JP7113145B2 - 望ましい容量係数を提供するacオーバービルト再生可能電気生成リソース及び電荷ストレージ装置を利用するシステム及び方法 - Google Patents
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Description
[0001] 本出願は、2020年12月11日付けで出願された米国特許出願第17/120,006号及び2020年5月4日付けで出願された米国仮特許出願第63/020,009号の優先権を主張するものであり、これらの特許出願の開示内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
[0002] 本明細書における主題は、総パワー出力を配電網に供給するように構成された統合型の再生可能電気エネルギー生成リソース及びエネルギーストレージ設備のみならず、このような設備を制御する、且つ、このような設備の潜在的なエネルギー出力用のパワー供給トランザクションを実装する、方法に関する。
[0003] 近年、太陽光発電(PV)及び風力発電機などの再生可能電気生成リソースが、大幅に拡大している。自然及び天候の状態に起因した太陽光及び風力発電の不安定な特性は、ネットワークの周波数及び電圧の逸脱を結果的にもたらす可能性がある。再生可能電気生成リソースが、電気供給のうちの相対的に大きな割合を提供することを開始すると共に、石炭火力発電及び原子力発電ユニットなどの従来のベースロード電気生成ユニットを置換することを開始するのに伴って、配電網との相互接続、パワーの品質、信頼性、安定性、保護、並びに、生成ディスパッチ及び制御などの技術的な課題が生じている。太陽光及び風力発電の間欠的な特性と、その出力における迅速な変動と、に起因し、変動をスムージングし、且つ、再生可能生成リソースから配電網に供給されるエネルギーの予測可能性を改善する、などのように、配電網との間の互換性を改善するために、(電池エネルギーストレージ又はBESSなどの)エネルギーストレージ装置との間のその組合せが、魅力的なものになっている。従来の再生可能エネルギーリソースは、リソースの容量係数にほぼ結び付けられた、相対的に低い容量係数を有する(例えば、太陽光の場合には、場所及び天候のパターンに応じて、通常、20%~40%である)。再生可能エネルギーリソースが従来の化石燃料のベースロード発電所を置換した際には、これらは、既存の送電インフラストラクチャを十分に利用しなくなる。これは、新しい送電インフラストラクチャの構築を必要とする場合があり、これは、費用及び時間を所要し、且つ、困難であり(例えば、許可を取得するためのニーズを含む)、この結果、生成される費用/メガワット時、遅延、及び既存の配電網への再生可能な生成の内蔵におけるリスクが増大する。
[0014] 本開示は、様々な態様において、総パワー出力を交流(AC)配電網に供給するように構成された、統合型の再生可能電気エネルギー生成リソース及びエネルギーストレージシステム(RES-ESS)設備のみならず、このような設備を制御する、且つ、このような設備の潜在的なエネルギー出力用のパワー供給トランザクションを実装する、方法に関する。RES-ESS設備は、「ACオーバービルト」設備と呼称されてもよく、この場合に、ESS容量及びRESインバータ容量は、従来の設備よりも大きく、且つ、RESインバータ容量は、設備の配電網相互接続点(POGI)限度よりも大きい。本明細書において開示されているシステム及び方法は、望ましい負荷にマッチングした大きな容量係数及び生成プロファイルを可能にしている。過大なサイズ設定の程度は、ACオーバービルトRES-ESS設備が、望ましい容量及び持続時間にわたって固定常時容量を提供することを許容しており、これにより、RES-ESS設備がベース負荷パワーステーションをエミュレートし、(且つ、これとして機能)することを許容するべく、設計及び建設の時点において選択することができる。この能力は、RES-ESS設備が、配電網に結び付けられた再生可能電気ベース負荷生成器として機能することを許容することにより、大きな出力変動及び限られた負荷マッチング能力を伴う、再生可能エネルギーリソースの従来の利用との関係における基本的なシフトを表している。
[0001] 本明細書において内蔵されている、且つ、その一部分を形成している、添付図面は、本開示のいくつかの態様を示しており、且つ、説明と共に、本開示の原理を説明するべく機能する。
[0018] 以下において記述されている実施形態は、当業者が実施形態を実施することを可能にするのに必要な情報を表しており、且つ、実施形態の実施の最良の形態を示している。添付図面の図に鑑み、以下の説明を参照した際に、当業者は、本開示の概念を理解することになり、且つ、本明細書において具体的には対処されていない概念の適用を認識することになるが、このような概念及び適用は、本開示及び添付の請求項の範囲に含まれるべく意図されていることを理解されたい。
[0038] 本開示の一態様は、AC結合されたRES-ESS設備を実施する「ACオーバービルト」RES-ESS設備を対象としており、この場合に、ESS容量及びRESインバータ容量は、従来の設備よりも大きく、且つ、RESインバータ容量は、設備の配電網相互接続点(POGI)限度よりも大きい。これは、POGI限度を超過した状態における生成が低減されることを必要とすることなしに、RESがPOGI限度との関係において格段に過大にサイズ設定されることを許容しており、その理由は、過剰な生成がESSによってキャプチャされうるからである。ACオーバービルトRES-ESS設備は、パワーをESSに同時に供給しつつ、パワーをPOGI限度においてAC配電網に供給するように構成することができる。このような設備においては、大きな容量のESS(又は、高速追随負荷)は、パワーが、設備のPOGI限度を超過しないレベルにおいてRES-ESS設備から供給されることを保証するべく、POGI限度を超過したRES生成を吸収するための負荷として使用されている。
[0058] 本開示の一態様は、(既定の固定された)POGI限度未満である、SOCターゲットに基づいたPOGIキャップを算出するべく、RESよる電気エネルギー生成の時間依存性予測及びESSの充電状態(SOC)を使用する、RES-ESS設備を制御する方法を対象としており、この場合に、SOCターゲットに基づいたPOGIキャップは、SOCスケジュールが充足されることを依然として保証しつつ、可能な限り低い、RES-ESS設備のピークパワー出力値を表している。方法は、ESS用の時変充電/放電制御信号を生成するべく、RESによる電気エネルギー生成の時間依存性予測及びESSの充電状態(SOC)スケジュールとの関連において、SOCターゲットに基づいたPOGIキャップを使用することを更に有しており、この場合に、制御信号は、SOCスケジュールの充足を保証するように構成されている。
となるように、(SOCターゲットに基づいたPOGIキャップを表す)xについて解くことを必要としうるが、
この場合に、
・「n」は、ターゲットインターバルにおける予測されたパワー値の数であり、
・「x」は、SOCターゲットに基づいたPOGIキャップ(閾値)であり、且つ、
・エネルギーの最大状態は、構成可能な最大SOCパラメータの関数である。
[0081] 上述のように、再生可能エネルギー生成者が、エネルギー生成についてしか、報酬を得られない場合には、これらの生成者は、補助的サービスを提供する意欲がそがれてしまう場合がある。これに加えて、プロジェクトを開発するための資本支出は、通常、予測された生成にわたって償却されており、且つ、これらのプロジェクトの投資者は、プロジェクトの資金調達のために投資するべく、予想された生成における確実性を必要としている。これらの課題に対処するべく、本開示の一態様は、RES-ESS設備の潜在的な電気エネルギー出力用の購入者と販売者の間のパワー供給トランザクションを実装する方法を対象としている。このような方法は、1つ又は複数の検知されたパラメータを通知する信号を利用することにより、少なくとも1つの過去の時間ウィンドウにおいてRESの合計潜在的電気エネルギー出力を定期的に推定することを含む。方法は、1つ又は複数の時間ウィンドウにおいて潜在的なRES過生成を識別するべく、RESの合計潜在的電気エネルギー出力を設備のPOGI限度と比較することと、1つ又は複数の時間ウィンドウにおいてESSに充電された、充電された潜在的RES過生成の量を識別することと、を更に含む。方法は、充電された潜在的RES過生成が1つ又は複数の時間ウィンドウにおいて潜在的RES過生成未満である場合に、供給されていない電気エネルギーについて購入者に課金することを更に含む。このような方法は、具体的には、POGI限度を上回る潜在的生成を計量することにより、予想された収入における確実性をRES-ESS投資者に付与することを意図している。
Claims (23)
- 統合型の再生可能エネルギーソース及びエネルギーストレージシステム(RES-ESS)設備であって、配電網相互接続点において配電網に電力を供給するように構成された、且つ、前記RES-ESS設備から前記配電網に供給されるべき最大電力値を表す配電網相互接続点(POGI)限度を有する、統合型の再生可能エネルギーソース及びエネルギーストレージシステム(RES-ESS)設備において、
電力を生成するように構成された再生可能エネルギーソース(RES)であって、前記RESによって生成される前記電力は、直流(DC)電力を有する、再生可能エネルギーソース(RES)と、
前記RESと前記配電網相互接続点の間において結合された少なくとも1つの第1パワーインバータであって、前記RESのDC電力を前記RESの交流(AC)電力に変換するように構成された少なくとも1つの第1パワーインバータと、
前記RESによって生成された電力によって充電されるように構成されたエネルギーストレージシステム(ESS)と、
(i)前記ESSと前記配電網相互接続点の間において、且つ、(ii)前記少なくとも1つの第1パワーインバータと前記配電網相互接続点の間において、結合された少なくとも1つの第2パワーインバータと、
(a)前記RES-ESS設備に対応付けられた空撮像センサからのデータ、(b)衛星撮像センサからのデータ、又は(c)気象データに少なくとも部分的に基づいた前記RESのエネルギー生成の時間依存性予測を有する予測信号を生成するように構成された予測ユニットと、
を有し、
前記少なくとも1つの第2パワーインバータは、(a)前記ESSを前記RESのAC電力によって充電する際に、前記RESのAC電力を前記ESSのDC電力に変換するように、且つ、(b)前記ESSのAC電力を前記配電網に放電する際には、前記ESSのDC電力を前記ESSのAC電力に変換するように、構成され、
前記少なくとも1つの第1パワーインバータの総出力容量は、前記POGI限度を超過するようにサイズ設定されており、
前記RES-ESS設備は、前記POGI限度を超過する状態において前記RESのAC電力を前記配電網に供給することを回避するのに十分な量において前記RESのAC電力を前記少なくとも1つの第2パワーインバータに分流するように構成されており、且つ、
前記RES-ESS設備は、前記ESSの充電状態(SOC)スケジュールが充足されるのを保証する、前記ESS用の時変充電/放電制御信号を生成するために、前記予測信号を使用するように構成されている、統合型のRES-ESS設備。 - 前記POGI限度に等しい量において前記RESのAC電力を前記配電網に供給するように、且つ、前記ESSを充電するべく前記RESのAC電力を前記少なくとも1つの第2パワーインバータに同時に供給するように、構成されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記少なくとも1つの第1パワーインバータの前記総出力容量は、(i)前記POGI限度及び(ii)前記ESSの容量の合計に等しくなるようにサイズ設定されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記少なくとも1つの第1パワーインバータの前記総出力容量は、少なくとも10%だけ、前記POGI限度を超過するようにサイズ設定されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記少なくとも1つの第1パワーインバータの前記総出力容量は、少なくとも30%だけ、前記POGI限度を超過するようにサイズ設定されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記少なくとも1つの第1パワーインバータの前記総出力容量は、少なくとも50%だけ、前記POGI限度を超過するようにサイズ設定されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記少なくとも1つの第1パワーインバータの前記総出力容量は、少なくとも100%だけ、前記POGI限度を超過するようにサイズ設定されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記RESは、太陽光発電アレイを有する請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記RESは、1つ又は複数の風力タービンを有する請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 少なくとも33kVの電圧においてAC電力を前記配電網に供給するように構成されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 電力を配電網相互接続点において配電網に供給するように構成された統合型の再生可能エネルギーソース及びエネルギーストレージシステム(RES-ESS)設備を制御する方法であって、前記RES-ESS設備は、再生可能エネルギーソース(RES)及び前記RESによって生成された電力によって充電可能であるエネルギーストレージシステム(ESS)を含み、且つ、前記RES-ESS設備は、前記RES-ESS設備から前記配電網に供給されるべき最大電力値を表す配電網相互接続点(POGI)限度を有する、方法において、
前記RESと前記配電網相互接続点の間において結合された少なくとも1つの第1パワーインバータを提供することであって、前記少なくとも1つの第1パワーインバータは、前記RESの直流(DC)電力を前記RESの交流(AC)電力に変換するように構成されており、且つ、前記少なくとも1つの第1パワーインバータの総出力容量は、前記POGI限度を超過するようにサイズ設定されている、ことと、
(i)前記ESSと前記配電網相互接続点の間において、且つ、(ii)前記少なくとも1つの第1パワーインバータと前記配電網相互接続点の間において、結合された少なくとも1つの第2パワーインバータを提供することであって、前記少なくとも1つの第2パワーインバータは、(a)前記ESSを前記RESのAC電力によって充電する際に、前記RESのAC電力を前記ESSのDC電力に変換するように、且つ、(b)前記ESSのAC電力を前記配電網に放電する際には、前記ESSのDC電力を前記ESSのAC電力に変換するように、構成されている、ことと、
(a)前記RES-ESS設備に対応付けられた空撮像センサからのデータ、(b)衛星撮像センサからのデータ、又は(c)気象データに少なくとも部分的に基づいた前記RESのエネルギー生成の時間依存性予測を有する予測信号を生成することと、
前記RESのAC電力の第1部分を前記配電網に供給しつつ、前記POGI限度を超過する状態において前記RESのAC電力を前記配電網に供給することを回避するのに十分な量において前記RESのAC電力の第2部分を前記少なくとも1つの第2パワーインバータに分流することと、
前記ESSの充電状態(SOC)スケジュールが充足されるのを保証する、前記ESS用の時変充電/放電制御信号を生成するために、前記予測信号を使用することと、
を有する方法。 - 少なくとも8時間/日の持続時間にわたって前記POGI限度の少なくとも80%の固定常時容量において前記配電網に前記RESのAC電力を供給することを更に有する請求項11に記載の方法。
- 少なくとも16時間/日の持続時間にわたって前記POGI限度の少なくとも80%の固定常時容量において前記配電網に前記RESのAC電力を供給することを更に有する請求項11に記載の方法。
- 少なくとも8時間/日の持続時間にわたって前記POGI限度の少なくとも90%の固定常時容量において前記配電網に前記RESのAC電力を供給することを更に有する請求項11に記載の方法。
- 少なくとも16時間/日の持続時間にわたって前記POGI限度の少なくとも90%の固定常時容量において前記配電網に前記RESのAC電力を供給することを更に有する請求項11に記載の方法。
- 前記RESは、太陽光発電アレイを有する請求項11に記載の方法。
- 前記RESのAC電力を前記配電網に前記供給することは、少なくとも33kVの電圧において前記RESのAC電力を供給することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記ESSは、前記RESによって生成された電力によって排他的に充電されており、且つ、前記配電網から電力を受け取るように構成されてはいない請求項11に記載の方法。
- 前記RESは、1つ又は複数の風力タービンを有する請求項11に記載の方法。
- 前記ESSは、前記RESによって生成された電力によって排他的に充電されており、且つ、前記配電網から電力を受け取るように構成されてはいない請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 前記RESの前記予測信号と、実際のエネルギー生成との間の差に基づいて、前記時変充電/放電制御信号を定期的に更新することを更に有する請求項11に記載の方法。
- 前記RESの前記予測信号と、実際のエネルギー生成との間の差に基づいて、前記時変充電/放電制御信号を定期的に更新するように、構成されている請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
- 負荷を更に有し、前記POGI限度を超過する状態において前記RESのAC電力を前記配電網に供給することを回避するのに十分な量において前記RESのAC電力を前記負荷に分流するように構成されている、請求項1に記載の統合型のRES-ESS設備。
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