(57)【要約】【課題】本発明は、風力タービンで発生した圧縮空気エネルギーを貯蔵し、搬送するためのパイプライン・システムを使用する方法を提供する。【解決手段】パイプラインは、風の諸条件が比較的に一貫しており、予測できる遠隔地と、送電網、又は遠い間隔のある電力を必要とする地域社会の間において、望ましくは所定の経路に沿って伸びている。遠隔地は、空気をパイプラインに圧縮するために、電気的、および機械的エネルギーを発生させる複数のウィンドミル・ステーション（風力タービン・ステーション）を備える。経路は既存の道または地役権に沿って望ましくは伸び、利用できるときには放棄された既存の配管を組み込むことができる。ターボ・エキスパンダーと交流発電機は、送電網または地域社会のために圧縮空気を放出して電気を発生させるために、パイプラインのユーザー端部に設けられる。【選択図】図１
2007506039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法であって、
ユーザーから離れて、風速が風力を発生するのに十分である第１のサイトを決定し；
前記第１のサイトに位置して、エネルギーを発生する複数の風力タービン・ステーションを設け；
前記複数の風力タービン・ステーションと連携する専用の風力タービンに対して少なくとも１つの圧縮機を設け；
前記第１のサイトと前記複数の風力タービン・ステーションから供給を受ける第２のサイトとの間に計画ルートを決定し；
前記第１のサイトと前記第２のサイトとの間のおよその距離を決定し；
前記風力タービン・ステーションによって発生した圧縮空気エネルギーを貯蔵するために前記第１のサイトと前記第２のサイトとの間の前記計画ルートに沿ってパイプライン構造を設け；
前記第１のサイトと前記第２のサイトとの間の前記およその距離を考慮に入れて、前記パイプライン構造の内部で必要とされる貯蔵スペース量に基づいてパイプの寸法と空気圧力を決定し；
前記パイプライン構造を前記第１のサイトから第２のサイトまで前記計画ルートに沿って伸ばし；
前記圧縮空気エネルギーを放出することを可能にするために、前記第２のサイトに又はその近くに位置する少なくとも一つのターボ・エキスパンダーを設け；
そして、前記ターボ・エキスパンダーから放出された前記圧縮空気エネルギーを電気エネルギーに変換するために発電装置を設けることを特徴とする風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項２】
前記第１のサイトは、既存の諸住宅及び地域社会から離れ、不動産価値が比較的低く、且つ又は、他の用地に比べて風速が一般に比較して一貫しており、予測可能な場所に位置を定めることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項３】
前記ユーザーは、前記第２のサイトに位置するか関連する町、都市、又は送電網であり、前記パイプライン構造が、前記町、前記都市、又は前記送電網に機能的に連結されることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項４】
前記計画ルートは、既存の道に沿って、又は既存の道の近く、地役権がすでに得られている経路、既存の管路がある経路、及び又は、すでに空き地となっている場所に配設されることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項５】
前記計画ルートは、既存の配管システムが位置する経路に沿って設けられ、少なくとも前記パイプライン構造を作るために既存の配管システムの一部を使用することを含むことを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項６】
前記パイプライン構造に内部の空気圧力を維持する追加の圧縮空気エネルギーを提供するために、計画的ルートに沿って所々に風力タービン又は他のエネルギー源がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項７】
風速が風力を発生するのに十分である第３のサイトが、前記計画ルートに沿って設けられると共に前記パイプライン構造に連結され、前記第３のサイトにはエネルギー発生のための複数の風力タービン・ステーションの設備があり、前記複数の風力タービン・ステーションと連携する専用の風力タービンに対して少なくとも１つの圧縮機が設けられることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項８】
前記電気エネルギーは、前記第２のサイトにおいて、又は関連して前記ユーザーに提供され、前記第２のサイトは、追加の送電線を架設、及び又は、前記第１のサイトから前記第２のサイトに電気エネルギーを搬送する必要なく、前記第１のサイトより生ずるエネルギーが供給されることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項９】
前記第１のサイトは、水域に位置するプラットホームに位置し、前記パイプライン構造が前記水域の下の地下に伸ばされ、前記パイプライン構造が地上にある前記第２のサイトに伸ばされることを特徴とする請求項１に記載の風力で発生したエネルギーを貯蔵し且つ搬送する方法。
【請求項１０】
風力で発生したエネルギーを搬送する方法であって、
ユーザーから離れて、風速が風力を発生するのに十分である第１のサイトを決定し；
前記第１のサイトに位置して、エネルギーを発生する複数の風力タービン・ステーションを設けると共に、これらに関連して少なくとも１つの圧縮機を設け；
前記第１のサイトと前記複数の風力タービン・ステーションから供給を受ける第２のサイトとの間に、少なくとも次の：  既存の道路、既存の地役権、既存の管路、既存の開放された通路域、既存の放棄されたパイプライン、から選ばれる一つを含む既存の経路に沿って実質的に伸ばされる計画ルートを決定し；
前記風力タービン・ステーションによって発生した圧縮空気エネルギーを貯蔵するために前記第１のサイトと前記第２のサイトとの間の前記計画ルートに沿ってパイプライン構造を設けて、前記第１のサイトから前記第２のサイトへ圧縮空気エネルギーを搬送し；
前記第２のサイトで、又はその近くにおいて前記パイプライン構造から前記圧縮空気エネルギーを放出するために、少なくとも一つのターボ・エキスパンダーを設け；
前記ターボ・エキスパンダーにより放出された前記圧縮空気エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を設け；
そして、前記第２のサイトにおいてユーザーに前記電気エネルギーを提供することを特徴とする風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１１】
前記複数の風力タービン・ステーションと連携する専用の風力タービンに対して少なくとも１つの圧縮機を設けることを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１２】
前記第１のサイトと前記第２のサイトとの間のおよその距離を考慮に入れて、前記パイプライン構造の内部で必要とされる貯蔵スペース量に基づいてパイプの寸法と空気圧力を決定する工程を備えることを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１３】
前記第１のサイトは、既存の諸住宅及び地域社会から離れ、不動産価値が比較的低く、且つ又は、他の用地に比べて風速が一般に比較して一貫しており、予測可能な場所に位置を定めることを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１４】
前記ユーザーは、前記第２のサイトに位置するか関連する町、都市、又は送電網であり、前記パイプライン構造が、前記町、前記都市、又は前記送電網に機能的に連結されることを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１５】
前記計画ルートは、既存の導管システムが位置する経路に沿って設けられ、少なくとも前記パイプライン構造を作るために既存の導管システムの一部を使用することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１６】
前記パイプライン構造に内部の空気圧力を維持する追加の圧縮空気エネルギーを提供するために、計画的ルートに沿って所々に風力タービン又は他のエネルギー源がさらに設けられることを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１７】
風速が風力を発生するのに十分である第３のサイトが、前記計画ルートに沿って設けられると共に前記パイプライン構造に連結され、前記第３のサイトにはエネルギー発生のための複数の風力タービン・ステーションの設備があり、前記複数の風力タービン・ステーションと連携する専用の風力タービンに対して少なくとも１つの圧縮機が設けられることを特徴とする請求項１０に記載の風力で発生したエネルギーを搬送する方法。
【請求項１８】
風力で発生したエネルギーを貯蔵し、且つ第１の場所から第２の場所に搬送することを可能にする既存のパイプライン・システムを利用する方法であって、
前記第１の場所に位置してエネルギーを発生する少なくとも１つの風力タービン・ステーションを設けると共に、前記少なくとも１つの風力タービン・ステーションと連携する少なくとも一つの圧縮機を設け；
既存のパイプライン・システムに導入される前記風力タービン・ステーションによって発生される空気エネルギーを圧縮可能とするために、前記圧縮機を前記既存のパイプライン・システムと機能的に連結し；
前記第１の場所から前記第２の場所へ前記既存のパイプライン・システムを介して前記圧縮空気エネルギーを伝達するための機関を設け；
前記第２のサイトで、又はその近くにおいて前記圧縮空気エネルギーを放出するために、少なくとも一つのターボ・エキスパンダーを設け；
前記ターボ・エキスパンダーにより前記圧縮空気エネルギーを放出し、電気エネルギーに変換する発電機を設け；
そして、前記第１の場所から前記第２の場所に電気エネルギーを搬送する必要なく、前記第１の場所より生ずるエネルギーが供給される前記第２の場所における前記電気エネルギーの使用を提供することを特徴とする風力で発生したエネルギーを貯蔵し、且つ第１の場所から第２の場所に搬送することを可能にする既存のパイプライン・システムを使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーを貯蔵して且つ搬送する方法に関するものであり、特に、予め定められたルートに沿って伸ばされたパイプライン・システムを使用して、風力で発生したエネルギーを貯蔵し、搬送す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（風車または風力タービン）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、しばしば公益事業発電所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】
風の条件が比較的に一定で、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。風力発電量が風速の２乗の関数であるので、最終的にいかなるときでも、発生し得る電力量は、予測できず、不確かであり、望ましくない風の変動と揺れ動きを受けやすい。
【０００５】
これは、多数のより小さなネットワークから成る巨大なネットワークである送電網を用いる上で特に重要である。風力電力が送電網に供給されている時、１つの地域における突然のサージは、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。これらの変動のため、概してウィンドファームの電力出力は、扱うのがしばしば難しい。
【０００６】
送電線のピークの電力感度に関する付加的な問題もまた起こり得る。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時、これらの変化の極端な最大値を考慮して送電線は十分な線路容量で設計されなければならない。この効果は、ケーブル伝達システムの「容量」を減らすためであると言われている。
【０００７】
試みられた１つの可能性がある解決法は、ピークの需要期と、ほとんど風が利用できない期間に使用することができるように、風によって発生するエネルギーを貯蔵する、すなわちタイムシフトである。それにもかかわらず、風力で発生したエネルギーの貯蔵は、コストと有効性によってそれ自体が困難性を呈する。過去の試みとしては、圧縮空気エネルギーを貯蔵する手段として地下洞穴を使用することがあった。大きな高圧貯蔵タンクも造られたが、これらのシステムは建設するために費用がかかる。
【０００８】
これらの理由から、エネルギー貯蔵の必要への依存が少ないような、長期の期間にわたって風が適度に予測できて絶え間ないウィンドファームの場所を見つけることが切に望まれている。しかしながら、多くの場合、これらの場所が、既存の送電網から、又、電力が必要である地域社会から離れているというさらなる問題を作り出した。それ故、風により発生される電力を、必要とする場所へ送る、すなわち、ある種の配電ネットワークによる付加的な問題がしばしばある。
【０００９】
例えば、ある状況において、ウィンドファームの理想的な場所は、電力を必要とする都市からかなりのマイル数離れている丘あるいは山の上部に位置するものとする。この場合、風によって発生された電力を電源からユーザーへ送るために送電線を架設することを必要とするため、非常に高価になるであろう。さらに、見苦しく潜在的に有害なだけでなく、送電塔を設置するために地域社会から許可を得ることがしばしば必要である。しかし、その設置の認可を得るための過程に時間がかかり、費用もかかるであろう。
【００１０】
これらの問題にもかかわらず、風は決して尽きることがなく、また世界中の多数の場所でしばしば豊富である。それ故、一方では同時に長すぎ、また高価な送電線を伸ばし、あるいは高価な圧縮空気貯蔵タンクを構築することなく、風のエネルギーを必要とする場所に伝達することを可能にしながら電力を提供するために、風により発生する電力を利用するのみならず、絶えずそして予測される通りに、費用効果が良く、そして効率的な方法で、風の条件が理想的である場所近くにウィンドファームを位置させることを可能とすることによりシステムを発展させようと試みる要望がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、電源から送電網、あるいは電力を必要とする地域社会へ、長く高価な送電線を伸ばすことなく、又、高価な圧縮空気貯蔵タンクを構築することなく、風力により発生したエネルギーを、風の条件が理想的な地域からエネルギーを必要とする地域へ伝達する風力によるエネルギー発生、および、貯蔵システムに関する。本システムは、好ましくは、風の諸条件が適当で一貫していて予測できそうであるか、もしくは、少なくとも風のエネルギーを発生させるために適しているより利用可能な他の地域を選択することを含む。正にこれらの性質によって、選択される地域は、しばしば人々が生活している地域社会から何マイルもある場所にあり、既存の送電網から遠い。これら選択される地域は、例えば、砂漠、峡谷、沖浜地域、そして、文明から遠く離れた山、又は丘の上部の上に位置してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本方法は、好ましくは、風の諸条件に一貫性があり、予測できる電力量（上記したような地域など）に理想的に適しているウィンドファーム（wind farm）、又はシリーズのウィンドミル・ステーション（windmill station）の位置を定めることにより、理想的な諸条件で風力エネルギーを利用することを含む。全ての場所には若干の予測不能性と不確実性があるが、他よりも良い場所があることは明らかであり、本方法は、望ましくはこれらの好ましい場所を考慮に入れる。
【００１３】
本発明の他の態様は、電気的または機械的エネルギーを作り出すことに専用されるウィンドミル・ステーションの使用にかかり、ウィンドミル・ステーションは、即時使用のための電気エネルギーを起こすことに使用され得る。また、ウィンドミル・ステーションの使用は、風によって作り出されるそれら機械的エネルギーを、機械的回転エネルギーを作り出すために役立て、その方法によって生産されたエネルギーは貯蔵所への圧縮空気に使用されることを含んでいる。事実上、どのような様式のウィンドミル、あるいは風力タービンであっても、すなわち空気を圧縮するためにエネルギーを発生させることがでれば用いることができるが、システムは、適切な量の風力エネルギーを発生させることにおいて、システムが経済的で、しかもエネルギー効率を良好にさせるウィンドミル・ステーションにおける諸様式の、予め定めた数と比率でもって設計することが望ましい。
【００１４】
本発明の独特な態様は、パイプラインが圧縮空気を貯蔵するのみでなく、一つの遠隔地（風の諸条件が理想的な場所）からエネルギーが必要な所（町、市、又は送電網（power grid））に圧縮空気エネルギーを送る、各ウィンドミル・ステーションからの圧縮空気が送られるパイプライン・システム（好ましくは、必然的ではないが、地下）を使用することに関する。この方法による圧縮空気の貯蔵は、それが必要で利用されるまでのしばらくの間、風から派生するエネルギーを貯蔵することを可能にする。パイプラインは、また、貯蔵されたエネルギーをウィンドファームが位置する場所からエネルギーが必要である場所に搬送する手段として用いることができ、パイプラインをエネルギーの貯蔵と搬送の両手段に用いることができる。
【００１５】
例えば、ウィンドミル・ステーション、すなわちウィンドファーム、と送電網、または何マイルもの距離があるエネルギーを必要とする地域社会の間に、パイプラインを地面に埋設し伸ばすことができる。このような方法によってエネルギーを貯蔵することにより、圧縮空気は、貯蔵され、パイプライン・システムを介して計画ルートに沿って搬送される。そして、貯蔵された空気はパイプラインの他方の端において放出され、ターボ・エキスパンダーと交流発電機などでもって、電力を必要としている送電網または地域社会のために電力を発生させる。このようにして、風力タービンと圧縮機は、好ましくはパイプラインの一端にあり、ターボ・エキスパンダーと交流発電機は、好ましくはパイプラインの反対側の端にある。
【００１６】
出願人の発明における好ましい態様は、以下を考慮に入れている：
パイプラインが位置すべき場所と同様に、ウィンドファームの位置を決定するとき、本方法は、好ましくは、既存の道（existing road）、地役権（easement）、地下の導管（underground pipe）、ライン、ケーブル、その他、そしてそれらが位置する場所において、パイプラインが可能な限り最も経済的な、及び、又は、最も便利な経路に沿って敷設することができるように考慮に入れる。つまり、パイプラインは、新しい道、通路、および空き地などを新たに築く必要がないように、そして新しいパイプラインの設置において、既存の地役権、土地使用許可証（land use permit）、環境影響報告書（environmental impact report）などを利用、あるいは頼れるような、直接のラインに沿って、または伸びた経路に沿って、あるいは既存の道路、地役権、パイプ、管路、ケーブルなどに少なくとも極めて接近して、望ましくは位置させるようにする。実際に、天然ガスまたは汚水管路のような放棄されたパイプ・システムがある場所で、パイプライン・システムをより経済的に設置するために、本発明は、好ましくはそれらの地役権、通路域、道、その他と同様に既存のパイプの全体または一部を再利用する。
【００１７】
本発明の鍵となるもう一つの態様は、能率的にシステムを機能させるために必要である適切なエネルギー量の決定、そして、予想される負荷に対応するためにパイプライン内に適切な量の貯蔵場所を割り当てることである。好ましくは、システムによって必要とされる貯蔵所の容積または空間の近似の量を決定するために最初の計算がなされることである。そして、ウィンドファームと、送電網または地域社会に関連する場所との間に敷設するパイプラインの長さを決定し、システムのために適切な貯蔵と場所の近似の量を提供するために必要なパイプの圧力と大きさ（直径）を決定する。このような方法では、費用が増加する追加のパイプライン敷設網、またはネットワーク、あるいは追加の貯蔵タンクを構築するなど、いかなる追加の必要もなく、全体のパイプライン・システムの必要となる特別な負担のための設計がなされる。これは、エネルギーを貯蔵するためにパイプの敷設網またはネットワークを現出し、入手可能な最大の市販のパイプサイズを指定するＴａｃｋｅｔｔ（米国特許第４，１１８，６３７号）と異なっている。
【００１８】
なお、本発明は、圧縮機、またはパイプラインに断続的にパイプライン・ルートに沿って圧力の適用を繰り返す他の手段でもって追加のウィンドミル・ステーションを使用するようにしてもよい。このような方法では、送電網または地域社会によって連続的に使用することができる安定した圧縮空気エネルギー源の供給を継続するために、ウィンドファームからの距離が増すに従い、パイプライン内側の摩擦は圧力低下の原因になるので、付加的圧力をパイプラインに導入することができる。パイプラインに接続されている他の遠隔地にあるような付加的なウィンドファームもまた、システムに付加的な圧縮空気エネルギーを供給するために使用され得る。
【００１９】
パイプラインの他方の側にある「ユーザー」末端部では、貯蔵されたエネルギーが発電機を駆動するために使用され得るよう、圧縮空気が放出され膨張して発電するためにターボ・エキスパンダーと交流発電機を備えることが望ましい。そこでは、電力が実際に必要である時、風が実際に吹いていてもいなくても、「必要に応じた」方式で、風力から派生するエネルギーを使用することができる。
【００２０】
好ましくは、圧縮空気が貯蔵され、放出される量と比率を調整し、モニターすることができるように、一連の自動制御逆止弁とゲージ、制御ロジックをパイプラインに沿って備える。この点において、本システムを使用して、供給されるエネルギー量を適切に割り当てるために、いつ何時でもどの程度の圧力がパイプラインに実際に導入されるかを決定することにより、どれくらいの圧縮空気エネルギーが利用できるのかを知ることが必要である。そしてそこで、適切な比率と場所でどれくらいの量のエネルギーが放出されるかを決定し、制御することができる。
【発明の効果】
【００２１】
計画的ルートに沿って作られる地下パイプラインの使用には、いくつかの利点がある：
第１に、パイプを覆っている地面と同様にパイプライン壁厚の熱慣性は、空気の膨張時の凍結と圧縮中の過熱からシステムを防ぐために使用し得る熱吸収と放出の有用な手段を備える。
【００２２】
第２に、上記で説明している計算を行うことによって、追加の送電網、パイプのネットワーク、または特別な貯蔵手段を構築することなく、効率的に設計される適切なシステムが端から端まで敷設され得るように、配管の量と大きさ、距離を用いることができる。
【００２３】
第３に、新しいパイプラインをより能率的に、そして、経済的に配設するために、地下線、ケーブル、その他が位置するような既存の道または地役権が利用できる所で、システムは望ましくは既存の道、地役権と通路域、その他を利用する。
【００２４】
第４に、より経済的に必要な貯蔵と搬送容量をシステムに提供するために、天然ガス管路、汚水管路または他の配管のような捨てられた配管システムがすでに存在する所で、システムは経済的に全体または一部の既存のパイプを再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、送電網、あるいはエネルギーを必要とする地域社会へ長く高価な送電線を伸ばすことなく、また高価な圧縮空気貯蔵タンクを構築することなく、風力により発生したエネルギーを風の条件が理想的な地域からエネルギーを必要とする地域へ伝達する、風力によるエネルギー発生、および、貯蔵システムに関する。
【００２６】
本システムは、好ましくは、風の諸条件が適当で一貫していて予測できそうであるか、もしくは、少なくとも風のエネルギーを発生させるために適しているより利用可能な他の地域を選択することを含む。正にこれらの性質によって、これら選択される地域は、しばしば人々が生活している地域社会から何マイルもある場所にあり、既存の送電網から遠い。これら選択される地域は、例えば、砂漠、峡谷、沖浜地域、そして、文明から遠く離れた山、又は丘の上部の上に位置してもよい。それらはまた、しばしば不動産価値が比較的低い場所に位置している。
【００２７】
本発明の方法は、一貫して予測できる電力量を発生させるために、風の状況が理想的に適している場所に多数のウィンドミル・ステーションを設置することにより、好ましい、あるいは理想的な諸条件において風力エネルギーを利用することを網羅する。全ての場所には若干の予測不能性と不確実性があるが、他よりも良い場所があることは明らかであり、本方法は、望ましくはこれらの好ましい場所を考慮に入れる。
【００２８】
本発明の好ましいもう一つの態様は、１）直接及び即座の使用のためにエネルギーを作り出すことが専用のウィンドミル・ステーション（以下、「即時使用ステーション（immediate use station）」と称する）、２）圧縮空気システムを使用することによりエネルギーの貯蔵専用であるウィンドミル・ステーション（以下、「エネルギー貯蔵ステーション（energy storage station）」と称する）、及び、３）上記２つの間で切替えが可能なウィンドミル・ステーション（以下、「混成ステーション（hybrid station）」と称する）の使用に関する。これらのウィンドミル・ステーションは、上記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が良いことを可能にする。これらのウィンドミル・ステーションの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望ましい。この実施例は、好ましくは、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、大きなウィンドファーム、または既存の送電網への接近手段があるような多数のウィンドミル・ステーションを必要とすると思われる地域社会で使用される。
【００２９】
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）、及び、ウィンドミルのナセル（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水平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。ウィンドミル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、ウィンドミルの機械的な力を直接用い、配置の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。これらのステーションによって発生する電力は、連結されているパイプライン・システムに空気エネルギーを圧縮するために使用できる圧縮機に直接動力を与えるために使用することができる。または、ステーションによって発生した電力が必要に応じて使用されることができるように送電線を備えることができる。
【００３０】
エネルギー貯蔵ステーションは、地上高くの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。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のギアへ結合されている水平軸を有し、水平軸はウィンドミル塔の下に延びた垂直軸に結合し、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。風が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ることができるように、下の水平軸はそこから圧縮機に接続されることが好ましい。この機械的エネルギーは、最初に機械的エネルギーを電気エネルギーに変換しなければならないということなく、即時使用ステーションの一部である機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する段階を除外することができ、圧縮機を直接駆動するために使用することができる。
【００３１】
本発明の１つの独特の態様は、各々のウィンドミル・ステーションからの圧縮空気が好ましくは導かれ、圧縮空気が貯蔵され運搬されることができるパイプライン・システムの使用である。圧縮空気の貯蔵は、それが必要となるまでのしばらくの間、風から派生したエネルギーを貯蔵することを可能にする。パイプラインは、また、ウィンドファームからエネルギーが必要である場所まで、貯蔵された圧縮空気エネルギーを運ぶ手段として好ましくは用いられる。
【００３２】
例えば、何マイルも離れたウィンドファームと送電網又は地域社会の間で、パイプラインは地面に埋設し、伸ばすことができる。エネルギーをこのような方法により貯蔵することによって、圧縮空気エネルギーは、貯蔵することができるだけでなく、パイプラインを介して搬送することができる。ターボ・エキスパンダーと交流発電機を介して放出され得るように、例えば、パイプラインのもう一方の端で、送電網、あるいは、電力を必要としている地域社会の近くで電力を発生させることができる。このように、風力タービンと圧縮機は、好ましくはパイプラインの一端にあり、ターボ・エキスパンダーと交流発電機は好ましくはパイプラインの反対側の端にある。この点で、パイプラインは、電力を貯蔵して、搬送する両方の手段として用いられることが望ましい。
【００３３】
本発明の好ましいもう一つの態様は、一つの遠隔地（風の諸条件が理想的である場所）から、他の場所（エネルギーが必要な所で）へ、風力エネルギーを搬送するためにパイプライン・システムを設置することに関連した計画ルートを用いることを含む。計画ルートは、基本的にエネルギー源からユーザーまで伸びている直接の道筋、あるいは経路、すなわち送電網または地域社会まで、ルートとして可能な限り、最も経済的であるか、利便性のある経路であることを考慮することが望ましい。例えば、多くの場合、むしろそのような経路は、すでに明確にされている経路に沿ってパイプラインを設置可能にする連絡道路（側道）のような既存の道に沿って、又は近くを伸び、ウィンドファームへのより簡単な通路を提供する。これも、修理とサービスのためのより簡単なアクセスと同様にパイプラインのより簡単な設置を可能にする。
【００３４】
選択された経路はまた、電気またはガスのライン、汚水溝パイプ、その他のような既存の地中管路のような既存の地役権に沿って道筋を定めることもできる。そして、新しいパイプライン敷設のための許可を得るために、既存の地役権、土地使用許可証、環境影響報告書などを利用するとよい。これらの利用は、新しいパイプラインを設置するためのコストを削減し得る。これは、より速く、より少ない費用でのパイプラインの設置を可能にする。
【００３５】
ガスまたは下水管路のような放棄された既存の地下パイプ・システムが存在している所の場合には、本発明は、新しいパイプライン・システムを形成することに役立てるために全体または一部の放棄されたパイプを使用し、コスト削減可能なように企図する。この点において、既存のパイプラインが正しいサイズでないか、全長にわたっていないか、完全に廃棄されているということでなければ、たとえどのような部分が利用することができるとしても、本発明は少なくとも一部の既存のパイプを使用することを企図する。既存のパイプラインのために得られた地役権、土地使用許可証と環境影響報告書の全ては、また、新しいパイプライン・システムのために使用可能、及び又は、信頼に値する。
【００３６】
本発明の鍵となるもう一つの態様は、能率的にシステムを機能させるために必要である適切なエネルギー量の決定、そして、予想される負荷に対応するためにパイプライン内に適切な量の貯蔵場所を割り当てることである。好ましくは、システムによって必要とされる貯蔵所の空間の近似の量を決定するために最初の計算がなされることである。そして、ウィンドファームと、送電網または地域社会に関連する場所との間に敷設するパイプラインの長さの決定を行い、システムのために適切な貯蔵と場所の近似の量を提供するために必要なパイプの圧力と大きさ（直径）を決定する。このような方法では、費用が増加する追加のパイプライン敷設網、またはネットワークを構築するなど、いかなる追加の必要もなく、全体のパイプライン・システムの必要となる特別な負担のための設計がなされる。
【００３７】
パイプライン・システムを介して断続的にパイプラインに加圧を繰り返す圧縮機を伴う付加的なウィンドミル・ステーション、または他の手段を提供することができる。このような方法では、連続的に送電網または地域社会によって利用することができる圧縮空気の安定したエネルギー源の供給を継続するために、ウィンドミル・ステーションからの距離が増すに従い、パイプライン内側の摩擦は圧力を低下させるので、付加的圧力をパイプラインに導入することができる。
【００３８】
パイプライン・システムの反対側の端において、貯蔵されたエネルギーが発電機を駆動するために使用され得るように、圧縮空気が放出され、膨張させられることを可能にするためのターボ・エキスパンダーのような手段が備えられることが好ましく、そこで風から派生するエネルギーが、電力を生み出すために「必要に応じて」使用され得る。風が実際に吹く時と一致してもしなくても、電力が実際に必要な時、この方法を提供することができる。
【００３９】
好ましくは、圧縮空気が貯蔵され、放出される量と比率を調整し、モニターすることができるように、一連の自動制御逆止弁とゲージ、制御ロジックをパイプラインに沿って備える。この点において、本システムを使用して、供給されるエネルギー量を適切に割り当てるために、いつ何時でもどの程度の圧力がパイプラインに実際にあるのかを決定することにより、どれくらいの圧縮空気エネルギーが利用できるのかを知ることが必要である。そしてそこで、適切な比率と場所でエネルギーを放出することができる。
【００４０】
このシステムにおいては、望ましくはただ、供給された電力において単に小さな変化でもって、ほとんど一定であるかゆっくり変化する電力率が電気事業送電網または地域社会に供給されるように、１時間か２時間の風の予報に従って、即時使用ステーションとエネルギー貯蔵ステーションのエネルギー出力を連結することが必要である。このように、電気事業ネットワークは、相互に作用しているネットワークに起因する安定性の問題なく、容易に、供給された電力を一様にすることができる。その中で関係するシステムは、送電線の容量を効果的に使用し最大のピークがほとんどないゆっくりと変化する電力の履歴を提供し得る。この点において、風が少ない、または風がない長い期間があり、そして、ウィンドミル・ステーションが電力を送電網に供給しないとき、上記のような利点がまだ生じる点に注目することは重要である。
【００４１】
国のどんな場所であっても、風のパターンは、その折々に、すなわち季節毎、月毎、日毎や時間毎で変化する。同時に、与えられた場所のエネルギー需要のパターンは、その時毎に比較的一定のままである場合、変わる場合があるが、しかし、ほとんどの場合、風力利用可能性の変化と一致するものではない。つまり、需要が高いときに供給が低く、供給が多いときに需要が低いといったような、風力が利用可能であることと電力需要の間に完全な不一致が１年の間何度もあり得る。この点において、本発明は、適切なウィンドファーム・システムを設計する時に、これらの問題を考慮に入れることができることを企図し、需要と供給の間の不一致にもかかわらず、ウィンドファーム・システムでは適切な数の各ウィンドミル・ステーションの様式を設置し、供給されたエネルギーが電力に変換されるようにする。
【００４２】
本発明は、各タイプの適切な数のウィンドミル・ステーションを選択することにおいて、現在のエネルギー需要パターン及びサイクルと同様にウィンドファームのサイトにおける年間を通じての風の効用パターンの調査を含むということを企図する。適切に働くシステムのために、最低限、最も合わない期間の間、エネルギーの途切れない（円滑な）供給を提供するための設計がなされねばならない。故に、システムのための設計を選択する場合に、最悪の場合のシナリオ、例えば、需要と供給が最も合わない最悪の季節または月を考慮しなければならないと企図されている。
【００４３】
又、風力により発生する電力が、送電網または地域社会に供給されない期間がある。しかし、システムは、電力の振幅がゼロであることを除き、伝達システムによって、又、電気事業送電網によっても、直ちに受け入れられる電力を供給できる運転可能のままの状態を保つことが好ましい。
【００４４】
本発明は、送電網、または地域社会に電力を提供するために能率的に、また確実に調整され、作動されるように、常に、いつ、どのくらいの風が利用できるか、常に、いつ、どのくらいのエネルギーの需要があるかを考慮することによって、システムは、風力エネルギーから派生することのできるエネルギー量を最大にするように構成され得ることを企図する。いつ、そしてどの程度の風が吹くのか、そして需要期の範囲を予測することはしばしば困難であるが、本発明は、確かな平均値を計算する手段として信頼できるデータを使用しようとする。すなわち、風の供給とエネルギーの需要に関して、また、１年全体のために、仮想現実的ないかなる応用にも適用することのできる最適システムを作り出すための繰り返し作業を使用する手段としてそれらの平均値を使用する。
【００４５】
「即時使用ステーション」からの即座の電力放出に合わせて、スムーズな電力出力を生じるように貯蔵されたエネルギーの放出時間を定めることができるように、１時間以上前もって正確に特定のサイトの風速を予測するために、システムは、オンサイト・サービスでの気象タワー（の情報）、過去の風歴、及び現在利用できる統計モデルのうちの一つを利用する。考慮に入れるのが望ましい効率因子のいくつかは、システム構築の全費用に関するものである。年間のいかなる時間であってもシステムに設定されるエネルギー需要に合致させるために、需要と供給の平均を、設置される必要のあるウィンドミル・ステーションの最適数を考え出すために使用する。これは、システムについて能率的に、且つ効果的に１年を通して動作させ得ることを確実とするために、どれくらいのウィンドミル・ステーションを即時使用と、エネルギー貯蔵専用としなければならないか、そして、どれくらいの混成ステーションが必要か決定することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】パイプライン・システムによって連結される遠隔地にあるウィンドファームを示す図である。パイプライン・システムは、ウィンドファームと町、又は送電網の間で既存の道、又は地役権のような計画ルートに沿って伸びている。これにより、パイプラインはウィンドファームからの圧縮空気エネルギーを貯蔵し、町または送電網に搬送することができる。
【図２】パイプライン・システムによって連結される遠隔地にある２つのウィンドファームを示す図である。パイプライン・システムは、ウィンドファームと町、又は送電網の間で既存の道、又は地役権のような計画ルートに沿って伸びている。追加のウィンドミル・ステーションは、計画ルートに沿って空気圧力を維持すべく、計画ルートに沿って所々に圧縮空気エネルギー源を提供するために設けられる。
【図１】
2007506039.tif 000003
【図２】
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