(57)【要約】  熱エネルギー貯蔵技術は、その効率に本質的に制約があるので、その有効利用は、非常に特殊な経済的境界条件に、即ち、装置の中に入る電気の価値と、装置から出て来る電気の価値との間に大きな相違がある場合に限定される。風力装置の値段の減少及び化石燃料および／またはそれらの燃焼生成物のコストによって、このことは、時によれば風力に対して当てはまる。風力は、只の燃料であって、負荷需要が極めて小さい時には風力の価値は実質的にゼロであり、需要がある時には風力の価値は事実かなり大きい。これらの事情の下で、熱電式エネルギー貯蔵と、予備の熱源としての（化石）燃料の燃焼との組み合わせは、エネルギーを貯えるためのコスト効率の良いシステム及び電気を発生させる経済的な方法を提供する。
2007529665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生させるために熱動力装置（３）に熱エネルギーを供給するためのシステムであって、
−  熱エネルギーを貯えるための熱貯蔵装置（１）、及び熱エネルギーをこの熱貯蔵装置（１）から前記熱動力装置（３）へ移送するための第一の熱移送手段（２）と；
−  電力を用いて前記熱貯蔵装置を加熱するための（１）第一の熱発生手段（４）と；
を備えたシステムにおいて、 
前記システムは、熱エネルギーを前記熱動力装置（３）に供給するための第二の熱発生手段（５）を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
当該システムは、例えば風力のような、間欠的な再生可能なエネルギー源、または、送電網からの低コストのベース負荷電気を、前記第一の熱発生手段（４）のための電力源として有している。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記第二の熱発生手段は、第二の作業流体を有し前記熱動力装置（３）に接続可能な第二の作業流体回路、及びこの第二の作業流体を加熱するためのコントロール可能な熱源（５１）を有している。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項３に記載のシステム：
前記第一の熱移送手段（２）は、第一の作業流体を有し前記熱動力装置（３）に接続可能な第一の作業流体回路（２１）を有しており、
前記第二の作業流体回路と前記第一の作業流体回路（２１）は、同一である。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記第一の熱発生手段（４）は、前記熱貯蔵装置（１）またはヒートポンプの内側に、オーミック抵抗（４３）を有している。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記熱貯蔵装置（１）は、当該熱貯蔵装置の低温側の温度レベルで固体の状態である熱貯蔵媒体（１１）を有している。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載のシステム：
前記熱貯蔵媒体（１１）は、前記熱貯蔵装置の高温側の温度レベルで固体の状態である。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記第一の熱移送手段（２）は、熱の移送をコントロールするためのコントロール可能な熱抵抗（２５）を有している。
【請求項９】
電力需要に応じて電力を発生させるための方法であって、
−  電力需要を超える電力供給からの電力を変換することにより、第一の熱発生手段（４）を介して熱貯蔵装置（１）を加熱し；
−  熱エネルギーを第一の熱移送手段（２）を介して前記熱貯蔵装置（１）から熱動力装置（３）へ移送し、および／または、前記電力供給を超える電力需要に合わせるために第二の熱発生手段（５）を介して、前記熱動力装置（３）へ、熱エネルギーを供給すること；
を特徴とする方法。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載のシステム：
前記電力需要および／または供給は、経済的事情を考慮に入れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー貯蔵及び電気発生の分野に係る。この発明は、請求項１のプリアンブルの中に記載されているような電力を発生させるための熱動力装置に、熱エネルギーを供給するためのシステム、及び電力需要に応じて電力を発生させるための方法から出発している。
【背景技術】
【０００２】
電気を発生させるための重要な再生可能な（renewable）エネルギー源は、本来、間欠的である。風は吹くこともあれば吹かないこともある、太陽は照ることもあれば照らないこともある。もし、そのような間欠的なエネルギー源からの発電に対して、連続的であることが要求される場合には、エネルギー貯蔵装置が必要となり、その中に、供給が豊富な期間の間にエネルギーが貯えられ、電気の需要が供給を上回る時に、そこからエネルギーが回収されることになる。更に、もし、供給が不十分な期間が非常に長く続く場合には、これらの期間の間に電力を維持するために、非常に大きなサイズのエネルギー貯蔵装置が必要になる。その結果、そのような電力発生システムは、しばしば、容易に大量に貯えることが可能な化石燃料を用いる従来型の電力発生で補完されることになる。
【０００３】
第一の例として、少数の遠く離れた家庭を相互に接続する、１００ｋＷまでの島の送電網（island grids）のための電力発生システムは、小型の風力タービン、大量のバッテリー、及びバックアップのディーゼル発電機を備えている。第二の例として、太陽熱発電プラントは、太陽光の放射を熱に変換し、その熱は、熱流体によって、例えば電気を発生させるための蒸気タービンのような、熱動力装置に移送される。そのようなプラントの運転時間を長くするために、その熱流体はまた、熱を熱貯蔵装置に移送しても良い。この熱は、後にその熱貯蔵装置から回収される。更に、蒸気の発生量は、化石燃料の燃焼によって増大されることが可能であり、それによって、そのようなプラントの運転時間を更に増大させ、それらを気候条件から完全に独立させることができる。
【０００４】
しかしながら、エネルギー貯蔵の有効利用は、風力または太陽からの電気発生のケースに限定される。大規模な相互接続された送電網（power grids）において、夜間には、例えば原子力発電プラントのようなベース負荷（baseload）発電プラントがフル容量で供給を続けているので、電気は豊富で且つ安価であるが、電気に対する需要は少ない。日中の僅かな時間の間、電気需要及び価格がピークに達し、ピーク負荷用の発電プラントが運転される。時間の尺度は異なってはいるが、この状況は、風力が豊富であったり不足したりするケースに多少類似している。
【０００５】
揚水式電気貯蔵発電プラントは、電気が豊富な期間の間に電気を貯え、ピーク時間の間に電気を供給する。揚水式電気貯蔵は、最も発達した大規模電気的エネルギー貯蔵技術であるが、この方式は、数少ない適切な地形的なロケーション及び大規模なプラントサイズに限定される。
【０００６】
当然のエンジニアリング的直感に反して、いわゆる熱電式エネルギー貯蔵は、間欠的に使用可能なエネルギー源および／または周期的にピークに達するエネルギー需要の補完として、考慮に十分値するものである。熱電式エネルギー貯蔵は、一般的に、下記のステップを備えている：即ち、電気を熱に変換し、その熱を貯え、そして、その熱を電気に逆変換する。熱電式エネルギー貯蔵は、技術的なエレガンスに欠けているように見えるが、この貯蔵方式は、経済的観点から注目に値している。
【０００７】
その理由は、この貯蔵方式が、他の電気的なエネルギー貯蔵技術と比較して、特異なコスト構造を有しているからである。熱は比較的容易に貯えられ、その結果として、熱電式エネルギー貯蔵は、ｋＷｈ当りのコスト（“エネルギー容量コスト”）が低い。この貯蔵方式は、ｋＷ当りのコスト（“変換コスト”または“電力コスト”）がほどほどである。電気の熱への変換及びその逆への変換は、純粋に物理的な現象であって、化学的（電気化学的）変換が関与していない、そのことに起因して、貯蔵装置には長いサイクル寿命を期待することが可能である。揚水式電気貯蔵とは異なり、この貯蔵方式は、ロケーションに依存することなく、且つ比較的コンパクトであり、即ち高いエネルギー密度を有している。それに加えて、熱電式エネルギー貯蔵は、一般的にかなり大きな電力及び容量レベルの増大に対して、好ましいスケーリング則に従う。
【０００８】
上記の優位性にも関わらず、熱電式エネルギー貯蔵は、大半の用途に対してまだ選択肢になっていない。その理由は、利点よりも、その乏しい往復効率（電気的なエネルギーからの変換及びその逆の電気的なエネルギーへの変換）の方が重大な問題となるからであるからである。
【０００９】
しかしながら、熱電式エネルギー貯蔵は、もし大きな容量が必要であり、もし電力の第一の発生源がエネルギー貯蔵装置と比べて高価でない場合には、実際には、電気的なエネルギーの貯蔵のための選択肢となり得る。後者は、自然界の再生可能なエネルギー源及びそれらの只の“燃料”（太陽熱及び風力）に対して、または、需要の少ない期間の間の、高価でないベース負荷電気に対して、特に当てはまっている。炭化水素燃料が、ある価格水準を超えた場合（例えば、ディーゼル移送の高いコストが伴う遠く離れた地理的ロケーション、または二酸化炭素税を反映して）、熱電式エネルギー貯蔵は、風力発電に対する、例えば、正しい補完手段である。
【００１０】
米国特許第 US 3,080,706 号明細書には、貯蔵した熱で運転されるスターリング・サイクル・エンジンが示されている。それにおいては、エンジンは、対応するコンテナの中に貯えられた熱のみにより運転される。その熱は、コンテナの中の熱貯蔵物質に、取り外し可能なカップリングを備えたヒーター・コイルによって、供給される。熱貯蔵物質（例えば、水素化リチウム、水酸素化リチウム、及びフッ化リチウム）は、非常に大きな融解熱、及びエンジンの運転温度領域内の融点を有している。
【００１１】
米国特許第 US 5,384,489 号明細書には、風力発電システムが記載されている。このシステムは、電力会社の送電網から遠く離れたロケーションのための、風力エネルギー貯蔵及び回収装置を有している。風力が豊富な期間の間、風力発電機からの電気は、熱流体の中に浸漬された抵抗ヒーターを稼動させる。その熱流体は、その抵抗ヒーターと貯蔵コンテナの間に配置されたポンプによって循環される。
【００１２】
小さい風速または大きい需要の期間の間、貯蔵装置の中の加熱された熱流体からの熱は、蒸気駆動型発電機のための蒸気を作り出すエネルギー抽出装置または熱交換器によって電気に逆変換される。トータルのシステム投資コストを増大させることにはなるが、バックアップ用の化石燃料による内燃ディーゼル・エンジンを予防措置として付け加えることが可能である。
【特許文献１】米国特許第 US 3,080,706 号明細書
【特許文献２】米国特許第 US 5,384,489 号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、電気の需要と供給の間の時間依存性の不一致を、余り大きなシステム投資コストを付け加えることなく、バランスさせまたは釣り合わせることにある。この目的は、請求項１及び９に基づく、熱エネルギーを熱動力装置に供給するためのシステム及び電力を発生させるための方法によって実現される。更なる好ましい実施形態は、従属請求項から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、電力源が第一の熱発生手段に電気を供給し、その第一の熱発生手段は、電気を熱に変換して熱貯蔵装置の中に貯える。その熱は、第一の熱移送手段を介して前記装置から随時回収されて、電気を発生させるための熱動力装置（例えば、膨張モードのサーマル・マシン、即ち、タービンまたはレシプロ・エンジン、例えばスターリング・エンジンなど）に供給される。
【００１５】
もし、このようにして回収される熱エネルギーが不十分で、電気の需要に適合していない場合には、その熱エネルギーは、第二の熱発生手段からの熱により補完される。この第二の熱発生手段は、熱エネルギーを、前記第一の熱移送手段と正に同一の熱動力エンジンに提供する。従って、バックアップ用の電力発生装置を別途設ける必要がなく、本質的なコンポーネントを重複して設ける事態が回避される。
【００１６】
好ましくは、電力の発生源は、間欠的なエネルギー源であり、特に、例えば風力または太陽光のような間欠的な再生可能なエネルギー源であり、あるいは、需要が少ない時間の間の送電網からの豊富で且つ比較的低いコストの電気である。このようにして、間欠的なエネルギー源からのより連続的な電気供給、または、ベース負荷発電プラントからのスケジュール調整がより可能な電気供給が可能になる。
【００１７】
第一の好ましい実施形態において、第二の熱発生手段は、第二の作業流体を有しており、この第二の作業流体は、上記熱動力装置及びコントロール可能な熱源に接続された第二の作業流体回路の中を循環する。このコントロール可能な熱源は、例えば、シンプルな燃料バーナーまたは地熱エネルギー源などであって、第二の作業流体を加熱するために作動または作動停止することが可能である。このようにして、上記の熱動力装置は、熱貯蔵装置に貯えられた熱（間欠的な電力源に起因するもの）、または（化石またはバイオマス）燃料の燃焼からの熱、あるいは両者の組み合わせのいずれかによって運転される。
【００１８】
より洗練された実施形態において、上記熱動力装置は、一つの作業流体を有する一つの流体回路のみに接続される。即ち、第一の熱移送手段と第二の作業流体からの作業流体は、別個のものではなく、同一である。これは、二つの別個の作業流体の内のいずれか一方を熱動力エンジンにガイドするためのスイッチの幾つかの種類を準備することを不要にし、そして、熱貯蔵装置が低温側の温度にあるときにおいても、上記熱動力装置のために一定の高温側作業流体温度を維持することを可能にする。
【００１９】
第二の好ましい実施形態において、熱は、電気的な供給回路に接続された抵抗を介して、熱貯蔵装置の内側に直接、投入される。その代わりに、熱を、その供給回路からの電気を用いてヒートポンプを運転することにより、熱貯蔵装置に供給することも可能である。熱を装置の内部に投入することは、熱貯蔵装置の表面を介しての熱の移送と比べて有利である。後者の場合には、熱の放射または対流が関与し、それが低温側の温度勾配をもたらすからである。
【００２０】
本発明の更に好ましい変形形態において、熱貯蔵媒体が、熱貯蔵装置の全ての運転温度領域に渡って、即ち、熱を供給しそして抽出するプロセスの全体の間、固体の状態を保つ。このことは、熱貯蔵装置のデザインを容易にする。その理由は、貯蔵システムの中での加熱の間の融解潜熱に基づく液相への相変化によって生ずる体積変化を考慮に入れることが不要になるからである。それに加えて、化学的にアグレッシブなものになりやすい溶融塩または金属の化学的反応性、及び、必要となるコンテナ材料の防食処理、並びに液相内での層形成プロセスを無視することが可能になるからである。
【００２１】
好ましくは、熱貯蔵媒体は、例えば、レンガの形状またはキャスタブル耐火物状のマグネシアまたはアルミナのような、耐火性材料である。これらのコンポーネントは、鉄鋼またはガラス産業における高温の炉の用途で、既に長い間、産業的に使用されてきており、１５００℃までの温度に耐えることが可能であり、比較的小さな体積で大きな熱量を貯えることができる。
【００２２】
更に好ましい実施形態において、コントロール可能な熱抵抗が、第一の作業流体へ移送される熱量をコントロールするために設けられる。このことは、熱貯蔵装置の高温側の貯蔵温度の限界を、上記熱動力装置の高温側の作業温度より上に増大させることを可能にする。事実、蒸気で駆動される熱動力装置の高温側の作業温度は、長時間の寿命の間に高温の高圧蒸気と接触する装置の部分のために、約６００〜７００℃に限定される。その結果として、もし、熱を抽出して前記タービンへ移送する熱交換器が熱貯蔵装置の内側に配置されている場合、熱貯蔵装置の高温側の貯蔵温度は、６００〜７００℃に限定されることになる。
【００２３】
他方、そのエネルギー密度を増大させるためには、熱貯蔵装置の熱貯蔵装置の温度をより高くできることが望ましい。それに加えて、貯蔵温度が時間経過に従って低下したとしても、貯蔵温度が依然として高温側の作業温度を上回っているとすれば、適正なカルノー効率を実現するために、蒸気エンジンの高温側の作業温度を高く維持することが可能である。
【００２４】
好ましくは、可変の熱抵抗が移送回路により実現される。この移送回路は、接続され且つ熱貯蔵装置と第一の作業流体回路の間に配置され、この移送回路の中での対流による熱の移送をコントロールする。このコントロールは、移送流体または予備の流体として使用される液体金属（銅、ナトリウムまたは銀）用のバルブまたはポンプを介して、例えば流速を調整することにより行われる。熱貯蔵媒体と、熱動力装置の作業媒体の高温側または最適な温度との間の温度の相違は、この様にして、貯蔵装置の熱量及び熱から電気への変換の効率を最大にするように調整することができる。
【００２５】
電力を発生させるための本発明の方法において、様々な運転モードが、電力需要（システムの消費者サイド）と電力供給（第一次の電力供給を受ける）との比に応じて、選択される。この明細書の中で、需要及び供給は、広い意味において理解されるべきであり、純粋に物理的な電力に限定されるものではなく、例えば、現在または将来の電力価格などのような経済的な考慮を含むものである。一般的に、もし、供給が需要を上回った場合には、過剰な電気的なエネルギーが熱に変換され、熱貯蔵装置の中に貯えられ、これに対して、過剰な需要をカバーするためには、貯えられた熱が電気に逆変換され、また時によれば、コントロール可能な予備の発生源からの熱によって補完される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の主題を、より詳細に以下のテクストにおいて、添付された概略的な図面に示された好ましい実施形態の例を参照しながら説明する。
【００２７】
これらの図面の中で使用されている参照符号及びそれらの意味は、末尾の参照符号リストの中にまとめの形態で挙げられている。原則として、図面の中で同一の部分には同一の参照符号が付けられている。
【００２８】
図１は、本発明に基づく、熱エネルギーを熱動力装置（thermodynamic machine）に供給するためのシステムを概略的に示している。このシステムは、熱貯蔵装置１；この熱貯蔵装置１から熱動力装置３へ熱エネルギーを移送するための第一の熱移送手段２を有している。第一の熱発生手段４は、電気的なエネルギーを熱に変換する。第二の熱発生手段５は、熱エネルギーを熱貯蔵装置３に追加するために設けられている。
【００２９】
図２は、熱エネルギーを熱動力装置に供給するために、本発明のシステムに基づき、電気を発生させるためのシステムのメイン・コンポーネントを示している。熱貯蔵デバイスまたは熱貯蔵ユニット１は、熱貯蔵材料１１を有し、この熱貯蔵材料は、適切な断熱システム１２により取り囲まれ、熱交換器２２を介して第一の作業流体回路２１に熱的に結合されている。第一の回路２１は、第一の作業流体を有し、この第一の作業流体は、適切な配管構造の中を、熱交換器２２と、発電器３１に機械的に結合された熱動力装置３（例えば、蒸気タービンまたはスターリング・エンジンなど）との間で、循環する。
【００３０】
コントロール可能な熱源または燃料バーナー５１が、第一の回路２１の中に、必要な場合に第一の作業流体を加熱するために設けられている。この第一の回路２１は更に、第一の流体の循環をサポートするために、コンデンサ２３及びポンプ２４を有している。コントロール可能な熱源２３が第一の作業流体回路２１の一部であるので、別個の第二の作業流体回路は描かれていない。
【００３１】
風力駆動式の発電機４１は、風力を電気的なエネルギーに変換し、その電気的なエネルギーは、抵抗４３を有する第一の電気的な回路４２を介して熱貯蔵装置１に移送される。熱貯蔵材料１１は、断熱構造１２の中にその全体があり、熱流体が貯蔵ベッセルと熱交換器の間で流れる必要がない。
【００３２】
熱貯蔵装置１の中の熱は、好ましくは、再生可能なエネルギー源及び間欠的なエネルギー源から発生する。例えば、太陽光エネルギーは、光電気変換セルにより電気的なエネルギーに変換することが可能である。また、風力エネルギーは、最も有望で且つ最も予測困難な再生可能なエネルギー源であるが、発電器４１に結合された風力タービンにより機械的エネルギーに変換される。
【００３３】
電気の熱への変換は、熱貯蔵装置１の全体に分布された抵抗４３を介して行われる。これらの抵抗は、周囲を取り囲んでいる熱貯蔵媒体１１と良好な熱的接触の状態にある必要があり、それによって、これらの抵抗が加熱電力をその熱貯蔵媒体に移送することを可能にする。場合によれば、これらの抵抗は、適切な固体キャスタブル耐火物の間に埋め込まれた単純な鋼のリボンであっても良い。熱貯蔵媒体のバルクへの熱抵抗が低ければ低い程、抵抗がオーバーヒートする傾向が低くなる。抵抗材料と熱貯蔵媒体の熱膨張率は、ほぼ同一である必要があり、そうでない場合には、熱膨張の相違に合わせてデザインされなければならない。
【００３４】
供給電圧は、二つの相反する要求の間で折り合いが付く値である。一方で、抵抗は、もし、それらが熱貯蔵媒体の全体に広く広がっている場合にオーバーヒートしにくい。信頼性を考慮に入れると、このことは、低い供給電圧を支持し、即ち、電気的に並列に接続された多くの抵抗を支持することになる。他方、電力供給部は、断熱材を通過する熱のリーク経路となるので、金属での電気伝導率と熱伝導率の関係（ヴィーデマン−フランツの法則）を考慮すると、このことは、高い供給電圧を支持し、即ち低い電流を支持することになる。
【００３５】
熱の貯蔵は、固体耐火物の顕熱の形、または塩または金属の潜熱の形（融解エネルギーの形）のいずれかである。熱貯蔵材料は、好ましくは、以下の性質を持っている：高い密度、高い熱伝導率、化学的な安定性、及び使用温度との整合性。それに加えて、関連する温度領域に渡って、顕熱による熱貯蔵の場合には高い比熱容量、あるいは、潜熱による熱貯蔵の場合には大きな比融解エネルギー及び適切な溶融温度が、必要になる。典型的な値が、以下の表に示されている：
【表１】
2007529665.tif 000003
【００３６】
熱は、熱貯蔵装置から、その全体に渡って分散された熱交換チューブまたはパイプを用いて集められる。それらの熱交換チューブまたはパイプは、熱貯蔵材料の温度低下を最小にするように配置されている。風力エネルギーの貯蔵において、チャージ（即ち、加熱）の速度は、通常、ディスチャージの速度と比べてかなり大きいので、前記熱を集めるチューブの配置は、熱発生抵抗の分布と比べると厳しくはない。
【００３７】
現在の技術水準では、大規模な石炭火力蒸気発電プラントは、石炭の化学的エネルギー成分から電気エネルギーへ変換効率が４１〜４５％程度で運転されている。ランキン・サイクルの高温側作業温度は、今日、約６５０℃程度に限られている。その理由は、高圧下の腐食性蒸気が蒸気発生器（燃焼室への熱交換器）内の鋼製チューブの寿命を制限するからである。その結果、６５０℃よりも高い温度の熱貯蔵装置から蒸気を受ける蒸気タービンでは、メインの熱貯蔵装置と蒸気発生器の間で、追加的なコントロール可能な熱の移送を行う必要がある。このことは、二つ以上の熱交換器を設けることになって、デザインを複雑にする。他方、そのようなデザインは、熱貯蔵装置により高い高温側の温度を可能にし、それによってコストを低下させる。
【００３８】
図３に、第一の熱移送手段（２）の一部として、コントロール可能な熱抵抗（２５）を備えた対応するシステムが示されている。熱抵抗（２５）は、移送流体を有する移送回路（２６）、及びその移送流体のための流速調整器またはポンプ（２７）を有している。移送流体は、例えば液体金属であり、この液体金属は、熱エネルギーを第一の作業流体（例えば蒸気）に熱交換器２２を介して伝達する。この熱の移送は、第一の作業流体の温度が、熱動力装置（３）の最適な作業温度に可能な限り一致するように、流速調整器（２７）により調整される。
【００３９】
熱エネルギー貯蔵技術の効率は、本質的に制限されるので、その有効利用は、非常に特殊な経済的境界条件に、即ち、装置に入って来る電気の価値と装置から出て行く電気の価値の間の大きな相違がある場合に、限定される。風力装置の値段の低下及び化石燃料および／またはその燃焼生成物のコストに伴い、このことが風力に当てはまる。
【００４０】
風力は只の燃料であり、負荷需要が非常に小さいときには、風力の価値は実質的にゼロであり、需要があるときには、風力の価値は事実かなり大きい。これらの事情の下で、熱電式エネルギー貯蔵と（化石）燃料の燃焼との組み合わせは、エネルギーを貯えるためのコスト効率の良いシステム、及び電気を発生させる経済的な方法を提供する。
【００４１】
以下において、本発明の実際的な実施形態を示す。前提として、マグネシア耐火性は、４００℃と８００℃の間の温度領域を使用する。即ち、貯蔵装置は、４００℃で“空”であり、８００℃で“満杯”である。この高温側の温度は、熱を抽出するための使用される熱交換器チューブの高温側の作業温度により規定される。下限温度は、現在の技術水準のスターリング・エンジンのリーズナブルな作業温度の最低値として規定される。結果として、低温側の温度以下の領域において含まれる熱の部分は使用されない。
【００４２】
現在の技術水準のスターリング・エンジンは、熱から仕事への変換に対して、カルノー効率の６５〜７０％を実現することが知られている；  
カルノー効率として次の式を用いると、
ηCarnot＝１−ＴLow／ＴHigh
ＴLOW を１５℃と仮定して、８００℃の温度で（熱貯蔵装置がフルにチャージされたとき）、
６５％ｘ７３％＝４８％  
４００℃の温度で（熱貯蔵装置が実用の下限値までディスチャージされたとき）、
６５％ｘ５７％＝３７％  
の変換効率が、少なくとも得られることになる。  
重み付けされた平均値は、４３％になるであろう。
【００４３】
４００と８００℃の間で１２，０００ｋＷｈの熱エネルギーを貯蔵するために、３２．８ｍ３または一辺の長さ３．２メートルの立方が必要になる。これは、グロスの有効熱エネルギー密度として、４００と８００℃の間で、１リットルあたり３７０Ｗｈ、及び１キログラム当り１２２Ｗｈに対応する。断熱のために（以下参照方）、ネットの有効エネルギー密度はそれより小さくなる。この例に示したシステムに対して、断熱壁の厚さは概算によれば５５ｃｍとなる。これは、一辺３メートルの熱貯蔵材料の立方を、合計で一辺４．４メートルの立方にし、３３ｍ３の“アクティブな”材料に４４ｍ３の体積を加えることになる。この断熱システムの熱伝導率の現実的な温度依存性を仮定して、この貯蔵装置は、断熱材を介して５．１ｋＷの熱電力（８００℃で）を連続的に失うであろう。これは、一日当たり１．０％の自己放電に相当する（抵抗へ電気を供給する線を介しての熱のリークは、先に仮定した低い供給電圧であっても、約５４０Ｗ程度に過ぎない）。
【００４４】
１０００Ｗ／（ｍ２Ｋ）の熱伝達率を仮定し（この値は、例えば蒸気発生器またはスターリング・エンジンの作業ガスに対して控えめな値である）、且つチューブから流体までに１０℃の温度差を許容すると、熱交換器には２５ｍ２の表面積が必要になる。これは、試算によれば、直径４ｃｍ長さ３．２０ｍの６３本のパイプ（部分的に直列及び並列に接続された）を用いて実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、熱エネルギーを熱動力装置に供給するためのシステムを示す。
【図２】図２は、電気を発生させるためのシステムを示す。
【図３】図３は、コントロール可能な熱の移送抵抗を備えたシステムを示す。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・熱貯蔵装置、１１・・・熱貯蔵材料、１２・・・断熱システム、２・・・第一の熱移送手段、２１・・・第一の作業流体回路、２２・・・熱交換器、２３・・・コンデンサ、２４・・・ポンプ、２５・・・コントロール可能な熱抵抗、２６・・・移送回路、２７・・・流速調整器、３・・・熱動力装置、３１・・・熱駆動式の発電機、４・・・第一の熱発生手段、４１・・・風力発電機、４２・・・第一の電気的な回路、４３・・・抵抗、５・・・第二の熱発生手段、５１・・・コントロール可能な熱源。
【図１】
2007529665.tif 000004
【図２】
2007529665.tif 000005
【図３】
2007529665.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月24日(2005.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生させるために熱動力装置（３）に熱エネルギーを供給するためのシステムであって、
−  熱エネルギーを貯えるための熱貯蔵装置（１）、及び電力を発生させるために、熱エネルギーをこの熱貯蔵装置（１）から前記熱動力装置（３）へ移送するための第一の熱移送手段（２）と；
−  電力を用いて前記熱貯蔵装置を加熱するための（１）第一の熱発生手段（４）と；
を備えたシステムにおいて、 
前記システムは、熱エネルギーを前記熱動力装置（３）に供給するための第二の熱発生手段（５）を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
当該システムは、例えば風力のような、間欠的な再生可能なエネルギー源、または、送電網からの低コストのベース負荷電気を、前記第一の熱発生手段（４）のための電力源として有している。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記第二の熱発生手段は、第二の作業流体を有し前記熱動力装置（３）に接続可能な第二の作業流体回路、及びこの第二の作業流体を加熱するためのコントロール可能な熱源（５１）を有している。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項３に記載のシステム：
前記第一の熱移送手段（２）は、第一の作業流体を有し前記熱動力装置（３）に接続可能な第一の作業流体回路（２１）を有しており、
前記第二の作業流体回路と前記第一の作業流体回路（２１）は、同一である。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記第一の熱発生手段（４）は、前記熱貯蔵装置（１）またはヒートポンプの内側に、オーミック抵抗（４３）を有している。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記熱貯蔵装置（１）は、当該熱貯蔵装置の低温側の温度レベルで固体の状態である熱貯蔵媒体（１１）を有している。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載のシステム：
前記熱貯蔵媒体（１１）は、前記熱貯蔵装置の高温側の温度レベルで固体の状態である。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項１に記載のシステム：
前記第一の熱移送手段（２）は、熱の移送をコントロールするためのコントロール可能な熱抵抗（２５）を有している。
【請求項９】
電力需要に応じて電力を発生させるための方法であって、
−  電力需要を超える電力供給からの電力を変換することにより、第一の熱発生手段（４）を介して熱貯蔵装置（１）を加熱し；
−  電力を発生させるために、熱エネルギーを第一の熱移送手段（２）を介して前記熱貯蔵装置（１）から熱動力装置（３）へ移送し、そして必要な場合には、前記電力供給を超える電力需要に合わせるために第二の熱発生手段（５）を介して、前記熱動力装置（３）へ、熱エネルギーを供給すること；
を特徴とする方法。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載のシステム：
前記電力需要および／または供給は、経済的事情を考慮に入れる。
【国際調査報告】
2007529665.tif 000007
2007529665.tif 000008
2007529665.tif 000009