[发明专利]风力涡轮机、热泵、能量存储和热量运输系统和方法

说明书

一种浮置热泵系统包括上部结构，该上部结构支撑风力涡轮机和机械地连接至风力涡轮机的至少一个发电机。风力涡轮机的风致旋转使得发电机产生电力。所产生的电力可被供应至电网，或所产生的电力的一部分可用于为也至少部分地由上部结构支撑的热泵供电，以从海洋或另一大型水体提取热量。热量可被存储在可运输的热存储介质中。存储在热存储介质中的热量可用在系统，或远程用于区域性或地域性加热或冷却、工业目的或用以产生电力。

版权声明

本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人以其在专利和商标局专利文件或记录中出现的方式对专利文件或专利公开进行传真复制，但是保留其他所有版权。

技术领域

本文公开的实施例涉及海洋热泵和风力涡轮机系统和方法，并且特别地，涉及用于使用远洋风力涡轮机来使热泵运行以从海水提取热能来产生电力的系统和方法，以及存储、运输和使用所提取的热能的系统和方法。

背景技术

在过去的一个世纪中，海洋已存储的热能相当于人类目前总的年能源使用量的125倍还多。这种有据可查的能量积聚至少部分是由于大气变化，包括但不限于温室气体(诸如CO₂)浓度的增加。海洋中储存的热能的年增长量超过了社会的年能源使用量的二十倍。结果导致海洋温度总体上升，对环境和社会造成许多潜在的灾难性后果。没有已知的系统可用于有效地收集、运输、减少或使用这种存储的热量。气候变化推动了利用风能源、太阳能源和其他可替代能源的非排放性能源生产的发展。这些清洁能源在风吹时或在阳光照射时有效，但在需要能量时不一定有效。

传统的风力涡轮机发电设施是已知的。大多数风力涡轮机发电设施安装在陆地上，并且不包括用于存储能量的辅助设备。浮置风力涡轮机系统可能会受到安装至传统的船只的大型风力涡轮机固有的不稳定性的限制。因此，大多数定位于海洋的风力涡轮机系统在相对浅的水中安装至海底。

本发明旨在克服上述问题中的一个或多个。

发明内容

本公开涉及从海洋或地下热中收集清洁能量，以及收集风能的改进方法。本公开还描述了从风和/或海洋或地下热中收集的能量的存储，以供根据需要进行使用。本文所公开的某些实施例利用一个或多个风力涡轮机系统来产生电力。一类实施例包括浮置风力涡轮机系统。电力可用于使热泵运行，以从海洋或其他大型水体、陆地或另一热源中提取热量。所提取的热量可通过对热存储介质通电来存储。热存储介质可位于与支撑风力涡轮机系统相同的结构上，位于辅助运输船只上、位于陆上或位于其他地方。在特征在热存储和运输系统的实施例中，运输系统可被拖曳、以其自身的功率驱动，或者以其他方式被运输至选定的位置，以向大或小区域加热和冷却系统、脱盐设备、其他工业设备等供应热能。可替代地，所提取或所存储的热量可用于利用蒸汽驱动的涡轮机/发电机系统、Stirling热发动机驱动的发电机或位于风力涡轮机系统处或远离风力涡轮机系统的另一充热发电设备来产生电力。

某些实施例利用与传统风力涡轮机显著不同的离岸风力涡轮机。某些公开的涡轮机实施例使用集中器将风加速至具有围绕竖直轴旋转的叶片的、高但直径相对较小的Darrieus涡轮机上，所有的Darrieus涡轮机都安装在大型浮置结构上。风中的能量与其速度的立方成比例，因此某些实施例利用高的模块化空间框架塔架结构来达到风以较大的速度最一致地吹动的水平。利用风力涡轮机产生的电力可以以任何方式来使用，但是在某些实施例中用于使用热泵技术从海中收集热量。

本文公开的某些实施例使用热动力发电机组件将从海洋提取的热量转换为电力。例如，其它实施例使用从海洋或其它水体直接提取的热能作为热量，以加热或冷却沿海建筑物或区域。根据国际能源机构(的数据)，由输电网产生和利用的电力中约有50％用于加热或冷却建筑物和水。一些实施例可将从海洋提取的热量用于多种目的，包括但不限于补充发电和直接加热或冷却。