるが、最大浮力の自重を超えるとすぐに圧力容器が沈むようになっている。
【００４３】
圧力容器は、円筒形状を有することが好ましい。円筒形状の場合、内部容積は、一定の直径を有する円筒の長さによって定めることができる。円筒形状は、必要に応じてより大きな直径を有する球形状を製造するよりも構造的に単純である。円筒はその頂端部に、例えば、カバーの形態の頂端部片が設けられる。それにより頂端部が封止され、海水が圧力容器に入るのを防ぐ。底端部（水だめ）には、閉じられた容積を形成するために、同様にカバーを設けることができる。
【００４４】
圧力容器は、接続継手を含むと特に好ましい。接続継手がそのように備え付けられた２つの圧力容器は、接続継手によって互いに取り外し可能に連結することができる。それにより、蓄積容積はモジュール式に建設することができる。接続継手は、自己封止式に備え付けられ、円筒形の圧力容器の場合には、例えばカバーに配置することができることが好ましい。それにより、海洋底に接している他方の上に一方が直立している複数の圧力容器は、ともに連結することができる。
【００４５】
圧力容器は、複数の筒状部分から構成することもできる。この筒状部分は、一列に並び、互いに接続されている。単純な場合、この筒状部分は、ともに溶着、接着、又は封止される管部分である。管部分の壁厚は、海洋底の水圧が圧力容器を変形させないように選択される。この方法では、例えば、それぞれ長さが１０メートルの管部分は、個別に設置場所へ運ぶことができる。設置場所では、海でこれらの管部分を互いに接続し、例えば、長さが１００メートルの管を形成することができる。この管にはカバーが設けられ、海洋底において直立して固定される。管部分は、また、それぞれ別個のカバーを有し、自己封止式の接続継手によって互いに接続することができる。そうして共通の蓄積容積が同様に形成される。
【００４６】
特に好ましい実施形態において、一体型蓄積複合体は、密接に詰められた直立の管、特に鋼管、繊維強化コンクリート管、又は他の複合材から作製された管から作製される。管間の空洞は、蓄積複合体を安定させるとともに蓄積システムを重くするために、充填材で充填することができる。この設計での充填材は、コンクリート、バルク材若しくはプラスチック配合物、又は上述の材料の組合せとすることができる。
【００４７】
１つの実施形態において、圧力容器又は一体型蓄積複合体は、圧力容器又は一体型蓄積複合体の複数の圧力容器を閉ざすとともに、海水が圧力容器に入るのを防ぐように封止する頂端部片を有する。
【００４８】
蓄積システムの圧力容器が基礎本体に連結されるか又は基礎本体に接続される場合が特に有利である。基礎本体は、圧力容器、及び揚水発電所の他の構成要素、つまり、特に、モジュール式のポンプ及び発電機を収容することができる。この設計では、共通のポンプと圧力容器との接続部は、基礎本体の内部の一体型通路から構成される。それにより、圧力容器は、基礎本体を通って互いに接続され、圧力容器が基礎本体に設置された後、基礎本体によって接続された圧力容器によって共通の圧力容器の容積がもたらされる。この設計では、ポンプ及び共通の発電機は、ポンプ−タービンユニットに配置されることが好ましく、ポンプ−タービンユニットがまた、基礎本体からモジュール式に接続を断つことが可能であることが特に好ましい。基礎本体と、接続を断つことが可能なポンプ−タービンユニットと、接続を断つことが可能な圧力容器とを有する水中揚水発電所の高度なモジュール構造により、電力貯蔵システムにおける要求に対して構成要素を簡単に適合させることが可能になり、発電所の設置及び保守・点検作業中のコストの削減も可能になる。例えば、ポンプ−タービンユニットの構成要素は、圧力容器又は基礎本体の耐用寿命よりも短い耐用寿命を有するものと考えることができる。
【００４９】
さらに、基礎本体は、ポンプにとって有利であるポンプ吸気圧をもたらす水柱が、基礎本体自体にもたらされるように設計されることが好ましい。このために、特に基礎本体内部の一体型通路は、適切な形状にすることができるか、又は、水柱がちょうど一体型通路内に得られる十分な長さを有することができる。この方法では、圧力容器内の容積は、完全に又はほとんどを利用することができる、つまり、例えば空にすることができる。
【００５０】
基礎本体は、海洋底の基礎本体を安定させるとともにしっかりと支持する脚部を有することが好ましい。基礎本体の選択された構造上の形状及び海洋底の構造に応じて、２本、３本、又はより多くの脚部が有利である場合がある。
【００５１】
圧力容器及び／又は基礎本体に自己封止式の接続継手が設けられている場合、圧力容器を基礎本体に及び／又は直接他の圧力容器に取り外し可能に接続することが可能である。ポンプ−タービンユニットには接続継手を備え付けることもでき、保守・点検作業目的で基礎本体から分離し、別個に水面に持ってくることができるようになっている。これにより、モジュール構造を単純化し、計画される場合がある蓄積容積の拡大又は縮小を単純化する。
【００５２】
水中揚水発電所の信頼性を増すために、基礎本体又はポンプ−タービンユニットは、余分なポンプ及び弁、及び／又は、取水口及び放水口を自動清掃する清掃システムを含むことができる。
【００５３】
基礎本体は、例えば外壁において別個の空洞を有することもできる。バルク材を重り材として空洞に注入することができる。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態によると、圧力容器は、通常運転中のエネルギー貯蔵に用いられない追加の貯水領域を有する。追加の貯水領域は、貯水槽の質量を低減するために空の状態にポンプで排出することができ、貯水槽を海洋底から海洋表面へ持ち上げることができるようになっている。この追加の貯水領域は、主空洞が通常運転において完全に空の状態には排出されないこと、さもなければ、可能性としては圧力容器の壁において、１つ又は複数の別個の空洞がこの目的で存在してもよいことによってつくられることができる。この方法では、圧力容器の質量及び／又は基礎本体の質量は、追加の貯水領域を空の状態に排出することによって十分に低減することができ、圧力容器は、自然に浮くか、又は少なくともケーブルによって持ち上げることができる。下部の位置エネルギーの貯水容積を構成する圧力容器は、これに応じて海洋底に沈むこと及び水面へ戻すことができる。したがって、保守・点検作業又は修理を定期的に水面において有利な様式で行うことができる。
【００５５】
圧力容器が円筒又は多面体の形状を有することが有用である。しかしながら、圧力容器は、適用可能な場合、アーチ状の端面を有する、球、又は耐圧管の閉じた環から構成される輪環体（トーラス）の形状に設計することもできる。輪環体は、海洋底で転がっていってしまうことがないという利点を有する。一体型蓄積複合体が円筒又は多面体の形状を有することが同様に有用である。建設上の理由で、例えば、蓄積システムに低い重心を達成するのに、又は固定点を補強するのに、直立した台形等の異なる形状が一体型蓄積複合体にとって有利である場合がある。圧力容器及び／又は一体型蓄積複合体を製造するのに繊維強化コンクリート及び／又は遠心鋳造プロセスを用いることができるように構造上の形状を選択することが特に好ましい。
【００５６】
取水口及び放水口は、別個に又は組み合わせて設計することができる。組み合わせて設計する場合、ポンプ及び発電機は、共通のポンプ−タービンとして設計されることが好ましい。この場合、組み合わされた取水口及び放水口において共通の弁があれば可能性としては十分である場合があり、これにより弁の数が削減される。複数のポンプ−タービンがそれにもかかわらず存在することができる。
【００５７】
したがって、水中揚水発電所により、電力供給網を形成することができ、電力供給網は、
風力発電所及び／又は太陽光発電システム等の、時間とともに変動するエネルギーを生産する複数の一次発電所と、
本発明による１つ又は複数の水中揚水発電所と、
電気エネルギーの複数の消費地点と、
複数の消費地点、水中揚水発電所及び一次発電所を互いに接続している送電線の網状組織と、を備える。この送電線の網状組織により、一次発電所からの余剰のエネルギーがあるとき、一次発電所により生成された電気エネルギーは、水中揚水発電所により可逆的に貯蔵され、高需要時に、電気エネルギーを回収し、回収された電気エネルギーを複数の消費地点へ供給することができる。
【００５８】
以下に本発明を、例示的な実施形態を用いて、また図面を参照して詳細に説明する。図面において同一及び同様の要素は、同一の参照符号を部分的に付され、種々の例示的な実施形態の特徴は、互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による風力発電所及び負荷を有する水中揚水発電所の概略図である。
【図２】複数の圧力容器を有する水中揚水発電所の一実施形態の概略図である。
【図３】図２の水中揚水発電所の実施形態の側面図である。
【図４】一体型蓄積複合体の一実施形態の概略図である。
【図５】一体型蓄積複合体の別の実施形態の概略図である。
【図６】圧力容器接続部を有する一体型蓄積複合体の側面図である。
【図７】複数の一体型蓄積複合体を有する揚水発電所の一実施形態の図である。
【図８】基礎本体とポンプ−タービンユニットとを有する水中揚水発電所の別の実施形態の概略図である。
【図９】圧力容器に接続されている、図８の水中揚水発電所の概略図である。
【図１０】一体型蓄積複合体の一実施形態の概略図である。
【図１１】一体型蓄積複合体の別の実施形態の概略図である。
【図１２】基礎本体の外殻の概略図である。
【図１３】充填材を有するとともに空洞が設けられた、図１２に示されている基礎本体の図である。
【図１４】追加の圧力容器を有する、図１３に示されている基礎本体の図である。
【図１５】２つのポンプ−タービンユニットを有する水中揚水発電所の別の実施形態の概略図である。
【図１６】円形の圧力容器を有する水中揚水発電所の更に別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１を参照すると、まず、揚水発電所６の電気的な網状組織化の基本構造が概観として概略的に示されている。電気エネルギーは、或る特定の発電所、この例では風力タービン２によって象徴的に生産される。風力タービン２は、送電線４によって揚水発電所６に接続されて、電気エネルギーを一次発電所から揚水発電所６へ運ぶ。揚水発電所６は、水深Ｔにある海洋底８に位置する。水深Ｔは、既存の地理的状態に応じて数百メートルから数千メートルとすることができる。揚水発電所６は、電気エネルギーを揚水発電所６から負荷（ロード）へ運ぶために、送電線１２によって負荷１４にも接続されている。
【００６１】
図示の風力タービン２は複数の風力タービンを代表して示すことができること、及び、太陽光発電システム等のような他の再生可能な変動するエネルギーの発電所を用いることもできることが明らかである。さらに、負荷１４は一般的な電力供給網の既存の部分に接続される複数の負荷を代表して示す。この電力供給網には、一次発電所によってもたらされる電力出力を需要が超過するとき、揚水発電所６から回収された電気エネルギーが供給される。図示の送電線４及び１２は、電源及び受電回路を有する一般的な電力供給網への接続部を代表して示す。
【００６２】
図示の例では、揚水発電所６は、ケーブル５２によって浮標（ブイ）５４に接続される。それにより、揚水発電所６は、水面においてさえも容易に見つけられ、適用可能な場合、ケーブル５２を用いて水面へ持ってくることができる。
【００６３】
上面図である図２を参照すると、複数の圧力容器２０は、中央に位置する水だめ２４に圧力容器接続部２２によって接続されている。図示の実施形態では、圧力容器接続部２２は、適用可能な圧力容器２０の流入点及び流出点の双方をなし、圧力容器が集まって蓄積システム３０を形成する。圧力容器接続部２２は、それぞれ遮断弁２６によって閉鎖することができ、例えば保守・点検作業目的で、個別の圧力容器２０の接続を断ち、水面へ持ってくることができるようになっている。水だめ２４は、直接ポンプ−タービンユニット６０に位置する。貯蔵動作中、水が圧力容器２０の内部空洞１８から周囲の海洋１へポンプ１６（図示せず）によって排出される。ポンプ１６は、ポンプ−タービンユニット６０に位置する。ポンプ１６は、ポンプ水だめ２４から水を汲み出し、放水口３５（図示せず）を通じてその水を直接周囲の海洋１へ圧送する。したがって、人工の圧力容器２０の内部空洞１８（図示の例では、６つの圧力容器２０の６つの内部空洞１８）が集まって揚水発電所の２つの調整池のうちの１つ（つまり下部の位置エネルギーを有する調整池）を形成する。ポンプ１６が水深Ｔに広がる静水圧ＰＴに逆らって水を排出しなくてはならないことに起因して、大量の電気エネルギーが消費され、位置エネルギーに変換される。このことは、以下の例によって説明される。圧力容器２０は、キロワット時単位でのエネルギー量Ｅを貯蔵する。エネルギー量Ｅは、立方メートル単位での貯蔵可能な水の体積Ｖ及びメートル単位での水深Ｔの関数であり、水の密度が１０００ｋｇ／ｍ３において以下のようになる。
Ｅ（ｋＷ）＝Ｖ（ｍ３）×Ｔ（ｍ）×９．８１／３６００
体積Ｖ＝１００００ｍ３、水深Ｔ＝２０００ｍ、並びに球形状及び２８ｍの空洞直径を有する圧力容器２０の例において、だいたいＥ＝５８０００ｋＷｈ＝５８ＭＷｈの電気エネルギーＥを貯蔵することができる。このことは、約１０メガワットの電力出力を６時間という時間にわたって供給することができることを意味する。風力又は太陽光エネルギーによってポンプ貯蔵量を日周期で再充填する、つまり日周で貯蔵体積Ｖの充填及び排出を行う場合、年間約２００００ＭＷｈの貯蔵エネルギー量がもたらされる。
【００６４】
しかしながら、更により大きい圧力容器２０を建造することも可能に思われる。２８０ｍの直径を有する球形の圧力容器２０の場合、結果はだいたい体積Ｖ＝１０００００００ｍ３となる。再び、想定される沈水深さＴ＝２０００ｍでは、だいたいエネルギー量Ｅ＝５８０００ＭＷｈを貯蔵することができる。これは約１２時間という時間にわたる約５ギガワットの電力出力に相当する。このことは、１つのそのような蓄積球２０によって、６メガワットの電力出力を有する約１０００基の風力タービン２によって生産されたエネルギー量を、それぞれほぼ１０時間という時間にわたって貯蔵することが可能となることを意味する。風力によって貯蔵量を日周期で再充填する、つまり日周で貯蔵容積の充填及び排出を行う場合、年間約２００００ＧＷｈの貯蔵エネルギー量がもたらされる。
【００６５】
図３は、図２の実施形態を側面図で示す。図３では、圧力容器２０の円筒形状、及びポンプ−タービン要素６０が中央に配置されていることが更により明確にされている。図示の実施形態では、圧力容器２０は中央のポンプ−タービン要素６０に圧力容器接続部２２によって接続されている。
【００６６】
図４は、一体型蓄積複合体２０ａを有する蓄積システムの代替的な実施形態を示す。複数の内部圧力容器部材１９が、共通の蓄積容積２０ａを形成し、一体型蓄積複合体２０ａの一方の端部において互いに接続されている。直立配置の場合、この端部は、一体型蓄積複合体の底部である。したがって、この底部は、蓄積複合体の水だめ２４を既に形成しており、水だめ２４において圧力容器部材１９の水をともに流すことができる。圧力容器部材１９は管、例えば鋼管又は繊維強化コンクリート管から構成され、互いに隣り合って直立して配置される。次に、空洞、及び海水１に向かって外方に向いている領域が充填されるように、管の周囲に外壁２８が鋳造形成される。管の材料の厚さは、以下のいずれかのように選択される。外部に存在する水柱の圧力に耐え、外壁２８が静力学に則って落下しないように管を固定するとともに、更にはこの構造体が海洋底８に沈むように重くするのに十分であるか、又は圧力容器部材１９の材料の厚さが一体型蓄積複合体２０ａの外壁２８が同時にまた外部に存在する水柱の圧力に耐えるようにより薄いものとして選択することができる。
【００６７】
図５は、一体型蓄積複合体２０ａとしての図４の圧力容器と同様の圧力容器２０の実施形態を示す。外壁２８に包囲された容積は、個別の内部圧力容器部材１９の種々の適切な管直径を選択することによって最適に利用される。適用可能な場合、一体型蓄積複合体２０ａの外側領域に示されているより小さな空洞は、また、バラストによって重くされるか又は充填されるのに適している。
【００６８】
図６は、複数の圧力容器部材１９と圧力容器部材１９を包囲している外壁２８とを有する一体型蓄積複合体２０ａの側面図を示す。一体型蓄積複合体２０ａは、底部に蓄積複合体の水だめ２４を有し、圧力容器接続部２２によって中央のポンプ−タービンユニット６０（図７を参照）に水圧式に接続している。したがって、圧力容器接続部２２は一体型蓄積複合体２０ａの取水口及び放水口にもなり、追加の圧力容器２０（図示せず）に接続することもできる。この実施形態では、一体型蓄積複合体２０ａは、発電又は電力散逸のためのパワーエレクトロニクスによる機械的な可動部分又は可動部材を有しない。
【００６９】
図７は、水中揚水発電所６の概略的な上面図を示す。水中揚水発電所６は、中央のポンプ−タービンユニット６０を有し、圧力容器接続部２２によって中央のポンプ−タービンユニット６０に接続されている。一体型蓄積複合体２０ａは、それぞれ複数の圧力容器部材１９を有する。この実施形態では、一体型蓄積複合体２０ａは、可動部分を有しない。なぜならポンプ１６及びタービン３６の双方、並びに遮断弁２６は、ポンプ−タービンユニット６０に又はポンプ−タービンユニット６０内に一体化されているからである。不具合が起きた際又は保守・点検作業が必要なとき、遮断弁２６により、一体型蓄積複合体２０ａは、中央のポンプ−タービンユニット６０から接続を断つことができる。ポンプ−タービンユニット６０は、また、ポンプ１６において水圧が最も低い地点すなわち水だめ２４をなし、水は、この地点まで重力のために自然に流れる。
【００７０】
図８は、モジュール式揚水発電所６の別の実施形態を示す。基礎本体４０は、揚水発電所６の追加の構成要素を収容するとともに海洋底８に取付け又は固定する基礎部を形成する。基礎本体４０は、内部に副通路４３を有し、副通路４３は蓄積部２０（図９を参照）を主通路４２に接続する。主通路４２は、さらに、図示の実施形態では、タービン１６及びポンプ３６に接続されている。したがって、主通路４２は、タービン１６から蓄積部２０への取水口及び蓄積部２０からポンプ１６への放水口の双方を形成する。それにより、１つのみの通路、またひいては可能性としては１つのみの開口しか各個別の圧力容器の外壁において必要とされない。遮断弁２６が各副通路４３に設けられ、例えば保守・点検作業目的で、副通路４３の接続継手２３のそれぞれに取り付けられた圧力容器２０を基礎本体４０から遮断する及び接続を断つことができるようになっていることが有利である。基礎本体４０の副通路４３にある遮断弁２６は、汎用型の基礎部分を用いることも可能とする。この汎用型の基礎部分においては、より小さい蓄積容積しか必要とされない際、個別の接続継手２３が用いられないままになる。それにより、基礎本体は大規模製造で製造することができ、それにもかかわらず適用可能な適用領域に適合することができる。
【００７１】
基礎本体４０は、下側に脚部４６を有し、脚部４６は、基礎本体４０が海洋底８に置かれると、海洋底８上に立って基礎本体４０を固定するか又は海洋底８に沈み込む。
【００７２】
図９は、基礎本体４０と、ポンプ−タービンユニット６０と、基礎本体４０の接続継手２３に取り付けられた複数の圧力容器２０とを有する揚水発電所６の実施形態を示す。複数の圧力容器２０は、共通のモジュール式蓄積容積を形成し、共通のポンプ−タービンユニット６０による充填及び排出のために設けられている。要件、及び、例えば、選択されるポンプ１６及びタービン３６の構成要素の効率に応じて、複数のポンプ−タービンユニット６０は、効率及び電力出力を増大させるために、１つの基礎本体４０に取り付けることもできる。
【００７３】
ポンプで空の状態に排出されていた揚水発電所６の圧力容器２０に貯蔵されたエネルギーを回収するために、取水／放水弁３２、及び副通路４３の遮断弁２６が開放され、水深Ｔに対応する静水圧ＰＴによって周囲の海洋から取水口３４及びタービン３６を通って圧力容器２０の内部空洞１８へ、したがって共通のポンプ貯蔵容積へ水が流れる。この共通のポンプ貯蔵容積では、ポンプによる排出工程により貯蔵されたエネルギーを、通常の出力損失より少ない損失で回収することができる。回収された電気エネルギーは、送電線１２を通って一般的な電力供給網へ供給される。電力出力を増大させるために、弁３２を有する複数の取水口３４及びタービン３６が存在してもよい。大きな水流に起因する圧力容器の振動を防止するように、内部空洞１８には支柱又は支持枠（図示せず）を差し渡すことができる。横断方向の支柱は、この設計では二重の機能を果たすことができる。二重の機能とは、第１に圧力容器２０を安定させること、第２に、圧力容器２０内の共振を防ぐために発電機３６を通って内部空洞１８へ流れ込む水の乱流を生成することである。
【００７４】
圧力容器２０は、底部に接続継手２３及び適用可能であれば頂部に別の接続継手２３を有する管形コンクリート壁２８から構成される。それにより、圧力容器２０は、基礎本体４０に連結することができ、追加の圧力容器２１は圧力容器２０に連結することができる。圧力容器２０及び基礎本体４０の壁厚は、揚水発電所６が沈められる水深Ｔの関数として、及び揚水発電所６を沈めたままにするために必要な質量の関数として選択される。タービン３６及びポンプ１６は、直接基礎本体４０に、例えば直接主通路４２に位置するか、又は基礎本体４０の延長部４４上に位置する。図示の実施形態では、ポンプ１６、タービン３６、並びに取水及び放水開口３４、２６がポンプ−タービンユニット６０に一体化されるように配置されている。電気エネルギーを貯蔵及び回収するために、水は、短い距離にわたってしか、つまり取水及び放水開口３４、２６を通ってしか導かれない。したがって、揚水発電所６は、海洋表面から海洋底８への送電線４、１２しか必要とせず、管すなわち水を輸送するラインは必要としない。適用可能であれば、１つの送電線が電源及び供給ラインとして十分である場合さえある。大きな水深に起因する圧力差がそれほど強くは圧力容器２０内の充填レベルに依存しないことにより、利用可能である電力出力が充填レベルにかかわらず本質的に一定であることが更に有利である。
【００７５】
基礎本体４０は、壁２８に空洞３８を有する。空洞３８は、揚水発電所６の質量の浮力調整をするためにバルク材、例えば砂で充填される。揚水発電所６、基礎本体４０及び圧力容器２０からなる揚水発電所６の構成要素は、完全に空の状態に汲み出されたとき依然としてかろうじて浮くように、まず浮力調整され、沈められる場所まで船によって運ぶことができることが好ましい。次に、沈める場所において、基礎本体４０及び／又は圧力容器２０がバラスト水によって十分に重くされ、揚水発電所６は沈む。例えば、まず基礎本体４０を沈めることができ、次に圧力容器２０が海洋底８の基礎本体４０に取り付けられるか、さもなければ、圧力容器２０は、海洋表面に依然としてある間に基礎本体４０の接続継手２３に取り付けられ、次に揚水発電所６全体が沈められる。バラスト水として用いられる水の量は、重くすることにのみ用いられ、通常運転中すなわち電気エネルギーの貯蔵及び回収中にポンプにより排出されない。それにより、通常運転では、揚水発電所６は、排出される水よりも大きな質量を常に有し、したがって海洋底８にあるままとなる。一方、バラスト水は別個の空洞３８にも注入することができる。しかしながら、保守・点検作業等の目的で、例えば、通常運転においてエネルギー貯蔵のために提供されない追加のバラスト水をポンプで排出することができ、それにより、揚水発電所６は、再び浮くか、又は、少なくとも、例えばケーブル５２によって持ち上げることができるくらい十分に軽くなる。ケーブル５２は、海洋表面で浮標５４によって目印を付けられている（図１を参照）。
【００７６】
基礎本体４０及び圧力容器２０の莫大な重さのために、基礎本体４０及び圧力容器２０は水に浮いた状態で建造される、例えば、浮いている間に鉄骨鉄筋コンクリートから連続的に分割して鋳造形成されることが好ましい。そうしている際、未完成の圧力容器は、内部空洞１８が嵐の間さえも水で満たされる可能性がないように、製造中、水面から十分遠くに突き出しているべきである。圧力容器２０の壁２８の厚さは、非常に高い静水圧に耐えなければならず、圧力容器２０に、揚水発電所６が海洋底８に少なくともほぼ空の内部空洞１８を伴って沈むのに十分大きい静重量をも与えなければならない。例えば鉄骨鉄筋コンクリートが壁の材料として考慮される。圧力容器２０が、海洋底８に存在する圧力よりも高い圧力に損傷を負うことなく耐えることができるように、構造解析が行われる。システムに関連する全ての構成要素、例えば、弁２６、３２、タービン３６、ポンプ１６、通路４２、４３、及び／又は送電線等は、基礎本体４０に一体化され、圧力容器２０には接続継手２３が設けられ、後にその機能を何十年にもわたって果たすことができる。監視及び制御を行う電子機器は同様に直接基礎本体４０に配置され、基礎本体４０とともに沈められる。
【００７７】
図１０は、図４及び図５に示されたような複数の内部圧力容器部材１９を有する一体型蓄積複合体の側面図を示す。圧力容器部材１９は、基礎本体４０を通って互いに水圧式に接続され、共通の蓄積容積をなす。カバー４６が頂部に配置され、周囲の海水１に対して蓄積複合体を閉鎖及び封止する。ポンプ−タービンユニット６０は、カバー又は基礎本体４０に配置され、別個のポンプ及び／又はタービンが圧力容器部材１９のそれぞれに用いられる必要はない。その代わり、有利な様式では、圧力容器部材１９は、ポンプ（複数の場合もある）１６、タービン（複数の場合もある）３６及び電源の共通の基盤を共有する。このように、複数の圧力容器部材１９を有する一体型蓄積複合体は独立した水中揚水発電所６である。
【００７８】
図１１を参照すると、電力供給網４８が示される。電力供給網４８は、複数の網状組織化された負荷１４と、一次発電所を形成する複数の網状組織化された風力発電所２及び太陽光発電システム３とを有する。一次発電所２、３によって生産された電力は、図２〜図４の複数の揚水発電所６によって一時的に貯蔵される。多くの揚水発電所６は、海洋底８で専ら水中送電線５０によって網状組織化され、必要に応じて、回収された電気エネルギーを電力供給網４８の既存の部分を通って負荷１４へ供給する。
【００７９】
図１２〜図１４は、好ましい製造工程を示す。この製造工程において、図１２を参照すると、基礎本体４０の未完成の外殻がまず船渠又は港において製造される。基礎本体４０は、常にかろうじて浮くように製造され、次に海洋における或る場所に牽引され、その場所でいくらかのバラストによって海洋底に沈められる。港にある船渠は、或る特定の状況下では基礎本体４０の型枠として用いることができる。
【００８０】
図１３を参照すると、基礎本体４０に一体化されている上述した主通路４２及び副通路４３の機能を担う、タービン及びポンプへの接続管が基礎本体４０に既に設けられている。さらに、基礎重りすなわち充填材４１が基礎本体４０に注入されている。つまり、例えばコンクリートが注入されている。充填材は、主通路４２及び副通路４３を単純な様式で包囲することができる。
【００８１】
図１４を参照すると、基礎本体４０は、製造に用いられる港又は船渠内に依然としてあることができるか、又は既に外洋にあることができる。示されているのは充填材４１上に配置された圧力容器２０及び追加の圧力容器２１である。最も単純な場合、圧力容器２０、２１は、港においてコンテナークレーンによって基礎本体４０上に配置され、固定される。
【００８２】
図１５は、水中揚水発電所の別の実施形態を示す。初めに、この実施形態は、第２のポンプ−タービンブロック６２が基礎本体４０上に配置されている点で、図９に示される実施形態とは異なっている。例えば、この実施形態は、並列運転で電気の生産を増大させる及び／又は信頼性を増すことができる。この実施形態における基礎本体は、２つの取水／放水弁を備えることができる。２つの取水／放水弁は、適用可能なポンプ−タービンブロック６０、６２の前に位置し、ポンプ−タービンブロック６０及び第２のポンプ−タービンブロック６２の別個の動作を行う。さらに、圧力容器２０は、単純な管として実施される。単純な管はそれぞれ互いに接続され、共通のカバー４６を頂部に有する。カバー４６は、同様に、例えばコンクリートから単に鋳造形成することができる。
【００８３】
図１６に示される実施形態では、圧力容器２０は、球形の圧力容器２０として実施され、単純な圧力容器接続部２２を有する。圧力容器は、例えば、単に互いに螺合される。
【００８４】
上述した実施形態は、例としてみなされるべきであり、本発明は、それらの例に限定されない代わりに、本発明から逸脱することなく複数の方法において変形することができることが当業者にとって明らかである。さらに、本明細書、請求の範囲、図面、又は他の場所に開示されているかどうかにかかわらず、特徴は、また、他の特徴との組合せで記載されていたとしても単独で本発明の重要な部分を規定することが明らかである。
【符号の説明】
【００８５】
１  周囲の海洋
２  風力タービン
３  太陽光発電システム
４  送電線
６  揚水発電所
８  海洋底
１２  送電線
１４  負荷
１６  ポンプ
１８  内部空洞
１９  内部圧力容器部材
２０  圧力容器
２０ａ  一体型蓄積複合体
２１  追加の圧力容器
２２  圧力容器接続部
２３  接続継手
２４  水だめ
２６  遮断弁
２８  外壁
３０  蓄積システム
３２  取水／放水弁
３４  取水口
３５  放水口
３６  タービン
３８  空洞
４０  基礎本体
４１  充填材
４２  主通路
４３  副通路
４４  延長部
４６  カバー
４８  電力供給網
５０  水中送電線
５２  ケーブル
５４  浮標
６０  ポンプ−タービンユニット
６２  第２のポンプ−タービンユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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