(57)【要約】【課題】本発明は、風速の変動と揺れ動きにかかわらず、突然のサージとスパイクを避けるために、送電網などへの風力発電エネルギーの供給の調整と安定化方法を提供する。【解決手段】本方法は、需要が高いか、風の有効性が低い時、エネルギーが送電網によって直接使用可能で、また後の使用のために貯蔵される、多数の即時使用ステーション、エネルギー貯蔵ステーション及び混成ステーションを含む複数の風車ステーションを使用することが好ましい。来るべき日のための風力利用可能レベルとなる結果予測に役立つ毎日の風速予報に基づき、直接のエネルギーとストレージからのエネルギーの使用を調整するために、エネルギー送り出しスケジュールつくることを意図する。このスケジュールは、望ましくは１日間での定電力出力期間の減少数を設定する。その間におけるエネルギー送り出しレベルは、風速と風力利用可能レベルの変動と揺れ動きにもかかわらず、実質的に一定である。【選択図】図６
2007500823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法であって、
複数の風車ステーションを有するウィンドファームを使用し、前記ウィンドファームは、風力発電電力を提供するために、予め定められた数の複数の即時使用ステーション、複数のエネルギー貯蔵ステーション、および複数の混成ステーションからなり；
前記ウィンドファームにおける、来るべき期間の風速状況の予報を予測するかまたは取得し；
前記来るべき期間の前記風速状況及び結果としての複数の風力利用可能レベルを予測するために複数の前記予報を使用し；
前記複数の即時使用ステーション及び前記複数のエネルギー貯蔵ステーションの両方から出され、並びに必要なときには、前記複数の混成ステーションから出されるエネルギーを利用するために、前記来るべき期間における複数の風速及び風力利用可能レベルについての複数の予測に基づいて、エネルギー送り出しスケジュールを用意し；
複数の風速及び風力利用可能レベル内における揺らぎ及び振動にかかわらず、複数の時間エネルギー送り出しレベルが実質的に一定のままである間は、前記来るべき期間において複数の定電力出力期間の数を減少させることを設定する前記送り出しスケジュールを使用することを特徴とする風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法。
【請求項２】
前記来るべき期間が次の２４時間の期間である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
いかなる所定の２４時間の期間中においても、７つを超えない定電力出力期間を設定する請求項１項に記載の方法。
【請求項４】
前記来るべき期間中に動作状態にあるべき即時使用ステーションとエネルギー貯蔵風車ステーション数の比を決定し、且つ必要に応じて動作状態にあるべきこれらのステーションの数を補うために前記混成ステーションを使用する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記送り出しスケジュールは、いかなる所定の時間においても貯蔵圧力量が６００ｐｓｉｇを上回らないか、または１００ｐｓｉｇより下にならないように、前記複数の予報に基づいて設定されるべく設計されているかまたは設定されている請求項１に記載の方法。
【請求項６】
送電網に電気エネルギーを直接供給するように前記複数の即時使用ステーションが設けられており、圧縮空気エネルギーをストレージに提供するように前記複数のエネルギー貯蔵ステーションが設けられており、そして電気エネルギーを直接供給するための即時使用ステーションであることと、圧縮空気エネルギーをストレージに提供するためのエネルギー貯蔵ステーションであることとの間を切り替わるように前記複数の混成ステーションが設けられている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記送り出しスケジュールは、前記複数の風力利用可能レベルが前記送電網で必要とされる電力需要を下回るときであっても、風力発電電力が複数の一定電力出力レベルで利用可能であることを確実にすることができる所定の貯蔵電力量を維持するために、前記即時使用ステーションから直接供給され得るエネルギー量と、前記エネルギー貯蔵ステーションからのストレージから提供され得るエネルギー量と、前記送電網により使用され且つ引き出されることが予測される電力量とを考慮に入れる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記送り出しスケジュールは、複数のエネルギー貯蔵ステーション及び前記来るべき期間の終わりにおいてエネルギー貯蔵モードに設定されているすべての混成ステーションからの貯蔵圧縮空気エネルギー量が、前記来るべき期間の始まりにおける貯蔵圧縮空気エネルギー量に等しいかそれよりも大きくなるように設定される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記送り出しスケジュールは、貯蔵に利用できる風力が貯蔵外の風力発電電力の需要に等しいとき、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要よりも大きいとき、そして、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要より少ないときを考慮に入れる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法であって、
少なくとも一つが直接発電のための発電装置を含み、少なくとも一つが圧縮空気をストレージに貯蔵するための圧縮機を含む複数の風車ステーションを使用し、
来るべき期間の風速状況の予報を予測するかまたは取得し；
前記来るべき期間の前記風速状況及び結果としての複数の風力利用可能レベルを予測するために複数の前記予報を使用し；
前記来るべき期間の風速及び複数の風力利用可能レベルについての前記複数の予報に基づいて、複数の前記発電装置から出されるエネルギーと貯蔵圧縮空気エネルギーを利用するエネルギー送り出しスケジュールを用意し；
風速及び風力利用可能レベル内における揺らぎ及び振動にかかわらず、複数の時間エネルギー送り出しレベルが実質的に一定のままである間は、前記来るべき期間において複数の定電力出力期間の数を減少させることを設定する前記送り出しスケジュールを使用することを特徴とする風力発電電力の送り出しを調整し且つ安定化する方法。
【請求項１１】
前記来るべき期間が次の２４時間の期間である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
いかなる所定の２４時間の期間中においても、７つを超えない定電力出力期間を設定する請求項１０項に記載の方法。
【請求項１３】
前記来るべき期間中に動作状態にあるべき即時使用ステーションとエネルギー貯蔵風車ステーション数の比を決定することを備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
即時使用とエネルギー貯蔵との間が切替え可能な所定の数の混成ステーションが設けられ、所定の数の比に設定される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記送り出しスケジュールは、いかなる所定の時間においても貯蔵圧力量が６００ｐｓｉｇを上回らないか、または１００ｐｓｉｇより下にならないようにすべきことを考慮に入れ設定されている請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
送電網に電気エネルギーを直接供給するように前記複数の即時使用ステーションが設けられており、圧縮空気エネルギーをストレージに提供するように前記複数のエネルギー貯蔵ステーションが設けられており、そして、前記送り出しスケジュールは、前記即時使用ステーションから直接供給され得るエネルギー量と、前記エネルギー貯蔵ステーションからのストレージへ供給され得るエネルギー量とを考慮に入れる請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記送り出しスケジュールは、前記複数の風力利用可能レベルが前記送電網で必要とされる電力需要を下回るときであっても、風力発電電力が複数の一定電力出力レベルで利用可能であることを確実にすることができる所定の貯蔵電力量を維持し得るように、前記即時使用及びエネルギー貯蔵ステーションから前記送電網により使用され且つ引き出されることが予測される電力量を考慮に入れる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記送り出しスケジュールは、前記来るべき期間の終わりにおける貯蔵圧縮空気エネルギー量が、前記来るべき期間の始まりにおける貯蔵圧縮空気エネルギー量に等しいかそれよりも大きくなるように設定される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記送り出しスケジュールは、貯蔵に利用できる風力が貯蔵外の風力発電電力の需要に等しいとき、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要よりも大きいとき、そして、前記貯蔵に利用できる風力が前記貯蔵外の風力発電電力の需要より少ないときを考慮に入れる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記所定の数の比は、前記来るべき期間中の風速について少ないあるいは多い変化があることを示す予報に基づいて前記来るべき期間のために決定及び設定され、風速に変化が少ないときは、より多くの即時使用ステーションが要求され、風速により多くの変化があるときは、より多くのエネルギー貯蔵ステーションが要求される請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電エネルギー・システムにかかり、特に送電網へのような風力発電エネルギーの送り出し（供給）を調整して安定させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽と風などの自然資源からエネルギーを生成することは、最近数十年間にわたるこの国の重要な目標であった。実際に、外国の資源である石油に対する依存を減らすことは、重要な国家的な問題になっている。エネルギー専門家は、石油、ガス、石炭を含むこれらの資源の一部がいつか尽きるかもしれないことを恐れている。これらの懸念のため、自然の「代替」資源と呼ばれるものから派生するエネルギーを利用しようとして、多くのプロジェクトが始められている。
【０００３】
太陽エネルギーが最も広く知られている代替資源であるかもしれないが、風から巨大なエネルギーを利用する可能性もある。ウィンドファームは、例えば、風が自然に吹く国の多くの地域で建設されている。これらの応用例の多くにおいて、多数のウィンドミル（以下、風車）が建設されており、風に向かって「狙いが定められている」。風がウィンドミルに対して吹き、回転力がつくられて発電機を駆動するのに用いられる。このエネルギーは、しばしば公益事業ステーションによって発生されるエネルギーを補うのに用いられ、送電網によって分配される。
【０００４】
風の条件が比較的一貫しており、予測できるとき、ウィンドファームは最もよく稼動する。このような諸条件は、結びついたシステム・ネットワークに悪影響を与え得るサージ（電流・電圧の急増）とスイング（動揺）を避け、一貫して予測できるエネルギー量が生成され、供給されることを可能にする。しかしながら、問題は風がもともと予測できなくて不確かであるということである。ほとんどの場合、風速と頻度、持続時間は相当変化する。すなわち、風は長い時間帯にわたり同じ速度で吹くことはなく、風速そのものが、ある瞬間から次の瞬間へと著しく変化する。そして、風によって生成される電力量は、数学的に風速の３乗の関数であるので、風速の極わずかな変動または揺れ動きでさえ風力発電の不均衡な変化となってしまう。例えば、風速（増減する）の３倍の変化は、風力発電の２７倍の変化となる（すなわち３の３乗は２７に等しい）。
【０００５】
これは、より小さなネットワークの集合体から成る巨大なネットワークである送電網に電力を届けるウィンドファームという環境において特に重要である。ある地域のこれらの突然のサージ（電流・電圧の急変）は、他の地域を混乱させ、場合によっては全てのシステムを停止させることさえあり得る。これらの問題のため、現在の諸システムでは、ウィンドファームの電力出力は、しばしば取り扱いが難しく、全てのシステムに対し問題を引き起こすことがあり得る。
【０００６】
風の変動と揺れ動きに関連するもう一つの問題は、送電網における送電線のピークの電力感度に関するものである。風速変動が深刻で、実質的な風力電力の出力変動が起こるとき、電力変動と揺れ動きに耐えるべくシステムが十分な送電線容量を有するように、これらの変動を考慮してシステムが設計されなければならない。これらピークの電力出力に対し同時に、過度の考慮が与えられるならば、システムが結局過度に計画されていることになる。すなわち、システムが、小さい時間の割合の中でサージに耐えるように設計されている場合、大きい時間の割合の中では、送電網の容量が能率的に、そして、効果的に使われないことになる。
【０００７】
関連したもう一つの問題は、若干の状況における風の欠如または非常な低速風と関連する風力の一時的な消失である。これが起こるとき、全体的な送電網出力に弊害をもたらし得る風力電力供給の途切れがあるかもしれない。ピーク需要期を相殺するために、風力発電に対してより大きな依存性がある大きなウィンドファームが使われるとき、これは特に重要である。
【０００８】
これらの問題のため、ピークの需要期やほとんど風が利用できない間に風力発電電力が利用できるように、過去において風によって発生されるエネルギーを貯蔵するために意図された。すなわち、最も利用可能なときから最も必要なときへのタイムシフトである。それにもかかわらず、これらの過去のシステムは、信頼ができ一貫した方法で実行することができなかった。過去の試みは、変動と揺れ動き問題を上記で説明したように、長い時間帯にわたって風をエネルギー源として使用する点で、固有の非効率性と難点を減らすことができなかった。
【０００９】
これらの問題にもかかわらず、風は決して尽きることのない、また、世界中の多数の場所でしばしば豊富である。それ故、送電網に悪影響を与え得るエネルギーのスイング（動揺）とサージ（電流・電圧の急変）が除去され得るよう送電に先立って風力エネルギーの途切れを埋めて風力の変動と揺れ動きを滑らかにし、エネルギーを貯蔵するのみではなく、調整され、管理され、安定化されたエネルギーを送電網に供給し得る電力を備えることにより、風により発電された電力を利用する方法を発展させたいとする要望がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、送電網に悪影響を与え得るエネルギーのスイング（動揺）とサージ（電流・電圧の急変）を避け、送電網への電力の供給を円滑にし、安定させることにより、風力変動と揺れ動きを減少または避けることを可能にする、風力発電エネルギーの使用と貯蔵、および効果的な調整、管理、及び供給を安定させる方法に関連する。本方法は、通常、来るべき日の風の諸条件と特性を見積もるために毎日の風の予報と映像（予測図）を利用するプロセスを備え、風が生成した電力を送電網へ出力するレベルは、来るべき２４時間の期間の間一定のままにし得る最も長い可能性のある期間をシステムが提供可能にすることを目標として、効果的に計画し、送り出しスケジュールを創出すためのデータを使用する。この点において、本システムは、エネルギーを後の使用のために蓄積することができるものを含む様々なタイプのエネルギー発電系を使用すること、及び、いかなる時間においても、どれくらいの量のエネルギーを蓄積し、どれくらいの量がストレージから使用されるのかを決定することのできる制御システムを意図している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一つの態様において、本システムは、風力発電の電力をどのように発生させるか決定するために、様々な用途の専用の風車ステーション（windmill station）を備える。これらのステーションで第１のものは、送電網または地域社会による直接、且つ即時使用のためのエネルギーをつくる専用のもの（以下、「即時使用ステーション（immediate use station）」と称する）である。これらの風車ステーションの第２のものは、圧縮空気エネルギー・システムを使用しているエネルギー貯蔵専用のもの（以下、「エネルギー貯蔵ステーション（energy storage station）」と称する）である。これらの風車ステーションの第３は、この２つの間で切替えられることができる（以下、「混成ステーション（hybrid station）」と称す）。このようなシステムは、いかなる時間においても、即時の使用と貯蔵の両方のために、適切なエネルギー量の生成において、システムが経済的でエネルギー効率を良好にし得る各々のタイプの風車ステーションにおける予め定められた数と比率でもって、システムが設計されていることが好ましい。これらのシステムは、多数の風車ステーションが必要である地域社会、すなわち、ウィンドファーム及び又はシステムからのエネルギーが従来のエネルギー源を補うために用いられ得るように既存の送電網の利用により使用されることが好ましい。
【００１２】
各々の即時使用ステーションは、好ましくは水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）、および風車のナセル（nacelle）に位置し、風に起因する回転運動が発電機を介し直接電気エネルギーに変わる発電装置を有する。これは、例えば、風から派生する機械力が発電機を直接駆動することができるように、発電装置を風力タービンの回転するシャフトに直接接続することによって実現可能である。風車軸にあるギヤボックスの下流に発電機を置くことにより、風車の機械的な力を直接用い、配置が他のタイプによるものであると考えられる典型的なエネルギー損を避けることができる。
【００１３】
エネルギー貯蔵ステーションは、地上高くにあるナセルから機械的な回転エネルギーを回転機械エネルギーとして大地レベルまで下ろす点で、より複雑である。同様に、各々のエネルギー貯蔵ステーションは、圧縮機に接続され、直接風力を圧縮空気エネルギーに変える。各エネルギー貯蔵ステーションの水平に指向した風力タービンは、好ましくは第１のギヤへ結合されている水平軸を有し、水平軸は風車塔の下へ延びている垂直軸に結合し、その結果、地上にある他の一つの水平軸に結合した第２のギヤボックスに連結している。下側の水平軸は、それから風から派生する機械的な力が圧縮空気エネルギーに直接変換され貯蔵され得るように、圧縮機に接続される。
【００１４】
各々のエネルギー貯蔵ステーションからの圧縮空気は、圧縮空気が貯蔵され得る一つ以上の高圧貯蔵タンク（high-pressure storage tank）またはパイプライン貯蔵システム（pipeline storage system）に導かれることが好ましい。圧縮空気の貯蔵は、延長される時間の期間のために蓄積されるために、風から派生するエネルギーを与える。エネルギーをこのような方法で蓄積することによって、ほとんど風が利用できない時、及び又はピーク需要期の間に、ターボ・エキスパンダによって適切な時間に圧縮空気を放出させ、膨張させることができる。放出され膨張させられた空気は、「必要に応じて」、すなわち、風が実際に吹く時と同時かもしれず、そうではないかもしれないが電力が実際に必要である時に基づき、常に電力を発生し得る、風から派生するエネルギーのような発電装置を駆動することができる。
【００１５】
本発明は、貯蔵タンク、パイプライン・システム、及び又は関連した構成要素、そしてそれらの集合が、圧縮と膨張中でさえ貯蔵された空気を比較的安定な温度に維持するために熱を吸収し、放出するように設計されていることを意図する。例えば、大きな貯蔵タンクが使われるとき、好適実施例は、タンク内温度を比較的安定に維持する経済的方法を提供するために、熱伝達液（例えば不凍液）が管を通して配送され得る各タンクの内部を通って広がっている管でできている熱伝達システムを使用することを含む。
【００１６】
本システムは、また、付加熱と圧縮エネルギーを発生するのを援助する貯蔵タンク、及び膨張した空気が凍ることから防止され得る手段を備えることのできる加熱器を含む他の加熱システムを組み込むことができる。あるいは、本発明はまた、貯蔵タンク内の圧縮空気の温度と圧力を増やすために必要な熱を提供するために、太陽熱、圧縮機からの余熱、ゴミ焼却炉、および低レベル化石燃料パワー、その他、の組合せを使うことを意図する。本システムも、ターボ・エキスパンダからの排出による圧縮空気の膨張により作られる冷えた空気を、例えば、夏季期間中空調サービスの需要がある場合、付加的な冷却目的に使用することを意図する。
【００１７】
上記で説明された即時使用ステーションは、送電網に即時供給のため、風車ステーションから電気を直接作り出すために用いることができることがわかる。一方、エネルギー貯蔵ステーションは、風力発電電力のタイムシフト供給のために使用され得るので、風力発電電力は、風が実際に吹いている時と一致しない時間にさえ、すなわち風が吹いていない時、及び又は、ピークの需要期の間にでも、送電網に利用できることがわかる。これらのステーションの調整と使用により、現システムは、様々なステーションから送電網までのエネルギーの流れを調整し管理することにより、風速による変動と揺れ動きにもかかわらず、安定した方法で送電網に、連続的かつ中断されない電気を供給することができる。
【００１８】
本システムは、好ましくはカスタマイズされ、即時使用エネルギーと貯蔵のためのエネルギーをスイッチで切り替えることができる混成ステーションを組み入れる。すなわち、即時の使用と貯蔵のために専用であるエネルギーのレベルを決定するためにスイッチを使用することができる。そのような場合には、即時の使用専用と貯蔵専用であるエネルギー量の比率は、特定の調整を行う、すなわち、各種の適切なエネルギー量が準備されることができるように混成ステーションに位置するクラッチとギヤを使用することなどにより、さらに変更され得る。これは、いつ何時でも風の利用可能性とエネルギー需要に応じて、即時の使用とエネルギー貯蔵のために適切な電気の量を備えるシステムを可能にするために、仮想現実的にどんな時間であっても与えられた適用に、混成ステーションをカスタム化することを可能にする。
【００１９】
本システムは、風車ステーションのこれらの３つのタイプを使用して、風の諸条件と送電網の要求しだいで、風力発生エネルギーを、送電網またはエネルギーの貯蔵と使用のどちらにも、即時に供給することがより良くできる。つまり、大きなウィンドファームがより柔軟でカスタム化された方法で設計され得る電力の適切な比率を備えるために、例えば、システムの特異な必要性に合致することができるように、適切なエネルギー量が適切な時間に敷設網（送電網）に供給されるように混成ステーションが、即時使用とエネルギー貯蔵ステーションと共に使用され得る。
【００２０】
要するに、風車ステーションの３つのタイプの組合せを使うことは、より長い期間に対して電力の恒常的な供給が用意され得るように、システムが更に具体的に適合され、カスタマイズされることを可能にする。
【００２１】
どんな特異な場所であっても、風のパターンは、その折々に、すなわち季節毎、月毎、そして最も重要なことに、日毎、時間毎、分単位で変化する。従ってこれらの変動と揺れ動きは、システムがさらに一定の率で連続出力を提供するためのエネルギーの貯蔵に関連して対処されなければならない。
【００２２】
本発明は、来るべき日（upcoming day）の風の諸条件と特徴を予測する（project）ため、ウィンドファームが位置する特別な地域のために毎日の風の予報を得ることを意図する。これらの風の予報は、来るべき次の２４時間（upcoming 24-hour period）の期間にわたって、実際に予期される風の諸条件にできるだけ近似している利用可能な最新の天気予報技術に基づくように意図している。これらの予測が全て正確であるというわけではないかもしれない。しかし、システムを引き続き作動させることが可能な、予期される風の諸条件に非常に近いものを備えることができ、風の供給スケジュールを計画して創出する目的には充分である。
【００２３】
一旦各々の毎日の予報が得られるならば、本方法は、送電網への風力発電電力の出力レベルが一定を保つことができる最も長い可能な期間を案出する目的で、その予報に基づき、来るべき日のためのエネルギー送り出し（供給）スケジュールを明確化するデータを使うことを意図する。例えば、好適な実施例において、いかなる日の間であっても（必要であれば、最高７つ程度の一定電力期間（constant power period）を設けることができる）、いかなる日であっても送電網へ供給している電力出力の比率が３以下の変化となるような、約３以下の定電力出力を有することが望ましい。システムが風力発電された電気出力が一定のとき、より長い期間を提供することを可能にすることによって、本システムは風速変動と揺れ動きに起因する電力のサージ（電流・電圧の急変）とスイング（動揺）などが減少され、場合によっては全体的に除去されることを可能にする。
【００２４】
毎日のスケジュールが計画され実行される方法は、ストレージ（storage）に貯蔵され、そこから使用されるエネルギー量を制御するための弁制御システムと同様に、上記で説明した風車ステーションを利用する。システムは、エネルギーを発生させるために適切な数の即時使用とエネルギー貯蔵ステーションを実行することによって、そして、適切な数の混成ステーションを変換することによって、風力発電電力の出力レベルの量をいかなる時刻においてもコントロールすること、それから、いつ何時でもどれくらいの量のエネルギーが送電網に直接供給されており、そして圧縮機とエキスパンダを利用してエネルギーの貯蔵を介してどれくらいの量が提供されたかということを制御することができることを意図している。
【００２５】
制御に関し、システムが貯蔵されたエネルギーを消費し尽くしてしまわないように、貯蔵されているエネルギーの適切なレベルを維持するために風の予報を絶えず更新することに基づく制御はまた、必要である。風の予報に基づき、（来るべき２４時間の間に電力供給を超える電力が必要になるかもしれないと予測されるときなど）貯蔵されている付加的なエネルギーのための必要性を予期すること、また必要ではない場合（例えば来るべき２４時間のあいだに直接的なエネルギーを提供するために充分な風があると予測されるとき）はどんな日の間であってもあり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の装置部分は、３つの異なるタイプの風車ステーションを備える。各タイプの風車ステーションに関し、第１のタイプは、発電装置を使用し即時使用のためのエネルギーを供給するために回転機械力を電気エネルギーに変換する水平軸風力タービンを有する（以後、「即時使用ステーション」と称す）。第２のタイプは、機械的な回転力をエネルギー貯蔵のための圧縮空気に変換する水平軸風力タービンを有する（以後、「エネルギー貯蔵ステーション」と称す）。そして、第３のタイプは、即時の使用、及び又はエネルギーの貯蔵のために機械的な回転力を電気エネルギーに変換する能力を有する１つの風車ステーションが最初の２つの特質を兼ねる（以後「混成ステーション」と称す）。本システムは、風力発電エネルギーの予め定められた部分が即時使用のため専用であり得、また、エネルギー貯蔵のために専用であり得るように、上述の３つのタイプの風車ステーションを使用し、調整するように設計される。
【００２７】
以下の考察は、与えられた適用のため風車ステーションを調整する方法を記載し、これにより、風車ステーションの３つのタイプの各々について説明する。
【００２８】
Ａ．即時使用ステーション：
図１ａは、即時使用ステーションの概略工程系統図を示す。図は、風車によって作られる機械的な回転力がどのように電力に変換され、即時使用のための電気エネルギーとして供給されるかを示す。変換を直接的に行う場合は、風から派生するエネルギーをより効率的に電力に変換することができる。例えば、直接電気を発生させるために風車の羽根の上に吹く時の風により生じる機械的回転運動を直接利用し、直接的に発電することによって、風力発電により発生したエネルギー・システムの効率を高めることができる。
【００２９】
電気エネルギーを生み出すために使用された従来の風車装置のように、本発明では、各即時使用ステーションは風車塔を備えており、その上に水平軸風力タービンを設けるようになっている。好ましくは、予め定められた高さに風力タービンを設けるために、風車塔の高さを設定するとよい。ステーションの風力変換効率と同様に、風を途中で捉えるエリアを最大にするために各々の風力タービンは風の方へ、「狙いを定める」ことが好ましい。様々な標準製造業者によって作られる風力タービンは、概ね水平方向に位置づけられた回転軸の周りに風車の羽根またはファンを設けた塔の最上部に設置することができる。
【００３０】
この実施例において、ギヤボックスと発電装置は、電気エネルギーを発生するためにシャフトの機械的な回転力が発電機を直接駆動することができるように、風車のナセルに位置することが望ましい。ギヤボックスを介し発電装置を直接シャフトに置くことによって、機械的な力をより能率的に電力に変換することがでる。電気エネルギーはそれから、他の伝送路または即時使用ステーションから送電網または他のユーザーまで電力を供給するケーブルに接続することができる送電線を介し塔の下に伝達することができる。
【００３１】
下記に更に詳細に解説されるように本発明は、即時使用ステーションが、後の使用のために風力エネルギーを貯蔵する能力がある他の風車ステーションと連結して使用できることを意図している。この理由は、上記したように、通常、風に信頼性がなく予測できないものであり、従って、即時に使用するためのエネルギーを供給する即時使用ステーションだけをもって、一定の率で電力出力を提供するために使用されるシステムを可能とするものではない。従って、本発明は複数の風車ステーションが設置されるウィンドファームの応用において、付加的なエネルギー貯蔵ステーションもまた、設置され使用されることを意図する。
【００３２】
Ｂ．エネルギー貯蔵ステーション
図１ｂは、エネルギー貯蔵風車ステーション（エネルギー貯蔵ステーション）の概略工程図を示す。このステーションは、上記したように、即時使用ステーションと関連して従来の風車塔と水平軸風車タービンを備える。同様に、風力タービンは、前のデザインの場合のように、好ましくは風車塔の最上位に位置し、風に向かって狙いを定めることができる。回転するシャフトは、また、電力を伝達するために風力タービンから延長される。
【００３３】
前のデザインと異なり、しかしながら、この実施例においては、エネルギーの貯蔵のために風車塔の基部で、風から派生するエネルギーが引き出されることが好ましい。図１ｂに示すように、風車塔の下に延びる縦軸に水平駆動軸の回転する動きを移すことができる最初のギヤボックスが、風車のナセルにある風力タービンに隣接して位置することが望ましい。好ましくは塔の基部において、そこから圧縮機に連結された地面に位置するもう一つの水平軸に垂直軸の回転する動きを移すように設計されている第２のギヤボックスがある。従って、塔の上端の風力タービンからの機械的な回転力は、塔の下に移すことができ、塔の基部もしくはその付近にある圧縮機を介し圧縮空気エネルギーに直接変換される。圧縮機の機械的な原動機は、圧縮空気エネルギーを地面に位置する一つ以上の高圧貯蔵タンクまたはパイプライン・システムに押し込む。この装置でもって、各エネルギー貯蔵ステーションは、ピーク需要期やほとんど風が利用できない時などの後の使用のために機械的な風力を蓄積することのできる圧縮空気エネルギーに直接変換することができる。
【００３４】
本システムのエネルギー貯蔵部分は、貯蔵タンクやパイプライン・システムのような、圧縮空気エネルギーを蓄積する手段を含むことが好ましい。本発明と関連して使用することができる貯蔵タンク、加熱、および他の装置及び方法に関する付加的情報に関しては、２００２年１０月４日にファイルされた合衆国出願シリアルＮｏ．１０／２６３，８４８（Ｕ．Ｓ．  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．  １０／２６３，８４８）、及び２００３年５月３０日出願人により出願された合衆国仮出願の表題「パイプライン・システムを使用した風力発生エネルギーの貯蔵及び搬送方法（Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｓｔｏｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  Ｗｉｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｐｉｐｅｌｉｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と本発明と関連して使用することができる風力発生エネルギーの貯蔵及び搬送方法のためのパイプライン・システムに関する付加的情報のための２００４年６月１日に出願された関連非仮出願を参考にできる。貯蔵施設は、圧縮空気が深刻な圧力損失なしで貯蔵のために運ばれることができるような、エネルギー貯蔵ステーションの近くに位置することが望ましい。
【００３５】
貯蔵施設は、様々な大きさのものが使用可能である。本システムは、貯蔵施設の大きさに関し、いくつかの要因に関する計算が基礎になり得ることを意図する。例をあげると、当然議論されるように、選択された風力タービンの大きさと容量、選択された圧縮機の容量、風の利用可能性、エネルギー需要の範囲等のような他の要因と同様に、貯蔵施設の体積の大きさは設置されたエネルギーのストレージと即時使用ステーションの数と比率に基づく。
【００３６】
圧縮空気を電気エネルギーに変換する多くの従来の手段は、どれでも使用可能である。好適な実施例では、電気エネルギーをつくるべく発電機を動かすのに使用できる高速気流をつくるために、圧縮空気をストレージから放出する一つ以上のターボ・エキスパンダが用いられる。この電気エネルギーは、それから即時使用ステーションによって供給されるエネルギーを補うために用いられ得る。システムは、貯蔵された風力エネルギーが必要なときはいつでも、貯蔵タンク内の圧縮空気を、ターボ・エキスパンダを介して放出し得るように設計されている。図１ｂに示すように、好ましくは、ターボ・エキスパンダからオルタネータへエネルギーを供給するのがよい。オルタネータには、ＡＣからＤＣへのコンバータを接続し、その後にＤＣからＡＣへのインバータを接続し、そして調整装置（conditioner）を接続させて、使用者の回路にインピーダンスを適合させている。
【００３７】
本発明は、圧縮と膨張の間においても蓄積された空気を比較的安定した温度に維持するために、熱を吸収し、放出するように貯蔵施設が設計されていることを意図する。例えば、大きな貯蔵タンクが使われるとき、その好適実施例は、タンク内温度を比較的安定に維持する経済的方法を提供するために熱伝達液（例えば不凍液）が、管を通して配送され得る各タンクの内部を通って広がっている薄肉の管でできている熱伝達システムを使うことを含む。管は、好ましくはタンク内総面積のおよそ１％と銅または炭素鋼素材を含む。それらはまた、管が熱慣性システムの一部である熱交換器の働きをするため、貯蔵タンクの内部中いたる所に分布され得る不凍液を含むことが好ましい。貯蔵タンクは、その内部からの熱損失を防ぐために絶縁被覆されることが好ましい。
【００３８】
本システムは、また、付加熱と圧縮エネルギーを発生することを援助する貯蔵タンクの上及び内部に、また膨張した空気が凍ることを防ぎ得る手段を備えることのできる加熱器を含む他の加熱システムを取り入れることができる。ある場合においては、好適システムにはないが、本発明は、貯蔵タンク内の圧縮空気の温度と圧力を増やすために必要な熱を提供するべく、太陽熱、圧縮機からの余熱、ゴミ焼却炉、および低レベル化石燃料パワー、その他の組合せを使用できる。本システムも、ターボ・エキスパンダからの排出による圧縮空気の膨張により作られる冷えた空気を、例えば、夏季期間中空調サービスの需要がある場合、付加的な冷却目的に使用することを意図する。
【００３９】
Ｃ．混成ステーション：
図２ａは、混成ステーションを示す。混成ステーションは、基本的には一つの風車ステーションであり、システムの必要性に従い、即時使用のための電力と貯蔵のためのエネルギーの間で風力を配分し得る機械動力の分配機構を伴い、即時使用とエネルギー貯蔵ステーションの一定の要素を含む。
【００４０】
上記で説明した２つのステーションのように、在来型の風車塔は、好ましくはその上に在来型の横軸風力タービンが位置して建設される。風力タービンは、好ましくは直接コンバータに機械的な力を伝達する能力を有する水平回転する軸を含む。
【００４１】
エネルギー貯蔵ステーションのように、混成ステーションは、風力エネルギーが風車塔の基部で抽出し得るように適合される。図式的に図２ａで示されるように、風力タービンは、風車のナセルに位置する最初のギヤボックスに接続される回転する駆動軸を備えており、軸の水平回転する動きが塔の下に延びる縦軸に移すことができる。基部において、もう一つの横軸に縦軸の回転動作を移すように第２のギヤボックスが設計されていることが好ましい。
【００４２】
この点において、図２ａで示すように、機械的な力のスプリッタを提供することができる。下記で更に詳細に説明されるスプリッタは、風力の適切な量が、望ましい下流のコンバータに伝達され得るように、下の横軸の機械的な回転力を分割するように設計されている。すなわち、即時使用やエネルギー貯蔵のための圧縮機のために発電装置に電力を送ることを調節することができる。
【００４３】
機械式スプリッタの下流において、混成ステーションは、一方においては、望ましくは発電装置への機械的接続があり、また、他の一方においては圧縮機への機械的接続がある。機械式スプリッタが完全に発電装置に切り替えられるとき、下の横軸からの機械的な回転力はギヤが噛み合ったシャフトを介し発電機に直接送られる。これは、即時使用のために使用者に伝達される電力のために、発電機が機械的な力を電気エネルギーに、能率的に、そして、直接変換することを可能にする。
【００４４】
他方、機械式スプリッタが完全に圧縮機に切り替えられるとき、下の横軸からの機械的な回転力は高圧貯蔵タンクの中に圧縮された空気エネルギーが貯蔵されるべく圧縮機に直接送られる。
【００４５】
混成ステーションによって生み出された機械的な力が、圧縮空気エネルギーに直接変換される目的を持ってなされている範囲において、混成ステーションのこの部分は、望ましくはエネルギー貯蔵ステーションの構成要素と実質的に類似しており、そこで、貯蔵されたエネルギーが一つ以上のターボ・エキスパンダを介し適切な時間に放出されることができる。前記実施例のように、高圧貯蔵タンクまたはパイプライン・システムは、後の使用のために圧縮空気エネルギーが、タンクに能率的に貯蔵されることができるように、風車ステーションの至近距離に位置することが望ましい。
【００４６】
当然議論されるように、混成ステーションは、望ましくは大きなウィンドファームの適用に取り込まれ、他のステーションとともに即時使用とエネルギーの貯蔵のために設置される。そのような場合には、各々の混成ステーションの圧縮機は、複数のエネルギーのストレージと混成ステーションが圧縮空気を入れることができるような中央に位置する貯蔵施設に接続することができる。実際、混成ステーションとエネルギー貯蔵ステーションの全てが一つの貯蔵施設に接続することができるようにシステムを設計することができる。
【００４７】
機械的な力をエネルギー貯蔵用と即時使用目的用の電力の間で分割する機械的な力のスプリッタは、機械的エネルギーが直接コンバータに伝達され得るように、複数のギヤとクラッチから構成することができる。一実施例において、機械式スプリッタは、大きなギヤと係合し、かみ合うことができる付加的なドライブ・ギヤと組み合わせて、ステーションの下端から伸びている下部の水平駆動軸に付けられる大きなギヤを備える。第１のクラッチは、望ましくは付加的なドライブ・ギヤの各々を大きなギヤと係合し（かみ合っている）第１の位置から大きなギヤに係合させなくし、逆にする第２の位置へ動かすために制御する。このように、第１のクラッチの動作によって、適切な数の付加的なドライブ・ギヤは、下部の駆動軸からのコンバータへの機械的な力の望みの分配に基づき大きなギヤに係合させる（かみ合わせる）ことができる。
【００４８】
例えば、１つのシステムは、１つの大きなギヤと５つの付加的なドライブ・ギヤを有することができ、第１のクラッチが大きなギヤをいつでも付加的なドライブ・ギヤの１、２、３、４、または５に係合させることができるように使用できる。このようにして、適切なエネルギー・コンバータに伝達される機械的な力の比率を決定するために、最初のクラッチは、いくつかの付加的なドライブ・ギヤの活動を可能にし、それゆえ、（下部の水平駆動軸で駆動される）大きなギヤによって駆動される能力を制御することができる。つまり、全ての５つの付加的なドライブ・ギヤが大きなギヤと噛み合うならば、各５つの付加的なドライブ・ギヤはエネルギー・コンバータに全体的な機械的な力の５分の１または２０％を伝えることができる。付加的なドライブ・ギヤのうちの３つだけが大きなギヤと噛み合いがあるならば、各々の噛み合っている付加的なドライブ・ギヤは風力タービンによって発生する機械的な力の３分の１または３３．３３％を伝える。２つのドライブ・ギヤが大きなギヤと噛み合うならば、各々は伝達された電力、その他の半分、あるいは、５０％を伝える。
【００４９】
本発明の機械式スプリッタは、即時使用のためのエネルギーを生み出す発電装置、あるいはエネルギーの貯蔵のために圧縮空気エネルギーを発生させる空気圧縮機の下流に付加的なドライブ・ギヤの各々を連結し得るために、第２のクラッチを備えていることが望ましい。第２のクラッチを調節することによって、その結果、大きなギヤから付加的なドライブ・ギヤのどれであっても伝達される機械的な力は、発電装置か圧縮機に向かうことができる。これは、個々の調節可能な基礎に関して、風車ステーションによって供給される機械的な力の量を即時使用とエネルギーの貯蔵の間で配分され、分配されることを可能にする。つまり、各々の種類のエネルギー・コンバータに分配される力の量を何個の付加的なドライブ・ギヤが大きなギヤに係合し、各々のかみ合っている付加的なドライブ・ギヤがどのエネルギー・コンバータに接続しているかを決定する２つのクラッチで作られる調整に依存しているようにすることができる。発電装置に結合しているそれらは、即時使用のためのエネルギーを生み出し、圧縮機に関係があるそれらは貯蔵のためにエネルギーを発生させる。
【００５０】
上記に基づいて、機械的な力のスプリッタ機構の２つのクラッチを調節することによって、エネルギーが即時使用に専用であり、エネルギー貯蔵が調節され配分される範囲が分かる。例をあげると、それが望まれるならば、同時に第２のクラッチが、５つのうちの２つの付加的駆動ギヤ（それぞれが２０％の力、もしくは合計４０％を備える）を発電機に結合させることを生じせしめ、５つのうち２つの付加的駆動ギヤ（それぞれが２０％の力、もしくは合計６０％を備える）を圧縮機に結合させることを生じせしめるように使用できるのに対し、機械的な力の４０％が、即時使用のためのエネルギーに分配され、機械的な力の６０％が貯蔵用エネルギーのために分配されることが望まれるなら、すべての５つの付加的駆動ギヤが大きなギヤとかみ合うように第１のクラッチが生じせしめるように使用できる。このように、機械式スプリッタは、即時使用とエネルギーの貯蔵の間で、それぞれ４０／６０の予め定められた比率で機械的な力を分け、分配することができる。
【００５１】
同じシステムを用いたもう一つの実施例においては、すべての機械的な力が即時使用に分配されるように望まれるならば、第１のクラッチは、大きなギヤを付加的駆動ギヤ中の唯一つとかみ合わせを使用せしめるように使用でき、第２のクラッチは、付加的駆動ギヤの一つを発電機と結合するように使用できる。すなわち、風車ステーションにより発生した機械的な力が即時の使用のために伝達される。
【００５２】
同様に、すべての機械的な力がエネルギー貯蔵に分配されることが望まれるならば、第２のクラッチは一つのかみ合った付加的駆動ギヤを圧縮機への結合を生じせしめることができる。すなわち、風車ステーションによって発生する機械的な力の全てが貯蔵のために伝達されるようにせしめる。
【００５３】
本システムは、機械的な力を分割することができる多様な範囲を備えることができる、いかなる数の付加的駆動ギヤをも備えることができることを意図する。しかしながら、ほとんどの状況において、５つの付加的駆動ギヤを有することは、混成ステーションが機能することができるようにするために十分な柔軟性を提供するであろう。５つの付加的なドライブ・ギヤで、以下の比率を提供することができる：５０／５０、３３．３３／６６．６６、６６．６６／３３．３３、２０／８０、４０／６０、６０／４０、８０／２０、１００／０、及び０／１００。
【００５４】
機械的な力のスプリッタに関するクラッチの使用により、各々の混成ステーションは、即時使用とエネルギーの貯蔵の間で異なる比率の電力を供給するために、１日の異なる時間において調節することが可能である。当然議論されるように、頼みにならず予測できない風諸条件にもかかわらず、電力需要と風力利用可能性の予報によって、ユーザーに長期間の電力の恒常的な量を提供するために、異なる比率が必要かもしれないことを意図している。このシステムは、それらの比率が簡単に適合することを可能とするように設計されている。電力を分割するための他のシステムもまた、意図されている。
【００５５】
Ｄ．制御と弁機構：
好ましくは、本システムは、風車ステーションの稼動、混成ステーションに関するクラッチ、ストレージへ供給及び放出される圧縮空気の量、圧縮機の動作、ターボ・エキスパンダの動作、その他の動作を制御するシステムを備える。コントロールシステムは、好ましくは、何箇所の即時使用ステーションが稼動しており、何箇所のエネルギー貯蔵ステーションが稼動しており、何箇所の混成ステーションが稼動しており、そして何箇所がエネルギー貯蔵モードで稼動しているかを含めて、いかなる時刻においても稼動している風車ステーションの総数を設定することができる。このように、いかなる時刻においても、システムによって供給される総エネルギー、及び、どのようにエネルギーが即時使用とエネルギー貯蔵の間に配分されるかが、正確にコントロールされ、調整され得る。
【００５６】
例えば、システムが２０の即時使用、２０のエネルギーの貯蔵、及び、１０の混成ステーションで合計５０の風車ステーションを有するならば、即時使用とエネルギー貯蔵ステーションの何箇所を動作させるか、また、混成ステーションの何箇所を即時使用、もしくはエネルギー貯蔵モードのいずれかに設定するかを決定するための制御システムにより操作者は、一方でどれくらいのステーションを即時使用専用とし、もう一方でどれくらいの貯蔵とするかを決定することができる。例えば、２８の即時使用風車ステーションからの電力が、特別な期間のために必要であると確定されるならば、システムは即時使用ステーションのうちの全２０を動作させることができ、１０の混成ステーションのうちの８つを即時使用モードに変換することができる。
【００５７】
同時に、エネルギー貯蔵ステーションのうちの１６が同じ期間の間に必要であるとすれば、それらのうちの１６箇所が作動状態に置かれることを可能とする。そして、他４箇所は運転停止させることができ、あるいは、それらによって供給されるエネルギーを外すか、排出することができる。
【００５８】
制御システムは、また、好ましくはストレージへの圧縮空気の出入の流れを調節することにより、貯蔵されている圧縮空気エネルギーのレベルを適切なレベルに保つことができるように設計されている。圧縮空気は、圧縮機を介しストレージに導入され、ストレージからターボ・エキスパンダを介し放出される。
【００５９】
放出端部において、ターボ・エキスパンダを介して、いつ何時でも放出される圧縮空気の予め定められた量を見積もるために、図２ｂで示されるもののような弁システムを提供することができる。図２ｂは、空気の適切な量をターボ・エキスパンダによって配分するための弁を用いることができる、３つのターボ・エキスパンダに取り付けられる３つの継手のある貯蔵タンクの実施例を示す。チャートは、それぞれが貯蔵タンクの特別な圧力量と関係している５つの異なる弁系列を示す。
【００６０】
弁系列Ａは、６００ｐｓｉｇに適している。この系列によると、弁番号３と５だけが閉じられ、他のすべては開いている。このように、弁１の中を流れている空気は、第１のターボ・エキスパンダに入り、第１の交流発電機を介して電気エネルギーに変換されることができる。また、弁２と４が開いているので、圧縮空気の一部は第２と第３のターボ・エキスパンダに入り、第２と第３の交流発電機を介し電気エネルギーに変換されることができる。弁３と５が閉じられているので、弁１の中を流れている空気だけが使用される。
【００６１】
弁系列Ｂは、３００ｐｓｉｇに適している。この系列によると、弁３だけが開いており、他の放出弁、すなわち１と５は閉じられている。このように、弁３の中を流れている空気は、第２のターボ・エキスパンダに入り、第２の交流発電機を介して電気エネルギーに変換されることができる。また、弁４が開いており、弁２が閉じられているので、圧縮空気の一部は第３のターボ・エキスパンダに入ることができ、第３の交流発電機を介し電気エネルギーに変換されることができる。弁１と２が閉じられているので、第１の交流発電機は使用されていないままである。
【００６２】
弁系列Ｃは、１００ｐｓｉｇに適している。この系列によると、１つの弁、すなわち第５だけは、開いている。このように、弁５の中を流れている空気は、第３のターボ・エキスパンダに入り、第３の交流発電機を介して電気エネルギーに変換されることができる。第１および第２のターボ・エキスパンダと交流発電機は、使用されていないままである。
【００６３】
圧力がタンク（弁系列Ｄを参照）の中にないとき、弁は閉じられており、その場合には、圧縮機からタンクに導入される圧縮空気エネルギーは時間とともに蓄積され、タンク内圧力を増やすのを助ける。タンクが満たされるのを可能にするために類似した制御が、圧縮機と関連して使用される。すなわち圧縮機を介して圧縮空気がストレージに入る率を決定するために使用される。制御は、望ましくはタンク内の圧力量が維持され、和らげられることを可能にする。
【００６４】
タンク内の空気の温度を制御するのに役立たせるために使用される熱交換器を動作するために、制御は、また、使用される。制御は、いかなる時刻においても、どの熱交換器が使われるべきか、また、それらが貯蔵タンクにある圧縮空気にどれくらいの熱を提供しなければならないかを決定する。
【００６５】
制御システムは、当然議論されるように、好ましくはシステムを自動的に動作させることができるように、用意されている入力データに基づき、前もってプログラムされているマイクロプロセッサーを備えている。本発明は、即時使用、エネルギーの貯蔵、及び、混成ステーションよりなる全体的なシステムを開発し設置でき、その点で、使用目的の領域によるシステムにおかれた要求に従って、予め決められた数の即時使用、エネルギー貯蔵、及び、混成は、一度に作動できることを意図する。年間の異なる時の間に、風の諸条件がかなり多様であり得るいろいろな風の予報に対応するために、これは本システムをカスタム化し、適合することを可能にする。
【００６６】
Ｅ．方法：
カンザス風力有限責任会社（Ｋａｎｓａｓ  Ｗｉｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  ＬＬＣ）によって用意された１９９６年１１月の間にカンザスの地において見出された実際の風諸条件に基づく一実施例を用いて、本方法をここに論ずる。この期間が選択された理由は、本方法が異なる状況でどのように適用されることができるかについて示すために十分変化に富む風歴を含んでいたからである。
【００６７】
図３は、サイトのための風力度数分布図と一般に呼ばれてものを示す。このチャートは、実際の場所で実際の風歴を取ったものを表す。総体的にこのチャートは、風が１９９６年１１月の月間に特定の速度に達した（１時間ごとの間隔で測られるとき）平均回数または平均発生数を示す。いかなる場所においても、いかなる時間の間であっても、１年の季節から季節までの平均風速の調査を行うことを可能にするように、風歴は設計されている。この情報は有用である。例えば、調査による最高および最低の場合のシナリオに基づくことができる１年中の解決策を案出するのに役立ち得る。
【００６８】
図３は、すべての特別な風速測定に対し、風速がおよそ毎秒９メートルに達したときに発生するピーク発生数がおよそ４３であったことを示す。別の言い方をすれば、すなわち、約４３時間に等しいと見積もられる時間について（１時間の等間隔によって乗ぜられた４３回発生は、４３時間に等しい）、１１月の月間に毎時測定した時、風速は他のいかなる速度よりも、およそ毎秒９メートルが頻繁にあった。これを考察するもう一つの方法は、月間に１時間ごとの間隔で採取されたおよそ４３測定の平均において、風が平均およそ９メートル／秒で吹いていたということである。
【００６９】
チャートはまた、月間に風速が毎秒２メートル以下の発生が２、３回あったことを示す。同様に、チャートは風速が多分一度毎秒１８メートルを超えたであろうことを示す。別の言い方をすれば、チャートが示すことは、１１月中の間に風が２、３時間だけの間２メートル／秒以下、および、１８メートル／秒以上で吹いたということである。そして、それは、適切な器材と方法がサイトと関連して使われることを確定する際に役に立つ。
【００７０】
このことの意味するところは、どんな種類の風力タービンを選択するかによって、風力タービンがエネルギーを発生するために月の間に作動し機能するはずの時間の量をチャートで予測することができるということである。例えば、選択された風力タービンが、効率と安全理由のために、風速が毎秒３メートルと毎秒１５メートルの間にある時だけ作動するように設計されていると仮定すれば、１１月の間のどんな日であっても、常時ではないがほとんどの時間の間、これらの風力タービンが、運転中になるであろうと予測することができる。
【００７１】
実際の適用には、複数ヵ月を調査して研究しなければならない。実際に、そのような決定には、対費用効果分析、および、年間過程についての最低と最高のシナリオにおける風力利用可能性、また、その地におけるシステムに年間を通じて設定しやすい需用電力を考慮に入れたエネルギー効率調査を通常含める。
【００７２】
上述の期間の間に風力タービンにより生み出される風力発電の電気量は、いかなる時刻においても期間の間の風速に依存する。一般に、風力タービンに由来する風力は、以下の方程式に従うとされる。
【００７３】
Ｐ＝Ｃ１＊０．５＊Ｒｈｏ＊Ａ＊Ｕ３
そこで
Ｃ１＝定数（計算された力を風力タービンの容積と風速能力に合わせることによって得る）
Ｒｈｏ＝空気密度
Ａ＝風力タービンのローターが通り抜ける区域
Ｕ＝風速
風によって生み出された風力量が、風速の３乗と比例していることを意味する。従って、風力タービンが、毎秒２メートルと毎秒１８メートルの間で完全に動作中である状況では、発生することができる風による力の総量は、それらの範囲の間のすべての風速の直接的な機能にある。
【００７４】
他方、特定の高い風速範囲の間、風力による電気出力が比較的一定を保つように各種風力タービンは設計されている。これは、一定の最大限より上の速度では、角度を変えて空気抵抗を少なくする風力タービンの羽根のゆえである。例えば、特定の風力タービンは、ある速度範囲内である程度機能するかもしれない。すなわち、毎秒１３と２０メートルの間で、風速の変化にもかかわらず発生する風の力が一定のままを保つ。従って、上記の実施例で、風速が１３メートルと１８メートル／秒の間にある期間中に、風速が１３メートル／秒である時、風力タービンで発生する風の力の量は発生する電力と等しいということになる。さらに、多くの風力タービンは、風速が毎秒１５メートルといった最高制限を越える時、過剰な風速のための損傷を防ぐために、タービンが完全に運転停止するように設計されている。従って、特別な風力タービンによって発生することができる総エネルギー量は、これらの要因を考慮に入れなければならない。
【００７５】
図３も、実際の発生数をウェイブル分布で決定される平均と時間帯にわたって比較している。この点において、風速のための風力度数分布図がウェイブル分布によって典型的に統計学的に説明される点に留意する必要がある。幅パラメータがｋ＝２．５２と同じくらい高い値を達成したサイトがあるが、風力タービン製造業者は、ｋ＝２．０の「幅パラメータ」と関連しているウェイブル分布を使用した。
【００７６】
年間に特定の風速が平均して実際にどの程度発生するのかを知ることはのぞましいが、１日のうちで、いつ色々な風速が発生するのかを知ること、すなわち、本発明の目的の一つである日々のエネルギー供給スケジュールを公式化するために使用できるようにそれらの風速の等級が日々予報されることは、本発明の目的にとっても重要である。毎日適用することができるシステムを開発するためには、その翌日、適用することができる計画または予定を可能にするために、来るべき日に先立って毎日の風速予報と予測を得ることが必要である。
【００７７】
この点において、図４は、同じ１１月の時間枠の特定の１週の間に、同じサイトで起こった毎日の風歴を示す。図４は、１９９６年１１月１日から１９９６年１１月６日に及ぶ期間に渡って行われた測定の編集を示す。この特別なチャートは、期間中の各日を通じて１時間ごとの間隔で測定された風速を示す。
【００７８】
１１月１日を表す線は、例えば、毎秒７メートルより少し遅い風が吹いている真夜中より後に始まり、毎秒８メートルより少し遅い風が吹いている真夜中より前に終わる。その日の間は、午前中に発生したおよそ毎秒４メートルの最も低い測定、また、午後２時００分頃に発生している約毎秒７メートルのピーク（スパイク）であり、風は、ほとんど変動しなかった。風速は、それから真夜中に向けて増加した。
【００７９】
１１月２日を表す線は、一方で、より変化している風を示している。風は、ちょうど真夜中過ぎに、毎秒８メートルより僅かに下で始まり、午前１０時００分頃に毎秒約２メートルまで遅くなり始め、そして低い水準が続く。それから午後５時００分頃に風は上向き始め、真夜中まで毎秒１３メートル近くの風速で日を終える。
【００８０】
その翌日、１１月３日、風は比較的高いままであり続け、その一方で、上下に変動し、午前８時頃におよそ毎秒９メートルの低さに達し、午後１時頃におよそ秒速１５メートルのピークに着く。この日に、風は真夜中過ぎに毎秒１３メートルよりもわずかに下から始まって、毎秒１１メートルよりわずかに下の風速で、真夜中までに終わった。
【００８１】
１１月４日、風は変動を続け、毎秒約１３メートルのピークに到達するが、おさまり始め、真夜中までに毎秒約５メートルの速度に達する。
【００８２】
１１月５日は以下のように始まる。真夜中の直後に毎秒２メートルと言うほど低いが、そこで劇的に増加し始め、約午前４時までに毎秒約１４メートルのピークに達する風となる。風速は、比較的高いままであり続けて、真夜中におよそ毎秒１２メートルに達する。
【００８３】
その翌日に、風は再び変動し、正午頃に毎秒約１４メートルのもう一つのピークに到達する。それからおさまり始め、そして、真夜中までに毎秒約７メートルの低さになる。
【００８４】
このチャートが追跡記録するものは、１９９６年１１月の最初の週の間にサイトで実際に起こった風速である。
【００８５】
本発明において、しかしながら、毎日の予期される風速は、少なくとも１日前に前もって予測されるように、風速予報は特別なサイトのために得られる。つまり、図４が風歴の実施例を示すのであるが、過去の記録でなく、将来のための投射であることを除外して、本発明は前歴に内容の点で類似している風速予報を使うことを意図している。そのような予報は、最新の天気予報技術を使用して、気象庁と他のデータ資源から得られるデータから発展させることができる。本発明は、特に予報される日の前、２４時間以内に作られるとき比較的正確な予報が創出され得ることを意図する。
【００８６】
一度データが得られると、来るべき日のための風歴と類似している風速予報が準備される。その風速予報は、来るべき２４時間の間に、最も長い可能な期間の間、比較的一定の電力出力レベルを維持するために実行されなければならない毎日の電力供給スケジュールを決定するために用いることができる。また、当然議論されるように、最高およそ７回以上が許容できるのであるが、目的は、例えば望ましくは３回以下の少なくした回数の１日あたり定電力出力レベル期間を使用して送電網に電力供給をすることである。これは供給出力レベルを最小にするために変更しなければならないという回数を可能にし、それによって、切換機構にかかるストレスと仕事を少なくする。
【００８７】
この実施例（１９９６年１１月における６日の中の３日）の目的のために、すなわち、１１月１日と５日と６日は、本方法の様々な態様を示す際に役に立つ非常に激しい風速変化のゆえに選ばれたものである。風速変化が通常通り少ない日々には行わないのであるが、風速変化が多い日は敷設網（送電網）へのエネルギーの供給を円滑にするために、貯蔵されたエネルギーの使用を必要とする。定まった目的を満たし得る毎日の供給スケジュールを決定するために、どのように本方法が適用され得るかということが、これらの３日について研究され、図面上に表される。
【００８８】
供給スケジュールの経緯を議論する前に、各々の風車ステーションのための電力出力容量を決定し、それゆえ、毎日の供給スケジュールの企画で役割を果たす風力タービンの選択を議論することに関係する。この点で、据え付けられることになっている風車ステーションの総数を含み、ウィンドファームの全体の設計が、本願に引用して援用する出願人の以前の申請で説明されている基準を基にできることに注目することが重要である。ここで示される特別な実施例において、出願人はその性能が図５におけるコンピューター型に比較されているＮｏｒｄｅｘ  Ｎ５０／８００の風力タービンを選択している。この製品をこの実施例のために選択したが、どんな在来型の風力タービンでも使用することができた。選択した風力タービンは、直径５０メートルの羽根と塔高さ５０メートル、１，９６４平方メートルの羽根が動く領域を有している。それは、毎秒３メートルで回転し、毎秒１４メートルの設計風速を有する。このサイズは、発電容量が１００〜１，０００ＭＷのウィンドファームのような大きな実用に適しており、しかも、トラックと鉄道で運搬するために製品は十分小さいので選ばれた。
【００８９】
実施例である貯蔵施設は、また、各々６００ｐｓｉｇの等級の長さ６０フィートと直径１０フィートの６２の貯蔵タンクと共に設計された。これは、設備の全費用を下げることができる標準のいつでもすぐ買える構成要素とハードウェアの使用を可能にする。サイトで考慮中のウィンドファームのために必要なタンクの総数を決定するために、設計は、ほとんどの数のタンクが必要とされる日のような最悪の場合のシナリオを考慮に入れる。パイプライン・システムは、パイプの寸法とその長さに基づき、適切な貯蔵容量で同じように設計することができる。
【００９０】
各来るべき日のための供給スケジュールを策定するにあたって適用される方法論は、即時使用ステーションによりどれ程の量のエネルギーが発生され、どれほどの量がエネルギー貯蔵ステーションによって発生されるか（いずれにも変換できる混成ステーションを含む）に関係する少なくとも以下にある３つの設計条件を含む。
【００９１】
１．貯蔵されたピーク圧は、６００ｐｓｉｇを上回ってはならない；
２．いつ何時であっても、貯蔵されている圧力は、決して１００ｐｓｉｇ未満であってはならない；そして、
３．各日の終わりに貯蔵されている圧力は、できれば各日の初めに等しいか、上回らなければならない。
【００９２】
これらの考慮に基づいて、各々の種類の風車ステーションの何箇所が時を違えずいつ何時でも運転中でなければならないかを決定するために、反復的なプロセスが用いられることが望ましい。前の出願において論ぜられた方法論とここで議論される概念を使用して、この実施例のために選ばれた設計は、次の通りである：２４箇所の即時使用ステーション、６箇所のエネルギー貯蔵ステーションと１９箇所混成ステーション。これは、範囲の中で最高４３箇所の即時使用風車（２４箇所の即時使用ステーションと１９箇所の即時使用に変換した混成ステーション）と最高２５箇所のエネルギー貯蔵風車ステーション（６箇所のエネルギー貯蔵ステーションと１９箇所のエネルギーの貯蔵に変換した混成ステーションは、）の間で調節されるシステムを可能にする。風速により少ない変化があるとき、一般に、より多くの即時使用ステーションが使われ、風速により多くの変化があるとき、より多くのエネルギー貯蔵ステーションが使われる。即時使用とエネルギー貯蔵の間の適切な比率はいつでも、必要に応じて得られることができるように、システムもまた、どの風車ステーションからの電力であっても遮断、または発散させる能力がある。
【００９３】
図６は、１９９６年１１月１日における２４時間の期間のために創出された２つの異なる供給スケジュールを示す。両方のチャートは、２本の直線によって示されている定出力カーブと風／電力利用可能性カーブと比較する。２つのスケジュールの違いは、何箇所の即時使用とエネルギー貯蔵ステーションが日中作動するようにされたかということに関する。第１のチャートは、総風力発電電力の８７％が直接即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の１３％は貯蔵を介して処理される設定のシステムを表す。第２のチャートは、風力発電電力の４０％が即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の６０％は貯蔵を介して処理される設定を表す。
【００９４】
両方の実施例において、１つは２０時間の継続と他は４時間の継続の２種類の定電力出力期間を提供するために、各々の供給スケジュールが作成された。これは、主に最初の２０時間の間に風速が毎秒約５メートル変動し、それから、最後の４時間の間に毎秒約７メートルに急に変動するその日の風速カーブの形を基礎としている。この理由のために、最初の２０時間の間に約２，５００ｋＷのかなり一定のエネルギー出力レベル、そして、最後の４時間の間におよそ５，０００ｋＷのかなり一定のエネルギー出力レベルを提供するようにスケジュールが設計された。
【００９５】
各日の間に比較的少ない定電力出力レベル期間を提供するために供給スケジュールを設定することは、システムが、ともすればシステムに悪影響を与え得るサージ（電流・電圧の急増）とスイング（動揺）を避けることを可能にする。在来型の風車システムのように即時使用ステーションだけが使用されるとすれば、敷設網（送電網）に供給されるエネルギー量は激しい変動と揺れ動きを有する風速カーブのピークと谷が付きまとうであろう。そのような場合には、エネルギーの激しいピークまたはスパイクは、付加的なストレスと重い負担を電力システムにかけ、他の変動と揺れ動きとともに午後３時頃に敷設網に供給されたことになる。他方、本発明を用いることにより、敷設網（送電網）に送り出される電力量が長い時間帯の間、非常に良く予測できており一定だったことが分かる。
【００９６】
また、図６からも、第２のスケジュールを使用している電力の費用が＄０．０５１／ｋＷ−Ｈｒであったのに対し、第１のスケジュールを使用している電力供給費用が＄．０３３／ｋＷ−Ｈｒであったことが分かる。これは、即時使用ステーションからよりも、ストレージからより大きな割合のエネルギーを得なければならないことに関連する非効率性による。この理由から、電力のより大きなパーセンテージのためにエネルギー貯蔵ステーションよりも即時使用ステーションを頼るスケジュールを使用することが、通常好ましいことを教示している。
【００９７】
システムが運転中である間、エネルギーの貯蔵からよりも即時使用からより多くのエネルギーを頼るスケジュールを選択することに加えて、ストレージ内のエネルギー量が前日の終わりよりも少なくならないように、ストレージに導入されるエネルギーとストレージから抽出されるエネルギーとのバランスを保つことにより、ストレージにあるエネルギーのバランスを保つことが望ましい。さらに、上記したように、もう一つの考慮すべき点は、もし以後に必要になれば、見込める十分なエネルギーがあるように、予報で予測されるような風の状況が実際に起こらない場合に備えて、常に少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力をストレージに保つことである。同時に、また、圧力を発散させ、無駄にしならなければならないかもしれない場合があるので、ストレージに予め定められた圧力量よりも多くをためないことが望ましい。
【００９８】
貯蔵を介して処理されるエネルギーは、送り出し（供給）スケジュールの経緯を考慮したものでなければならない以下の３つのシナリオを含む。
【００９９】
第１に、貯蔵への入力レベルが出力と等しいとき、期間を考慮するようにシステムは設計されていなければならない。つまり、一定の供給電力出力レベルが、電力が即時使用とエネルギー貯蔵ステーションの組合せから供給されている率に合致するならば、それにより理論的には、ストレージにあるエネルギー量は、実質的にこれらの期間の間は一定のままである。もちろん、圧縮機からの余熱と同様に、これは特定の非効率性、そして、上記で説明したいかなる暖房装置をも考慮に入れていない。それにもかかわらず、貯蔵された量がかなり一定のままである時があることは明らかである。これは、例えば、定電力出力レベルを維持するために、貯蔵からのエネルギーが使用されず、エネルギーの全てが即時使用ステーションから得られる時に起こり得る。
【０１００】
第２に、システムは、貯蔵への入力レベルが出力よりも少ない時、期間を考慮するように設計されていなければならない。これらの期間の間に、貯蔵されているエネルギー量が時間と共に減少する場合には、定電力出力レベルを維持するために、貯蔵に提供されるよりもより大きな割合でエネルギーが貯蔵から引き出されることが分かる。これを短い時間帯の間一時的に続けることができるのであるが、エネルギーのレベルを実質的な釣り合いでもって貯蔵することを維持するために、貯蔵されたエネルギーが回復するように、結局、供給スケジュールを調整しなければならない。言い換えると、供給スケジュールは、各日の終わりに貯蔵されたエネルギー量が、各日の始まりに貯蔵されていた量に等しいか上回るために、その日の遅く、ストレージに導入して戻されるもっと多くのエネルギーのための可能性を要因の一つとして含め、適合させなければならない。
【０１０１】
第３に、システムは、ストレージへの入力レベルが出力よりも多い時、期間を考慮するように設計されていなければならない。この場合、エネルギーは抽出されたよりもより大きい率で、貯蔵に導入される。議論されるように、これは、貯蔵されたエネルギーが、ともすれば減らされ得る第２のシナリオのために重要である。この場合、若干の期間の間に、貯蔵されたエネルギー量が時間とともに増えることができるように、ストレージから引き出されるより大きな割合のエネルギーがストレージに導入される可能性を考慮することに供給スケジュールが適合していなければならない。圧力が高くなりすぎる時点で、しかしながら、圧力は発散されなければならず、及び又は、圧縮機はオフにされなければならない。
【０１０２】
図７ａにおける第１のチャートは、上下する曲線によって示されるストレージに供給されているエネルギー量と比較されている２つの定電力出力期間（１つは２０時間継続し、他は４時間継続する）を示す。上記で説明した第２、および第３のシナリオを表すこれらのカーブの間には、かなり違いがあることが分かる。すなわち、入力が出力を上回る、または出力が入力を上回る期間。図７ａの第２のチャートで示すように、時を違えず常に上記のシナリオに適用されるいずれに従うかで、時折増加し時折減少するストレージにおけるエネルギーレベルの理由に基づき起こる「貯蔵された風力」カーブにおける変化がある。このチャートは、直接送電網に供給されている電力の８７％、そして、ストレージを介して処理されている電力の１３％に基づき、いかなる時刻においても１，０００ｋＷ未満の正味の電力がストレージに供給されたことを示す。「貯蔵された風力」線の曲がりも、ストレージに供給されているエネルギー量が時間とともに変動し得ることを示す。
【０１０３】
図７ｂは、上記で説明した３つのシナリオを起こしたことに基づいて、ストレージに日中、再び蓄えられる正味のエネルギーを示す。図７ｂの上のチャートから、電力出力レベルを一定に維持するために必要であるストレージの蓄えられたエネルギーが、その日のコース上で変動することが分かる。ストレージ内の圧力レベル（トップの曲線により示されている）が、午後１時００分頃に、それから再び６：００と午後８時００分の間にほぼ１００ｐｓｉｇまで低下することがまた、下のチャートに示されている。そしてそれは、抽出された正味のエネルギーが供給される他、正味のエネルギーを上回る上記で論じた３つのシナリオの合わさった結果である。また、供給スケジュールは、圧力が１００ｐｓｉｇより下に決してならず、結局のところ１日の初めよりも１日の終わりには等しい量またはより多くのエネルギーがストレージにあることが確実であることが、図面上によく表されていることが分かる。圧力も、６００ｐｓｉｇを決して上回らない。
【０１０４】
実際の実施において、これらの供給スケジュールが、予測された風速予報に基づくので、現実の風の条件が予測されたもののようではないかもしれない可能性を考慮するために、実際のスケジュールの計画はかなり控えめなアプローチを反映する必要がある。スケジュールが控えめでないならば、圧力が１００ｐｓｉｇ以下に落ちることや、全て尽きることがあり得るかもしれない、その場合には、送電網に電力を供給するための十分な貯蔵された圧力がなくなっている。ストレージにあるエネルギーが尽きるならば、それらの時間、システムは一定電力を供給することができない。すなわち、風速と即時使用ステーションからの発生電力の変動を相殺し平滑にするためのエネルギーがストレージにないので、風速の変動が電力出力供給の変動を起こし続けることになる。そのような場合には、供給スケジュールは、前の期間の間に、貯蔵電力の損失を補うために調整されなければならない。このことについて本発明は必要であることを意図している。一方で、予定があまりに控えめであるならば、貯蔵圧力は発散されなければならないかもしれず、その場合には、エネルギーは無駄になるかもしれない。
【０１０５】
図８ａと図８ｂ及び図９ａと９ｂは、それぞれ１９９６年１１月５日と６日における２４時間の間の同様なチャートを示す。
【０１０６】
図８ａは、１９９６年１１月５日に起こった風歴に基づき、その日の２４時間について創出した供給スケジュールを示す。このチャートは、総風力発電電力の６０％が即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の４０％は貯蔵を介して処理される供給スケジュールを表す。この日の風速曲線はかなり多様であったので、この供給スケジュールは、２、３ではなく、７つの異なる定電力出力期間を提供するために創出された。
【０１０７】
最初の一定レベル期間（真夜中から午前３時００分まで）は、もしあれば送電網に電力をほとんど提供しない。これは主に、ほとんど風がその時間の間になかったという事実による。
【０１０８】
午前３時００分から午前９時００分間の第２の一定レベル期間は、約４，０００ｋＷを提供する。そして、それは午前４時００分頃に始まっている風速のわずかな増加による。午前８時００分頃に始まる風速の急激な増加のために、第３の一定のレベル期間は、午前９時００分から午前１０時００分までのみに及ぶ。供給され発電されているエネルギーを効率的に使用するために、出力を１０，０００ｋＷに増やされなければならないほど風速の増加が劇的であるので、この期間は短い。
【０１０９】
第４の一定レベル期間は、その時間の間に増加している風速を反映して、およそ２４，０００ｋＷのレベルで午前１０時００分から午後１時００分まで及ぶ。午後１時００分以後風速は増加し続け、非常に高いレベルで吹き続けるので、第５の一定レベル期間は３５，０００ｋＷに設定され、午後１時００分から午後１０時００分まで９時間に達する。これは、１日の間で電力レベルが一定である最も長い期間であり、その点で、送電網への電力の出力レベルとそれゆえに、もたらされる量が予測でき、安定している。
【０１１０】
真夜中に向かって１日の終わりに起こるものは、しかしながら、風速が劇的に落ち始めるということである。従って、１日の最後の２時間は、さらに２つの一定電力レベル期間に分解され、午後１０時００分から午後１１時００分までおよそ３２，０００ｋＷのレベルから始まり、それから、午後１１時００分から真夜中までおよそ１０，０００ｋＷにはっきりと落ちる。１日中に起こった激しい変動と揺れ動きを考慮する時、各日の間により少ない一定レベル期間をつくることは、確かにより有利なのに対し、システムは、上記で論じられた利点を備えることが必要になるであろう予測可能性と安定性の程度を備えるために、より頻繁に調整することが必要となる。本発明を用いることにより、１１月１日よりもこの日において、それらの期間がさらにあるのだが、その１日の間の一定の期間、送電網にもたらされる電力の量をさらに予測することができ、またより一定である。
【０１１１】
図８ａの第２のチャートは、その１日中に、貯蔵に供給されている正味エネルギーを示す（灰色の線によって示されている）。同時に、電力出力レベル全体を保つために必要な比率におけるストレージからの一定の抽出量は比較的一定であるのに対し、これは、ストレージに導入されている風車ステーションからの電力の４０％を有することに基づく。また、貯蔵される量は、上記で説明している３つのシナリオを起こしたことを含み、１日を通して存在するいろいろな諸条件の蓄積に基づく。
【０１１２】
図８ａにある第２のチャートから、ストレージへのエネルギーの供給が、朝の比較的少ない量から午後の比較的大きな量に、１日のコースで変動することが分かる。電力のより大きな量が午後の時間に送電網にもたらされるが、即時使用ステーションは、その電力の大半を発電する。従って、かなりの量の電力、すなわち３５，０００ｋＷが、同時に送電網に供給されていても、午後の時間の間にかなりの量のエネルギーが貯蔵にもたらされていることが分かる。
【０１１３】
図８ｂの上のチャートは、その日の間に、実質的に時間とともに増加する貯蔵されたエネルギーの蓄積を示す。
【０１１４】
これは、図８ａの下のチャートで示すように、ストレージに導入されているかなりの量のエネルギーによる。図８ｂの上のチャートは、２４時間のコースについて、およそ１０，０００ｋＷ時からおよそ７０，０００ｋＷ時まで行っている曲線を示す。
【０１１５】
同様に、下のチャートは、貯蔵における温度と圧力レベル増加の性質に基づき、全体のエネルギーに対して貢献がなされていることを示す。以下の予定した設定にもかかわらず６００ｐｓｉｇを上回る圧力の過度の蓄積が午後１時００分頃に起こったことが分かるのであるが、圧力が決して６００ｐｓｉｇを上回らず、１００ｐｓｉｇより下に決してならないように、７回の異なる一定出力レベル期間をその日に予定しなければならなかった理由の一つであるストレージの圧力量における激しい変動も示されている。
【０１１６】
図９ａは、１９９６年１１月６日に起こった風歴に基づき、その日の２４時間について創出した供給スケジュールを示す。このチャートは、総風力発電電力の５０％が即時使用ステーションから送電網に供給され、電力の５０％は貯蔵を介して処理される供給スケジュールを表す。この日の風速曲線はかなり多様であったので、６つの異なる定電力出力期間を提供するため、以下に説明されるように、貯蔵圧力を１００ｐｓｉｇと６００ｐｓｉｇの間に保つべく必要なこの供給スケジュールが創出された。
【０１１７】
この日に、前の日から貯蔵されたままになっている動力の量は上に示したように比較的高かった。そして、風速は早朝時間の間に比較的高く、朝の間中、そして、わずかに落ち始めた昼下がりまで高い状態を続けた。従って、真夜中の前の晩から午後２時００分頃にまで広がっているいくつかの定電力出力期間を逐次増加していることでもって、朝の後半と昼下がりの時間の間にかなりの量の電力が送電網に供給されていることを供給スケジュールは示す。例えば、真夜中から午前３時００分までの１つを含み、３つの一定レベル期間は実行され、そこで供給されたエネルギーはおよそ１４，０００ｋＷであった。その他の２つの期間において、１つは、供給されているおよそ２７，０００ｋＷのエネルギーでもって午前３時００分から午前６時００分まで及んだ。そして、もう一つは、その期間の間に供給されているおよそ３６，０００ｋＷのエネルギーでもって午前６時００分から午前２時００分まで及んだ。
【０１１８】
風速が落ち始めたとき、しかしながら、供給されるべき予定の電力量も落ちている。午後２時００分から午後３時００分まで供給されているエネルギーがおよそ１８，０００ｋＷ、午後３時００分から午後４時００分まで供給されているエネルギーがおよそ１３，０００ｋＷ、そして最後が、午後４時００分から真夜中まで供給されているおよそ１０，０００ｋＷのエネルギーを含む３つの付加的な一定レベル期間が経験された。この日の間では、予定では６つの定出力レベル期間を必要としたのに対し、期間の２つはそれぞれ８時間の間続いた。そしてそれは出力レベルが延長された時間帯の間一定であった１６時間の延長された期間を提供した。
【０１１９】
図９ａの第２のチャートは、日中にストレージに供給されている正味のエネルギーを示す（灰色の線によって示されている）。そして、それは風車ステーションからストレージに導入される動力の５０％を有することに基づく。風速が速い時、午前中供給されている比較的高いレベルのエネルギーで始まり、風速が衰え始める午後と夕方の時間の間ストレージに供給される比較的低いレベルのエネルギーとなるので、ストレージへのエネルギーの供給が１日のコースで変動することが分かる。この場合、朝の間に送電網に供給した電力の大半は即時使用ステーションによって発電されたが、図９ａの上のチャートにある２つのカーブが示す違いのごとく電力の実質的な量はまた、ストレージを介して供給されていた。
【０１２０】
図９ｂの上のチャートは、その日の間に、時間とともに着実に増加する貯蔵されたエネルギーの蓄積を示す。これは、図９ａの下のチャートで示すように、特に朝の間にストレージに導入されているかなりの量のエネルギーによる。図９ｂの上のチャートは、２４時間のコースについて、およそ０ｋＷ時からおよそ９０，０００ｋＷ時まで行っている曲線を示す。その上、実質的に変動している温度と圧力からの全体のエネルギーに対してなされている貢献が増加することを下のチャートは示す。
【０１２１】
図８ａと図９ａの下のチャートで分かるように、圧力カーブは、１９９６年１１月５日と６日の２日の間でかなり変動した。これらの圧力カーブは、圧力が１００ｐｓｉｇ以下にならず６００ｐｓｉｇを超えることもない圧力を時折確認するために、一定レベル出力期間のレベルを変えることが、いかに重要であるかを示す故、重要である。図示されているように、１１月６日におけるいくつかの場合におけるカーブは、６００ｐｓｉｇレベルより上に行った。温度レベルが華氏７０度を超えるときのような若干の状況においては、より高い圧力がシステムによって取り扱われることを確実とする適切な貯蔵施設であるようにシステムが設計されなければならないが、圧力を８００ｐｓｉｇに増やすことは許容されるようにしてもよい。
【０１２２】
図１０は、予め定められた若干の即時使用、エネルギーの貯蔵、および混成ステーションを期間の間の日に使用して供給スケジュールがどのように実行されたかを示す。各日に、風車ステーションの全ては活動中であったが、どの時においても、何箇所の混成ステーションが即時使用とエネルギーの貯蔵に設定されているかに基づき、ステーションタイプ間の比率が調整された。例えば、１１月１日に、４３箇所の即時使用風車（２４箇所の即時使用ステーションと即時使用に変換した１９箇所の混成ステーションを含む）と６箇所のエネルギー貯蔵ステーションを含めた総比率の数において使用された。これは、上記で説明した８７％から１３％の比率を占めた。
【０１２３】
１１月５日の比率は、３０箇所の即時使用風車（２４箇所の即時使用ステーションと即時使用に変換した６箇所の混成ステーションを含む）と１９箇所のエネルギー貯蔵風車ステーション（６箇所のエネルギー貯蔵ステーションとエネルギー貯蔵に変換した１３箇所の混成ステーションを含む）を含んでいる。これは、上記で説明した６０％から４０％の比率を占めた。
【０１２４】
１１月６日の比率は、２５箇所の即時使用風車タービン（２４箇所の即時使用ステーションと即時使用に変換した１箇所の混成ステーションを含む）と２４箇所のエネルギー貯蔵風車ステーション（６箇所のエネルギー貯蔵ステーションとエネルギー貯蔵に変換した１８箇所の混成ステーションを含む）を含んでいる。これは、上記で説明した５０％から５０％の比率を占めた。
【０１２５】
チャートはまた、いつ何時でも必要な貯蔵タンクの数が、活動中であるエネルギー貯蔵ステーションの数に依存することを示す。また、チャートは、２０年の期間のコースに対して、これらの３つの異なる供給スケジュールによって発生するエネルギーのコストが比較的一定のまま、すなわち、１ｋＷ時あたりほぼ０．０３３ドルであることを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１ａ】即時使用のためにエネルギーを発生させる専用の水平軸風力タービン・システムの工程図を示す。
【図１ｂ】エネルギーを圧縮空気エネルギー・システムに貯蔵するために変更された専用の水平軸風力タービン・システムの工程図を示す。
【図２ａ】即時使用とエネルギー貯蔵との間で電気を発生させるための混成水平軸風力タービン・システムの工程図を示す。
【図２ｂ】圧力放出バルブシステムの実施例を示す。
【図３】カンザスの場所における風の１９９６年１１月の月間度数分布図を示す。
【図４】１９９６年１１月１日から１１月６日の期間の間における同じカンザス地域での毎日６回の風歴を示す。
【図５】Ｎｏｒｄｅｘ  Ｎ５０／８００とコンピューター・モデルの間の比較を示す。
【図６】１９９６年１１月１日に関する２つの供給スケジュール可能性（能力）を示している２つのチャートを含む。
【図７ａ】即時使用とエネルギー貯蔵の間の比率８７／１３を示している２つのチャートを含む。両方ともに同じ１９９６年１１月１日における一定出力の期間を風／電力利用可能性カーブと比較しているのが上のチャートであり、一定出力の期間をストレージに供給される電力量と比較するのが下のチャートである。
【図７ｂ】２つのチャートを含む。両方ともに同じ１９９６年１１月１日における時間とともに貯蔵されたエネルギー量を示すのが上のチャートであり、および貯蔵における圧力と温度カーブを示すのが下のチャートである。
【図８ａ】１９９６年１１月５日の同じ場所における即時使用とエネルギー貯蔵の間の比率６０／４０を示している２つのチャートを含む。一定出力の期間を風／電力利用可能性カーブと比較しているのが上のチャートであり、一定出力の期間を貯蔵に供給される電力量と比較するのが下のチャートである。
【図８ｂ】１９９６年１１月５日のための２つのチャートを含む。時間とともに貯蔵されたエネルギー量を示すのが上のチャートであり、貯蔵における圧力と温度カーブを示すのが下のチャートである。
【図９ａ】１９９６年１１月６日の同じ場所における即時使用とエネルギー貯蔵の間の比率５０／５０を示している２つのチャートを含む。一定出力の期間を風／電力利用可能性カーブと比較しているのが上のチャートであり、一定出力の期間を貯蔵に供給される電力量と比較するのが下のチャートである。
【図９ｂ】１９９６年１１月６日のための２つのチャートを含む。時間とともに貯蔵されたエネルギー量を示すのが上のチャートであり、貯蔵における圧力と温度カーブを示すのが下のチャートである。
【図１０】混成ステーションの設定に基づく活動中であった数の即時使用とエネルギー貯蔵風車ステーションを示し、使用された貯蔵タンクと各日の電力を生み出すための費用を含む３日間の日々の供給スケジュールを示すチャートである。
【図１ａ】
2007500823.tif 000003
【図１ｂ】
2007500823.tif 000004
【図２ａ】
2007500823.tif 000005
【図２ｂ】
2007500823.tif 000006
【図３】
2007500823.tif 000007
【図４】
2007500823.tif 000008
【図５】
2007500823.tif 000009
【図６】
2007500823.tif 000010
【図７ａ】
2007500823.tif 000011
【図７ｂ】
2007500823.tif 000012
【図８ａ】
2007500823.tif 000013
【図８ｂ】
2007500823.tif 000014
【図９ａ】
2007500823.tif 000015
【図９ｂ】
2007500823.tif 000016
【図１０】
2007500823.tif 000017
【国際調査報告】
2007500823.tif 000018
2007500823.tif 000019