(57)【要約】  本発明は、電気エネルギーを発生するための、可動、自律、拡張可能、自己配備可能、監視可能、遠隔で再プログラム可能なシステムに関する。システムは、再生可能な電気エネルギーを生成するためのサブシステム、電気エネルギーを収納するためのサブシステム、電気エネルギーを分配するためのサブシステム、ならびに計装および制御のためのサブシステムを備え、これらのコンポーネントは、従来の輸送手段によって輸送することができる１つまたは２つのコンテナに収納することができる。電気エネルギーを生成するためのサブシステムは、光発電器、風力タービン、および必要に応じて、燃料電池を備える。エネルギーを収納するためのサブシステムは、電池、および必要に応じて（燃料電池によって電気エネルギーを生成することができる）金属水素化物の形式で水素．を含む。このシステムは、クレーンのように動作し、もともと配備箇所用にプログラムされている、ロボットアームによって、世界中のどこにでも自動的に配備することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを生成するための可動自律システムであって、再生可能な起源の電気エネルギーを生成するためのサブシステムと、電池バンク（１５）によって形成された電気エネルギーを収納するためのサブシステムと、電気エネルギーを分配するためのサブシステムと、その組み立てが行われる、前記システムの意図された場所へのそれらの移動を容易にするための、前記サブシステムのコンポーネントの、計装および制御のためのサブシステムならびに貯蔵のため手段と、を備え、
−前記貯蔵手段は、従来の輸送手段によって輸送可能である１つまたは２つのコンテナであり、
−再生可能な起源の電気エネルギーを生成するための前記サブシステムは、複数のモジュール（４１）を有する光発電器（１１）を備え、その中で光発電パネル（４３）は、前記モジュール（４１）が折り畳み構成を採用することができるように構成されたフレーム（４５）に予め組み立てられ、前記コンテナの１つへのその貯蔵、および前記システムの前記意図された場所にその設置を可能にする配備された構成を可能にし、
−再生可能な起源の電気エネルギーを生成するための前記サブシステムはまた、風力タービン（５３）を有する風力発電機（１３）を備え、
−前記システムはまた、折り畳まれた配置のいずれかを採用して、前記コンテナの１つまたは配備された配置にその貯蔵を可能にするための１組の関節式リンクによって形成されたロボットアーム（５１）と、前記ロボットアーム（５１）に結合され得、後者が前記光発電器（１１）の前記モジュール（４１）の現場で組み立て用クレーンとして、または前記風力タービン（５３）を支持するタワーとして動作するように構成された、第１および第２の端部エフェクタ備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
−前記分配サブシステムが、一方で、エネルギーを受け取るために前記光発電器（１１）および前記風力発電機（１３）に、かつ適切な変換器（１２、１４、１６）を通じて電気エネルギーを受け取り／引き渡すために前記電池バンク（１５）に接続され、他方で、それぞれ所定の特性を有する直流および交流のための適切な変換器（６２、６４）を介して、外部負荷に接続されるように配設された、直流バス（３５）であり、
−第１のコンテナ（３１）が、前記システムの貯蔵手段として使用される、システム。
【請求項３】
適切な変換器を介して前記直流バス（３５）に接続され、電解槽（１９）によって、またはそれに接続された金属水素化物タンク（２１）によって、直接供給された水素が給される燃料電池（１７）をさらに備え、これら全てのコンポーネントが第２のコンテナ（３３）に収納されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１および第２のコンテナ（３１、３３）が２０’コンテナである、請求項２〜３に記載のシステム。
【請求項５】
前記計装および制御のためのサブシステムが、前記風力発電機（１３）を支持する前記タワーに設置することができるアンテナを含む、遠隔監視および再プログラミングのための手段を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記ロボットアーム（５１）の第１のエフェクタが、スリング（５７）の端部を前記モジュール（４１）のフレーム（４５）に継ぎ合わせることによって、前記光発電器（１１）の前記モジュール（４１）を保持するための前記スリング（５７）有するフック（５５）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記光発電器（１１）の前記モジュール（４１）の組み立ての間に、前記ロボットアーム（５１）に結合された前記第１のエフェクタを用いて、光発電器（１１）が配置される場所の緯度と経度を考慮に入れた所定の位置に前記ロボットアーム（５１）を自動的に誘導するためのコンピュータシステムもさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記コンピュータシステムを遠隔で再プログラムすることができる、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、専ら再生可能エネルギー源を使用する電気エネルギーを発生するための可動自律システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの少なくとも１つの供給源を使用して電気エネルギーを発生するための可動システムは、先行技術において既知である。
【０００３】
文書ＥＳ２  ３８０  ８４８は、太陽光発電捕捉によってエネルギーを発生し、遠隔設置の通信システムに電力を供給するために使用することができる機器を記載している。
【０００４】
文書ＣＡ２  ６１０  ５０６は、風力タービン、太陽光発電セルのパネル、ディーゼル発電機、および再充電可能な電池を含む遠隔領域での使用のためにエネルギーを発生するための可動機器を記載している。
【０００５】
文書ＥＰ２  ７２７  ２５３は、電気を発生するための、環境に優しい携帯用システムを提供する太陽光および風力電力を発生するためのシステムを記載している。このシステムは、ソーラーモジュールと一緒に屋根を有するポータブルハウジングを含む。
【０００６】
文書ＵＳ７  ８２１  １４７は、風力、水、および太陽エネルギー、またはこれらの方法の組み合わせを使用して、電気エネルギーを生成および収納するための牽引可能な浮遊携帯用プラットホームを記載している。また、スタンバイディーゼル発電機も含む。
【０００７】
上記のシステムのいずれも、再生可能エネルギー源だけを使用して電力を供給する従来のシステムが故障した場所に設置されているような、電気エネルギーの供給需要を満たすために通常使用されるディーゼル発電機を完全に代替することはできない。
【０００８】
本発明は、この欠点、および他の欠点を解決することを目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、再生可能な起源の電気エネルギーを生成するためのサブシステム、電気エネルギーを収納するためのサブシステム、電気エネルギーを分配するためのサブシステム、ならびに計装および制御のためのサブシステムを備え、これらのコンポーネントは、従来の輸送手段によって輸送することができる１つまたは２つのコンテナに収納することができる。
【００１０】
その最も完全な実施形態において、２つのコンテナに収納可能である、エネルギーを生成するためのサブシステムは、光発電器、風力発電機、および、現場で水素を生成し収納するためにシステムからのエネルギーを使用してシステムに接続され、電解槽と、金属水素化物に基づく「固体」水素を収納するためのタンクとに基づいて構成された、燃料電池を組み合わせることによって構成される。
【００１１】
別の実施形態において、１つのコンテナに収納可能な、エネルギーを生成するためのサブシステムは、光発電器および風力発電機を備える。
【００１２】
電気エネルギーを収納するためのサブシステムは、ピーク需要時に電気的バックアップとして仕えるために、システムによって生成されたエネルギーで再充電可能である電池によって形成される。
【００１３】
３つ、または４つのエネルギー源（風力、光発電、電池、および燃料電池）は、異なる応答時間、特定のエネルギー密度、および特定の電力密度を有するため、同時に動作しても動作しなくても、システムの操作能力を非常に高め、これは、それらの組み合わせおよび適切な制御が、負荷の要件を満たすために必要なシナジーを生成することを意味する。
【００１４】
水素貯蔵システムおよび再充電可能な電池によって提供される大きなエネルギー貯蔵容量（前者は、単位重量および体積当たりのエネルギー密度が電池よりも高いため、より大きな容量を有する）、太陽エネルギーおよび風力エネルギーの本質的に断続して変動する性質を補償することができる。
【００１５】
その部分について、３つ、または４つの同時電源の利用可能性は、より効率的で、したがって、より小さい寸法のシステムを作製するのに役立つ電力の流れの自由度を提供する。
【００１６】
それは、自己配備可能、拡張可能、監視可能、および遠隔再プログラム可能なシステムである。
【００１７】
システムの可動性および自律性は、一方では、光発電器のモジュールの構成によって達成され、これにより、光発電器を従来のコンテナに収納することが可能になり、他方では、システムのコンポーネントの間にロボットアームと、それに結合することができる２つの端部エフェクタを含むことにより、システム全体の自動組み立て、特に光発電モジュールをそれのために計画された場所の地面上で自動的に組み立てることを可能にするクレーンとして、または代わりに風力発電機のタワーとして、動作することを可能にする。
【００１８】
本システムは、拡張可能であり、同じ性質およびアーキテクチャである場合とそうでない場合がある他のシステムと、より高い電力および性能に拡張するために統合することができる。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、その主題を添付の図面と一緒に示す次の実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る、電気エネルギーを発生するための可動自律システムのブロック図である。
【図２】そのコンポーネントが２つのコンテナに収納されたシステムの実施形態の斜視図である。
【図３】太陽光発電器のモジュールを地面上に組み付ける段階におけるシステムの斜視部分図である。
【図４】地面上に取り付けられた光発電器のいくつかのモジュールの斜視図である。
【図５】システムをそのために計画された場所に設置した後のシステムの斜視図である。
【図６】システムをそのために計画された場所に設置した後のシステムの斜視図である。
【図７】一年の最も好都合な時期における、光発電器のモジュールによって投じられた影を含む、画定された場所に設置されたシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
電気エネルギーを発生するためのシステム
図１に示される実施形態において、本発明の電気エネルギーを発生するための可動自律システムは、下記を備える。
【００２２】
ａ）光発電器１１、風力発電機１３、および燃料電池１７によって形成された電気エネルギーを生成するためのサブシステム
燃料電池１７には、ミネラル水タンク２３から、または代わりに電解槽１９にも接続された金属水素化物タンク２１から、供給されたミネラル水から電解槽１９で生成された水素が供給される。電解プロセスから生じる酸素は、酸素タンク２５に収納される。
ｂ）電池バンク１５によって形成されたエネルギー貯蔵のためのサブシステム
ｃ）一方で、光発電器１１、風力発電機１３、および燃料電池１７によって生成された電気エネルギーを受け取り、かつ電池バンク１５に／から電気エネルギーを供給または受け取り、他方で、それが配置された場所にエネルギーを直流または交流として供給するように構成されている（電流の流れを図１の太線で示す）直流バス３５を備える、電気ネルギーを分配するためのサブシステム分配サブシステムは、システムの各コンポーネントにおける電流の特性への必要な変更を作製するために適切な変換器１２、１４、１６、１８、２０、６２、６４を備える。
ｄ）システムの異なるブランチにおける、光発電器１１、風力発電機１３、電池バンク１５および燃料電池１７、ならびに適切なセンサー３２、３２’、３４、３４’３６、３６’、３８、３８’、４０、４０’が接続されて、コントローラ３７が、その機能を実行するために必要な情報を提供するためのコントローラ３７を備える計装および制御のためのサブシステム（計装および制御のためのサブシステムのデータおよび信号の流れは、図１において細い線で表されている）。計装および制御監視のためのシステムは、いつでも電力の再充電と利用可能性を確保する、システムの全ての変数を監視し、システムの遠隔管理を可能にするように構成され得る。
【００２３】
４つのエネルギー源（光発電、風力、燃料電池、および電池バンク）は、システムの操作能力を非常に高める。
【００２４】
−それらは、異なる応答時間、特定のエネルギー密度、および電力密度を有し、これは、それらの組み合わせおよび適切な制御が、負荷の要件を満たすために必要なシナジーを生成することを意味する。
【００２５】
−水素の貯蔵、金属水酸化物タンク２１、および電池バンク１５は、（単位重量および体積当たりのエネルギー密度が電池バンク１５においてよりも高いため、金属水酸化物タンク２１の場合にはより大きな容量で）エネルギー貯蔵を可能にし、太陽エネルギーおよび風力エネルギーの本質的に断続して変動する性質を補償することができる。
−４つの同時電力源の利用可能性は、より効率的で、したがって、より小さい寸法のシステムを作製するのに役立つ電流の流れの自由度を提供する。
【００２６】
システムの自律性および可動性
上述の全てのエネルギー源を使用するシステムの実施形態を示す図２〜７から、システムが２つの標準的な２０’コンテナ３１、３３（およその寸法：２．６０ｍ×２．４０ｍ×６．００ｍ）内に収納され得、したがって船、飛行機、鉄道（ｒａｉｌｗａｙ）、または鉄道（ｒｏａｄ）による輸送を容易にすることが分かる。
【００２７】
システムの全てのコンポーネントは、コンテナ３１、３３の内部に残され、その完全性が危うくなることなく安全な輸送を容易にする。
【００２８】
光発電器１１の基本的なコンポーネントは、モジュール４１が、図２に示されるように、コンテナ３１におけるその貯蔵を可能にする折り畳まれた構成、または代わりに図３にされるように光発電パネル４３の適切な傾斜角度で地面上に設置する配備された構成のいずれかを採用し得るように構成された、フレーム４５に予め組み立てられた光発電パネル４３を有するモジュール４１である。この目的のために、フレーム４５には、光発電エネルギーの発生を最適化する目的で、システムの場所の緯度の関数として適切な角度に、光発電パネル４３を傾斜させる可動アンカー手段が設けられている。
【００２９】
それらの一部について、コンテナ３１、３３はまた、その安定性を改善するために配備可能な固定足４６を含む。
【００３０】
好ましくは、光発電パネル４３は、ソーラーコレクタとして機能するＣＴＩパネル（透明および絶縁カバー）であり、水を４５〜５５℃に加熱するのに必要な熱を抽出することによって、その温度を低下させて光発電コレクタの効率を改善させ、衛生用の温水を供給してその効率を高めるために使用することを可能にする。
【００３１】
加えて、システムは、１組の関節式リンクによって形成されたロボットアーム５１、および風力発電機１３のクレーンまたはタワーとして動作するように、それに結合された第１および第２の端部エフェクタを含む。ロボットアーム５１の関節式構造は、図２に示されるように、それがコンテナ３１内の貯蔵用に折り畳まれることを可能にし、第１の端部エフェクタと一緒にクレーンとして（図３参照）、または風力タービン５３を支持する第２の端部エフェクタと一緒に、風力発電機１３のタワーとして（図５参照）動作するように配備される。
【００３２】
第１の端部エフェクタは、光発電器１１のモジュール４１を自動的に保持し位置決めするためのスリング５７を有するフック５５と、それらをコンテナ３１から、それらの場所の計画された箇所に運ぶためにスリング５７の自由端をそれらのフレーム４５に継ぎ合わせて、それらをコンテナ３１からフレーム４５（図４参照）を展開することによって、その後の設置のためにそれらを地面に沈着させる（図３参照）。
【００３３】
光発電器１１のモジュール４１が地面上に設置されると、第１の端部エフェクタがロボットアーム５１から引き出され、第２の端部エフェクタがそれに結合され、風力発電機１３の風力タービン５３がその上に取り付けられる。
【００３４】
システムはまた、ロボットアーム５１に設置され、風力発電機１３のタワーとして動作し、システムの監視および遠隔再プログラミング用の計装および制御のためのサブシステムに接続することができる、アンテナ（図示せず）を備え得る。
【００３５】
一実施形態において、ロボットアーム５１は、クレーンとして動作するときに、コンテナ３１の周りの所定の場所にモジュール４１を自動的に設定することを可能にするコンピュータシステムによって、システムの場所の箇所の緯度および経度の関数として制御される。したがって、作業者は、（クレーンのように動作する）ロボットアーム５１のフック５５のスリング５７のモジュール４１へのフッキングおよびアンフッキング、およびそれらのフレーム４５の展開に気持ちを占められるだけであろう。
【００３６】
図７において特に示されているように、モジュール４１は、一年のいずれかの日に、他のモジュール４１によって生成された影４１’と、コンテナ３１および３３によって生成された影３１’、３３’によって影響を受けるのを避けるために、非常に正確な位置に置かれる必要があり、これは、その位置決めの自動化により容易になされる。
【００３７】
図２〜７に示された実施例において、コンテナ３３は、燃料電池１７およびその水素供給システムの全てのコンポーネントを収容し、コンテナ３１は、システムの残りのコンポーネントを収容する。
【００３８】
実施形態の例
次の表は、比較のために、本発明のシステムおよび２０ｋＷ発生セットの例の種々のパラメータを示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
システムの様々なコンポーネントの関連データを以下に示す。
【００４１】
標準的な２０’コンテナ（およその寸法は、２．６０ｍ×２．４０ｍ×６．０ｍ）に対して、２７５Ｗｐのパネルを仮定すると、２２．２５ｋＷｐの総設置光発電力が推定される。
【００４２】
電池バンク１５は、一日の間に、最大の負荷要求に対してエネルギーの発生がほとんどない期間を補償し、光発電および風力システムのピーク期間中に余剰エネルギーを収納するように寸法決めされている。各々４．７５ｋＷｈ〜２４Ｖ／１８０Ａｈの１８個の電池が、常に正のエネルギーバランスを有する目的で、３０％の最小閾値安全負荷を維持するのに十分であることが推定される。
【００４３】
電解槽１９は、システムに完全に統合されたままである脱塩水タンク２３から、１０００ＮＬ／ｈの水素および５００ＮＩ／ｈの酸素（消費量およそ５ｋＷ）を生成し、電解槽１９への供給を確保する。システムが配置される場所では脱塩水が入手できない可能性があると考えられる場合、システムは、電解槽１９に供給するための脱塩装置をその上に含む。水素の即時利用可能性を促進するために、コンテナ３１、３３には、それぞれ飲料水（２００リットル）および脱塩水（２００リットル）のタンクが装備されていると考えられる。これにより、外部からの水の供給を必要とせずに少なくとも１０日間の初期供給が可能になる。この時間は、プラントの脱塩化プラントに対する水の利用可能性を最終的に解決するために十分であると考えられる。
【００４４】
生成された水素は、電解槽１９によって発生されるのと同じ１５バールの充填圧力で、各々５０００ＮＩの５つの金属水素化物シリンダに収納される。シリンダは、通常、輸送されて排出されるため、圧力のかかる燃料および／またはガスの輸送に関する、国内および国際的な基準および要件は適用されず、この時点で必要とされる機器の移動および配備が容易になる。水素充填／放出サブシステムは、適切な弁およびセンサーを用いたユニットの計装および制御のためのシステムによって制御される。
【００４５】
燃料電池１７は、１５００Ｗの電力を有し、太陽および風力の利用不可能、かつ電池最少という劇的な状況に直面したときにのみ運転に入り、重要な負荷を維持する必要がある。すなわち、それは、バックアップまたはスタンドバイの構成部分である。
【００４６】
システムの利点
−それは、４つのエネルギー源を同時に運転することができる。
【００４７】
−それは、リサイクルされて使用される唯一の「廃棄物」としての水と、例えば野戦病院で使用される「副産物」としての酸素を生成する。
【００４８】
−それは、環境から必要なエネルギーを自己発生させて、その電力として、計画された負荷に、中断されない供給を自動的に提供することが可能である。
−光発電器および風力発電機１１、１３のコンポーネントの現場での輸送および配備のための折り畳みプロセスにより、このタイプの発電機は、燃料電池１７および電池バンク１５と並んでエネルギー源として動作し、消費および／または貯蔵のために現場で電気を発生させることがより容易である。
【００４９】
−金属水素化物によって水素を収納するタンク２１は、必要に応じてその場で消費のために生成された水素を貯蔵することを可能にする。それらは、圧縮または減圧のステップを必要としないという利点を有し、機器およびエネルギー消費を節約する。このタンクの自律性は、その動作時間にわたって燃料電池１７の運転を保証するために必要とされなければならない。
【００５０】
−これにより、通信ネットワークへのアクセスが制限されているため、世界のどの地域からでも監視および遠隔再プログラミングが可能になる。
【００５１】
−それは、最小の騒音と低温（非常に低い音響と赤外線の署名）で運転する。
【００５２】
−それは、セットを発生するなど、それと似ているかもしれないし、そうでないかもしれない単位で（より高い電力および性能を提供するため）拡張可能である。
【００５３】
−それは、風力発電機をしまい、それを適切な高さに上昇させるタワーとしても動作する、プログラムされたロボットアームにより、自動的に自己配備開可能である。
【００５４】
本発明は、いくつかの実施形態に関連して記載されてきたが、説明から、添付の特許請求の範囲に画定された本発明の範囲内にある要素、変形または改良の様々な組み合わせを行うことが可能であることが理解されよう。
【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】
2019515617.tif 000010
【国際調査報告】
2019515617.tif 000011
2019515617.tif 000012
2019515617.tif 000013
2019515617.tif 000014
2019515617.tif 000015
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