KR20070098843A

KR20070098843A - 기회발전을 통한 분산형 전기발전 비용의 삭감

Info

Publication number: KR20070098843A
Application number: KR1020077015431A
Authority: KR
Inventors: 아닐 라산타 마이클 페레라
Original assignee: 아닐 라산타 마이클 페레라
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-10-05
Also published as: CN101084522A; EP1839257A4; EP1839257A1; CA2591070A1; RU2007126826A; RU2376693C2; WO2006063385A1; US20080262857A1; JP2008524972A; NZ555710A

Abstract

개인고객도 자신의 부하필요조건을 만족시키는 전체 투자비용 및 운전비용을 줄이기 위해 가용 에너지원 중에서 하나 이상의 주에너지 형태를 선택할 수 있게 하는 고객의 구내에서의 에너지이용 및 전기 병합(cogeneration)발전설비의 새로운 배치. 자신의 부하를 줄임에 의해 금전을 절약할 수 있는 기회 및/또는 전기시장 가격이 높을 때마다 전기를 본선공급망에 수출하고 그리고/또는 네트워크지원 결제로부터 그리고 이런 체계가 이용되는 경우 부대적인 서비스로부터 이익을 얻음에 의해 금전을 벌 수 있는 기회를 고려한다. 고도의 신뢰성을 필요로 하는 운전을 위해, 이중 전기공급연결라인의 부가비용 또는 값비싼 예비전력발전설비를 사용하지 않고 구내에서의 원하는 정도의 운전신뢰도를 얻을 수 있는 기회가 제공된다.

발전, 에너지 절감, 기회발전, 예비전력

Description

기회발전을 통한 분산형 전기발전 비용의 삭감{Reducing the Cost of Distributed Electricity Generation through Opportunity Generation}

본 발명은 고객의 에너지사용 총비용을 줄이고 고객의 전기공급 신뢰도를 향상시키고 전력체계의 신뢰도의 향상에 기여할 수 있는, 고객의 구내에서의 에너지전환 및 전기발전설비의 새로운 배치에 관한 것이다. 본 발명은 사용자 구내에서 전기열병합발전을 착수할 때 초기자본비용 및 상당한 운전비용할증을 모두 줄임으로써 분산형 발전 및 열병합발전의 범위를 확장시킨다. 본 발명은 최종고객이 각 에너지시장에서의 가격차이에 기초하여 구내에서의 에너지 필요량의 상당부분을 만족시키는 전기 또는 그 외의 주 연료를 사용할지 아닐지를 선택할 수 있는 최종 거래자가 될 수 있게 한다.

전력업(ESI)의 초기 개발단계 중에, 전력공급체계의 신뢰도는 오늘날의 기준의 관점에서는 낮았으며, 그 결과로서 신뢰성을 중요시하는 고객, 예를 들어 병원, 고층오피스빌딩 등은 본선전원이 어떤 이유로 차단되거나 이용할 수 없을 경우에 자체사용을 위한 예비전기발전설비를 가졌다. 이는 상당한 초기투자금을 수반하였으며, 예비발전장치를 동작시키는 가동비용은 전력공급망에서 공급되는 전기의 비용과 비교하여 컸다(적용 요금표가 주로 낮은 한계비용의 베이스부하 발전소의 공 급전원비용에 기초하며, 할증이 고비용 중간점 및 최고 발전소로부터 공급된 에너지의 작은 비율을 차지하는 경우).

베이스 부하 발전소 및 그 외의 대형 발전장치들은 통상 25% 내지 50%의 연료효율을 가졌다. 보조 열회수 회로, 예를 들어 중간압력상승 회로 및/또는 보일러용수를 가열하는 절약장치의 도입에 의해, 1차 회로 배출열을 포획하여 그 발전소의 연료효율을 약 70% 증대시킬 수 있었다. 응축기 또는 원동기 배기로부터 저온의 폐열을 사용함으로써 연료효율을 약 80%까지 더욱 향상시킬 수 있음을 기술적으로 알게 되었다. 일부 유럽의 경우(예를 들어, 지역난방체계)를 제외하고는, 베이스부하 발전소는 주로 연료원, 예를 들어 탄광에 가깝게 위치하며, 저온의 폐열을 사용할 기회는 거의 없다. 일괄형 가스터빈의 도입과 독립발전 사업자에 대한 산업개방으로 열병합발전(co-generation)에 대한 관심이 다시 살아났다.

이런 열병합발전설비는 보일러/증기터빈으로부터 증기를 공동으로 사용하는데, 여기서 증기터빈(발전기를 구동)의 제 1 단계 후에 증기의 일부가 고객의 처리에 사용되거나 가스터빈으로부터의 배출열이 증기터빈용 증기를 야기하는데 사용되며, 그리고/또는 배기가스로부터의 저온의 열이 고객이 사용하기 위한 온수를 제공하는데 사용된다. 두 개의 요구조건에 대비하는 하나의 보일러를 갖고 연료 구입 및 취급을 조합함으로써 비용상승효과가 있었다. 장치 크기가 베이스부하 발전소보다 작고(규모경제의 손실), 베이스부하 발전소용 연료비용과 비교한 연료운송/취급의 부가비용(대규모판매 가격)을 고려하면, 몇 경우에서만 열병합발전을 선택하는 것이 경제적이다. 예외적으로 석유 정제소 같은 장소가 포함되는데, 이 경우는 연 료가 대체 사용용으로 쉽게 판매되지 않는 내부부산물이고 그리고/또는 발전소 운전에 필요한 전력공급의 신뢰성이 중요한 경우이다. 보다 최근에, 개량된 천연가스를 이용할 수 있게 되고 비용이 상당히 감소하고 전기발전용 가스터빈의 크기 범위가 보다 넓어짐에 따라서 주로 1-20MW의 범위로 열병합발전을 사용하는 것이 약간 증가하였다(매우 작은 베이스로부터 퍼센트가 크게 증가, 오스트레일리아에서 이런 경우는 대략 예상하여 100 미만이다).

에너지산업을 재구축하여 풀(pool)시장이 설립되었는데, 여기서는 공급과 수요 사이의 균형에 따라서 실시간 기초로 전기와 가스가 거래된다. 이들 시장의 대부분은 실시간에 가깝게 설정된 수급 균형화된 가격을 갖는다. 그 결과의 가격, 특히 전기가격은 매우 변동하기 쉬웠다. 저가의 천연가스를 쉽게 이용할 수 있어서 전기발전용 가스터빈의 사용이 증가하였으며 따라서 가스터빈 설계가 향상되고 초기비용이 감소되었다. 전기업계의 재구축에서 개척자 중의 하나이며 천연가스 시장이 잘 개발된 영국에서는, 전용 요금소가 출현하여(가스를 요금용 전기로 변환) 전기 및 가스 상품시장에서의 가격 사이의 이익을 얻을 수 있는 기회를 제공하였다. 전술한 개발은 제한된 규모로만 일어났기 때문에, 가격이 여전히 계속해서 변동하는 전기시장의 성과에 많은 영향을 주지 않았다. 지금까지 개인고객이 이들 개발에 참여할 수 있는 기회는 없었고 대부분의 경우 개인고객은 대규모 자산발생자 및 독점망 조작자의 시장지배력에 볼모가 되었다. 필요한 것은 열병합발전 및 요금소의 예비발전의 바람직한 면을 구체화하는 저가를 선택하는 것이며, 주택용 고객 등의 개인고객도 이런 선택을 경제적으로 지속할 수 있게 하는 것이다. 이런 장치를 기 존의 다른 발전장치와 구별하기 위해서, 본 발명에서 설명하는 새로운 장치를 '기회발전(Opportunity Generation)'이라고 부르고 대량시장용도에 아주 적합한 것으로서 제안한다. 본 발명을 응용하면 고객에게 기회전력(OPPORTUNITY POWER ^TM)(오스트레일리아에서 등록된 상표)을 제공하여 효과적인 에너지시장을 성취하는데 불가결한 풀타입(pool type) 에너지시장에서의 과도한 가격이탈을 약화시킬 수 있게 한다. 여기서 전부 제시하는 바와 같이 그 전체내용을 참고로 인용하는 오스트레일리아 특허 제748800호(Perera)의 '고객이 풀타입 에너지시장에서 가격에 대응할 수 있는 방법'은 바람직한 거래성과를 얻기 위해, 에너지단위를 거래하는 방법 및 고객 구내에서 에너지 사용 및 에너지 대체장치를 감시하고 제어하는 시스템을 개시한다. 일 실시예는 주파수 정합이 문제가 되지 않는 경우에 구내부하를 본선전원으로부터 분리한 후에 공급하거나 부하와 에너지원을 본선전원과 병렬로 본선전원 이외의 전원으로부터 에너지를 공급하기 위한 에너지대체장치의 사용을 제공하였다.

본 발명은 그 일 실시예를 이런 에너지 보충/대체 방식으로 사용할 수 있으며, 전통적인 예비전기발전, 열병합발전 또는 에너지저장설비보다 전체비용이 상당히 낮고 전기, 천연가스 또는 그 외의 연료의 시장가격에 기초하여 에너지원을 선택하기 위한 경제적인 기회를 제공하는 신규의 발명에 관한 것이다.

고객이 고신뢰성의 전력공급(공급정지 기간의 감소 및/또는 주어진 기간중의 총 공급정지기간의 감소)의 덕택으로 생각하는 가치를 정하기 위한 조사에 따르면 개인고객(및 많은 지방고객)은 높은 공급신뢰도에 상당히 낮은 가치를 주었으며 상 업적/일부 큰 고객은 높은 전원 신뢰성에 상당히 큰 가치를 주었다는 것을 한결같이 증명하였다. 실제의 '고객 선택'은 고객이 사용시에 아래 가격에 따라서 전기를 사용할 것인지 아닌지를 결정할 '기회'를 갖고 고도의 신뢰성에 대하여 너무 높은 가격, 대개의 경우 고객에 의해 높은 기준의 서비스에 의한 가치보다 상당히 높은 가격을 지불해야 되지 않을 것을 요구한다. 오스트레일리아 특허 제748800호에 설명된 방법은 고객이 소정량의 전기를 사용하지 않고 그 전기량을 다시 계약상인에게 시가의 풀가격으로 판매할 수 있게 하지만, 그 기간동안 고객이 계약한 전기사용량이 적을 때 일정 기간 동안에 높은 풀가격 행사가 발생하면 그 이익은 적다. 자신의 전기를 발생시킬 수 있는 설비를 갖는다는 것은 높은 풀가격 행사로부터 이익을 얻을 수 있는 기회가 계약된 사용량 프로파일에 제한되지 않는다는 것을 의미한다. 본 발명의 한가지 의도는 오스트레일리아 특허 제748800호에 설명된 실시간 요금 및 지원 체제의 응용으로 인한 이익을 향상시키는 선택권을 개인고객에도 제공하는 것이다.

전력업을 재구축하는 한 가지 특징은 전기를 거래하기 위한 개방시장을 갖는 것이며, 그들 지역의 특정의 수직 통합된 독점 전력공급업자에 의해 서비스되는 이미 별개의 전력공급지역을 상호 연결하는 것을 수반한다. 이들 별개의 공급지역들은 송전 및 배전선의 시스템에 의해 발생전기를 최종용도 고객에게 수송하는 수단을 가지며 통상 주에너지원에 근접하게 위치하는 대규모 발전소를 갖는 것을 특징으로 하였다. 이들 네트워크는 다량의 에너지량을 공급지역 전역에 바로 수송하도록 설계되지 않고, 발생원으로부터 전기에너지를 사용자까지 송전/배전선의 끝까지 수송하도록 설계되었다. 대부분의 경우, 공급지역의 경계까지의 공급설비들은 일반적으로 그 경계지역에서 작은 지역적 부하를 공급할 수 있도록 설계되었다. 또한 이 네트워크 시스템은 관할지역 내의 모든 발전소를 보완하도록 설계되었으며 이와 같은 것으로서 발전설비의 범용성이 네트워크 결점을 보완하도록 설계되거나 또는 다시 말해서 관할공급지역에서 총 전력체계와 관련하여 최소의 비용으로 주어진 혼합고객에 서비스하는 것에 기초하여 네트워크가 설계되어 제작되어 유지되었다.

이런 이전의 독점공급지역의 집합체인 보다 넓은 지역 내에서 전력발전의 경쟁이 도입됨에 따라서, 각 전력발전회사는 현재 새로운 풀타입 개척시장으로부터 전원을 보류하거나(정기보수) 전환하여(쌍무계약이 허용되는 경우) 공급함으로써 최상의 금전성과를 얻으려고 하고 있다. 현재 이전보다 네트워크 능력에 대한 압력이 더 많아져서, 대개는 전원신뢰성을 지원하는 과다한 네트워크가 소비된다. 또한, 예비 발전능력의 연합 때문에 전력조류에서의 큰 변동으로 현재 전력체계 내의 중계전송선상에 보다 많은 스트레스를 주기가 더욱 쉽다. 망상시스템에서 전기전력조류(많은 평행유로를 허용)는 최소 저항 및 선의 경로를 취하기 쉽고/ 변압기 저항(용량성 및 유도성 임피던스 포함)은 주위온도와 조류조건에 따라서 변하기 때문에, 미국/캐나다(2003년 8월), 1998년 오클랜드(39일), 2003년 9월 이탈리아, 2003년 스웨덴-덴마크 등에서의 최근의 다발하는 주요 정전으로 판명되는 것처럼 돌발적인 고장을 받기가 더욱 쉬어 수백만의 고객에게 영향을 주고 일부 전력공급정지는 모든 피해 고객에게 전원을 복구하는데 수일이 걸린다.

또한 극히 높은 부하 또는 그 이후의 전송선 구성요소의 파손이나 발전기 차 단의 일부기간 동안에 부하증가가 네트워크 증가를 앞질러서 전력공급이 안정되지 않게 되는 상황들도 있다(여분량의 부족, 송전선의 파손은 전력공급의 손실을 야기할 것이다). 네트워크 제약이나 안정하지 못한 전력공급의 이런 경우는 고객에게 확실하게 전력을 공급할 수 있는 능력과 밀접한 관계를 가지며, 또한 풀가격에도 영향을 준다. 일부 관할구역에서는 원하는 정도의 여분량을 복구하기 위해 부하를 버림으로써 돌발적인 전력체계의 손상을 회피하지만, 이런 조치는 항시 수요 공급의 균형을 확보하기 위한 시장기구(및/또는 적절한 네트워크 증가를 간과하는 규제프로세스)가 파괴된 관할구역이 인지하고 있다. 오스트레일리아 특허 제748800호는 수요측 반응을 장려하는 풀가격에 가격할증을 네트워크 조작자가 추가할 수 있도록 하여 이렇게 피해 당한 지역의 고객에게 부가의 장려금을 제공하여 원하는 네트워크 여분량을 복구하는 방법을 설명하였다. 본 발명은 사내의 전기발전설비의 총 비용을 줄임으로써 개인고객이라도 이런 수요측 반응에 유리하게 참여할 수 있게 하는 능력을 향상시킨다.

자본 및 연료비용 평가

발전기 장치의 연료효율은 최종고객에게 전달되는 전기가격을 결정하는 인자중의 하나일 뿐이다. 발전기 장치에 전송되는 연료의 비용을 고려할 필요가 있다. 탄광(예를 들어, 빅토리아의 갈탄은 발전소에서 컨베이어 운반거리 내의 노천굴삭광산에서 나온다)에 가깝게 위치하는 석탄발전소의 경우에는, 한 단위의 전기를 생산하기 위한 연료비용이 다른 어떤 연료원보다 상당히 낮아질 수 있다. 오스트레일리아에서 발전하는데 단기한계비용 및 장기한계비용을 아래의 표 1에 표시하는데, 이 표는 ACIL Tasman의 조사보고서 "SRMC and LRMC of Generators in the NEM - A Report for the IRPC and NEMMCO" (2003년 4월)에서 발췌한 것으로서 여기서 참고로 인용한다.

표 1 : 오스트레일리아에서의 전력발전의 단기한계비용 및 장기한계비용

	흑탄(Qld)	갈탄(Vic)	복합사이클 가스(Vic)	개방사이클 가스(Vic)	개방사이클 가스(Vic)
설비용량(MW)	450	500	385	100	100
설치후비용($M)	630	900	385	50	50
이용율	85%	90%	70%	5%	10%
연료비($/GJ)	0.75	0.38	3.15	5.00	5.00
연료효율	40%	28%	49%	29%	29%
연료비($/MWh)	6.78	4.87	23.14	62.06	62.06
자본비($/MWh)	15.77	19.15	12.58	83.35	43.17
총비용($/MWh)	31.42	33.60	43.77	183.47	126.77

주: 가격은 2001년/02월 요금

여러 종류의 발전소에 대하여 전형적인 이용율이 주어진다면, 연료비(발전의 한계비용의 상당부분)는 갈탄발전소에서 가장 낮고, 고효율의 가스터빈에 대한 연료비는 약 4배 높다. 가스터빈 발전기의 설치후비용(자본비 성분)은 석탄발전소에서보다 상당히 낮지만, 총비용($/MWh)은 여전히 양 종류의 석탄화력발전소에서보다 약 1/3 많게 나온다. 이 설명은 가스터빈이 시동이 쉽고 운전정지가 가능하기 때문에 중간점/최고점 발전소로서 통상 사용되며 또한 많은 보수를 필요로 하여 비교적 낮은 이용율로 가동됨을 나타낸다. 아래의 그래프 1에 도시한 2002년 빅토리아에 대한 부하지속곡선에서 나타내는 바와 같이 고객의 풍요한 삶이 커지고 에어컨 등의 기구들의 비용감당능력이 커짐에 따라서 매년 시스템부하의 정점이 증가된다.

그래프 1 : 2002년 빅토리아에 대한 30분 전력수요기간곡선

2002년 동안에 빅토리아에서의 최대 지역적 수요는 7,581MWs이었으며, 수요가 7,000MWs를 초과하는 경우는 30분이 단지 82개였다. 이는 1년에 42시간 미만 동안 동작하는데 필요한 발전력의 581MWs를 갖는 것으로 해석된다.

1년에 불과 몇 시간을 가동하는 정점발전소(peaking plant)에서 새로운 투자에 대한 충분한 재정적 장려를 보장하기 위해서는 오스트레일리아 국영전력시장에서의 현재 풀가격 상한규제(현재 $10,000/MWh)가 상당히 높아져야 한다는 요구가 커지고 있다.

관련기술의 설명

본선을 통해 공급되는 전기의 신뢰도가 점차 높아짐에 따라서, 예비발전설비들이 점차 불필요한 비용으로 간주되었다. 현재 전기기구에 매설된 전자장치에 대 하여 교류로 변환시키기 위한 변환시스템에 의해 또는 그 자체적으로 컴퓨터 및/또는 배터리/커패시터 충전백업용 비차단 전력공급(Un-interrupted Power Supply: UPS) 등의 보다 많은 목표로 하는 예비전력공급장치를 가질 수 있다. 예비발전기의 사용을 최대화하려고 하는데 있어서의 난관은, 이들 예비발전기들은 (오스트레일리아 특허 제748800호에 설명은 방법을 사용하면 자동으로) 높은 풀가격에 대응할 수 있지만, 발전설비의 추가의 자본비용이 금전적 부담으로 남아있다는 것이다. 열병합발전은 주로 연료효율이 높아져서 얻어지는 이익에 의해 유발되지만, 열병합발전기를 어떤 이유로 이용할 수 없을 때 본선전원을 예비전원으로서 사용할 수 있으므로 역시 추가적으로 공급안전보장을 제공하는 것으로 생각된다. 풀시장(pool market)의 특징은 한계비용이 낮은 대규모 베이스부하 발전기에 의해 풀시장이 설정되므로 대부분의 경우 전기가격이 낮다는 것이다. 아주 드물게는 부하필요조건을 만족시키기 위해 매우 높은 가격을 제시하는 고비용의 발전기를 급히 처치할 필요가 있을 때 짧은 기간에 아주 높은 가격이 발생하는 경우가 있다. 아래의 그래프 2는 가격기간 곡선으로서, 2002년 동안 빅토리아에서의 30분 지역적 전기가격을 보여준다.

그래프 2 : 2002년 빅토리아에서의 30분 지역적 전기 풀가격

2002년에는 가격이 $1,000/MWh이상일 때가 30분으로 28개였고, 가격이 $100/MWh이상일 때가 30분으로 169개였다. 상기 시간가격의 12.8%는 $40/MWh이고, 상기 시간가격의 32.9%는 $30/MWh이상이다. 작은 전력공급체계용 석탄을 사용하는 것이 중요하지 않고 이 유통기구를 통해 소매고객에게 공급되는 가스의 가격이 중앙 본선을 통해 발전소에 공급되는 가스가격보다 상당히 높을 수 있다면, 열병합발전의 경우는 극히 드물었다. 열병합발전이 성공적인 경우는 송전망 또는 배전망이 (네트워크 제약을 극복하기 위해 거치투자에서의 자본비 절감에 기초한) 네트워크지원 결제를 허용할 때 및/또는 사용된 연료가 본 활동의 부산물이거나 그렇지 않으면 다른 용도에서는 가치가 거의 없는, 예를 들어 사탕수수의 찌꺼기인 때이다. 열병합발전 시스템의 종래의 일 예는 가정용 또는 상업용 건물용 열병합발전시스템에 관련된 미합중국 특허 제6,525,431호에서 볼 수 있는데, 저수탱크를 포함하는 시스템이므로 이 시스템은 스터링사이클 엔진(Stirling Cycle engine)으로부터 2차 열회수에 대비하며, 사용하는 엔진의 진동 및 소음의 감소를 위한 수단을 제공한다. 전술한 또 다른 이점은 냉각수용 저장탱크 및 냉각수 자체가 2차 열교환용으로 그리고 엔진의 소음 및 진동을 줄이기 위한 수단으로서 사용된다는 것이다.

입력된 수소연료의 실제 연소 없이 전기, 물 및 열로 열병합발전할 수 있게 하는 연료전지 등의 그 외의 새로운 열병합발전기술에 상당한 노력을 기울이고 있다. 예비단계로는 통상적으로 천연가스(주로 메탄을 포함)가 이산화탄소의 방출을 수반하여 수소로 변환되는 것을 수반하는데, 다른 수단에 의해 연소될 때보다 효과적으로 변환된다. 제안자들은 이 복합공정에서 에너지변환효율이 50-70%라는 것을 주장한다.

분산형 전기발전에 대한 전망(Prospects for Distributed Electricity Generation, 2003년 9월)이라는 제목이 붙은 미합중국 연방의회예산사무국의 보고서는 미합중국 내에서 응용할 수 있는 분산형 발전에 적합한 선택 기술의 균등비용(Levelized Cost of Selected Technologies Suitable for Distributed Generation)의 양호한 비교 비용표를 제공하였는데, 이는 http://www.cbo.gov/showdoc.cfm?index=4552&sequence=0에서 이용할 수 있으며, 그 보고서를 여기서 참고로 인용한다.

주 : CHP = 열전병합(열병합으로도 알려져 있음); ICE = 내연기관; N.E. = 뉴잉글랜드

균등비용은 발전장비의 동작수명에 걸친 평균전기비용(센트/KWh)이다. 미래의 비용 및 출력 흐름은 표 2의 자료에 기초하며 현재값에서 7% 할인되었다. 이 비용평가에 따르면 화석연료로 구동되는 시스템은 당시의 90%로 동작할 것이며 풍력 시스템과 태양광발전 시스템은 각각 당시의 40%와 27%로 가동할 것이다라는 것을 나타낸다.

균등비용 비교는 독자기술에 대한 세액감면 또는 그 외의 직접보조금의 영향을 포함하지 않는다.

"대형 풍력터빈"은 그림에 포함되지 않았는데(표 2에서처럼) 왜냐하면 일반적으로 분산형 발전용도에 아주 적합하다고 생각되지 않기 때문이다(통상, 고객의 주변에 위치하지 않는다).

a. 복합사이클 시스템에서는 연소터빈이 증기터빈과 병렬로 운전된다. 이 시스템은 새로운 대형 발전기로부터의 전력비용에 대한 기준으로서 여기에 포함된다. 송전 및 배전 비용은 전달된 전력의 한계비용에 평균적으로 약 2.4센트/KWh를 추가할 것이다.

이 보고서는 다음과 같은 통찰력을 제공하였다. 디젤사이클 및 스파크점화 모터를 포함하는 내연기관 발전기는 신뢰성의 목적이나 비상전력공급의 목적으로 비상용 전원을 제공하는 가장 일반적으로 사용되는 기술이다. 단위는 5KW 내지 7MW의 범위이다. 이들 발전기는 석유정제품(디젤 및 가솔린) 또는 천연가스를 연소시킬 수 있다. 천연가스를 연소시키는 모델은 연소공정의 설계의 향상 및 촉매컨버터의 사용으로 공해배출이 매우 낮다. 분산형 발전기에 적합한 용량을 갖는 장치에 대한 설치 킬로와트 당 비용은 완성된 모든 기술 중에서 가장 낮다. 전술한 시스템의 문제점은 연료사용 효율 및 카본크레디트(carbon credit) 또는 이런 구상을 통해 이용할 수 있는 위안의 증대가 개인소매고객 수준에서 보다 높은 연료비용(가솔린, 디젤, LPG 또는 소매용 천연가스)을 상쇄시키기에 충분하지 못하다. 빅토리아에서 기업고객에 대한 2002년의 소매용 천연가스의 평균가격은 약 5$/GJ인 반면 주택용 고객(개인 사용자)에 대한 가격은 약 10$/GJ였다(자료원: Energy for Victoria - Dept of Natural Resources & Environment 2002). 상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 피킹플랜트(peaking plant) 개방사이클 가스터빈(OCGT)용 투입천연가스는 약 5.00$/GJ였으며 주류의 발전소에서 발견되는 것처럼 복합사이클가스터빈에 사용되는 가스는 3.15$/GJ였다. 복합사이클가스터빈(CCGT)은 약 50%의 연료효율 을 가지므로, 경쟁력 있는 소매단계에서의 용도에는 새로운 열병합발전기술에 의한 효율향상은 100%이상의 연료가격차이를 상쇄하여야 한다. 주목할 점은 이들 새로운 기술의 열병합발전기의 투자비의 현재 평가치가 약 1,000$/KW인 CCGT투자비와는 그다지 다르지 않으므로 상기 효율향상은 운전비용에서 나와야 한다는 것이다. 미합중국 특허 제3,935,028호의 '연료전지 세트 및 방법'은 초기 단계의 연료전지 기술개발의 일 예로서, 이 기술은 30년 후에도 매우 한정된 용도에만 적용되었다. 상기 인용한 미합중국 연방의회예산사무국의 보고서에 나타난 바와 같이, 열전병합을 사용하는 연료전지 출력의 균등비용은 미합중국 평균전기가격보다 상당히 높으며, 심지어는 천연가스로 구동되며 열과 전기를 사용하는 내연기관을 사용하는 균등비용보다도 상당히 높다. 이들 구상중의 일부 구상의 다른 결점은 가능한 전기출력이 효과적으로 지속할 수 있는 열회수 양에 따라서 제약을 받는다는 사실이다. 현장에서의 발전은 라인손실의 감소에 의한 금전적 이점을 가지며, 네트워크지원결제가 가능한 경우 부가의 이익을 받을 수 있지만, 전체적으로는 이런 장치의 광범위한 응용에 대한 충분한 장려가 없었다.

히트펌프는 현재 수년간에 걸쳐서 익숙해져있다. 최근 히트펌프는 특히 저가의 천연가스를 여전히 이용할 수 없는 지역에서 넓은 용도를 발견하였다. 이런 인기는 공간냉방용 공기조화시스템을 널리 사용함에 의한 것인데, 현재 이는 점점 늘어가는 부유한 고객에 의해 요구되고 있지만, 안목이 있는 고객들은 공간난방용으로도 사용할 수 있는 역사이클 공기조화기를 선택한다. 이들 기구들이 약 3의 성능지수(효율 300%) 또는 COP를 갖는다면, 그 한계운전비용(열출력 1KWh 당 약 4센 트)은 천연가스 난방기구의 운전비용의 약 절반이다(이 가스기구는 약 50%의 변환효율을 갖는다고 가정). 전기모터로 구동되는 히트펌프도 현재 개발되고 있는 새로운 소형 열병합 발전장치의 운전비용과 비교하여 매우 경쟁력이 있을 것이다. 고객의 관점에서 보아서는 뜨거운 여름 오후 중에 공간냉방을 할 수 있다는 추가의 매력이 있다. 한편, 완전한 시스템의 초기투자비는 통상의 공간/물 히터에서보다 훨씬 높지만 소수의 통기출구를 갖는 용도에 매우 경쟁력이 있다. 미합중국 특허 제4,327,561호의 '높은 성능지수의 히트펌프'는 히트싱크로서 땅을 사용하는 역사이클 공간 난방/냉방 용도를 설명한다. 미합중국 특허 제4,392,359호의 '직접팽창식 태양집열기-히트펌프 시스템'은 태양열집열기를 사용하여 효율이 향상된 역사이클 공간 난방/냉방 응용을 설명한다. 이 발명은 열병합발전 시스펨과 히트펌프의 양 기술의 유리한 특징으로 결합할 수 있게 하는 점에서 열병합발전 시스템과 히트펌프 양자에 대한 개량이다. 또한 예비발전기와 동일한 기능을 상당히 낮은 자본비 및 운전비로 제공할 수 있다(구동되는 부하가 히트펌프 압축기인 이 발명의 일 실시예에서, 당시의 대부분의 경우는 엔진을 가동하는 것보다 전기본선으로 히트펌프를 가동하는 것이 더 경제적이다). 이 발명은 내부부하조건 만족시키기 위해 전기구동부 또는 원동기를 동작시키는 보다 경제적인 연료를 고객이 선택할 수 있게 하고, 필요에 따라서 전기를 전력체계에 수출할 수 있으며, 따라서 수익을 얻고/얻거나 전기네트워크 혼잡을 피하기 위한 네트워크지원결제를 유인하게 된다. 미합중국 특허 제4,873,840호의 '에너지 열병합발전 시스템'은 전기, 난방 및 냉방을 생성하기 위한 열병합발전 시스템을 설명한다. 그 구성요소로는 연소장치, 상기 연소장치 에 연결된 보일러, 증기기관, 및 상기 증기기관에 의해 구동되는 전기발전기를 포함한다. 증기기관의 증기배출구에는 응축기가 연결되고, 이 응축기는 히트시스템에 열을 공급하고 배출구에서 배출된 증기를 응축시킨다. 증기기관의 배출구에는 흡수냉각기가 연결되는데, 이 흡수냉각기는 냉각시스템의 유체를 냉각시키기 위한 것이다. 증기기관의 출력축에 의해서 히트펌프나 원심냉각기도 구동될 수 있다. 또한 열병합발전시스템은 열을 난방장치에 더 전달하기 위해 연료가스 냉각기를 포함할 수 있다.

전기발전기를 구동시키거나 히트펌프 시스템의 압축기를 구동시키기 위해 엔진축 동력을 적용할 수 있다는 점에서 열병합발전을 히트펌프와 일체화하는 것이 보다 최근의 혁신이다. '일체형 흡착 열병합발전'이라는 명칭의 미합중국 특허 제6,651,443호는 그 일 예인데, 이는

(a) 가열된 배기가스를 방출하는 연료 터빈을 동작시켜서 축동력을 발전시키는 단계;

(b) 상기 축동력을 사용하여, 전기에너지나 냉각으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 출력을 발생하는 단계;

(c) 상기 가열된 배기가스를 사용하여, 고내열성의 열전달액체를 담고있는 열교환기에 상기 가스를 적용하여 증기를 발생시키는 단계;

(d) 상기 열전달액체를 증기발생기를 통해 흘려주어 흡수성 냉각기의 발전기와 열전달 상태의 증기를 발생시키는 단계;

(e) 상기 증기발전기로부터 증기를 증기터빈에 전달하여 출력축에 출력동력 을 발전시키는 단계; 및

(f) 상기 증기터빈의 상기 출력축의 출력동력을 사용하여 전기에너지 또는 냉각을 발생시키는 단계;를 포함하는 열병합발전 방법을 수반한다.

다른 열병합발전 시스템과 마찬가지로, 전술한 여러 터빈으로부터 연료변환효율을 증대시킴에 의한 경제적인 이점으로는 대부분의 경우 소매고객 수준에서 터빈연료비용 할증을 극복할 수 없으며 본선전원으로 히트펌프를 가동시키는 것에 비하여 훨씬 비용이 높게 된다. 또한, 배출열로 발생된 증기로 가동하는 터빈을 수반하는 상기 시스템은 일반적으로 1MW 이상의 대형 설비에 적용할 수 있을 뿐이다.

종래 기술의 다른 예로는 다음과 같은 교시가 포함된다.

"피크전력 저감 장치 및 방법"이라는 명칭의 1988년 3월 15일자의 미합중국 특허 제4,731,547호 (알렌더프(Alenduff) 등). 상기 설명한 기술은 본선전원과 병렬로 예비발전기를 사용하는데, 이 발전기는 상당한 초기비용을 가지며 통상적으로 높은 운전비용 할증을 필요로 할 것이다. 상기 개시된 교시에 따르면, 상기 예비발전기의 출력은, 풀타입 전기시장의 도입 전에 표준전력공급계약에 규정된 것처럼 통상 15분 또는 30분에 걸친 최대총수요와 관련된 주어진 설정점 이하에서 그 운전장치가 요구하는 전력을 유지하도록 제어된다. 전기공급용 풀타입 시장의 도입에 따라서, 새로운 타입의 공급계약은 경쟁적으로 가격이 매겨진 에너지요소를 위임된 네트워크 요금에서 분리하는 경향이 있는데, 이 요소는 현재 최대전력수요요금을 포함하고 있다(네트워크는 최대수요전력을 제공하는데 기초하여 설계되기 때문이다). 네트워크 비용요소가 현재 총 전기요금의 절반보다 작다고 하면, 최대수요전 력요금의 상당량이 대폭 감소되고, 따라서 상기 교시의 이익을 감소시키게 된다. 이 발명은 하나의 변환단계를 제거하여 높은 변환효율을 제공하는 공정에서(이제 엔진은 부하를 직접 구동한다), 최대전력수요의 요구를 보다 경제적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 최종고객이 가변적인 전기 풀가격(풀가격은 캘리포니아에서 발생한 것처럼 매우 높을 수 있으며 오스트레일리아의 국립전기시장에서 적지만 계속해서 종종 일어난다)과 자유시장에서의 엔진연료가격 사이에서 중재하여 거래할 수 있게 한다. "유도모터/발전기를 구동하는 변속구동기를 갖는 무중단형 전력공급장치"라는 명칭의 1992년 1월 14일자의 미합중국 특허 제5,081,368호(웨스트(West))는, 교류전력본선에 교류전원으로서 작용하며, 발전기에 직접 연결된 모터를 구동하기 위해 전력을 제공하고, 이로부터 2차전력이 해당 부하에 공급되게 하는 별도의 예비전원을 포함하는 무중단형 전원장치를 설명한다. 이것은 공급신뢰도가 가장 중요한 상황에만 적합한 자본집약적 장치이다.

"원동기 시동능력을 갖는 쌍방향 전력변환기를 구비한 전력변환시스템"이라는 명칭의 1991년 5월 14일자의 미합중국 특허 제5,015,941호(디안차드(Dhyanchard))는 발전모드에서 동작할 때는 원동기에 의해 구동되고 시동모드에서 동작할 때는 원동기를 구동하는 브러시리스 발전기를 이용하는 특정 시스템을 설명한다. 이 발명은 역시 전기를 발생시키기 위해 유도모터를 사용하는 공통적인 특징을 이용하지만, 원동기를 시동시키기 위해 모터모드에서 모터를 사용하는데, 이렇게 하는 구체적인 배치는 현장요구조건, 구성요소 이용가능성 및 비용에 따라서 달라질 것이다.

"분산형 발전원 집합체"라는 명칭의 2004년 6월 10일자의 미합중국 특허 제2004/0111226호(브루스터(Brewster) 등)는 지역적 전력분배 시스템에서의 전력공급조건과 분산형 발전설비와 관련된 고객의 전력수요데이터를 참조하여 분산형 발전설비의 제어를 조절하는 방법 및 시스템을 설명한다. 전술한 기술에서 지지하는 집중적 제어 시도와는 달리, 이 발명은 풀타입 시장에 적용되는 조건에 대한 개개의 고객의 독립적인 시장반응에 의존하는데, 이는 가끔 경우에 따라서는 관련 소매업자, 지역네트워크 소유자나 조작자, 또는 지역 전력체계 제어자 등의 다른 시장참가자가 제안하는 적절한 장려에 의해 쉽게 이루어진다. 새로운 풀타입의 시장이 이미 가격을 설정하고 전력을 송출하기 위한 발전기 가격의 집중형 시스템을 갖는다면, 전술한 바와 같은 2차 시스템은 한정된 작동자유를 가질 것이다. 또한 고객들이 그 자신의 설비의 제어를 외부기관에 넘겨주는 반항을 고려하면, 결점은 이 시스템을 존속시키기 위한 여유가 불충하고 장려가 거의 없다는 것이다. 한편 이 특허출원의 대상은 총비용을 저감시키는 부하, 원동기 및 전기모터 발전기의 새로운 배치와, 2001년 8월 21일 출원한 오스트레일리아 특허 제748800(페레라(Perera))에서 예상되는 라인을 따라서 풀타입 에너지시장의 금전적 이익에 대한 기회 및 고객 부하필요조건에 기초하여 이를 동작시키는 시스템에 대한 것이다.

2001월 3월 1일자의 PCT출원 제WO 01/71881호(라고드(Lagod) 등)는 현장 예비발전설비에 기초한 에너지관리시스템을 설명한다. 이런 시스템의 문제점은 별도의 예비설비를 설치하는 비용이 높고 이런 시스템의 운전비용이 높다는 것이다. 이 특허출원은 전술한 전력전송 시스템에 따라서 원동기에 의해 구동될 때 발전기를 겸하는 부하모터를 가짐으로써 이들 한계를 극복한다. 이렇게 하면 설치 후 비용이 감소되고, 필요에 따라서 원동기로부터 직접 부하를 구동함으로써 두 개의 에너지변환공정과 이와 관련된 효율손실이 제거된다.

보다 복잡한 다른 전기모터/발전기와 마찬가지로 널리 사용되는 교류유도모터는 동기속도 이상으로 원동기에 의해 구동될 때 전기발전기로서도 가동할 수 있는 능력을 갖는다. 본 발명은 대용 가능한 원동기를 모터로 구동되는 용도에 추가하여 거의 모든 전기모터로 구동되는 용도를 경제적 기회 구동부 겸 발전시스템(기회발전(Opportunity Generation)으로 전환하는 상기 특징들을 이용하므로, 주어진 부하에 작용할 수 있는 보다 경제적인 연료원을 선택할 수 있게 하고 환경이 적절한 경우 시스템이 역시 동시에 상기 용도로 작용하는 원동기가 있거나 없는 전기발전기로서 가동할 수 있게 한다. 전기를 발생하면서 부하가 동시에 가동할 필요가 있는지는 그 시점에서 부하필요조건과, 중간저장설비가 부하의 간헐적 작동을 가능하게 하는지와, 에 따라서 결정될 것이며, 신뢰성의 이유로 설치된 그 외의 구동부(원동기 및/또는 모터)가 있는지에 따라서 달라질 것이다. 원동기도 전기를 발생하는 동안에 부하가 동시에 가동할 수 있는지는 발전기축의 속도제어에 사용 가능한 설비와 출력조절수단, 예를 들어 컨버터-인버터 시스템의 이용가능성에 따라서 달라질 것이다. 대부분의 모터용도는 시간변화 부하용이므로, 모터구동시스템은 관련 변수, 예를 들어 냉각실의 경우는 온도, 액체 펌핑용도 등에서는 압력/액면의 최소치 및 최대치에 의해 통상 제어되는 '온' 및 '오프'사이클로 동작할 수 있도록 설계된다. 히트펌프를 사용하는 난방/냉방 시스템의 최근의 설계에 따르면 부하조건에 맞도록 모터의 속도를 변화시키기 위해 컨버터-인버터를 사용하는 경향이 있지만, 본 발명에서 설명하는 바와 같이 중간 가열/냉각 저장부를 도입함으로써 보다 경제적인 성과를 성취할 수 있다(예를 들어, 사이클링 부하(cycling duty)는 자체사용용 전기발전 및/또는 전력공급망에 전력 수출의 기회를 제공한다).

설치 후 비용의 제약을 받는 소형 용도에서, 천연가스엔진을 갖는 표준 유도모터가 바람직한 선택이다. 대부분의 선진세계 중에서 공간 및 온수 가열용 천연가스를 널리 이용할 수 있게 한다면, 이는 수백만 고객에 대한 실행 가능한 선택이다. 망상 천연가스가 서비스되지 않지 않지만 액화석유가스의 저장/사용을 위한 설비를 갖는 지역에서(LPG는 디젤오일보다 싸게 된다), LPG엔진(또는 LPG로 가동하도록 변형된 엔진)이 바람직한 선택이다. 디젤엔진의 이용가능성 및 친숙함이 크기 때문에, 높은 디젤비용을 상쇄할 수 있는 보조금 및/또는 이런 전기발생으로 인한 부수입원 및/또는 열 및 전기의 열병합발전으로 인한 적절한 절약의 기회가 있고/있거나 부하용도의 원하는 정도의 신뢰도를 보장하기 위한 최소의 비용선택이 있는 경우에 특히 이런 장치들이 뚜렷하게 적합하다. 보다 큰 용도에서는 마이크로터빈 및 가스터빈을 사용할 수 있다.

발전기로서 가동할 수 있는 모터, 원동기 및 구동되는 부하에 대한 특별한 구동장치 및 이들의 동작/출력은, 모두 구동되는 부하, 모터-발전기 및 원동기의 회전속도의 정보와, 단기가격경향의 예상을 포함한 원동기가 사용하는 연료의 가격 및 전기가격의 정보와, 회전속도에 기초하여 출력을 제어하는데 필요한 구동 부하, 원동기 및 모터-발전기에 대한 관련 설계/운용 데이터를 포함하여 원동기를 동작시키는 관련 고정비용 및 변동비용에 대한 정보를 저장할 수 있는, 구내에서 다른 연결된 부하의 전기적 필요조건의 구동 로드의 진행중 부하필요조건에 관한 정보와, 전력의 사용 및 전력공급망으로의 수출을 관리하는 조건 및 전기 및 연료 공급계약 조건에 관한 관련 정보를 연속적으로 수신할 수 있으며, 그리고 부하가 전기모터에 의해 구동되는지 원동기에 의해 구동되는지 또는 이들의 조합에 의해 구동되는지, 또는 원동기가 부하를 구동하는 것을 대신하여 또는 추가하여 발전기를 원동기가 구동하여, 원동기로부터의 일부출력을 수출하거나 하지 않고 구내에서 전기필요량을 만족시키거나 또는 원동기 및 발전기의 조합에 의해 생산된 모든 전기를 수출할 수 있게 하는지를 선택하는 컴퓨터에 의해 제어된다. 게다가 컴퓨터가 모터속도 또는 발전기 출력을 직접 제어할 수 있는 인버터/컨버터를 사용하던지 안 하던지, 컴퓨터와 발전기가 연결되거나 연결되지 않을 때, 원하는 부하출력 및/또는 발전기 출력에 따라서 계산된 구동속도를 유지하기 위해 원동기로의 연료공급을 제어하기 위한 컴퓨터 신호를 포함한 컴퓨터로부터의 제어신호에 응답하여, 각 주요구성요소에 연결된 전력송전부재를 결합 또는 분리하는 스위칭설비들이 있다.

본 발명의 특징, 목적 및 이점들은 첨부 도면 및 표를 참조하여 보다 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 양수장에서 볼 수 있는 고신뢰성 환경에서의 본 발명의 일 실시예의 개략도이다. 이해를 용이하게 하기 위해 구동장치의 중요한 특징만을 도시하였다.

도 2는 히트펌프를 사용하는 구내 난방용도에서의 본 발명의 일 실시예의 개략도이다. 이 개략도는 용이한 이해를 위해 난방용도만의 개략도이지만, 대부분의 이런 용도에는 구내에서 사용하기 위한 온수를 제공하는 것 외에도 동계의 공간난방 및 하계의 공간냉방용 역사이클에서 히트펌프를 사용할 것이다.

도 3은 태양열 패널을 사용하여 보완된 히트펌프를 사용하는 구내 난방용도의 본 발명의 다른 실시예의 개략도이다.

명료한 설명을 위해, 먼저 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 작업을 양수펌프장 등의 신뢰성 높은 환경에서 본 발명의 간단한 실시예에 적용하여 설명한다. 이런 펌프장에 대한 통상의 설계로는 3개의 모터구동펌프를 가질텐데, 여기서 최대부하를 공급하기 위해서 두 개의 펌프를 함께 구동할 필요가 있지만 대부분의 경우는 하나의 펌프를 동작시켜도 부하필요량을 충분히 만족시킬 수 있다(중간 저장소가 없는 경우의 통상적인 배치). 예비 펌프셋트는 하나의 펌프의 고장 등의 상황, 또는 일상보수를 위해 하나의 펌프가 정지할 때에 대비한다. 모터(4, 6)는 펌프(5, 7)를 구동하며, 아이솔레이터(20, 23) 및 스타터장치(19, 22)를 통해 본선전원(17)으로부터 라인(21, 18)에 의해 전기를 공급받는다.

펌프장으로의 전기본선전원 통상적으로 바람직하게는 두 개의 배전변전소로부터 시작되는 서로 다른 경로를 따르는 두 개의 교류급전기로부터 공급될 것이다. 지역에 따라서 다르지만, 예비(교류) 급전기 연결에는 대체로 펌프셋트 중의 한 펌프셋트와 동등한 정격의 디젤엔진발전기의 비용보다 상당히 높은 비용이 들 수 있 다. 중요한 용도의 예비발전은 특히 규모의 증대 때문에 점점 더 관련되고 있으며, 대규모 연계전력체계의 복잡성 때문에 중대한 정전을 일으키기가 더 쉬우며, 새로운 경쟁시장규칙 하에서 자체 조치를 수용할 수 있도록 전력체계 안전기준이 미세 조정되는 까닭에 소비자가 떨어질 가능성이 크다는 것을 주목할 가치가 있다. 펌프(5, 7)는 원수 수송라인인 입구헤더(8)에 연결되며, 또한 수출구인 출구헤더(9)에도 연결된다.

출구헤더(9)는 (역시) 중간 저장탑에 연결되는데, 이 저장탑은 정상상태에서 펌프의 개시 및 정지를 제어하는 수면설정점을 가질 것이다. 제 3 펌프(1)는 동기속도 이상으로 구동될 때 발전기로서 가동할 수 있는 전기모터(3) 및 엔진(2)의 양쪽에 연결되는 것으로 도시되어있다. 도시한 구동연결시스템은 구동부하 필요조건에 적합하도록 설계된 벨트(10) 및 풀리(11, 12, 13) 장치이지만, 기어박스 또는 유압식 구동연결시스템 등의 다른 적절한 장치도 될 수 있다. 풀리(11, 12, 13)는 또한 모터가 펌프 또는 엔진만을 또는 펌프 및 엔진 모두를 구동할 수 있도록 할뿐만 아니라 엔진이 펌프 또는 모터발전기만을 또는 펌프 및 모터발전기 모두를 구동할 수 있도록 원격제어 가능한 전기클러치를 포함한다. 이로 인하여 모터는 엔진을 동기속도까지 구동한 후(감압모드 또는 비감압모드) 엔진속도가 동기속도 이상으로 증가되어 전기를 발생시킬 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, 펌프장에서의 감시제어설비는 이 동기화운전의 이 부분을 자동으로 실시하기 위한 모듈을 포함할 것이다. 모터발전기(3)는 아이솔레이터(16) 및 스타터장치(15)를 포함한 연결선(14)을 이용하여 본선전원(17)에 연결된다. 그 외에 전력공급당국이 요구하는 계 량, 안전 및 보호체계를 이용할 필요가 있지만 용이한 이해를 위해 도시하지 않았다. 대규모 및 보다 복잡한 용도에서, 품목(15)은 유효전력 및 무효전력을 전력체계로 피이드백시키는 등의 보다 복잡한 전력체계 상호작용을 가능하게 할 뿐만 아니라 구동속도를 변화시킴으로써 부하를 제어할 수 있다는 이점을 갖는 컨버터-인버터 체계일 수 있다. 스타델타(star delta) 스타터 등에 의한 감소전압시동이 배전체계 전압제어기준을 만족시키기에 적절하지 않은 대규모의 용도에서는 컨버터-인버터가 필수적이다. 전력전자공학(power electronics)의 진보 및 이런 장치의 인기상승으로 그 이용가능성을 증대시키고 비용을 감소시키는데 도움이 되었다. 저비용의 결과를 필요로 하는 단순한 용도에서는 표준유도모터가 매우 적합하지만 본선 송전망/배전 체계로부터 무효전력을 수입할 필요가 있다는 결점이 있다. 현장에서의 커패시터는 본선전원에서의 이런 요구를 줄여줄 것이지만, 가격할증에도 불구하고 무효전력을 전선망으로 내보낼 수 있는 능력을 갖는 브러시리스 이중급전 유도발전기 등의 보다 양호한 선택이 있다. 무효전력을 전선망/배전 체계에 공급하는데 이용할 수 있는 보조 서비스비용이 있다면 이런 보다 복잡한 장치들은 대규모 용도에 아주 적합하며 추가비용을 일부 회수할 수 있다.

명확히 하기 위해 컴퓨터제어시스템과 제어부속품들은 도시하지 않았다. 컴퓨터제어시스템의 많은 특징들은 감시비용, 에너지공급계약조건, 상기 구내에서의 부하필요조건, 전기를 전력공급망 등에 수출하기 위한 발전기와의 결합의 관점에서 오스트레일리아 특허 제748800호에 설명된 것과 유사할 것이다. 게다가, 컴퓨터제어시스템은 원하는 부하 및/또는 발전된 전기출력을 전달하는데 적절한 회전속도를 결정하기 위해 필요에 따라서 제어되는 장치의 억세스 설계데이터, 각 구동축 상의 회전속도센서의 출력을 감시할 수 있고, 전기의 수출에 의한 금전적인 이익의 기회를 고려하여 부하를 구동하기 위해 교류에너지원을 사용함에 의한 최적의 금전적인 결과를 계산할 수 있으며, 최적의 중간저장변수, 예를 들어 온도/체적을 결정하고 가열/냉각 총 효율을 보완하기 위한 태양전지패널의 사용 등처럼 보조에너지원의 최적 이용을 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 '기회발전(Opportunity Generating)'은 적절한 때에 전기를 배전체계로 수출할 수 있을 뿐만 아니라 전기시장가격과 가스(또는 그 외의 연료)시장가격 사이를 중재할 수 있다. 오스트레일리아 특허 제748800호는 풀(pool)타입 에너지시장에서 가격에 대한 수요측 응답 방법 및 시스템을 제공한다. 관련된 이 출원이 풀타입 에너지시장이 없는 지역에 있는 경우, 오스트레일리아 특허 제748800호에 설명된 가격/수요관리 강화 특징의 일부는 관계된 전기( 및 가스) 소매업자와의 적절한 공급/환매 계약에 맞출 필요가 있다.

정상가격으로 전기를 여전히 공급할 수 있을 때 '기회발전' 장치를 가동할 필요가 있는 경우, 모터모드에서 가동하는 운전비용은 전기판매비용이 전기소매비용의 대부분인 원격장소를 제외하고는 엔진을 가동하는 비용보다 적을 것이다. 또한, 이런 장소에서는 망상 천연가스가 없고 이용할 수 있는 것이 LPG 또는 디젤인 경우 모터모드에서 여전히 비용차이가 유리하게 작용할 것이다. 엔진이 경부하 하에서 동작하고 전기수출가격이 높은 기간 동안, 구동엔진의 여유용량은 발전기 모드에서의 모터와 주 부하장치(예를 들어, 펌프)를 함께 가동함으로써 배전체계에 일부 전기를 수출하는데 이용할 수 있다. 엔진속도제어 모듈은 전기수출속도 설정을 관리할 것이며, 부하장치 속도를 면밀하게 제어할 필요가 있는 경우(워터펌프 및 압축기에서는 큰 문제가 아님), 연결풀리와 부하장치 사이에 개재된 외부에서 설정 가능한 연속가변기어박스(도시하지 않음)를 갖는 것이 바람직하다.

전력을 배전체계에 수출하는 예상 가격이 매우 매력적인 경우, 설치된 모든 장치(펌프 셋트)는 본 발명에 따른 '기회발전' 체계를 이용할 수 있다. 지역적인 전기 송전/배전망이 거의 확고한 능력을 갖고 '네트워크 지원' 결제가 가능하다면, 전기를 수출하기 위한 이런 방식의 능력이 상당히 증대될 수 있으며 그 이익이 증대된다. 특허 제748800호에서 예상할 수 있는 것 같은 자동시스템을 이용할 수 없는 경우, 네트워크 지원 결제용 장치를 송전 및 배전망 조작자가 처리할 필요가 있으며 직접개재에 기초할 필요가 있다. 특허출원 제85570/01호에 설명된 것 같은 에너지 단위를 거래하는 방법을 포함하는 본 발명의 실시예에서는, 응용 가능한 어떤 네트워크 지원계획의 무역협정도 이용되는데, 이는 경우에 따라서 상인 및 관련 네트워크 접속 서비스업자와 동의한 계약 속에 네트워크 지원계획에 규정된 해당 결제를 할증가격으로서 포함시킴으로써(감축할 관련 시간 및 에너지 사용량 및/또는 에너지 수출량을 설정) 이루어진다. 발전기 장치의 총용량은 정상수요를 감소시킴으로써 또 다른 지원의 유무에 관계없이 수출 목적으로 이용할 수 있다는 사실은 발전기장치의 정격출력에서 최소값이 설정된 네트워크 지원용의 확실한 약정이 이제 실현 가능해진다는 것을 의미한다.

기회발전으로 인해, 최초자본금은 별개의 예비발전을 갖는 경우보다 훨씬 작 으며 대부분의 경우 전용의 예비접속라인 및 여분의 전력체계 용량의 추가비용보다 상당히 작다. 다른 이점은 특히 전기요금의 전망이 높을 때 에너지 시장 간의 중재의 기회가 있다는 것이다. 이렇게 에너지 시장 협정이 허용되는 경우, 에너지 수출매상을 통해 (그래프 2는 풀(pool)가격 > 100$/MWh일 때 84시간을 나타낸다) 그리고 네트워크 지원결제를 통해 상당량의 돈을 벌 수 있다.

부하 증대에 의해 급전접속이 증가할 때 또는 공급계약/최대수요전력레벨을 재교섭할 수 있는 기회가 생길 때 급전접속용의 최초적용단계에서 거래/네트워크 지원 결제의 협정을 확립할 수 있다. 대부분의 네트워크 조절체제는 네트워크 소유자가 네트워크 증설을 착수할 때마다 수요측 반응을 상세히 조사할 것을 요구하므로, 제안된 증설 정보제공자가 소비자의 보급소의 상류측에 있는 경우 네트워크 지원서비스를 교섭할 수 있는 또 다른 기회를 제공하게 된다.

도 1과 지금까지의 설명은 단일 원동력(엔진)을 언급했을 뿐이지만, 하나 이상의 원동력, 예를 들어 풍차 또는 수차 / 미니 수력터빈 구동부를 가질 수 있다. 하나 이상의 원동력이 있고 이들을 함께 동작시키는 것이 바람직한 경우, 바람직하게는 연속가변속도 장치를 통해 각각의 입력축 속도를 변화시키는 장치를 가져서 구동력의 활용을 최적화하는 것이 필요하다.

본 발명의 다른 실시예

온대기후에서 가정용 에너지소비의 대략 75%는 난방/냉방 및 온수를 위한 것이다. 난방용 역사이클 공기조화장치를 공급하는 제조업자가 점점 많아지고 있다. 이런 환경에서 본 발명의 일 실시예는 도 2에 도시되어 있는데, 이는 순환수식 시 스템의 사용에 의해 온수난방 및 공간난방을 결합하는 것을 예상한다. 이런 방식으로 두 개의 부하를 결합함으로써, 보다 큰 규모의 기회발전장치를 사용할 수 있으므로 적절한 경우에 전기를 다시 판매할 수 있는 능력이 커진다. 설명을 간단하게 하기 위해 가열회로만을 도시하지만, 기술적으로 정통한 사람이라면 냉수탱크 및 절환밸브를 추가함으로써 도시한 시스템을 쉽게 전환하여 공간냉방도 역시 제공할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 2는 파이프(105)에 의해 응축기(104)에 연결된 부하장치로서 압축기(100)를 가지며, 그리고 작동유체는 응축기(107)를 증발기(101)에 연결하는 파이프(106) 상의 팽창밸브(107)를 통과한다. 증발기(101)는 증발기 관을 가로질러 주위공기를 송풍하는 외부팬(도시하지 않음) 및/또는 상기 증발기 관의 외측을 적셔주는 순환수 시스템을 가질 수 있다. 이 유체는 연결관(108)을 통하여 압축기로 복귀한다. 응축기(104)는 바닥에 입수구(111)와 상면에 출수구(112)를 갖는 저장수 탱크(102)의 내부에 수용된다. 또한 탱크(102)는 배기가스가 소음기(110)를 통하여 대기로 방출되기 전에 파이프(109)를 통하여 엔진(2)으로부터 배기가스를 보유하는 열교환기 관(103)을 수용한다. 도시하지는 않았지만, 엔진쟈켓 냉각유체로부터 유용한 열을 추출하기 위해 다른 열교환회로를 사용할 수 있다.

히트펌프와 순환수식 난방시스템을 결합하면, 공기(통상 COP(성능계수)가 약 3)와 접촉하지 않고 물(용수탱크의 온수난방용으로 시판중인 시스템에서 볼 수 있는 바와 같이 COP가 4-6)과 접촉하는 응축기 및/또는 증발기 관에서의 열전달이 보다 향상되기 때문에 성능계수(COP)가 증가하는 이점을 갖는다. 다양한 타입의 히트 펌프를 사용할 수 있지만, 비용부담이 그다지 크지 않다면 스크롤형 압축기를 사용하는 고효율 장치가 바람직하다. 이런 장치에서의 또 다른 이점은 적절한 크기의 온수저장탱크를 통하여 열을 저장할 수 있는 능력이다. 이로 인하여 히트펌프가 간헐적으로 동작할 수 있으므로, 부하가 없는 동안에 (엔진/)발전기의 전기 정격출력 최대치까지 수출할 수 있는 능력을 가진다. 열저장탱크의 크기는 내수용/수출용 예상 연료가격 및 예상 전기가격을 고려하여 부하 필요조건과 일치하는 히트펌프, 엔진 및 모터/발전기 장치의 크기를 최적화하는데 이용할 수 있는 허용차를 결정할 것이다.

널리 사용되는 히트펌프의 주요한 결점은 동시에 동작하여(예를 들어 '갑작스러운 한파' 또는 아침의 '기상'시간) 배전 / 송전 시스템 상에 국부적인 부하피크를 생기게 하기 쉽다는 것이다. 온수저장탱크 및/또는 예열 타이머를 가지면 국부부하의 피크들의 일부를 평탄화하는 것을 도와준다. 도 2에 도시한 바와 같이 열저장설비(102)의 크기에 따라서, 가능한 경우라면 이런 피크기간에 전기를 수출할 수 있으며 네트워크 지원결제의 혜택을 받을 수 있다. 특허 제748800호에 설명된 자동시스템을 갖는 기회발전기를 동작시키면 풀(pool)타입의 에너지시장에서 대부분의 가격탈선의 혜택을 받을 기회를 부여한다.

온대기후에서 히트펌프를 사용하는데 있어서의 한가지 주요 결점은 대기온도가 빙점에 가깝게 또는 그 이하로 강하할 때 히트펌프의 효율이 상당히 떨어진다는 것이다. 이런 상황에서는 증발기에 열을 제공하기 위한 지하수열 또는 태양열 히터 패널을 이용하는 것이 바람직하다. 태양열 패널(335)을 사용하는 본 발명의 일 실 시예가 도 3에 도시되어 있는데, 이 태양열 패널로부터의 열은 펌프(335) 및 연결파이프(334, 336)를 사용하여 저장탱크(305) 내의 물을 가열하는데 사용된다. 히트펌프 증발기(306)는 역시 팽창밸브(331)를 갖는 파이프(303)를 통해 응축기(104)에 연결된 탱크(305)의 내부에 수용된다. 보급수는 파이프(321)를 통하여 바닥에서 탱크(305)로 들어가고 온수는 파이프(322)를 통하여 탱크(305)의 상면으로부터 온수탱크(102)의 바닥까지 지나간다. 작동유체는 파이프(304)를 통하여 압축기로 복귀한다. 구내에서 사용하기 위한 온수는 온수탱크(102)의 상면에서 파이프(323)로부터 취수된다. 발전기의 동작을 연장시키기 위해서, 도 3은 온수탱크(102) 내의 온도가 고온설정점에 도달하는 경우 배기가스를 소음기(301)를 통하여 대기로 방출하는 절환밸브(302)를 보여준다. 기술적으로 정통한 사람이면 이해할 수 있는 바와 같이, 도 3에 도시한 장치는 대체 증발기 코일을 수용하기 위한 별개의 냉수탱크를 도입하고 야간시간에 태양열 패널 펌프를 가동하여 냉수를 탱크(305) 속에 저장함에 의해 하계의 공간냉방을 위한 역사이클 모드에서의 히트펌프를 가동시킬 수 있도록 용이하게 변형될 수 있다. 그 후 열교환기 코일(306)은 히트펌프 역사이클용 응축기로서 작용할 것이다. 하계의 온수 필요량은 동계보다 적으므로, 엔진으로부터의 배출열은 온수탱크(102) 내의 온도를 유지하기에 충분하지만, 엔진이 가동하지 않거나 온수온도가 하한 설정온도 이하로 강하할 때 히트펌프가 가열사이클에서 가동하여 온수탱크(102)에 보충열을 제공할 수 있다. 하계의 냉방을 위해, 순환수식 시스템은 온수탱크(102)로부터의 온수 대신에 냉수탱크(도시하지 않음)로부터의 냉수를 사용할 것이다.

세계각지에서 전기 발전, 송전 및 배전 체계를 증대시키려는 긴급한 요구를 만족시키기 위한 전류비용 예상이 주어진다면(수 십억달러가 필요), 본 발명의 광범위한 응용에 있어서의 상당히 낮은 자본비는 외부 중재/규제에 따르지 않고 자체 규제하는 보다 생명력 있고 튼튼한 에너지 시장을 설립하는데 막대한 가치를 가질 것인데, 이런 준비는 지금까지는 효과가 없었다. 기본부하 발전설비에 대한 최저비용은 약 750,00달러/MW가 되는 가스터빈을 사용함에 의해 이루어지는데, 여기에는 네트워크 증대비용과 거의 동일한 양을 추가하여야 한다. 천연가스/디젤엔진 발전기 셋트는 500달러/kW 미만이 되는데, 이는 500,000달러/MW에 상당한다. 컨버터-인버터, 구동시스템 및 제어시스템 등의 그 외의 설비들은 소규모 설치에서 약 5,000달러를 추가할 것으로 예상된다. 히트펌프나 그 외의 부하장치들은 그 자신의 성능향상능력에 대한 투자의 정당성을 증명할 수 있다. 아래의 그래프 3은 2002년의 빅토리안 지역전기 풀가격 및 빅토리안 가스 풀가격의 매일 평균을 보여준다. 전기가격이 높으면 전기발생용 천연가스의 상당한 소모로 인해 가스 풀가격에 영향을 주는 경향이 있다. 그러나, 매일 평균 전기가격이 1년 마다의 매일 평균가격보다 상당히 높지만 가스 풀가격은 그다지 변하지 않는 일 수가 많음을 분명히 알 수 있다. 30분 전기 풀가격의 레벨까지 내려갈 때는 가스 풀가격에 영향을 주지 않는 전기가격일탈의 경우가 훨씬 많다. 바람직하게는 오스트레일리아 특허 제748800호와 함께 처리하는 본 발명은 개인고객 레벨로 동작할 때에도 이런 상당한 에너지시장가격 차이의 경우에 유리하게 대응하는데 이상적으로 적합하다.

그래프 3 : 매일 평균 빅토리안 전기 및 가스 풀가격 - 2002년

바이오가스, 바이오디젤, 에탄올 등의 저가의 주 선택연료는 지속 가능한 경제적 생산량을 달성하는데 문제점 때문에 상업적 용도를 찾지 못하였다. 본 발명은 작은 생산량에서도, 특히 천연가스를 이용할 수 없고 LPG 또는 디젤의 운송비가 극히 높은 원격지역에서 이런 연료를 경제적으로 할 수 있는 기회를 제공한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예 및 그 외의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함 없이 그 외의 많은 장치를 고안할 수 있다. 상기 교시를 고려하여 만들어진 본 발명의 수정예 및 대체예도 이후의 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 생각된다.

Claims

전력공급망에서 전력을 받는 고객으로의 에너지 공급을 관리하는 시스템에 있어서:

다음의 주요구성요소 - 피동부하, 발전기(모터-발전기)로서도 동작하는 전기모터, 및 원동기 중에서 선택적으로 어느 두 개를 연결하거나 3개 모두를 결합시키기 위한 적어도 하나의 동력전달장치와;

상기 부하, 모터-발전기 및 원동기의 구동축 회전속도에 대한 정보, 단기적인 가격경향의 예측을 포함한 상기 원동기가 사용하는 전기가격 및 연료가격에 대한 정보, 구내에서 그 외의 연결된 부하의 전기 필요량의 피동부하의 현재 부하 필요조건에 관한 정보를 연속적으로 수신할 수 있으며, 회전속도에 근거하여 출력을 제어하는데 필요한 상기 피동 부하, 원동기 및 모터-발전기의 관련 설계/동작 데이터를 포함한 원동기를 동작하는데 관련된 고정 및 가변비용에 관한 정보, 및 전력공급망으로의 전력의 수출 및 사용을 운영하는 조건 및 전기 및 연료 공급계약조건에 관한 관련정보를 저장할 수 있으며, 상기 원동기로부터의 일부출력을 수출하거나 수출하지 않고 구내에서 전기 필요량을 만족시키기 위해 또는 원동기 및 발전기의 조합에 의해 생산된 모든 전기를 수출하기 위해, 상기 부하가 전기모터에 의해 구동되는지 또는 원동기에 의해 구동되는지 또는 이들 양자의 조합에 의해 구동되는지를 선택하거나, 또는 상기 원동기가 상기 부하를 구동하는 대신에 또는 상기 부하를 구동하는 것에 추가하여 모터를 발전기로서 구동하는지를 선택하는 컴퓨터 구동 컨트롤러와;

발전기가 연결되었을 때 소망의 부하 출력 및/또는 발전기 출력에 따라서 계산된 구동속도를 유지하기 위해 상기 원동기로의 연료공급을 제어하는 컴퓨터신호를 포함한 상기 각 주요구성요소를 결합 또는 분리시키도록 상기 컴퓨터로부터의 제어신호에 응답하는 스위칭장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 고객은 실시간 풀타입 에너지시장에 의해 서비스 받는 지역에 위치하며, 고객에게 에너지를 공급하기 위한 특정의 상용 장치를 이용하는데, 이는 구내에서 발생된 전기로부터 본선전원으로 수출된 어떤 전기도 포함하는 계약에 포함된 양/가격의 스케쥴에 기초하여 사용하지 않은 어떤 에너지라도 적절한 풀가격으로 시간간격으로 공급자가 환매할 수 있게 하며, 또한 높은 풀가격에 대한 수요측 반응에 필요한 동기를 증대시키기 위해 가격할증을 추가할 수 있는 선택권을 공급자에게 제공하며, 또한 풀가격, 에너지공급 계약조건, 현재부하 필요조건 및 예상 부하변화를 감시하며 고객 구내에서 에너지변환을 제어하는 컴퓨터 시스템을 이용하는데, 이 때 이들 감시대상을 고려하여, 풀가격이 운전/연료 비용 및 중간에너지저장설비의 최적 사용과 비교하여 높은 경우 전력을 공급망에 수출하여 이익을 얻을 수 있는 기회를 포함한 부하를 만족시키는데 사용되는 에너지원과 이용 가능한 보충에너지원의 최적혼합을 결정할 수 있으며, 설정된 변수에 도달할 때 본선전원에 연결하고 동작조건의 시각적 지시/경보를 제공하기 전에 동기발전기 출력을 포함하는 설정된 절차에 따라서 이들 결정을 실행하는 것을 특징으로 하는 시 스템.
제 1 항에 있어서, 모터로서 사용되는 모터-발전기의 속도제어 및 발전기로서 사용되는 모터-발전기로부터의 전기출력의 제어는 인버터/컨버터 장치를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동력전달장치는 상기 각 주요구성요소의 주구동축 상에 풀리를 갖는 벨트구동시스템을 사용하며, 상기 풀리는 상기 컴퓨터로부터의 신호에 의해 제어 가능한 상기 각 주요구성요소에 대한 동력전달을 단속하기 위한 원격제어형 클러치장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동력전달장치는 상기 각 주요구성요소의 주구동축 상에 유체동력변환기를 갖는 유체구동시스템을 사용하며, 상기 유체동력변환기는 상기 주요구성요소 중의 하나 이상의 요소의 구동축의 속도를 제어하기 위해 상기 컴퓨터에 의해 연속적으로 변화되는 유체동력변환기에 대한 유체유동을 가능하게 하는 관련설비를 갖던지 갖지 않고서 상기 컴퓨터로부터의 신호에 의해 제어 가능한 상기 각 주요구성요소에 대한 동력전달을 단속하는 원격제어형 유체유동제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동력전달장치는 상기 각 주요구성요소 에 연결된 3개의 구동축을 갖는 변속장치를 사용하며, 상기 변속장치는 상기 컴퓨터로부터의 신호에 따라서 각 구동축이 단속되게 하는 설비를 가지며, 상기 변속장치는 또한 상기 컴퓨터로부터의 신호에 따라서 연속적으로 어느 두 개의 구동축 사이의 기어비를 독립적으로 변화시키는 설비를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원동기는 컴퓨터의 신호에 따라서 상기 부하 또는 모터-발전기를 단속할 수 있도록 각 커플링과 관련된 원격제어형 클러치장치를 갖는 일정속도의 플렉시블 커플링을 사용하여 상기 부하 및 모터-발전기에 연결된 두 개의 출력구동축을 가지며, 상기 원동기는 컴퓨터제어형 감압밸브를 가지므로 상기 부하가 상기 모터에 의해 구동될 때 원동기의 감압밸브가 개방됨으로써 원동기가 아이들 상태에서 동력이 모터에서 상기 부하로 전달될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 주요구성요소 중의 하나 이상의 주 구동축 동력전달커플링과 상기 동력전달시스템 사이에 적어도 하나의 원격 가변구동속도 변속장치가 개재되며, 상기 원격 가변구동속도 변속장치는 컴퓨터의 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 구동되는 부하는 고객의 구내에서 모든 주요 가열 및 냉각 필요조건을 충족시키는 히트펌프이며, 상기 히트펌프는 열기 및 냉기를 저장하는 설비를 가지고 난방 및 냉방을 선택적으로 제공하여 상기 부하의 주기적인 운전을 가능하게 하기 위해 역운전이 가능하며, 상기 히트펌프의 운전은 상기 컴퓨터에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 축열매체는 상기 구내에서 사용하는 물이며, 온도구배를 유지하기 위해 서로 연결된 두 개의 저장탱크에 담겨지는데, 이 중 한 탱크는 상기 구내에서 직접 사용하기 위해 필요에 따라서 고온에서 유지되고 다른 탱크는 상기 원동기에서 발생된 열을 흡수하기 위한 중간온도저장탱크로서 사용되고 또한 고온저장탱크에 전달된 열에너지를 추출하기 위한 열원으로서도 작용하며, 각 탱크의 온도제어 및 히트펌프의 운전은 상기 컴퓨터에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 시스템의 효율은 하나 이상의 태양열 온수패널로부터 출력된 온수를 상기 중온수 저장탱크에 연결함으로써 더욱 향상되며, 상기 태양열 패널로부터의 물의 연결, 분리 및 유동 제어는 상기 컴퓨터에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 구내에서의 냉각부하는 예를 들어 하계에 또는 상당한 냉각부하가 있는 경우에 필요한 가열부하보다 상당히 크며, 열저장매체는 두 개의 저장탱크에 담겨져 구내에서 사용되는 물인데, 그 중 한 탱크는 구내에서 직접 사용하기 위해 필요에 따라서 고온에서 유지되며 다른 탱크는 저온수 저장탱크로서 사용되며, 상기 고온저장탱크는 상기 원동기로부터 발생된 열과 저온저장탱크로부터 고온저장탱크로 열을 전달하도록 히트펌프를 운전함에 의해 보충된 온도계산레벨을 유지하는데 필요한 열을 흡수하기 위해 열교환기를 가지며, 상기 저온저장탱크는 또한 상기 히트펌프가 냉각사이클에서 구동되고 있을 때 추출된 열에너지를 폐기하기 위한 히트펌프 덤프를 형성하며, 상기 태양열 패널을 통한 물의 유동 및 히트펌프의 운전은 상기 컴퓨터에 의해 제어되며, 운전조건이 필요로 하고 히트펌프설계가 허용하는 경우 히트펌프를 고속으로 가동하여 운전온도범위를 확장시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 가역히트펌프는 고온냉각부하를 충족시키는 교대냉각회로를 제공하기 위한 추가의 스위칭설비를 가지며, 상기 부하필요조건은 상기 교대냉각회로가 사용되지 않을 때 상기 히트펌프를 고속으로 가동시킴으로써 만족되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 시스템의 효율은 태양열 패널을 통한 유동이 제한되어 고온의 물을 전달하도록 하나 이상의 태양열 온수패널로부터 출력된 온수를 고온수 저장탱크에 연결하고, 야간에 강제순환 하에서 동작하는 동일한 태양열 온수패널로부터 출력된 냉수를 저온수 저장탱크에 연결함에 의해 더욱 향상되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 구동되는 부하는 상기 펌핑되는 유체가 최종 고객에 의한 소비를 위한 중간저장컨테이너에 저장될 수 있는 경우에 사용되는 적어도 하나의 펌프 또는 압축기를 포함하며 그리고/또는 하나 이상의 펌프 또는 압축기가 있어서 상기 동력전달시스템(기회 부하)에 연결된 부하를 간헐적으로 구동시킬 필요만 있으며, 서비스레벨을 보장하면서 금전적 이익을 최적화할 수 있는 상기 부하 및 발전기 동작의 컴퓨터 제어는, 부하 및 에너지 가격 예상에 따라서 중간저장량을 변화시키고, 상기 모터 및/또는 상기 원동기를 통한 기회부하를 동작시키기 위한 최적시간 및 상기 발전기를 동작시키기 위한 최적시간을 도출하고, 이용 가능한 경우 다른 부하장치를 선택적으로 동작시킴으로써 유지되는 것을 특징으로 하는 시스템.