JP2002544389A - エネルギー分配ネットワーク - Google Patents
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Abstract
Description
発生された水素を、特に、乗物またはエネルギー貯蔵用の燃料として提供するた
めのエネルギーネットワークに関する。本発明はさらに、水素が電気エネルギー
に変換される、燃料電池用、補助エネルギー源としての燃焼用、および特に、配
電システムの一部としての発電用の燃料としての水素の使用に関するものである
。
能力を計画する場合、商品に対して予想される需要について正しい知識をもつこ
とは、大規模設備における資本配分の最適化および投資収益の確実性に関して重
大なことである。大抵の場合、数百万ドルもの資金を建造のために調達しなけれ
ばならない。故に、最終商品についての供給および需要の測定および予測を行う
ことが極めて望ましい。商業的に、リアルタイム、短期、中期または長期的尺度
で将来の需要を予測する技術を適応することが、特に、資産活用、在庫圧縮、お
よびリスク低減に極めて重要である。
たる展開はまだ存在しない。目下、公知技術、社会の基準、および消費者受諾の
限界に基づいて最適化された、燃料供給インフラストラクチャーネットワークを
完備した炭化水素燃料車両用ネットワークが広く行きわたっている。人は大抵、
生産、貯蔵、運搬、および分配を含む水素供給ネットワークで水素燃料車両用地
理的ネットワークが広く行きわたるように構築するのが良いと思うが、その作業
は、いかなる経済的方法でも達成するのが実質的に不可能と思われるほど、大規
模な投資を伴い、それほど難しい。車両に燃料供給するのに使用される場所に近
い電気から水素を生産する多数の例があるが、そのような個々の現場は、性能お
よび資産配分を最適化できるように相互につながっていない。
点は、本質的に炭化水素燃料の有限資源と、世界の資源の不均一な分配とを含む
。事実、世界の炭化水素資源の多くがまさに数カ所の地理的領域に集中している
ので、多数の国が原産燃料を自給できない。これは、世界的および地域的摩擦を
生むこととなる。さらに、健康および気候変化への温室効果ガス排出の影響につ
いての不確定性がある。さらに、炭化水素燃料それ自体の使用、または炭化水素
燃料を使用するための処理が、酸性雨のような、地域的環境変化だけでなくスモ
ッグやオゾンの地上汚染の原因となる。炭化水素の燃焼または処理のために直接
、または間接的に形成された空中浮遊汚染物質が、収穫物の収量の減少、寿命の
潜在的短縮、およびあらゆる生物に対する他の健康問題の原因となる。
負の環境的局面やそれらの燃焼または処理を低減または排除し、投資リスクを軽
減し、システム内の全設備の性能を最大限活用し、非炭素エネルギーの使用を促
進するように導入できる燃料供給システムのネットワークが、極めて望まれてい
る。従来の石炭や石油炭素含有量がより少ないエネルギー源から製造される水素
燃料、または炭素が地球表面下に隔離されている石炭または石油から製造される
水素燃料は、このネットワークにとって理想的な燃料となる。
用を伴う。商品、ときには有用品である、の貯蔵は、供給と需要とを効率的に一
致させ生産の有用性を最適化することができる。この二つの例は、(a)車載メ
タノールが水素含有ガスに改質される車で使用される車載メタノールからと、(
b)車両上、または車両へ後に転送するために地上のいずれかに設置された圧縮
ガス貯蔵タンクに充填するために使用される車外電気によって、製造される水素
の供給である。
器内に貯蔵される。水素の蓄積は、水素製造用の電気の発生を水素のリアルタイ
ムの需要と分離する。水素の貯蔵によって可能になる発電へのこの負荷移動効果
は、特に、水素需要が、生産されている電気に関して1%〜100%のかなり大きな
割合のものである場合に、電気のより良好且つより予測可能な有用性を与える。
これは、例えば、電解による水素の製造または他の用途に電気を投入することに
関してリアルタイムで決定できるようになる。これは、電気の供給が測定できる
とき、すなわち、電気の製造の増大が有効すなわち有利であるとき、均衡の一部
でしかなく、リアルタイムの資産有用性に即一致させることに加えて、水素製造
のための改良された資産有用性を生む発電、送電、配電システムを稼働させる多
くの形態を含む。均衡の第二の半分は、実質的にリアルタイムでの水素需要の測
定である。これは、水素の製造計画を含む。水素製造が電解源からであり、水素
の市場からの需要に合わせるために水素が貯蔵タンクから、または電解装置ベー
スから直接的に車載貯蔵タンクに転送される場合、その都度の測定が水素需要に
関して可能となる。その需要は、電気エネルギー消費量だけでなく温度/圧力測
定のような技術によって当業者には理解される。さらに、車載水素エネルギー量
の測定は、電気製造から水素供給のコントローラに情報が提供されるようにでき
、貯蔵されたエネルギー/電気リソースに等しくされる。これらの測定は、詳細
測定で供給と需要との均衡を完成させる。これは以下を可能にする: (a)以下の時間に要する電気の量のリアルタイム予測:瞬間、および先のデー
タと組み合わせた場合、水素製造用の電気の需要成長率; (b)水素製造のための電気の繰り延べ使用、および最優先(経済的または技術
的)の需要に対する電気の供給; (c)十分な貯蔵が貯蔵タンクの「システムネットワーク」内に存在するとき水
素製造に使用するための電気供給の安全削減;および (d)電気の供給の優先/コスト/方法が貯蔵リザーバの状態に基づいて決定さ
れる「仮想」貯蔵リザーバを展開する能力。
定を結合するシステムは、いつ、どこに、どれだけの量の電気を供給するかに関
してより良好な決定を可能にする。実質的に測定を通じて瞬間的に利用できるこ
の情報は、資産配置に重大であり、資産有用性およびリスク軽減を増す。発電機
の稼働計画をより良く立てるためにも使用できる。「停止可能負荷」として作用
させることによって、電気有用性が信頼性条件に合致するように動作保留を提供
できる。適切な手段を介してこの情報を収集することによって、一つまたはそれ
以上の上記のa、b、c、dを組み入れる特徴を組み込む新規で発明的な測定シ
ステムが作られる。
使用される、例えば、メタノール製造用化学プラントに関する決定は、製造決定
に影響を及ぼす瞬間および日々の情報を提供できないことが分かる。
うな資産を高めた経済的性能を提供する水素を組み入れたエネルギー分配ネット
ワークを提供することが本発明の目的である。
(a)主エネルギー源の製造源から水素製造現場に送られた主エネルギー源; (b)副産物封鎖設備を備えたまたは無し、地上設置水素貯蔵設備を備えた、ま
たは無しの水素製造および分配設備; (c)データ通信用の収集、記憶および供給コントローラ。
央処理手段および演算手段を備える。
解装置への電気エネルギーの分配の時間、エネルギーが電解装置に分配されるべ
き期間、電解装置に送られるべきエネルギーレベル、ユーザ貯蔵の水素圧力、電
気のリアルタイム価格、価格予測、エネルギーレベルの割合または電解装置への
エネルギーリソースの調整の種類;および発生される化石燃料、水力、原子力、
太陽エネルギーおよび風力から選択される電気エネルギーの種類に関する情報デ
ータを利用し決定するためにコントローラ内のアルゴリズム処理の使用を含む。
リソース、電解槽、コンプレッサ弁、ユーザー起動ユニットなどの動作のような
、本発明の実施において機能する制御段階をさらに決定する。
よび演算された予想需要を測定し、商品、すなわち水素、を提供するネットワー
クが実現される。このネットワークは、地理的位置による将来の需要条件を予測
するために標準予測モデルと連係されても良い。この水素ネットワークの好まし
い特徴は、いかなる種類の大規模水素製造設備の建造にも頼らないことである。
代わりに、ここで提供される好ましい水素製造設備は、技術的/商業的に可能な
限り小さく、単一の商業、小売り、または工業地域からのたった一人の消費者ま
たは複数の消費者の要望に合致する規模を縮小した装置を含む。
前記製造手段への原材料供給手段;水素燃料ユーザ手段;および前記製造手段、
前記原材料供給手段およびユーザ手段に連係された情報および供給制御手段を具
備する、ユーザに水素燃料を提供するためのエネルギー分配ネットワークを提供
する。
れた水素の受容器を意味する。それは、例えば、これらに限定されるものではな
いが、地上または地下、車両、および他の運搬ユニット内にあっても良い水素貯
蔵設備;燃料電池、電気および熱発生装置のような、直接および間接水素消費変
換装置および設備;導管、コンプレッサおよび同配送装置を含む。需要は、余剰
電力を「ダンピング」しなければならないので、より安価な水素を製造する機会
となるエネルギー供給によって開始されても良い。
よび水を含む。
インに送り込まれて水素燃料の小売アウトレットまたは、燃料供給地まで運ばれ
る。小売りアウトレットまたは燃料供給地またはその近くに、天然ガスは、精製
段階でスチーム/メタン改質されて水素ガスを製造する。副産物の二酸化炭素は
、ガス抜きされるか、またはその封鎖となる他の方法で処理される。生成された
水素は、例えば、圧縮を利用して、車両の圧縮水素ガス貯蔵タンク内に充填され
ても良い。あるいは、コンプレッサは、わずかにスチームメタン改質器/コンプ
レッサシステムに近い地上に設置された貯蔵タンクに、その流れを迂回させても
良い。所定日に製造される水素量は、公知の様々な方法で決定され、天然ガス消
費量、水素製造量、貯蔵圧力、変化率などを含む。この情報は、本発明によるネ
ットワークのオペレータに電子的または他の方法で送られる。時間の経過と共に
この情報は、予測された将来の需要だけでなく、供給条件がそれから予測される
水素の需要情報を構成する。水素の需要が増すと、ネットワークオペレータは、
需要が低いときの既存ジェネレータをより効果的に使用するためにより大規模の
天然ガス改質器を設置するか、またはより多くの貯蔵タンクを増設しても良い。
水素を測定し貯蔵する能力は、現在の液体炭化水素(ガソリン)インフラストラ
クチャーでの場合よりもより良い決定を行うことができるようになる。測定能力
は、決定されるべき原材料(この場合では天然ガス)の予測を可能にする。天然
ガスがパイプラインから送られてくる場合、供給/需要特性は、購入拡大、パイ
プラインの拡張、保守整備、固定資産の償却、さらに天然ガスの発見についての
計画と同じように、天然ガスのパイプラインをいかにより良く管理するかについ
ての有用な情報を提供する。システムの測定能力は、車両用の水素需要の成長率
が重大な先導指標となるので、車両需要の予測についてのキー情報をも提供する
。
いる燃料、ガソリン、ディーゼルに基づく本発明によるネットワークに関して、
この燃料は小売りアウトレットまたは燃料供給地に出荷される。必要なときに、
ガソリン/ディーゼルは、改質または部分的に酸化される、または他の化学的ス
テップがとられて水素を生成する。十分な精製後に、水素は、車両に直接、また
は後に車載移送用に車外貯蔵所に貯蔵されるかのいずれかである。所定日に製造
される水素量は、ガソリン/ディーゼル消費量、水素製造量、ガス貯蔵器の貯蔵
レベルまたは圧力、変化率などに基づいて当業者によって決定される。この情報
は、本発明によるネットワークのオペレータに電子的または他の方法で送られる
。時間の経過と共にこの情報は、予測された将来の需要だけでなく、供給条件が
それから予測される水素の需要情報を構成する。水素の需要が増すと、ネットワ
ークオペレータは、需要が低いときの既存ジェネレータをより効果的に使用する
ためにより大規模のガソリン/ディ−ゼル改質器を設置するか、またはより多く
の貯蔵タンクを増設しても良い。水素を測定し貯蔵する能力は、現在の液体炭化
水素(ガソリン/ディーゼル)インフラストラクチャーでの場合よりも、貯蔵タ
ンクやより多くの水素製造設備のような、資産の配置に関してより良い決定を行
うことができるようになる。測定能力は、決定されるべき原材料の予測を可能に
する。これは、ガソリン/ディーゼルが、オクタン、添加剤、洗浄剤、硫黄含有
物などに関する低公害または有害排出物ゼロ車両用に特別に製造され、この特別
の等級のガソリン/ディーゼルを製造、運搬および分配するために使用される資
産に対する独特の資本構成がある場合には特に重要である。本発明によるシステ
ムの測定能力は、車両用の水素需要の成長率が非常に重大な先導指標となるので
、車両需要の予測についてのキー情報をも提供する。
て、地域的または世界的に拡がる生成プラントのネットワークから製造されたメ
タノールは、小売りアウトレットまたは燃料供給基地に出荷される。必要なとき
に、メタノールは、改質または部分的に酸化されるか、または他の化学的ステッ
プがとられて水素を生成する。十分な精製後に、水素は、車両に直接、または後
の車載移送用の非車両貯蔵器に貯蔵されても良い。所定日に製造される水素量は
、天然ガスやガソリンに関して上述されたように、決定されよう。
づく。地域的または世界的に拡がる生成プラントのネットワークから製造される
、導体内を流れる電気は、居住地、家庭など、商業または工業的小売りアウトレ
ットまたは他の燃料供給地に給電される。必要なときに、電気は、価値がある水
素と酸素とを生成する電気分解工程で使用される。十分な精製と、必要ならば圧
縮との後に、水素は、直に車両に貯蔵されるか、非車両貯蔵器に送られても良い
。
る、多くの異なるタイプの主エネルギーから得ることができる。一旦、電気が発
生されると、効率的に貯蔵することが難しく、ある形式の配電/送電システムを
介して送電されなければならない。そのようなシステムは、ユーザの多くの異な
る状況、天然ガスパイプラインからよりも多くのユーザ、使用変動の時間、負荷
密度、主電気入力源、主電気入力源の状況、天候条件、気体または液体に対する
電気の性質を扱う特有の局面に対応しなければならない。
うに電源に接続されるか、および連続的に動作する必要がないことにおいて特有
の利点を有する。電解装置は、炭化水素から水素を製造する典型的な方法よりも
はるかに容易に部分的負荷ステップで開始、停止または調整させるようにできる
。この要因は、電気が優先的計画に基づいて水素製造から他の電気的負荷に動的
に「切り換え」られる、キー要素である。この特徴は、電解装置がより高い優先
電気的負荷よりも低コストの電気を得ることができるようにする。さらに、電気
分解が、1<kW〜100,000kWを越える非常に拡大可能な技術であるので、サイズ
のみが変わる同システムは、必要なときに、配電されるべき潜在力を有する。故
に、それは、電気需要の変化に動的に一致させるために制御的作動を提供できる
。
するワイヤは、電気分解構成の状況についての有用な情報を関連デバイスに送る
ために使用される。これは、必要な情報を電気的に収集するための付加的な接続
、または「遠隔測定」デバイスの必要性を排除する。
起電装置や風力発電タービンのような、断続性継続更新可能なエネルギー源で、
たとえ、これらが電気分解を基礎にした水素ジェネレータのネットワ−クから何
百マイルも離れたところに配置されていても、有用な機会を提供する。水素ジェ
ネレータは、継続更新可能なエネルギー源の有効性に比例した割合で水素を生成
するように配列される。さらに、価格信号を測定することによって、電解装置は
、特定の発電源からの電気の市場価格が、燃料供給のための許容レベルを超える
場合、低減または停止される。電解システムは、電解システム内での緊急の場合
にも容易に停止される。データ通信速度の観点から、1秒未満で行われる制御動
作は、信頼性に対する条件に合致させるために、スピンリザーブを交換するだけ
でなく、グリッドを動的に制御するために使用される。
クル供給についての概念において電気システムに近い。ガソリンまたはメタノー
ルが水素製造および燃料供給現場に到着すると、それは一般に大量の荷となり、
ガソリンまたはメタノールは、50,000ガロン程度のサイズのタンク内に貯蔵され
る。トリクル充電は、水素燃料ネットワークの重要な特徴であり、明らかに好ま
しい。車両自体がトリクル充電されても良いその車両、またはトリクル充電され
る地上設置貯蔵タンクのいずれかに、分配された水素の貯蔵は、十分な水素を蓄
積し、次にその水素を自動車にGWで測定した出力率で分配する。kWトリクル
充電を行い、それを効率的な貯蔵を経てGW高速燃料出力システムにそれを変換
する能力は、ネットワークの商品として効率的な燃料供給システムを構築する際
のキー要素である。
見積もるだけでなく、水素供給および需要を測定する能力は、本発明のネットワ
ークの最も有用な利益を提供する。一体化されたネットワークの全体は、巨大な
燃料計に類似しているので、システムに補給すべき電気量や必要な補給速度の予
測が行われる。これは、電力ジェネレータ/マーケッタが供給および需要をリア
ルタイムで、より良く予測し易くする情報を彼らに提供する。独特のものである
が、どこが最も燃料を必要としているかに関する位置もほぼ連続的な形で決定で
きる。
た電気貯蔵と同じであるか、または共に一体化される場合、大規模水力電気貯蔵
槽と同じとなる。水素貯蔵槽は、任意に、燃料電池のような適切な変換デバイス
を用いてグリッド用の電気に戻るように変換されても良い。水力電気水槽で得ら
れるエネルギー管理の大抵の目的は、水素貯蔵槽で実施されても良い。水素貯蔵
槽の分配ネットワークであれば、特定のエネルギー管理技術を実施する優先順位
付けが実行される。この優先順位付け能力は、本発明のネットワークに独特のも
のである。
るネットワークが展開されると、新たに電気発生システムを増設する計画もその
ネットワークからの情報に基づいて立てられる。ネットワークの供給、受容およ
びエネルギー貯蔵局面を知る独自性は、新電気発生システムの最適仕様について
の情報を提供する。大規模エネルギー貯蔵能力の創造は、エネルギー貯蔵不足に
よって以前では拒否されたような電気ジェネレータの選択を助長する。風力ター
ビンや光起電パネルを含むそのようなジェネレータの使用が促進されても良い。
これは、認識されている環境的問題に対抗すべきものなので、政府によって命令
されても良いこのようなタイプのジェネレータを実施する能力を最大限に活用す
べきである。
ギー源の好適形式と比べて、リアルタイムで提供されるサービスに対して支払い
ができるようにする。
ーザ現場において、または非常に近い場所で、スチームメタン改質法、部分酸化
法または水電気分解法のような、様々な技術を通じて水素を製造するので特定の
貯蔵タンク/エネルギー用途のための適切な生成および加圧を越えるさらなる処
理が無用となる。水素エネルギーが、社会によって炭素含有量(CO2生成物)
があまりにも高すぎると考えられている炭素源から直接または間接的に生じるか
、または他の汚染物質が存在する場合、これらは、炭素源で捕獲され、社会が必
要と考える程度まで封鎖される。さらに、地中または地上の貯蔵器(圧縮ガス、
液体H2、水素化物など)または車載の適切な貯蔵システム内への水素の流れを
測定、または正当に見積もる方法は、燃料の製造または車載測定の過程において
、より多くの資産をいつ配置すべきかについてだけでなく、いつ、どこで、いか
に燃料を製造するかについての決定を導く情報を得るのに役立つ。
れたネットワークに基づく水素燃料車両供給インフラストラクチャを提供する。
ネットワーク上の電解装置および制御関連手段は、現在の電気需要を送信し、電
気システムオペレータ/スケジューラから製造しなければならない水素燃料の量
と、補給に要する期間のような関連データとを受信する。例えば、貯蔵容積の圧
力や、圧力が上昇する速度に基づいて、充填されなければならない貯蔵容積が計
算される。補給のための期間は、例えば、電解装置の器具にタイマー、および/
または、例えば、高速または低速燃料補給となるように動作モードを設定するこ
とによって、燃料スケジューラに送信されても良い。電気システムオペレータ/
燃料分配スケジューラは、好ましくはネットワーク上の電気負荷を統合し、電気
システムを管理、および制御さえ行う仮想貯蔵の形式として「計画的」水素製造
を使用して、燃料系統の個々の動作を制御することによって電気システムの動作
を最適化し;ライン周波数を制御するための送電および発電有効性、および動的
制御を改良するために電源負荷平準化を採用しても良い。
多数の水素燃料転送現場のリアルタイム水素ベースのネットワークを提供するこ
とが本発明の最も好ましい目的である。
/またはシステム上の電解装置に対して複数のユーザがあるのが好ましい。
めの一つまたはそれ以上の水素補給システムを具備し、前記システムであって、
(i)ソース水素を供給するための電解槽と、 (ii)出口圧力でアウトレット水素を供給するための圧縮手段と、 (iii)前記圧縮手段に前記ソース水素を送る手段と、 (iV)前記ユーザに前記アウトレット水素を送るための手段と、 (V)前記出口圧力が選択された最小値に降下すると前記水素源を提供するため
に前記電解槽を活性化させるための制御手段と、 (Vi)前記制御手段を動作可能に作動させるためのユーザ作動手段とを具備する
、システム。
記アウトレット水素がソース水素を具備し、前記ステップ(iii)が前記電解槽
で構成され、任意に、水素燃料機器が上記システムを具備し、前記手段(iV)が
、燃料として前記アウトレット水素を前記車両に提供するために車両に取り付け
可能な車両取付手段を具備する、ことを特徴とする。
提供するためにユーザ手段に連係されたエネルギー発生手段を先に記述されたよ
うにさらに具備するネットワークを提供する。
ク、例えば、住宅地、団地、商業および工業地またはビル、で使用するための貯
蔵水素から発電する、または従来の電力供給がピーク期間において提供されると
き、需要に応じて、全国、州または地方の高圧送電線網のような、高域配電ネッ
トワークに補助発電された電力を送り返すものである。燃料源として水素を使用
するエネルギー発生手段は、水素を電気に直に変換するために燃料電池のような
直接エネルギー変換デバイスを利用でき、電気を発電するためにジェネレータ/
スチームタービンのような間接エネルギー変換デバイスを利用でき、居住用暖房
/料理などで水素を燃焼可能燃料として直に利用できる。
エネルギー分配ネットワークを提供する。前記エネルギー分配ネットワークであ
って、 (a)エネルギーリソース手段と、 (b)前記エネルギーリソース手段から前記エネルギーを受けるための水素製造
手段と、 (c)前記水素製造手段から水素を受けるための水素燃料ユーザ手段と、 (d)前記水素製造手段からの水素を決定、制御および供給するために前記エネ
ルギーリソース手段、前記水素製造手段および前記水素燃料ユーザ手段に連係さ
れたデータ収集、記憶、制御および供給手段と、を具備し、 前記水素燃料ユーザ手段が、事務所、プラント、工場、倉庫、ショッピングモー
ル、団地、および連係され、半連係された、または独立した住宅居住施設から成
る群から選択された少なくとも一つの建造物内に位置する、または関連した複数
の地理的ゾーンを具備し、前記地理的ゾーンの少なくとも一つが地理的ゾーンに
対して先に定義されたように前記データ収集、記憶、制御および供給手段に連係
されたゾーンデータ制御および供給手段を有する、エネルギー分配ネットワーク
。
段から前記地理的ゾーンへの水素を決定、制御および供給するために、相互に接
続されたネットワーク内の(i)前記データ収集、記憶、制御および供給手段と
、(ii)少なくとも二つの前記地理的ゾーンデータ制御および供給手段のそれぞ
れとに連係されたゾーンデータ制御および供給手段と、建築物データ制御および
供給手段とを有する、先に定義されたようなネットワークをさらに提供する。
ント、またはそれらの組合せであっても良いエネルギー源12から供給された、
水素製造源10を有する本発明の広範囲の形態を提供する形態を示す。制御ユニ
ット14とユーザ16とは、それぞれハードウエア入力および出力分配導管18
、20と、電気データ伝送回線22によって適切に連係される。
クレジットカードの使用、(ii)スマートカードの使用、(iii)音声作動シス
テムの使用、(iV)フロントパネル制御を介しての手動作動、(V)電子、電気
、または無線赤外線データ伝送システムの使用によって送られた水素に対する需
要を画定する。需要を受けて、コントローラ14は、要求された水素の量、水素
を分配する時間、温度、圧力および純度など、水素を分配すべき条件、および要
求された水素の分配のレートに関する需要の性質を決定する、水素需要について
のこのような初期画定は、この形態で示されるような単一のコントローラ14、
または例えば、ユーザ全ての間で相互通信ができるようにバックボーン(図1A
)、ハブ/スター(図1B)、またはリング(図1C)状の構造を有する、ネッ
トワーク内で相互接続された複数のコントローラ14によって行われても良い。
性質、エネルギーの時間有効性、有効なエネルギー源の種類、エネルギーの増分
当たりの単価に関して、それに相互に接続される、エネルギーリソース12の有
効性を決定し、これを、ユーザ16によって要求された水素を発生させるのに要
するエネルギーと比較する。
ての状況をさらに決定する。それらの初期チェックは、定格容量の使用%、既知
量の水素を製造する定格容量、およびエネルギー消費量としての水素源の現状を
含む。これらの初期チェックは、水素製造源を開始するための処理パラメータ、
処理弁、および電気スイッチ状況を監視することをさらに含む。
およびネットワーク上のエネルギー源12の性質および有効性を決定した後、コ
ントローラ14は、最小可能コストでエネルギーリソース12を利用することを
条件としてユーザ16の需要に一致させるために水素製造源10の開始シーケン
スを開始する。コントローラ14は、水素を導管20通して流して好ましいコス
トでエネルギー源12からユーザ16へのエネルギーを確保する。エネルギーは
、導管20に沿ってユーザ16に供給される水素の発生時にユニット10によっ
て消費される。
当な状態があれば、適切な状態が達成されるまでコントローラ14が水素源10
の動作を変更または停止させることとなる。コントローラ14は、ユーザ16の
需要に一致するようにネットワーク上の複数の水素製造源をオンまたはオフに調
整できるので、ユーザ16の水素需要を巧く満たし、ユーザにとって最小限のコ
ストで且つ最小限の純度で指定されたように、最小限の時間で且つ最小限の分配
レートで最小限の量の水素を供給することができる。
トローラ14は、動作を停止するように水素製造源10に命令し、電気需要の改
新された変化についてエネルギー源12に知らせる。
、ユーザ16とエネルギー源12とに連係するデータ回線22に沿う複数のユー
ザ16間のデータフロー関係を示す。図1Aはコントローラ14から、前記ユー
ザ16のそれぞれにデータを送るための「バックボーン」を画定する。
スター/ハブとして、図1Cのリングとして示されており、それらの、バックボ
ーン、スター/ハブ、およびリングの組合せも、上記図1で述べられたようにデ
ータの流れや交換のためのネットワーク環境を完成させるために可能である。
、ユーザ16は、電気エネルギー源22から、コントローラ14の制御下で複数
の個々の電解装置10によって提供される水素の需要を画定する。
に接続された複数の水素燃料発生電解装置10を有する本発明によるエネルギー
ネットワークを概略的に200で示す。電気エネルギーは、コントローラ14の
制御下でパワーグリッド源22から個別にまたは集中的に、必要なときにリード
線18で電解槽10に提供され、導管20を通してユーザ16に水素を供給する
。制御および供給コントローラ14は、燃料要求および充填状況が必要なとき、
電解槽10とユーザ設備16とから情報を受ける。コントローラ14は、必要な
ときに水素発生用の電解槽10に必要なだけの給電活動をさらに実施する。開始
時間、期間および電解槽への電力レベルも、中央コントローラ14で制御される
。水素燃料用貯蔵器の容積、その内部の水素圧力、およびに改修時の圧力変化率
に関する情報は、リアルタイムで測定される。コントローラ14は、さらに、情
報がそれから取り出され、読み出されるまたは書き込まれるデータ記憶手段を具
備する。記憶されたデータについてのリアルタイムでの繰り返し、およびアルゴ
リズム処理が行われ、適切な処理制御は、そのようなデータにリアルタイムで作
用させることで実現される。
ジットカードの使用、(ii)スマートカードの使用、(iii)音声作動システム
の使用、(iV)フロントパネル制御を介しての手動作動、(V)ネットワーク上
に水素需要を記録するために電子、電気、または無線赤外線データ送信システム
の使用によって、その需要を送っても良い。
を分配する時間、温度、圧力および純度など、水素を分配すべき条件、および要
求された水素の分配のレートに関する需要の性質を決定する、水素需要について
のこのような初期画定は、この形態で示されるような単一のコントローラ14、
または例えば、コントローラ14の全ての間での相互通信ができるように「ハブ
/スター」、「バックボーン」、または「リング」構造に相互接続された複数の
コントローラ14によって行われても良い。
圧に関する、有効な電力の性質、エネルギーの時間有効性、有効な電気エネルギ
ー源の種類、電気エネルギーの増分当たりの単価に関して、それに相互に接続さ
れる、電気エネルギーリソース22の有効性を決定し、これを、ユーザ16によ
って要求された水素を発生させるのに要する電力と比較する。
らに決定する。それらの初期チェックは、既知量の電気消費に対する、水素源の
現状、定格容量の使用%、既知量の水素を製造するための定格容量を含む。これ
らの初期チェックは、電解装置10を開始するための処理パラメータ、特に、温
度、圧力、陽極液および陰極液レベル、電気的バス連続性、KOH濃度、および
処理弁、および電気スイッチ状態を監視することをさらに含む。
よびネットワーク上の電気エネルギー源の性質、および有効性を決定した後、コ
ントローラ14は、最小可能コストで電気エネルギーリソース12を利用するこ
とを条件として、ユーザ16の需要に一致させるために電解装置10の開始シー
ケンスを開始する。
って最も好ましいコストで、電気エネルギー源22から電気エネルギーを確保す
る。電力は、次に水素製造電解機器10に加えられ、上記処理パラメータは、導
管20に沿ってユーザ16に供給される水素を発生させるための、水素製造電解
機器10を安全に動作させるように監視され、制御される。酸素は、任意に、導
管(図示せず)によってユーザ20、または他のユーザ(図示せず)に提供され
ても良い。
当な状態があれば、適切な状態が達成されるまで、コントローラ14が電解装置
10の動作を変更または停止させる。コントローラ14は、ユーザ16の需要に
一致するように、ネットワーク上の一つまたは複数の電解装置を調整できるので
、ユーザにとって最小限のコストで最小限の純度で指定されたように、最小限の
時間で最小限の分配レートで、最小限の量の水素を供給することによって、水素
需要を巧く満たすことができる。
トローラ14は、動作を停止するように電解装置10に命令し、電気需要の改新
された変化について電気エネルギー源22に知らせる。
て送られるソース水素を生成する電解槽20を有し、概略的に300で示された
本発明によるシステムを示す。コンプレッサ24は、取付具30によって取り付
けられた車両として例示された、圧力P2でユーザ16に導管28を通して圧縮
アウトレット水素を送る。電解槽10、コンプレッサ26およびユーザ16は、
コントローラ14に連係されている。
器、スレーブコントローラ(HFGS)40は、ユーザ16からのデータ入力を
受ける。この入力は、ユーザ燃料の要求、有効なユーザ燃料、有効なユーザ貯蔵
設備、任意の貯蔵設備で有効な燃料のレベル、有効入力電力、入力電力の種類、
入力電力源の状況およびパーセント使用度の少なくとも一つを含んでも良い。H
FGSコントローラ40は、データの統合性を検証し、モデム44を介して回線
42に沿って、必要ならば、中継器46を利用して、マスターネットワークコン
トローラ48へこのデータを送る。データは、他の形態では、HFGSスレーブ
コントローラ40から、例えば、無線、赤外線、衛星または光手段を介しての無
線送信で、マスターネットワークコントローラ48へ、さらに制御ネットワーク
ハブ50に送られても良い。
、有効電力量、電力使用の瞬間および傾向、瞬間需要および予測需要、ピーク負
荷需要の性質および種類、および予備容量、およびエネルギー源資産のパーセン
ト使用度に関するエネルギー源50の状態が、制御ネットワークハブ50へデー
タ回線54に沿って上述と同じように送られる。
クハブ50は、マスターネットワークコントローラ48を経てユーザの状態およ
び要求、およびエネルギー源52の状態を分析し、ユーザの要求に一致するよう
に最適化されたアルゴリズムを提供すると共に、ユーザにとって実証付けられた
最小限の許容可能コストでプラント負荷切換、プラント動作スケジュール、プラ
ント機能休止/保守を提供する。エネルギー源52は、ネットワークの状態にア
クセスし、資産使用度、コストなどのデータ分析が実行され、最も効果的にユー
ザ16の需要とエネルギー源52の供給との両方を管理する制御ネットワークハ
ブ50に戻るように、動的に連係されている管理センター58へ、上述の手段に
よってデータ回線56に沿ってデータを送る。機密保護バリア60は、ネットワ
ークの安全を維持できるようにそれぞれのユーザ16、エネルギー源52、およ
び管理センター58への機密性および、特別許可されたデータ交換を確実にする
ために、ネットワーク内の様々な位置にあっても良い。
ップ、図6では、特定の電解槽制御ループ、サブユニットを示し、ここで本発明
による一つの形態の制御プログラムの論理ブロック図;ここで、 PMS−コンプレッサ始動圧力; PL−コンプレッサ停止圧力; PLL−入口低圧力; PMO−満タン圧力; ΔP−圧力スイッチ不感帯; PMM−最大許容電解圧力; LL−最小許容電解液レベル。
ト始動時、電解槽10は、ある出力圧力、PHOで水素ガスを発生する。そのよう
な圧力、PHOの大きさは、コンプレッサ始動の動作を調整するために使用される
。PHOが、電解槽10内の液レベルに関連したある最小圧力、PLL、未満である
場合、低圧警報が発生され、プラント停止シーケンスが続く。出力圧力、PHOが
PLLよりも大きい場合、さらなる比較が行われる。出力圧力、PHOがPMSよりも
大きい場合、コンプレッサ始動への最小入力圧力となり、後者は始動シーケンス
を開始する。出力圧力がある最小値、PL未満である場合、コンプレッサ始動は
、PHOの大きさがPMSを上回ってコンプレッサ動作を開始するときまで、アイド
ル状態(停止状態)のままとなる。
て、コンプレッサの出口からの出力圧力、PC、に達する。出力圧力、PC、が安
全しきい値、PMOを上回る場合、コンプレッサの動作が終了される。出力、PC
、がある所望最小値、PMO−ΔP未満である場合、コンプレッサは稼働して水素
を供給、放出する。
に600で示された水素燃料補給装置のブロック図を具備する。装置600は、
交流信号入力を所望の直流信号出力に変換する整流器210、バスバー212、
電解槽10、導管218、220内のそれぞれの酸素214および水素216の
圧力を測定する手段、酸素222および水素224のそれぞれの流れを制御する
ための弁手段、および適当なプラント停止警報器228を備えた電解槽10の所
望動作を確実にするための処理/機器コントローラ226を具備する。
210は、圧力およびレベル制御に関してプラント警報器228の状態を検査す
ることによって、安全状態を確立する。警報器が安全状態を指示する場合、電流
および電圧(電力)が整流器210から電解槽10へ電解槽バスバー212に沿
って送られる。適当な電流/電圧源の適用で、電気分解が電解槽10内で起こり
、水素ガスと酸素ガスとの生成物への水の分解となる。酸素ガスは、酸素圧力手
段214がいつでもその内部で酸素圧力、PO、を監視する導管218に沿って
運ばれて、背圧弁222の調整を通じて酸素圧力を制御する。同様に、水素ガス
は、手段216がいつでもその内部で、水素圧力、PH、を監視する導管220
に沿って運ばれて、制御弁224を通じて水素圧力を制御する。電解槽10の動
作において、酸素側の電解槽の陽極液レベル、LO、および水素側の陰極液レベ
ル、LH、は、P/Iコントローラ226を介して検出されて、弁224に制御
信号を提供して、ある所望圧力における水素および/または酸素ガスの供給を容
易にする。
、一戸建て家屋などにおけるような、その占有者が居住者であっても良い建物、
または事務所、プラント、モール、工場、倉庫などにおけるような工業/商業地
内の少なくとも一つの地理的ゾーン718に居るものとして画定される。そのよ
うなユーザ716は、ゾーンデータ制御および供給手段を代表するゾーンコント
ローラ720に水素需要を記録するために、(i)クレジットカードの使用、(i
i)スマートカードの使用、または(iii)電子、電気、または無線データ送信に
よってその需要を送る。
配する時間、温度、圧力、純度などに関する水素を分配すべき条件、水素の最終
使用目的、および要求された水素の分配レートに関する需要の性質を決定する。
この水素需要のこのような初期画定は、バス722を介しての建物データおよび
制御供給手段を例示するユニットコントローラ721と、全てのコントローラ7
20との間の相互通信が可能となるように、図1A〜1Cで例示されるような「
ハブ」、「スター」、「リング」または「バックボーン」状に構成されたネット
ワークで相互接続された単数または複数のゾーンコントローラ720によって実
行されても良い。
によって需要を受けると、ユニットコントローラ721は、有効エネルギーの量
、有効電力の性質、エネルギーの時間有効性、有効なエネルギー源の種類、エネ
ルギーの増分当たりの単価に関して、それが相互接続されるネットワークコント
ローラ14からの状態をポーリングすることによって、ユニット716にとって
有効なエネルギー源の全ての有効性を決定し、これをエネルギーを発生するのに
要したエネルギー、有効なエネルギー源の種類、エネルギーの増分当たりの単価
と比較し、これを全ユニット716および次のゾーン718によって要求された
水素を生成するのに要したエネルギーと比較する。
製造源10の状態をさらに決定する。初期チェックは、水素源の現在状態、定格
容量のパーセント使用、既知エネルギー消費量に対する既知量の水素を生成する
定格容量、および水素製造源を開始するための処理パラメータ、処理弁、および
電気スイッチ状態を監視することを含む。故に、ネットワークコントローラ14
は、最低可能コストのエネルギー源12を利用することを条件として、ユーザ7
16および次のゾーン718の需要を満たすように、水素製造源10の始動シー
ケンスを開始する。
ルギー源12からのエネルギーを確保し、ユニットコントローラ721およびゾ
ーンコントローラ720を更新して、水素が導管724を通して流れるようにす
る。エネルギーは次にエネルギー源12から消費されて、ユニット716を経て
ユーザおよび718ゾーンに供給される水素および酸素ガスを、生成するための
水素製造源10を介して水素を生成する。
分配をさらに制御するユニットコントローラ721によって監視される。水素は
、ゾーン718によって後に使用するための貯蔵ユニット726に入れることが
できるように流れても、ユニット716内でのさらなる中央分配のための燃料電
池など(図示せず)を介しての水素から電気への変換のための直接変換デバイス
730に導管728に沿って、流入させるようにしても良い。それはさらに、ユ
ニット716内でのさらなる中央分配のためのボイラー、暖房炉、スチームジェ
ネレータ、タービンなど、間接変換デバイス732によって、熱および/または
電気に変換されても良いし、さらに導管728を通過させて、直にゾーン718
に送られるようにしても良い。
分配をさらに制御するデータバス736に沿う、ユニットコントローラ721、
ゾーンコントローラ720および、ゾーンコントローラ734によってさらに監
視される。ゾーン内の水素は、暖房炉、ストーブなど(図示せず)を介して電気
または熱への変換のための、ゾーン718内の直接738または間接740変換
デバイスに入るように流れる。
直接的に到達するように導体742、724、726に沿って送られる電気を購
入するために特定タイプのエネルギー源を選択し、そのゾーン718において、
ゾーン内で水素への変換が、上述のような直接738または間接740変換デバ
イスで使用するためのゾーン718の地理的ドメイン内での、水素発生用の電解
装置744によって起こり、これら全ての変換デバイスはゾーンコントローラ7
20の制御下にある。
適当な状態があると、適切な状態が達成されるまでネットワークコントローラ1
4、ユニットコントローラ721およびゾーンコントローラ720が、水素変換
デバイス730、732、738、740と共に、水素源10および744の動
作を変更または停止させる。コントローラ14、721、734は、ユーザ71
6、718の需要に一致するように、ネットワーク上の一つまたは複数の水素製
造源を調整するように作用するので、ユーザにとって最小限のコストで最小限の
純度で指定されたように、最小限の時間で且つ最小限の分配レートで、最小限の
量の水素を供給するようにユーザ716、718の水素需要を巧く満たすことが
でき、任意に水素需要をスケジュールする。
けて、コントローラ14、721、720は、動作を停止するように水素製造源
10、744に命令し、電気需要の改新された変化について電気エネルギー源2
2に知らせ、任意に水素需要をスケジュールする。
らの特定の形態に限定されないことが理解されるべきである。それどころか、本
発明は、説明され、例示された特定の形態や特徴の機能的または機械的に同等の
ものである全ての形態を含むものである。
ーク間のデータフロー相互関係のブロック図。
ーク間のデータフロー相互関係のブロック図。
ーク間のデータフロー相互関係のブロック図。
ック図。
図。
本発明の形態の概略ブロック図であり、同部分には同参照番号が付されている。
Claims (24)
- 【請求項1】 ユーザに水素燃料を提供するためのエネルギー分配ネットワ
ークであって、 (a)エネルギーリソース手段と、 (b)前記エネルギーリソース手段から前記エネルギーを受ける水素生成手段と
、 (c)前記水素生成手段から水素を受ける水素燃料ユーザ手段と、 (d)前記水素生成手段からの水素を決定、制御および供給するために前記エネ
ルギーリソース手段、前記水素生成手段および前記水素燃料ユーザ手段に連係さ
れたデータ収集、記憶、制御および供給手段とを具備する、ことを特徴とするネ
ットワーク。 - 【請求項2】 前記エネルギーリソース手段が、電気供給手段を具備する、
ことを特徴とする請求項1に記載のネットワーク。 - 【請求項3】 前記水素生成手段は、一つまたはそれ以上の水電解装置を具
備する、ことを特徴とする請求項1または2に記載のネットワーク。 - 【請求項4】 前記水電解装置手段が、複数の水電解装置を具備する、こと
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のネットワーク。 - 【請求項5】 前記水素燃料ユーザ手段は、前記水電解装置のそれぞれの少
なくとも一つと接続される、ことを特徴とする請求項4に記載のネットワーク。 - 【請求項6】 前記データ制御および供給手段は、前記水電解装置手段に連
係されている、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のネットワ
ーク。 - 【請求項7】 前記データ手段は、前記水素燃料ユーザ手段に連係される、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のネットワーク。 - 【請求項8】 前記データおよび情報制御は、エネルギーリソース手段に連
係されている、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のネットワ
ーク。 - 【請求項9】 データ記憶手段を具備する、ことを特徴とする請求項1〜8
のいずれか一項に記載のネットワーク。 - 【請求項10】 前記データ手段は、前記エネルギーリソースの分配の量、
時間および期間、前記水素生成手段に対する予測、およびそれからの水素生成;
前記ユーザ貯蔵手段内の水素圧力およびその変化率;およびユーザ貯蔵手段の容
積から成る群から選択された情報データを提供する手段を具備する、ことを特徴
とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のネットワーク。 - 【請求項11】 前記データ手段は、 (a)前記ユーザによって前記電解装置から要求される水素の量; (b)前記電解装置手段に電気エネルギーを分配する時間; (c)前記エネルギーが前記電解装置手段に分配されるべき期間; (d)前記電解装置手段に送られるべきエネルギーレベル; (e)前記ユーザ貯蔵手段の水素圧力; (f)前記ユーザ貯蔵手段内の水素圧力の変化率; (g)ユーザ貯蔵手段の容積; (h)電気の「リアルタイム」価格および価格予測; からなる群から選択された情報を提供する手段を具備する、ことを特徴とする請
求項3に記載のネットワーク。 - 【請求項12】 前記情報は: (i)前記電解装置手段に対する前記エネルギーリソース手段についてのエネル
ギーレベルの割合または調整の種類と; (ii)発生される化石燃料、水力、原子力、太陽および風力から選択された電気
エネルギーの種類とを具備する、ことを特徴とする請求項11に記載のネットワ
ーク。 - 【請求項13】 (i)ソース水素を供給するための電解槽と、 (ii)アウトレット圧力でアウトレット水素を供給する圧縮手段と、 (iii)前記圧縮手段に前記ソース水素を送る手段と、 (iV)前記ユーザに前記アウトレット水素を送る手段と、 (V)前記アウトレット圧力が選択された最小値まで降下すると前記水素源を提
供するために前記電解槽を起動させる制御手段と、 (Vi)前記制御手段をいつでも動作できるように起動させるユーザ起動手段とを
具備する、こととを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のネットワ
ーク。 - 【請求項14】 前記電荷槽は前記圧縮手段を具備し、それによって、前記
アウトレット水素がソース水素を具備し、前記ステップ(iii)が前記電解槽か
ら構成される、ことを特徴とする請求項13に記載のネットワーク。 - 【請求項15】 前記電解槽は水素燃料機器装置を具備し、前記手段(Vi)
は、車両に燃料として前記アウトレット水素を供給するために前記車両に取り付
け可能な車両取付手段を具備する、ことを特徴とする請求項13に記載のネット
ワーク。 - 【請求項16】 前記貯蔵された水素から前記ユーザにエネルギーを提供す
るために前記ユーザ貯蔵手段に連係されたエネルギー発生手段をさらに具備する
、ことを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載のネットワーク。 - 【請求項17】 前記エネルギー発生手段は、電気を発生させる発電手段を
具備する、ことを特徴とする請求項16に記載のネットワーク。 - 【請求項18】 前記ネットワークは、近距離域、広域または全国的領域送
電ネットワークの導体を具備する、ことを特徴とする請求項17に記載のネット
ワーク。 - 【請求項19】 前記エネルギー発生手段は、熱エネルギーを提供する水素
燃焼手段を具備する、ことを特徴とする請求項16に記載のネットワーク。 - 【請求項20】 前記ユーザが、車両用の内燃機関である、ことを特徴とす
る請求項16に記載のネットワーク。 - 【請求項21】 前記ユーザは発電燃料電池である、ことを特徴とする請求
項16に記載のネットワーク。 - 【請求項22】 前記水素燃料ユーザ手段は、事務所、プラント、工場、倉
庫、ショッピングモール、共同住宅、および棟割式、半棟割式、一戸建て家屋な
どから成る群から選択される少なくとも一つの建物内に位置するまたは関連した
複数の地理的ゾーンを具備し、前記地理的ゾーンの少なくとも一つは、前記地理
的ゾーンに対して請求項1(d)に記載された前記データ収集、記憶、制御およ
び供給手段に連係されたゾーンデータ制御および供給手段を有する、ことを特徴
とする請求項1〜21のいずれか一項に記載のネットワーク。 - 【請求項23】 前記地理的ゾーンの少なくとも二つのそれぞれは、前記水
素生成手段から前記地理的ゾーンへの水素を決定、制御および供給するために、
相互に接続されたネットワーク内の(i)前記データ収集、記憶、制御および供
給手段と、(ii)少なくとも二つの前記地理的ゾーンデータ制御および供給手段
のそれぞれとに連係されたゾーンデータ制御および供給手段と、建築物データ制
御および供給手段とを有する、ことを特徴とする請求項22に記載のネットワー
ク。 - 【請求項24】 前記地理的ゾーンは、燃料電池、ボイラー、暖房炉、スチ
ームジェネレータ、タービン/モータジェネレータ、触媒変換器、および水素発
生電解槽;および貯蔵設備から成る群から選択される水素変換または発生装置を
具備する、ことを特徴とする請求項22に記載のネットワーク。
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