JP2015510747A - 分散型エネルギー源から、電気エネルギーを供給するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

設備負荷における電気エネルギー需要がモニタリングされ（２０１）、需要期間の需要限界（２０２）と比較される。ピーク期間において需要限界が設定されてもよく、一部ピーク期間に別の需要限界が設定されてもよく、オフピーク期間に更に別の需要限界が設定されてもよい。エネルギー貯蔵システムからの電気エネルギーの供給は、需要限界に対する設備負荷の需要に基づく（２０４）。

Description

（関連出願の相互参照） 本出願は、２０１２年１月２０日出願の米国仮出願第６１／５８９，１５８号の利益を主張し、その全体を参照することにより本明細書に組み込む。

本明細書に記載する主題の実施形態は、概して光起電システムに関する。より具体的には、主題の実施形態は、分散型エネルギー源から電気エネルギーを供給することに関する。

電気供給者は、また「電気事業者」とも称され、消費される電気エネルギー量だけではなくまた、電気エネルギーが消費される期間、及び特定の時間間隔にわたる、エネルギー消費の平均電力需要レベルに基づいてその顧客に課金する。より具体的に、電気事業者は、特定の期間における電力需要へのサーチャージである、需要電力料金を課金し得る。電気代を下げるために、光起電システムが利用され得るが、需要電力料金を低下させるために、長い期間にわたり、貯蔵された電気エネルギーをどのように供給することが最良かを判断するために、限定的な努力しかなされてこなかった。

一実施形態において、エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法は、設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングすることを含む。需要期間の需要限界が設定される。設備負荷の電気エネルギー需要が、需要期間中の需要限界と比較される。設備負荷の電気エネルギー需要が需要限界よりも低いと予測されるという判断に応じて、エネルギー貯蔵システムが、需要期間における残余の時間よりも長い期間にわたり、放電限界において電気エネルギーを供給することができるかどうかが判定される。エネルギー貯蔵システムが、需要期間の残余の時間よりも長い期間にわたり、放電限界において、電気エネルギーを供給することができるかどうかの判定に応じて、電気エネルギーがエネルギー貯蔵システムから放電限界において放電される。

別の実施形態において、発電システムは、エネルギー貯蔵システム、設備負荷に電気エネルギーを供給するように連結された光起電システム、及びエネルギー貯蔵システムから設備負荷への電気エネルギーの放電を制御するように構成された制御システムを含み、制御システムは、電気エネルギーの設備負荷の需要をモニタリングして設備負荷の需要を需要期間の需要限界と比較し、かつ設備負荷における電気エネルギー需要と需要限界の比較に基づく放電率で、電気エネルギーをエネルギー貯蔵システムから放電するように構成されている。

別の実施形態において、エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法は、設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングすることを含む。第１の需要期間において、設備負荷の第１の電気エネルギー需要が、第１の需要限界と比較される。設備負荷の第１の電気エネルギー需要が、第１の需要限界よりも大きいという予測が判断される。設備負荷の電気エネルギーに対する第１の需要が、第１の需要限界よりも大きくなると予測されるという判断に応じて、電気エネルギーが、エネルギー貯蔵システムから設備負荷へと第１の出力電力で放電される。設備負荷の第１の電気エネルギー需要が、第１の需要限界よりも大きくないという予測が判断される。設備負荷の第１の電気エネルギー需要が、第１の需要限界よりも大きくないことを予測されるとの判断に応じて、エネルギー貯蔵システムは、第１の入力電力で電気エネルギーを充電される。

本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことにより、当業者には容易に理解されよう。

より完全な本主題の理解は、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによって導き出すことができ、同様の参照番号は、図面全体を通して同様の要素を指す。

本発明の実施形態による、発電システムの概略図を示す。

本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法の流れ図を示す。

本発明の実施形態による、図２の方法の操作から生じる、例示的なプロットを示す。

本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法の流れ図を示す。

本発明の実施形態により、正味需要を推定し、推定正味需要に基づいて需要限界を設定する方法の流れ図を示す。

本発明の実施形態により、需要限界を修正する方法の流れ図を示す。

本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵システムを充電及び放電する方法の流れ図を示す。

本発明の実施形態による、図４〜７の方法の操作から生じる、例示的なプロットを示す。

本開示では、本発明の実施形態を十分に理解するために、装置、部品及び方法の例など、多数の具体的な詳細を提供している。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細のうちの１又は複数を欠いても実施できることは理解されよう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明をしていない。

図１は、本発明の実施形態による、発電システムの概略図を示す。図１の実施例において、発電システムは、エネルギー貯蔵システム１０１、光起電システム１０２、設備負荷１０３、電力系統１０５、及び制御システム１１０を有する。制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１、又は他の分散型エネルギー源から供給される、電気エネルギーを制御するように構成される。図１の実施例において、制御システム１１０は、顧客の設備１００に配設される。顧客の設備１００は、例えば、商業用、官公庁用、又は住宅用設備であってもよい。顧客の設備１００は、任意により、設備負荷１０３を制御するように構成された、設備エネルギー管理システム（ＥＭＳ）１１４を含み得る。

図１の実施例において、顧客の設備１００は、太陽放射から電気エネルギーを生成するための、光起電システム１０２を有する。光起電システム１０２は、他の構成要素の中でもとりわけ、複数の太陽電池１０６、及び光起電インバータ１０７を含み得る。太陽電池１０６は、太陽放射を電気エネルギーに変換する。太陽電池１０６は、ＳｕｎＰｏｗｅｒ（商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のものなど、市販の太陽電池であり得る。光起電インバータ１０７は、太陽電池１０６によって生成された直流電流（ＤＣ）を、電化製品、機械、照明、及び電気エネルギーを消費する他の装置を含み得る、設備負荷１０３により消費するために好適な交流（ＡＣ）へと変換する。光起電システム１０２は、複数のインバータ１０７を有してもよいが、図示の明瞭化のために、図１には１つのみが示される。 光起電システム１０２は、相互接続点（ＰＯＩ）に電気的に接続されてもよく、これは図１の実施例においては、電気設備メータ１０４を備える。

設備負荷１０３は、電気事業者の電力系統１０５、光起電システム１０２、及びエネルギー貯蔵システム１０１により供給される電気エネルギーを消費し得る。制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に制御信号を送信して、エネルギー貯蔵システム１０１に、設備負荷１０３に放電することにより電気エネルギーを供給するように命令するか、又はエネルギー貯蔵システム１０１に電力系統１０５又は光起電システム１０２からの電気エネルギーを使用して充電するように命令してもよい。光起電システム１０２は任意により、エネルギー貯蔵システム１０１と直接接続を有し得る。図１の実施形態において、制御システム１１０は、設備負荷１０３からデータを直接受信し、設備負荷１０３に命令を送信してもよい。他の実施形態において、制御システム１１０は、ＥＭＳ１１４を介して、設備負荷１０３からデータを受信し、設備負荷１０３に命令を送信してもよい。

エネルギー貯蔵システム１０１は、電気エネルギー貯蔵装置、又は電気エネルギー発生装置を含み得る。図１の実施形態において、エネルギー貯蔵システム１０１は、電池及び関連する制御モジュールを有する。一般的に、エネルギー貯蔵システム１０１は、１又は複数の電気化学的（例えば、電池）、電気的（例えば、コンデンサ、ＳＭＥＳ）、機械的（例えば、フライホイール、重力、圧縮空気）、熱的（例えば、冷水、蒸気、躯体）、及び／又は化学的（例えば、天然ガス、水素、ディーゼル）エネルギー貯蔵装置を含み得る。更に、他の実施形態において、エネルギー貯蔵システム１０１の機能性は、反応性負荷、燃料電池、マイクロタービン、内燃機関など、他の分散型エネルギー源によって満たされる場合がある。これらの他の実施形態において、主な違いは、利用可能な放電又は充電電力に影響する、特定の動作制約である。所望の放電、又は充電電力はまた、異なる信号に変換されなくてはならない場合がある（例えば、充電電力の代わりに、サーモスタットをより低い設定点に変える）。

図１の実施例において、制御システム１１０は、プロセッサ１１１（例えば、マイクロプロセッサ又は中央演算処理装置）、メモリ１１２（例えば、ランダムアクセスメモリ、データ貯蔵装置）、及びインターフェース１１３を含む。制御システム１１０は、プロセッサ１１１によって実行される、メモリ１１２に記憶される、対応するコンピューター可読プログラムコードを有することにより、方法の段階を実行することができる。制御システム１１０の制御システムはまた、制御機能を実行するために、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラなどの、ハードウェア又はソフトウェアに基づく動作論理を有してもよい。

インターフェース１１３は、制御システム１１０が、エネルギー貯蔵システム１０１、光起電システム１０２、及び設備負荷１０３と通信することを可能にする（例えば、ＥＭＳ１１４により）。インターフェース１１３は、コンピューターネットワークインターフェース、信号ケーブル、無線通信インターフェース、及び／又は装置通信のための他の手段を含み得る。制御システム１１０の機能性は、実装形態により、１又は複数の装置の間で分散されてもよい。制御システム１１０の機能性はまた、エネルギー貯蔵システム１０１、光起電システム１０２、又はＥＭＳ１１４に組み込まれてもよい。

制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１から電気エネルギーの供給を制御するように構成されてもよい。一実施形態において、制御システム１１０は、需要電力料金を下げ、ある期間と別の期間で変化する電気エネルギー量を最大化するように構成される。例えば、制御システム１１０は、需要電力料金が最高であるピーク期間の間に、エネルギー貯蔵システム１０１から、電気エネルギーの殆どを供給するように、アービトラージモード（ａｒｂｉｔｒａｇｅ ｍｏｄｅ）で動作するように構成されてもよい。

電気事業会社は、請求期間、使用時間、及び間隔に基づいて、消費される電気エネルギーに対して異なる需要電力料金を課してもよい。「請求期間」とは、請求されるパラメータが判断される期間である。例えば、需要電力料金は、１ヶ月ごとの請求期間に基づいて評価されることが多い。請求期間はまた、１年毎であってもよい。料金は請求期間によって異なる場合が多い。例えば、夏の料金は、典型的には冬の料金よりも高い。

使用時間（ＴＯＵ）は、異なる料金（需要及び／又はエネルギー）が適用される期間である。ＴＯＵ期間は、請求期間により変化し得る。例示的な夏ピークＴＯＵ期間は、５月から１０月の、休日を除いた、正午から午後６時である。多くの場合、全て異なる料金で規定された（例えば、ピーク、一部がピーク、ピーク外）いくつかのＴＯＵ期間が存在する。例えば、冬の一部ピーク期間（１１月〜４月の請求期間）は、異なる期間にわたって規定され、夏の一部ピーク期間とは異なる料金である。いくつかの料金体系は、エネルギーに関してのみ、請求期間内にＴＯＵ期間を有し、需要に関しては有さないか、又はその逆である。

「間隔」とは、請求されるエネルギー又は需要が判断される、時間の最小単位である。例として需要電力料金の間隔は１５分間である。この例において、請求期間内の特定のＴＯＵ期間の需要電力料金は、これらの期間の所定の１５分間隔における、最大平均需要に基づく。

制御システム１１０は、特定の請求期間、ＴＯＵ期間、及び間隔における需要限界を満たすために、エネルギー貯蔵システム１０１から、電気エネルギーを供給するように構成され得る。需要限界は、電力の単位（例えば、キロワット（ｋＷ））で表現されるレベルを有し得る。需要限界は、設備負荷１０３の電気エネルギーの需要と比較するための基準レベルとして機能し得る。設備負荷１０３の需要が、需要限界に近づくとき、制御システム１１０は、設備負荷１０３の需要が、需要限界と同じレベルにあるように、電気エネルギーをエネルギー貯蔵システム１０１から十分な放電するように構成され得る。設備負荷１０３の需要が需要限界よりも低いとき、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に貯蔵される電気エネルギー量、及び需要期間の残余時間に応じて、需要期間の終了時まで、放電限界において、電気エネルギーをエネルギー貯蔵システム１０１から放電するように構成され得る。例えば、放電限界は、最大電力であり得る。

一実施形態において、制御システム１１０は、ピーク期間中に、標的ピーク需要限界を満たすように構成される。ピーク需要限界は、過去の負荷、光起電生成、及び将来のこれら上記数量値の予測に基づく場合がある。ピーク需要限界は、設備負荷１０３の最大予測正味需要から、エネルギー貯蔵システム１０１の電力定格及び設備１００の制御可能な負荷をマイナスしたものに基づく場合がある。設備負荷１０３の正味需要は、設備負荷１０３のエネルギー需要から、１５分間隔毎の光起電システム１０２の出力をマイナスしたものであり得る。光起電システム１０２及びエネルギー貯蔵システム１０１はその後、標的ピーク需要限界を維持するように操作される。

操作中、標的ピーク需要限界の維持が、所与の一日に需要される制限されたエネルギーを勘案して実行不可能であると予測される場合、ピーク需要限界は、予測に基づき再設定され得る。これは、結果として、エネルギー貯蔵システム１０１を、より低い電力においてより長い時間稼働させて、需要期間（正味需要が典型的に最も高い）の終了時近くに電気エネルギーが尽きることなく、需要をより少ない量に減らし、したがって需要電力料金に影響しない。エネルギー貯蔵システム１０１は、計画段階において、貯蔵期間の必要性を低く見積もったことによる、システムエネルギーのいずれかの不足を予防するための、臨時又はバックアップ予備源として主に使用される、制御可能な負荷又は需要源と相互作用してもよい。

需要源の特定の電力／期間曲線は典型的には、装置、ビルの熱容量、及び快適性要件に基づき、設備に特有である。一般的に、設備内で延長される負荷の量は、延長の持続時間に応じて減少し、よってエネルギー貯蔵の比較的短時間の不足（例えば、１時間以下）を管理するために最も適切に使用される。いずれかの所与の一日において、エネルギー貯蔵システム１０１において余剰エネルギーが利用可能である場合、余剰エネルギーは、例えばエネルギー貯蔵システム１０１におけるような、全ての残余の利用可能なエネルギーが、アービトラージモードで使用されるように、供給されてもよい。これは、エネルギー貯蔵システム１０１内のエネルギー量をモニタリングし、ピーク需要期間の時間量が、最大電力におけるエネルギー貯蔵システム１０１の残余の放電期間より少ないか等しくなったときに、これを最大電力で供給することによって達成され得る。エネルギー貯蔵システム１０１の再充電はまた、オフピーク需要電力料金の増大を避けるために制限されてもよい。これは、最大再充電需要を制限すること、及び／又は負荷の低い夜間と充電の時間を合わせることによって達成され得る。

図２は、本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵システム１０１から電気エネルギーを供給する方法２００の流れ図を示す。方法２００は例示目的でのみ図１に示された構成要素を参照して説明される。

図２の実施例において、方法２００は、設備負荷１０３の正味需要をモニタリングする（段階２０１）制御システム１１０を備える。一実施形態において、正味需要は、設備負荷１０３により必要とされる電気エネルギーの量から、光起電システム１０２の出力をマイナスしたものである。この実施例において、正味需要は、エネルギー貯蔵システム１０１がどのように挙動すべきかを判断するために、需要限界と比較されるプロセス変数である。需要限界など、正味需要はまた、電力の単位（この場合はｋＷ）で表現され得る。

制御システム１１０は、正味需要を、ピーク需要限界と比較する（段階２０２）。正味需要がピーク需要限界を超えるものと予測されるとき（例えば、正味需要の現在の傾向に基づき）、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に、ピーク需要限界を維持し、最大電力より少ないか等しい十分な電力を放電するよう命令する（段階２０３）。すなわち、正味需要がピーク需要限界よりも大きいとき、エネルギー貯蔵システム１０１は、正味需要とピーク需要限界との間の差をカバーするために、十分な電力を供給するように命令される。特定の実施例として、正味需要が５０００ｋＷであり、ピーク需要限界が４０００ｋＷであるとき、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に、正味需要のレベルと、ピーク需要限界との間の差分（この特定の実施例においては１０００ｋＷ）を放電させるように命令する。

正味需要が、ピーク需要限界を超えないものと予測されるとき、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１が、需要期間の残余の時間よりも長い期間にわたって最大電力で放電できるかどうかを判断する（段階２０４）。「最大電力」は、エネルギー貯蔵システム１０１がその時に放電できる最大量であり、エネルギー貯蔵システム１０１の１００％の電力定格であり得る。エネルギー貯蔵システム１０１が、需要期間の残余時間と等しいか又はより長い期間にわたって最大電力で放電するために、十分な電気エネルギーを有する場合、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に、需要期間の最後まで、最大電力で放電するように命令する（段階２０４〜段階２０５）。あるいは、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１が設備負荷１０３の正味需要のモニタリングを継続するように命令する（段階２０４〜段階２０１）。

モニタリングされた正味需要、及びエネルギー貯蔵システム１０１における残余の充電に基づく予測が、ピーク需要限界を満たすことが不可能であることを示す場合、ピーク需要限界のレベルが、方法２００の動作中にわたって動的に変動し得ることが、認識され得る。この場合、ピーク需要限界は、予測に合うように、逓増する（すなわち、増大する）ことがある。方法２００はまた、ピーク需要限界に合うように、エネルギー貯蔵システム１０１以外の、需要側の供給源からの、電気エネルギーの供給を組み込んでもよい。

図３は、本発明の実施形態による、典型的な夏の日における、方法２００の操作から生じる例示的なプロットを示す。図３の実施例において、縦軸は、ｋＷ（キロワット）による電力を示し、横軸は一日の時間を示す。ピーク、及び一部ピーク需要期間の時間が図３に示される。

図３は、設備負荷１０３の総需要のプロット３０１、設備負荷１０３の制御された需要のプロット３０２、光起電システム１０２の出力のプロット３０３、エネルギー貯蔵システム１０１の供給のプロット３０４、及び設備負荷１０３の正味需要のプロット３０９を示す。プロット３０４の正の値は、電気エネルギーを設備負荷１０３に放電するエネルギー貯蔵システム１０１を示し、負の値は、電力系統１０５により充電されるエネルギー貯蔵システム１０１を示す。

制御された需要のプロット３０２は、設備負荷１０３の総需要から、光起電システム１０２の出力及びエネルギー貯蔵システム１０１の出力又は入力をマイナスしたものである。正味需要（プロット３０９）が、ピーク需要限界（３０８参照）を超えて増大するとき、制御システム１１０は、方法２００（図２参照）の段階２０３におけるピーク需要限界を満たすように、エネルギー貯蔵システム１０１に、設備負荷１０３（３０５及び３０６を参照）に十分な電気エネルギーを（〜最大電力で）放電するように命令する。これは、ピーク需要限界を超えない、制御された需要のプロット３０２を生じる。エネルギー貯蔵システム１０１が、ピーク需要期間における残余の時間と等しいか又はより長い期間にわたり、最大電力で電気エネルギーを供給するのに十分なエネルギーを有する場合、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に、需要期間の残余の時間にわたり（すなわち、方法２００の段階２０５におけるピーク需要期間の最後まで）、電気エネルギーを最大電力で放電する（３０７参照）ように命令する。

上記の需要限界手法は、一季節の一期間（夏のピーク期間）にわたってのみ適用されるが、需要限界手法は、異なる季節の異なる期間にわって適用されてもよい。異なる期間にわたり、利用可能な供給エネルギーを最適に分配することにより、ピーク期間のみにわたって需要限界手法を単純に使用するよりも、実質的により良好な結果が得られる場合がある。例えば、別個の需要限界をピーク期間に、別個の需要限界を一部ピーク期間に、かつ別個の需要限界をオフピーク期間に設定することにより、異なる期間に異なる需要限界が設定され得る。夏のピーク期間に対する別個の需要限界、冬のピーク期間に対する別個の需要限界など、期間はまた、季節によって更に最適化されてもよい。正味需要の予測と需要限界の割り当ての組み合わせることにより、太陽エネルギー資源及びその下の設備負荷の変化による通常を下回る性能の恐れが低減されて、より高い価値をもたらし得る。

エネルギーが供給される正味負荷が変化するに伴ってエネルギー貯蔵システムの値がどのように変化するかを理解するため（特に、一度システムが導入されるとこれらのパラメータ（ｋＷ及びｋＷｈ）が比較的一定であることを考慮して）、モデリング調査が発明者によって行われた。原則的に、まず、正味負荷が前提として既知であるシナリオにおいて、抽出され得る最大値を判定する。この基準値により、正味負荷形状の変化、及び正味負荷形状を予測する上でのエラーの両方の影響を判定することができる。これらの関係を調査する間、発明者は、いずれかの需要期間中（例えば、夏のピーク需要期間のみではなく）の需要を制御するように、エネルギー貯蔵システムからの電気エネルギーが供給されるようにする手法が、最も最適であることを判断した。これは、対費用効果が低い、一部ピーク及びオフピークの需要電力料金に対処するために、有意な追加的期間が加えなければならないことを示した、他のより単純な手法に基づく先行の発見とは対照的である。本明細書において開示される需要限界手法は、夏以外のピーク期間中に、より短期間の貯蔵が、選択的に供給されることを可能にする。需要限界手法はまた、非ピークの需要電力料金を低減させ、有意な追加的な価値をもたらす。需要限界手法は、正味負荷が需要限界を下回ったときに、貯蔵電力を再充電することを可能にするため、これは比較的短い期間の貯蔵電力を、負荷を平準化して、一日の遅い時間へと延ばし、一方でピーク負荷に供給する。これはまた、貯蔵が、冬の期間に一部ピーク及びオフピーク需要の両方をカバーするために、より長い期間（最大電力出力よりも低い）を達成するように設定されることを可能にする。

具体的に、異なる期間の（特に、一部ピーク期間の）需要限界レベルを平準化することにより、有意な利益をもたらすことができる。需要限界手法は、各月の各期間における最大需要を推定し、その後各期間における最大需要を、エネルギー貯蔵装置の電力定格よりも低いレベルに設定してもよい。これらの需要限界レベルの調整は単に、所定の需要期間において、エネルギー貯蔵システムが、その電力定格の１００％未満の出力に制限されることを意味する。これは、この期間中におけるエネルギー貯蔵システムの利用可能な期間を有効に延ばす。一部ピーク期間の供給レベルの低減は特に有効であり、これは、それによって常時の需要電力料金が（適用可能な場合）低減されるためである。需要限界レベルの適切な調整はまた、年毎の、正味負荷形状の変化の不の影響を低減させるためにも有効である。

図４は、本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法４００の流れ図を示す。方法４００は、エネルギー貯蔵システム１０１からの電気エネルギーを供給するために、制御システム１１０により実行され得る。図４の実施例により、方法４００は、段階４１０、４２０、及び４３０を備える。これらの段階はそれぞれ、図５、６、及び７を参照して更に説明される。図４〜７の方法は、単に例示目的のために、図１に示される構成要素を参照して説明される。

図４の実施例において、方法４００は、正味需要を推定し、推定正味需要に基づいて需要限界を設定する段階を含む（段階４１０）。この段階は、計画段階においてオフラインで、及び直近のデータ履歴に基づいてシステムの動作中に周期的に行ってもよい。設備負荷１０３の正味需要がモニタリングされ、需要限界が、設備負荷１０３の実際の正味需要に基づいてリアルタイムで（すなわち、発電システムの動作中に）修正される（段階４２０）。一実施形態において、設備負荷１０３の正味需要は、設備負荷１０３により必要とされる電気エネルギーの量から、光起電システム１０２の出力をマイナスしたものである。エネルギー貯蔵システム１０１は、設備負荷１０３の正味需要の需要限界に対する比較に基づいて充電及び放電される（段階４３０）。段階４２０及び４３０は、需要期間の各間隔において実行される。

図５は、本発明の実施形態により、正味需要を推定し、推定正味需要に基づいて需要限界を設定する方法の流れ図を示す。図５の方法は、方法４００の段階４１０の特定の実施形態である（図４参照）。図５の方法は、直近のデータ履歴に基づいて、計画段階においてオフラインで、及びシステムの動作中に周期的に行ってもよい。

図５の実施例において、各請求期間における、各ＴＯＵ期間の最大需要が推定される（段階４１１）。特定の例として、需要電力料金は、ピーク期間需要電力料金、一部ピーク期間需要電力供給、及び常時の需要電力料金に基づいて、１ヶ月ごとの請求期間に請求されてもよい。月の各ＴＯＵ期間（例えば、ピーク、一部ピーク、オフピーク、又は常時）の最大需要電力料金は、過去の状態、並びに、天気及び／又は需要の予測に基づいて推定され得る。次の月の各ＴＯＵ期間に最大需要電力料金の推定は、現在の月の最後に行われてもよい。

図５の実施例において、請求期間内の各ＴＯＵ期間内の最適需要低減が推定される（段階４１２）。最適化した需要低減は、各需要期間における最大需要低減を、エネルギー貯蔵システム１０１の電力定格の１００％より小さいか等しい割合に設定する。最適化した需要低減は、過去のデータを使用した、経済的最適化に基づく場合がある。最適化した需要低減は、全年に関して設定されてもよく、又は前の月、若しくは関心の別の期間に基づいてもよい。

各期間における最適需要限界は、各請求期間における各ＴＯＵ期間の推定最大需要、及び請求期間内の各ＴＯＵ期間の推定最適需要低減に基づいて計算され得る（段階４１３）。例えば、最適需要限界は、推定最大需要から、最適需要低減をマイナスしたものであり得る。最適需要限界はその後、図７の方法におけるように、発電システムの動作中の、需要限界として使用され得る。最適需要限界は、図６を参照して説明されるように、発電システムの動作中に動的に調節されてもよい。

図６は、本発明の実施形態により、需要限界を修正する方法の流れ図を示す。図６の方法は、方法４２０の段階４００の特定の実施形態である（図４参照）。図６の方法は、需要期間の各間隔において、リアルタイムで（すなわち、発電システムの通常動作中において）行われる。有利であることに、図６の方法は、需要限界の動的調節が負荷条件の変更に適合することを可能にする。

図６の例において、設備負荷１０３の正味需要は、間隔の最後までモニタリングされる（段階４２１）。設備負荷１０３の正味需要の平均は、先に計算された需要限界（図５の段階４１３参照）に対して比較される（段階４２２）。設備負荷１０３の正味需要の平均が、推定最大需要より大きいか等しいとき、制御システム１１０は、推定最大需要を、直前の間隔の実際の正味需要と同じレベルに再設定し（段階４２２〜４２３）、新しい推定最大需要を最適需要低減から引くことによって、需要限界を再計算する。あるいは、設備負荷１０３の正味需要の平均が、推定最大需要よりも低い場合、制御システム１１０は、間隔の最後まで、設備負荷１０３の正味需要を単純にモニタリングし続ける（段階４２２〜４２１）。

図７は、本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵システムを充電及び放電する方法の流れ図を示す。図７の方法は、方法４００の段階４３０の特定の実施形態である（図４参照）。図７の方法は、図６の方法と共に、需要期間の各間隔において、リアルタイムで（すなわち、発電システムの通常動作中において）行われる。

図７の実施例において、制御システム１１０は、現在の間隔の需要限界を読み、現在の間隔の最後まで設備負荷１０３の正味需要をモニタリングする（段階４３１）。現在の間隔における需要限界が、レジスターに、表に、又は変数として、例えば、計画段階中に若しくは動作中に周期的にオフラインで計算した後（図５の段階４１３参照）、あるいは、図６に関して記載されたようにリアルタイムで調節した後に、貯蔵されてもよい（図６の段階４２３を参照）。制御システム１１０は、現在の時間及びデータに基づいて、現在の間隔の需要限界を選択してもよい。制御システム１１０はその後、設備負荷１０３の正味需要を需要限界と比較する（段階４３２）。

設備負荷１０３の正味需要が、需要限界よりも大きいものと予測される場合（例えば、正味需要の現在の傾向に基づいて）、制御システム１１０は、放電ロックアウトが適切に設定されているか点検する（段階４３２〜４３３）。エネルギー貯蔵システム１０１の充電又は放電は、実装形態により、例えば、ＴＯＵ期間、エネルギー貯蔵システム１０１の充電状態、需要期間の残余時間など、１又は複数の基準に基づいて阻止されてもよい。放電ロックアウトが適切に設定されているとき（すなわち、放電が阻止されているとき）制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１の放電を実行しない。その代わりに、制御システム１１０は、設備負荷１０３の正味需要を単純にモニタリングし続ける（段階４３３〜段階４３１）。あるいは、放電ロックアウトが適切に設定されていないとき、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１を放電モードに設定する（段階４３３〜４３４）。制御システム１１０は、出力電力が、エネルギー貯蔵システム１０１によって放電されることを判断する（段階４３５）。一実施形態において、制御システム１１０は、出力電力が、 ａ）命令電力＝設備負荷１０３の正味需要−需要限界 ｂ）電力限界（最適需要低減） ｃ）エネルギー限界（エネルギー貯蔵システム１０１の使用可能な充電の状態が、間隔の終わりに０％と等しくなる電力）のうち最も小さなものに基づいて、エネルギー貯蔵システム１０１によって放電されることを判断する。 エネルギー貯蔵システム１０１の使用可能な充電（ＳＯＵＣ）の状態は、循環範囲の所望の深さに基づく、エネルギー貯蔵システム１０１に残っている使用可能な電気エネルギーの割合である。制御システム１１０はまた、本発明の利益から逸脱することなく、出力電力が、他の要素又は方法を用いて、エネルギー貯蔵システム１０１により放電されることを判断し得る。

制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に出力電力において放電するように命令し（段階４３６）、設備負荷１０３の正味需要のモニタリングを継続する（段階４３６〜４３１）。

設備負荷１０３の正味需要が、需要限界よりも大きいものと予測されない場合、制御システム１１０は、充電ロックアウトが適切に設定されているか点検する（段階４３２〜４３７）。充電ロックアウトが適切に設定されるとき（すなわち、充電が阻止される）、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１の充電が実行されず、設備負荷１０３の正味需要のモニタリングを単に継続する（段階４３７〜４３１）。あるいは、充電ロックアウトが適切に設定されていないとき、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１を充電モードに設定する（段階４３７〜４３８）。制御システム１１０は、入力電力がエネルギー貯蔵システム１０１を充電することを判断する（段階４３９）。一実施形態において、制御システム１１０は、入力電力が、 ａ）命令電力＝需要限界−設備負荷１０３の正味需要 ｂ）電力限界（エネルギー貯蔵システムネームプレート充電電力１０１（ｋＷ）） ｃ）エネルギー限界（エネルギー貯蔵システム１０１のＳＯＵＣが間隔の終わりで１００％に等しくなる電力）のうちの最も小さいものに基づいてエネルギー貯蔵システム１０１を充電することを判断する。

制御システム１１０はまた、本発明の利益から逸脱することなく、出力電力が、他の要素又は方法を用いて、エネルギー貯蔵システム１０１を充電することを判断し得る。

制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１に入力電力において充電するように命令する（段階４４０）。一実施形態において、エネルギー貯蔵システム１０１は、電力系統１０５からの電気エネルギーを使用して充電される。制御システム１１０は、設備負荷１０３の正味需要を単純にモニタリングし続ける（段階４４０〜段階４３１）。

図８は、本発明の実施形態による、図４〜７の方法の操作から生じる、例示的なプロットを示す。図８の実施例において、縦軸は、ｋＷによる電力を示し、横軸は１日の時間を示す。ピーク、及び一部ピーク需要期間の時間が図８に示される。ピーク及び一部ピーク需要期間外の時間においてオフピーク需要期間が生じる。

図８は、設備負荷１０３の総需要のプロット３５１、設備負荷１０３の制御された需要のプロット３５２、光起電システム１０２の出力のプロット３５３、エネルギー貯蔵システム１０１の充電及び放電のプロット３５４、及び設備負荷１０３の正味需要のプロット３７９を示す。制御された需要のプロット３５２は、設備負荷１０３の総需要から、光起電システム１０２及びエネルギー貯蔵システム１０１の出力をマイナスしたものである。正味需要（プロット３７９）が、ピーク需要期間中にピーク需要限界（３６５参照）を超えて増大するとき、図４の段階４３０において、更に、図７の段階４３８〜４４０において更に詳細に示されるように、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１が、ピーク需要限界（３７１及び３７２参照）を満たすように、十分な電力を放電するように命令する。これは、ピーク需要限界を超えない、制御された需要のプロット３５２を生じる。

同様に、正味需要（プロット３７９）が、一部ピーク需要期間中にピーク需要限界（３６７参照）を超えて増大するとき、方法４００の段階４３０において、更に、図７の段階４３８〜４４０において更に詳細に示されるように、制御システム１１０は、エネルギー貯蔵システム１０１が、一部ピーク需要限界（３７３参照）を満たすように、十分な電力を放電するように命令する。一部ピーク需要期間中の同じ点において、平均正味需要は、推定最大一部ピーク需要よりも大きい。これに応じ、制御システム１１０は、図４の段階４２０におけるように、かつ更に詳細には図６の段階４２１〜４２３におけるように、推定最大一部ピーク需要をより高いレベルへと動的に増大させ、これにより調節された一部ピーク需要限界を生じさせる（３６６参照）。

図８の例において、プロット３５４の負の値は、エネルギー貯蔵システム１０１が充電していることを示し、正の値はエネルギー貯蔵システム１０１が放電していることを示す。図４の段階４３０、及び更に詳細には図７の段階４３４〜４３６におけるように、エネルギー貯蔵システム１０１の充電は、正味需要が需要限界未満であるときに生じる（３７５〜３７７）。

図８の実施例において、正味需要は夏のピーク需要限界を１６時から超え、貯蔵システム１０１は、この需要レベル（プロット３５４の正の値）を維持するように放電する。１７時は、ピーク需要期間の終了時であり、一部ピーク需要期間の開始時であり、そのため需要限界レベルは一部ピークの値へと再設定される。方法は、正味需要が需要限界を下回るときに、エネルギー貯蔵システム１０１が充電することを可能にし、需要限界レベルが維持され得る期間を延長し、午後の一部ピーク需要期間における正味需要を効果的に平均化することに留意されたい。１８時１５分に、設備需要が前の予測されたレベルを超えると、動的需要限界の再設定により一部ピーク需要限界の上方への再設定が生じる。オフピーク需要期間は２０時３０分から始まる。オフピーク需要限界はまた、エネルギー貯蔵システム１０１の再充電がオフピーク又は常時の需要電力料金に影響しないように、設定され得る。いくつかの場合において、エネルギー貯蔵システム１０１はまた、オフピーク又は常時の需要限界を維持するために、オフピーク需要期間中に放電してもよい。異なる期間における調整された各需要限界レベルパラメータは、光起電システム、エネルギー貯蔵システム、及び設備負荷をモデリングし、最大達成可能値を繰り返し出すことによって調節され得る。これは、変化する条件によりよく適合するように、規則的に（例えば、毎月）行われてもよい。

上記の実施形態は、期間が制限された、エネルギー貯蔵を含む。設備により供給される天然ガスにより駆動されるマイクロタービンの場合におけるように、エネルギー貯蔵の期間が制限されない他の実施形態において、最適化を必要としない、燃料費、操作費用、及び維持費などの、他の制約が存在し得る。それでも、本明細書において記載されるように、需要の予測を確立すること、この需要を動的に再設定すること、及び各需要期間における最適供給レベルを判断することは、期間が制限されないエネルギー貯蔵に直接応用可能である。

エネルギー貯蔵システムからの電気エネルギーを供給するための方法及び装置が開示されている。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は例示を目的としたものであり、限定的なものでないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者にとっては明らかとなろう。

エネルギー貯蔵システムからの電気エネルギーを供給するための方法及び装置が開示されている。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は例示を目的としたものであり、限定的なものでないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者にとっては明らかとなろう。
（項目１）
光起電システムにより生成される電気エネルギーを供給する方法であって、前記方法は、
光起電システムからの電気エネルギーで電池を充電する段階と、
設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングする段階と、
第１の需要期間の第１の需要限界を設定する段階と、
前記設備負荷の第１の電気エネルギー需要を、前記第１の需要期間の前記第１の需要限界と比較する段階と、
前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要限界よりも低いと予測されると判断することに応じて、前記電池が、前記第１の需要期間における残余の時間よりも長い期間にわたり、放電限界において電気エネルギーを供給できるかどうかを判断する段階と、
前記電池が、前記第１の需要期間の前記残余の時間より長い時間にわたり、前記放電限界において、電気エネルギーを供給できるかどうかを判断することに応じて、前記放電限界において前記電池から電気エネルギーを放電する段階と、を備える方法。
（項目２）
前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が前記第１の需要限界よりも大きいと判断することに応じて、前記第１の需要限界に基づき前記電池から電気エネルギーを放電する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
（項目３）
前記電池は、前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要のレベルと前記第１の需要限界のレベルとの間の差と等しい電気エネルギーを放電する、請求項１又は２に記載の方法。
（項目４）
前記放電限界は、前記電池の１００％の電力定格である、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
（項目５）
前記放電限界は、前記電池の１００％の電力定格でない、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
（項目６）
第２の需要期間の第２の需要限界を設定する段階と、
前記設備負荷の第２の電気エネルギー需要を、前記第２の需要期間の前記第２の需要限界と比較する段階とを更に備え、
前記第２の需要限界は、前記第１の需要限界とは異なり、前記第２の需要期間は、前記第１の需要期間の直後である、請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
（項目７）
発電システムであって、
エネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギー貯蔵システムを充電する光起電システムと、
前記エネルギー貯蔵システムから設備負荷への電気エネルギーの供給を制御する制御システムとを備え、前記制御システムは、前記設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングし、前記設備負荷の前記需要を需要期間の需要限界と比較し、前記エネルギー貯蔵システムが、需要期間の残余の時間よりも長い期間にわたり放電限界において放電するために十分な電気エネルギーを有するときに、前記放電限界で前記エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを放電する発電システム。
（項目８）
前記エネルギー貯蔵システムが電池を有する、請求項７に記載の発電システム。
（項目９）
光起電システムにより生成される電気エネルギーを供給する方法であって、前記方法は、
光起電システムからの電気エネルギーでエネルギー貯蔵システムを充電する段階と、
設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングする段階と、
第１の需要期間中に前記設備負荷の第１の電気エネルギー需要を第１の需要限界と比較する段階と、
前記エネルギー貯蔵システムが、前記第１の需要期間の残余の時間よりも長い期間にわたって、第１の放電限界において電気エネルギーを供給することができることを検出する段階と、
前記エネルギー貯蔵システムが、前記第１の需要期間の前記残余の時間よりも長い時間にわたり、前記第１の放電限界において、電気エネルギーを供給できると検出することに応じて、前記第１の放電限界において前記エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを放電する段階と
を備える方法。
（項目１０）
前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要限界よりも大きいと検出することに応じて、前記第１の需要限界に基づいて前記エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを放電する段階を更に備える、請求項９に記載の方法。

Claims (20)

1. エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法であって、前記方法は、
   設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングする段階と、
   需要期間中の需要限界を設定する段階と、
   前記設備負荷の前記電気エネルギー需要を、前記需要期間の前記需要限界と比較する段階と、
   前記設備負荷の前記電気エネルギー需要が前記需要限界よりも低いと予測されるとの判断に応じて、エネルギー貯蔵システムが、前記需要期間における残余の時間と同等か又はよりも長い期間にわたり、放電限界において電気エネルギーを供給できるかどうかを判断する段階と、
   前記エネルギー貯蔵システムが、前記需要期間の残余の時間と等しいか又はより長い時間にわたり、前記放電限界において、電気エネルギーを供給することができるとの判断に応じて、前記放電限界において前記エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを放電する段階と
   を備える方法。
2. 前記設備負荷の前記電気エネルギー需要が前記需要限界よりも大きいと予測されるとの判断に応じて、前記需要限界に基づき前記エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを放電する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記エネルギー貯蔵システムは、前記設備負荷の前記電気エネルギー需要のレベルと前記需要限界のレベルとの間の差と等しい電気エネルギーを放電する、請求項２に記載の方法。
4. 前記エネルギー貯蔵システムは、電池を有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記放電限界は、前記電池の１００％の電力定格である、請求項４に記載の方法。
6. 前記設備負荷の前記電気エネルギー需要が、最大予測需要を超えるときに、前記エネルギー貯蔵システムを含む発電システムの動作中に、前記需要限界を動的に調節する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
7. 発電システムであって、
   エネルギー貯蔵システムと、
   設備負荷に電気エネルギーを提供するように連結された光起電システムと、
   前記エネルギー貯蔵システムから前記設備負荷への電気エネルギーの放電を制御する制御システムと
   を備え、
   前記制御システムは、電気エネルギーに対する前記設備負荷の需要をモニタリングし、前記設備負荷の前記需要を需要期間の需要限界と比較し、電気エネルギーに対する前記設備負荷の前記需要及び前記需要限界の比較に基づく放電率で、前記エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを放電する発電システム。
8. 前記制御システムは、前記エネルギー貯蔵システムが、前記需要期間の残余の時間と等しいか又はより長い期間にわたって、最大電力で放電するために十分な電力エネルギーを有する場合に、電気エネルギーを前記エネルギー貯蔵システムから前記設備負荷へと最大電力で放電する、請求項７に記載の発電システム。
9. 前記エネルギー貯蔵システムは、電池を有する、請求項７に記載の発電システム。
10. 前記制御システムは、前記設備負荷の前記需要が最大予測需要よりも大きいとき、前記需要限界を調節する、請求項７に記載の発電システム。
11. 前記制御システムは、前記需要限界を増大させる、請求項１０に記載の発電システム。
12. 前記エネルギー貯蔵システムは、電力系統に連結される、請求項７に記載の発電システム。
13. 前記エネルギー貯蔵システムは、前記設備負荷の前記需要が前記需要限界よりも小さいときに、前記電力系統からの電気エネルギーで充電される、請求項１２に記載の発電システム。
14. エネルギー貯蔵システムから電気エネルギーを供給する方法であって、前記方法は、
    設備負荷の電気エネルギー需要をモニタリングする段階と、
    第１の需要期間中に前記設備負荷の第１の電気エネルギー需要を第１の需要限界と比較する段階と、
    前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要限界よりも大きいと予測されることを検出する段階と、
    前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要限界よりも大きいと予測されることを検出することに応じて、第１の出力電力でエネルギー貯蔵システムから前記設備負荷へと電気エネルギーを放電する段階と、
    前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要限界よりも大きくないと予測されることを検出する段階と、
    前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要限界よりも大きくないと予測されることを検出することに応じて、前記エネルギー貯蔵システムを第１の入力電力で充電する段階とを備える方法。
15. 前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要が、前記第１の需要期間中の最大予測需要よりも大きいことを検出する段階と、
    前記設備負荷の前記第１の電気エネルギー需要の平均が、前記第１の需要期間中の前記最大予測需要よりも大きいことを検出することに応じて、前記第１の需要限界を増大させる段階とを更に備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記エネルギー貯蔵システムは、電力系統からの電気エネルギーを使用して、前記第１の入力電力で充電される、請求項１４または１５に記載の方法。
17. 前記エネルギー貯蔵システムは、電池を有する、請求項１４に記載の方法。
18. 前記第１の需要期間の後の第２の需要期間中に、前記設備負荷の第２の電気エネルギー需要を第２の需要限界と比較する段階と、
    前記設備負荷の前記第２の電気エネルギー需要が、前記第２の需要限界よりも大きいと予測されることを検出する段階と、
    前記設備負荷の前記第２の電気エネルギー需要が、前記第２の需要限界よりも大きいと予測されることを検出することに応じて、前記第２の需要期間中に電力エネルギーを前記エネルギー貯蔵システムから前記設備負荷へと第２の出力電力で放電する段階と
    を更に備える、請求項１４に記載の方法。
19. 前記設備負荷の前記第２の電気エネルギー需要が、前記第２の需要限界よりも大きくないことを検出する段階と、
    前記設備負荷の前記第２の電気エネルギー需要が、前記第２の需要限界よりも大きくないことを検出することに応じて、前記エネルギー貯蔵システムを第２の入力電力で充電する段階と
    を更に備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記設備負荷の前記第２の電気エネルギー需要が、前記第２の需要期間中の第２の最大予測需要よりも大きいことを検出する段階と、
    前記設備負荷の前記第２の電気エネルギー需要が、前記第２の需要期間中の第２の最大需要よりも大きいことを検出することに応じて、前記第２の需要限界を増大させる段階とを更に備える、請求項１８に記載の方法。

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