KR20100061453A - 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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크리스 브리돈
광드 왕
유진 유
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트루라이트 인크.
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Abstract

하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 모니터링 모듈(202)은 하나 이상의 센서들로부터 신호들을 수신한다. 상기 신호들은 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨 정보, 하나 이상의 에너지 변환기들(102/104)의 전력 레벨 정보 및 전기 부하의 전력 레벨 정보를 포함한다. 판단 모듈(204)은 상기 신호들을 비교하여 상기 하나 이상의 에너지 변환기들(102/104)로부터의 전력이 상기 전기 부하를 만족하는지를 판단한다. 조정 모듈(206)은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들(102/104)로부터의 전력이 전기 부하 임계치를 만족시키지 않는다는 상기 판단 모듈(204)의 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들(102/104)로부터의 전력을 조정한다.

Description

하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법 {APPARATUS, SYSTEM, AND METHOD TO MANAGE THE GENERATION AND USE OF HYBRID ELECTRIC POWER}
-관련출원의 상호참조-
본 명세서는 Ken Pearson 외에 의해 2007년 7월 25일자로 출원된 " 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법"이라는 표제의 미연방 가특허출원 제60/951,925호의 이익을 주장하며, 여기에 참조로서 동봉한다. 본 명세서는 미연방 특허출원 일련번호 제10/459,991호(출원일: 2003년 6월 11일), 제11/270,947호(출원일: 2005년 11월 12일), 제11/740,349호(출원일: 2007년 4월 26일), 제11/828,265호(출원일: 2007년 7월 25일), 제11/829,019호(출원일: 2007년 7월 26일), 제11/829,035호(출원일: 2007년 7월 26일), 제12/179,554호(출원일: 2008년 7월 24일), 및 제12/179,578호(출원일: 2008년 7월 24일); 및 미연방 가특허출원 일련번호 제60/951,903호(출원일: 2007년 7월 25일), 제60/951,907호(출원일: 2007년 7월 25일), 및 제61/059,743호(출원일: 2008년 6월 6일)들이 참조로서 병합하면, 이들 각각의 전문은 참조로서 본원에 동봉된다.
본 발명은 하이브리드 전력에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 전력의 생성, 저장 및 분배의 관리에 관한 것이다.
화석 연료의 비용이 증가하고 화석 연료의 전세계적인 공급량이 감소함에 따라, 대체 에너지원의 중요성이 점점 더 중요해지고 있다. 대부분의 재생 가능 자원들에 의해 제공되는 형태의 비연료 기반 에너지는 효율적이며, 쉽게 이용 가능하고, 환경 친화적이다. 그러나, 사용자들은 태양, 바람과 같은 대부분의 비연료 기반 에너지 자원들을 거의 제어할 수 없다. 일반적으로, 더 많은 전력/에너지를 원하는 경우, 그에 따라 전력/에너지를 전달하는 햇빛과 바람의 속도를 증가시킬 수 없다. 또한, 생성되는 것 보다 더 작은 전력/에너지를 사용하고 있는 경우, 여분의 햇빛 또는 바람을 추후의 사용을 위해 저장하는 것이 쉽지 않다.
소소 또는 화석 연료에 의해 제공되는 형태의 연료 기반 에너지는 전력/에너지가 요구가 있는 대로 생성될 수 있다. 그러나, 연료 기반 에너지 생성에 내재하는 에너지 변환 지연으로 인해, 증가된 전력/에너지에 대한 요청은 항상 바로 충족될 수 없다. 예를 들어, 수소 연료 전지로의 수소의 흐름을 증가시키는 것이 수소 연료 전지의 출력 전력을 즉시 증가시키지 못할 수도 있다. 또한, 증가된 수소는 수소 연료 전지로부터 수소로 변환될 필요가 있을 수 있으며, 이는 추가적인 지연을 야기할 수 있다. 다른 연료 기반 에너지들도 흔히 그와 유사한 지연을 갖는다.
따라서, 상기 종래 기술의 문제점들 및 단점들을 극복할 수 있는 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법이 필요하다. 그러한 장치, 시스템 및 방법은 요구되는 전력/에너지를 효율적으로 제공하고 여분의 전력/에너지를 보존해야 한다. 특히, 그러한 장치, 시스템 및 방법은 에너지 변환 지연을 관리하고 전기 부하에 전달되는 전력/에너지를 효율적으로 균등화해야 한다.
전술한 바와 같이, 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법이 필요함은 명백할 것이다. 이러한 장치, 시스템, 및 방법은 에너지 변환 지연들을 관리하고 전기 부하로부터 도출되는 전력을 균등화할 것이다.
본 발명은 현재의 기술 수준에 따라, 특히, 현재의 가용한 하이브리드 전력 생성 및 관리 시스템들에 의해 완전히 해결되지 않은 당해 기술분야의 문제점 및 필요성에 따라 개발되었다. 따라서, 본 발명은 당해 기술분야에서 위에서 언급한 여러가지 또는 모든 단점들을 극복하는 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치, 시스템 및 방법을 제공하도록 개발되었다.
상기 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치는 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 단계들을 수행하도록 구성되는 다수의 모듈들을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상시 모듈들은 모니터링 모듈, 판단 모듈, 조정 모듈, 에너지 보존 모듈, 우선 순위 결정 모듈, 사용자 제어 모듈 및 예측 모듈을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 모니터링 모듈은 하나 이상의 센서들로부터 신호들을 수신한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 신호들은 전기 에너지 저장 장치의 에너지 레벨 정보, 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력/에너지 레벨 정보 및 전기 부하의 전력 레벨 정보를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 신호들은 수소 또는 다른 연료의 압력 또는 상태 정보를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 판단 모듈은 상기 신호들을 비교하여 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력/에너지가 상기 전기 부하를 만족하는지를 판단한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 판단 모듈은 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 소정의 임계 레벨을 만족하는지를 판단한다. 일 실시예에 있어서, 상기 소정의 임계 레벨은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 하나 이상의 에너지 변환 지연에 기반한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 조정 모듈은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력이 상기 전기 부하 임계치를 만족시키지 않는다는 상기 판단 모듈의 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력을 조정한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 조정 모듈은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력이 상기 전기 부하를 만족하지 않고 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 않는다는 상기 판단 모듈의 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력을 증가시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 에너지 보존 모듈은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력이 상기 전기 부하를 만족한다는 상기 판단 모듈의 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 여분의 전력을 대체 에너지 유형으로 저장한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 에너지 보존 모듈은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 2차 연료를 1차 연료로 변환하되, 상기 1차 연료는 상기 대체 에너지 유형을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 대체 에너지 유형은 수소 가스, 열 에너지, 화학적 에너지 및 위치 에너지로 구성되는 그룹에서 선택된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 에너지 보존 모듈은 실질적으로 충만한 대체 에너지 저장 장치에 응답하여 상기 전기 에너지 저장 장치를 충전한다.
일 실시예에 있어서, 상기 우선 순위 결정 모듈은 전원들의 우선 순위 결정에 근거하여 전기 부하로 전달되는 전력의 공급을 균등화한다. 일 실시예에 있어서, 전원들의 우선 순위 결정에서, 상기 비연료 기반 에너지 변환기들의 우선 순위가 상기 전기 에너지 저장 장치의 우선 순위보다 높으며, 상기 전기 에너지 저장 장치의 우선 순위가 상기 연료 기반 에너지 변환기들의 우선 순위보다 높다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전원들의 우선 순위 결정이 에너지 변환 비용, 에너지 변환 효율 및 에너지 변환 지연 중 하나 이상에 근거하여 이루어진다. 다른 실시예에 있어서, 상기 사용자 제어 모듈은 사용자 입력에 근거하여 전원들의 우선 순위 결절을 제어한다.
일 실시예에 있어서, 상기 예측 모듈은 상기 전기 부하의 과거의 전력 추출에 근거하여 상기 전기 부하의 미래의 전력 추출을 예측한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 판단 모듈은 상기 예측에 근거하여 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력을 조정하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 시스템은 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하도록 제공된다. 상기 시스템은 하나 이상의 에너지 변환기들, 전기 에너지 저장 장치, 하나 이상의 센서들, 제어기, 및 전력 인터페이스에 의해 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 각각은 에너지원을 전력으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 상기 전기 에너지 저장 장치는 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력을 저장 및 공급한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전기 에너지 저장 장치는 적어도 약 12 시간 동안 상기 전기 부하의 전력 추출을 실질적으로 만족하도록 구성되는 에너지 저장 용량을 포함하되, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들이 상기 전기 부하의 평균 전력 추출을 만족하며 상기 전기 부하의 피크 전력 추출보다 작은 양의 전력을 출력하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 접이식 구조를 가진다. 다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나는 태양 전지들, 풍력 터빈들, 수력 터빈들, 지열 터빈들, 태양 집광기들 및 폐열 열병합 발전으로 이루어지는 그룹에서 선택된 비연료 기반 에너지 변환기이다.
다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나는 연료 전지들, 마이크로터빈 시스템들, 수소 리포머(reformer), 수소 전기 분해 시스템들 및 내연 기관 발전기들 이루어지는 그룹에서 선택된 연료 기반 에너지 변환기이다. 다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나는 2차 연료를 1차 연료로 변환하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 2차 연료는 물 및 탄화 수소로 이루어지는 그룹에서 선택되며, 상기 1차 연료는 수소를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 2차 연료는 화학적 수소화물을 포함하고, 상기 1차 연료는 수소를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 화학적 수소화물은 고체 무수 화학적 수소화물 반응물 및 활성화 작용물을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨, 및 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 및 상기 전기 에너지 저장 장치들에 연결되는 전기 부하의 전력 레벨을 측정한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 센서들은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 생성 능력 및 에너지원 상태에 대한 정보들 더 수신한다. 일 실시예에 있어서, 상기 전력 생성 능력은 상기 하나 이상의 에너지 변환기들에 의해 생성된 수소의 측정된 가스 압력을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전력 인터페이스는 상기 하나 이상의 센서들, 상기 전기 에너지 저장 장치 및 상기 제어기를 전기적으로 연결한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전력 인터페이스가 하나 이상의 표준화 포트들을 포함하고, 상기 하나 이상의 표준화 포트들 각각이 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 하나의 해당 플러그형 커넥터로부터 통신 신호들과 전기 에너지를 전달한다. 다른 실시예에 있어서, 표준화 포트들을 상기 해당 플러그형 커넥터를 상기 전력 인터페이스에 착탈식으로 연결한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어기는 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하는지 판단한다. 다른 실시예에서, 상기 제어기는 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 소정 임계 레벨을 만족하는지를 판단한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제어기는 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하지 않고 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 못한다는 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨을 증가시킨다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제어기는 주문형 에너지 변환기 유형 정의들을 수신하고 상기 주문형 에너지 변환기 유형 정의들에 대응하는 에너지 변환기들을 제어하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 컴퓨터 프로그램 제품은 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 동작들을 수행하도록 제공된다. 일 실시예에 있어서, 상기 동작들은 상술한 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 상기 장치들의 동작의 단계들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨 정보, 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들의 전력 레벨 정보, 수소 저장 장치의 압력 레벨 정보 및 전기 부하의 전력 레벨 정보를 포함하는 신호들을 하나 이상의 센서들로부터 수신하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 상기 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들로부터의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하는지를 판단하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 소정 임계 레벨을 만족하는지를 판단하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 상기 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들로부터의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하지 않고 상기 전기 에너지 저장 장치의 에너지 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 않는다는 판단에 따라 수소 생성 장치의 수소 생성을 증가시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 상기 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하고 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족한다는 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 여분의 전력을 대체 에너지 유형으로 저장하는 단계와, 충만된 대체 에너지 저장 장치에 응답하여 상기 전기 에너지 저장 장치를 충전하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 상기 전기 에너지 저장 장치가 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 않는다는 판단에 따라 상기 전기 에너지 저장 장치를 충전하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 특징들, 이점들, 특성들은 하나 이상의 실시예들에 임의의 적합한 방법으로 결합될 수 있다. 본 발명은 특정한 실시예의 특정한 특징들 또는 장점들의 중 하나 이상 없어도 실행될 수 있다는 것은 관련 기술에 숙련된 자는 인식할 것이다. 다른 경우, 추가적인 특징들 및 이점들은 본 발명의 모든 실시예들에 존재하지 않을 수 있는 임의의 실시예들로 인식될 수 도 있다.
본 발명의 이러한 특징들 및 장점들은 아래에 기재되고 첨부된 특허청구범위나 본 발명의 뒷 따르는 설명에 의해서 더욱 명확해질 것이다.
본 발명은 현재의 기술 수준에 따라, 특히, 현재의 가용한 하이브리드 전력 생성 및 관리 시스템들에 의해 완전히 해결되지 않은 당해 기술분야의 문제점 및 필요성에 따라 개발되었다.
본 발명의 이점이 즉시 이해될 것이다 하기 위하여, 본 발명 간단히 기술된 상기 것의 더욱 특정한 기재는 첨부된 그림에서 도시하다 특정한 실시예에 참고에 의하여 만들어질 것이다. 이 그림이 본 발명의 단지 통상적인 실시예를 묘사하고 그러므로 그것의 범위의 제한 생각될 것이지 않는다는 것을 이해해서, 본 발명은 첨부한 도면의 사용을 위한 추가 특이성 그리고 세부사항으로 기술되고 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 컨트롤러의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 관리하는 방법의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다.
본 명세서에 기술된 다수의 기능적 단위들은 이들의 구현 독립성을 더욱 특별히 강조하기 위하여, 모듈로서 라벨링되어 있다. 예들 들어, 모듈은 주문형 VLSI 회로들 또는 게이트 어레이들, 및 로직 칩들, 트랜지스터들 또는 다른 개별 구성 요소들과 같은 오프-더-쉘프(off-the-shelf) 반도체 장치를 포함하는 하드웨어 회로로 구현될 수 있다. 또한, 모듈은 필드 프로그래머블 게이트 어레이들, 프로그래머블 로직, 프로그래머블 로직 장치들 등과 같은 프로그래머블 하드웨어 장치들로 구현될 수 있다.
또한, 모듈들은 다양한 형태의 프로세서들에 의하여 실행될 수 있는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실행 코드의 식별 모듈은, 예컨대, 목적, 절차, 또는 기능으로서 구성될 수 있는 컴퓨터 명령들의 하나 이상의 물리 또는 논리 블록을 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 식별 코드의 실행파일들은 물리적으로 함께 위치할 필요는 없으나, 논리적으로 결합하는 경우, 모듈을 포함하고 모듈의 정해진 목적을 달성하는 서로 다른 위치에 저장된 서로 다른 명령들을 포함할 수 있다.
실제로, 실행 코드의 모듈은 단일 명령, 또는 다수의 명령일 수 있으며, 그리고 수개의 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 걸쳐, 서로 다른 프로그램들 사이에서, 그리고, 수개의 서로 다른 코드 세그먼트들 상에 분산될 수 있다. 유사하게, 동작 데이터가 모듈 내 식별되고 설명될 수 있으며, 임의의 적당한 형태로 구현되고 임의의 적당한 형태의 데이터 구조 내에 구성될 수 있다. 동작 데이터는 단일 데이터 셋으로서 수집되거나, 서로 다른 저장 장치들을 포함하는 서로 다른 위치 상에 분산될 수 있고, 적어도 부분적으로, 시스템 또는 네트워크 상에 전기적 신호로서만 존재할 수 있다. 모듈 또는 그 일부가 소트트웨어로 구현되는 경우, 그 소프트웨어 부분들은 하나 이상의 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체 상에 저장된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시예", "일실시예", 또는 이와 유사한 어구에 관한 참조는 실시예와 연결하여 기술된 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시예에서", "일실시예에서", 및 이와 유사한 어구들은, 반드시 그러한 것은 아니나, 모두 동일한 실시예를 참조할 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 매체의 경우, 디지털 처리 장치 상에 기계로 읽을 수 있는 명령들을 저장할 수 있는 임의의 형태를 취한다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 콤팩트 디스트, 디지털-비디오 디스크, 자기 테이프, 베르누이 장치, 자기 디스크, 천공 카드, 플래쉬 메모리, 집적 회로, RFID, 또는 그 밖의 다른 디지털 처리 장치 메모리 소자에 의하여 구현될 수 있다.
더욱이, 기술된 본 발명의 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적당한 방법으로 결합될 수 있다. 이하의 기술에서, 본 발명의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위하여, 프로그래밍, 소프트웨어 모듈, 사용자 선택, 네트워크 트랜잭션, 데이터베이스 조회, 데이터베이스 구조, 하드웨어 모듈, 하드웨어 회로, 하드웨어 칩과 같은 다수의 특정한 세부사항들이 제공된다. 그러나, 관련 기술분야에서 숙련된 자들은 본 발명이 하나 이상의 상기 특정 세부사항들 없이, 또는 그 밖의 다른 방법들, 구성요소들, 재료들 등을 이용하여 실행될 수 있음을 인정할 것이다. 그 밖의 다른 경우에서, 본 발명의 측면들을 모호하게 하지 않도록 공지의 구조들, 재료들, 또는 동작들이 도시 또는 기술되지 않는다.
도 1은 하이브리드 전력의 생성 및 사용을 균등화하는 시스템(100)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에 있어서, 시스템(100)은 하나 이상의 비연료 기반 (non-fuel based) 에너지 변환기들(102), 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104), 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130), 및 전기 및 제어 시스템(106)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 하나 이상의 비연료 기반 에너지원들을 전력으로 변환한다. 상기 비연료 기반 에너지원들은 태양(108), 바람(112), 지구열학적 열원, 파도, 물 흐름, 및 다른 자연적인 무료 에너지원들 또는 비연료 기반 에너지원들을 포함할 수 있다. 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 태양 전지들(110), 풍력 터빈들(114), 수력 터빈들(미도시), 지구열학적 터빈들(미도시), 태양 집광기들/수집기들(미도시), 폐열 열병합 발전(미도시) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 시스템(100)은 휴대용으로 구성되고, 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 물리적으로 모듈 방식으로 구성되어 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 각각이 시스템(100)에 착탈식으로 결합될 수 있다. 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 각각은 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)를 상기 시스템(100)에 착탈식으로 결합하도록 구성된 기계적인 커넥터를 포함할 수 있다(예를 들어, 하기에 설명되는 에너지 인터페이스를 통해). 예를 들어, 상기 태양 전지들(110)은 그 태양 전지(110)를 상기 시스템(100) 상에 착탈식으로 장착하는 연결 암(arm) 등을 포함할 수 있다. 상기 연결 암은 수동 또는 자동으로 조정될 있어, 상기 태양 전지들(110)이 상기 시스템(100)의 위치와 관계없이 실질적으로 발전 효율을 최적화하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 방향 센서, 태양광 센서, 바람 센서 등과 같은 하나 이상의 센서들(116)은 신호들을 상기 전기 및 제어 시스템(106)에 전달하여, 상기 전기 및 제어 시스템(106)이 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 중의 적어도 하나 이상을 배치하거나 태양광 수집기들과 같은 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 부분들을 배치하게 한다. 상기 기계적인 커넥터들은 전력/에너지 인터페이스(158)과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이 표준화된 통신 및 전력 인터페이스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 중의 적어도 하나 이상은 휴대용으로 구성되고, 접이식 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접이식 구조를 가지는 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 서로 접히는 두 개 이상의 패널들을 포함하는 태양 전지들, 또는 접이식 터빈 암들 등을 포함하는 풍력 터빈들(114)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 하나 이상의 센서들(116)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들(116)은 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)에 의해 생성된 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 전기 센서들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 전압 또는 전류는 실질적으로 일정한 기지의 값을 가지며, 상기 하나 이상의 센서들(116)은 다른 미지의 값을 측정한다. 상기 측정된 값은 전압 또는 전류일 수 있다. 상기 일정한 기지의 값 및 측정된 값으로 상기 하나 이상의 센서들(116)로부터의 측정 및 기지의 값을 이용하여 제어기(154)는 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 전력 출력을 산출할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들(116)은 태양광 센서, 풍속 센서, 물 속도 센서, 온도 센서 등과 같은 비연료 기반 에너지원들의 에너지원 상태를 측정하는 하나 이상의 에너지원 센서들을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 센서들(116)은 상기 전기 및 제어 시스템(106)과 통신할 수 있으며, 상기 하나 이상의 센서들(116)은 온도, 속도, 전압, 전류 등과 같은 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 전력 레벨 정보를 포함하는 통신 신호들을 상기 전기 및 제어 시스템(106)으로 전달한다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 하나 이상의 연료 기반 에너지원들(118, 122)을 전력으로 변환한다. 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)은 가솔린 디젤, 등유, 프로판, 천연 가스, 석탄 등과 같은 탄화수소; 우라늄 또는 다른 핵 연료들; 화학 수소화물, 탄화수소 및 물과 같은 수소 또는 수소원들(sources); 바이오매스(biomass) 연료들; 및 다른 연료 기반 에너지원들을 포함한다. 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 양성자 교환막 (PEM: Proton Exchange Membrane) 연료 전지 또는 고체 산화물 연료 전지 (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)와 같은 연료 전지 시스템(120), 마이크로터빈(microturbine) 시스템(124), 수소 리포머들(미도시), 수소 전기 분해 시스템들(미도시), 내연 기관 발전기 등과 같은 탄화수소 또는 수소 기반의 전기 발전기들(미도시) 중의 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 전력을 생성하기 전에 다수의 변환들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 화학 수소화물, 탄화수소, 물 등과 같은 연료 기반 에너지원(118, 122)로부터 연료를 추출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 추출된 연료원은 수소일 수 있으며, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 수소를 전력으로 변환하는 제2 변환을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 시스템(100)은 휴대용으로 구성되고, 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 물리적으로 모듈 방식으로 구성되어 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104) 각각이 상기 시스템(100)에 착탈식으로 결합될 수 있다. 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104) 각각은 그 연료 기반 에너지 변환기들(104)를 상기 시스템(100)에 착탈식으로 결합하도록 구성된 기계적인 커넥터를 포함할 수 있다. 상기 기계적인 커넥터들은 전력/에너지 인터페이스(158)과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이 표준화된 통신 및 전력 인터페이스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(102) 중의 적어도 하나 이상은 휴대용으로 구성된다.
상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)은 1차 연료를 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)에 직접 제공할 수 있다. 또는, 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)은 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)에 의한 1차 연료로의 변환을 위해 하나 이상의 2차 연료들을 변환기 서브시스템(128)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 연료 기반 에너지원(118)은 수소 흐름 또는 1차 연료를 연료 전지 시스템(120)에 직접 제공하는 수소 가스의 가압 저장 탱크를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 연료 기반 에너지원(118)은 화학 수소화물, 물, 천연 가스, 바이오-디젤(bio-diesel) 또는 다른 2차 연료를 포함할 수 있고, 상기 변환기 서브시스템(128)은, 연소 기관과 같은 상기 연료 전지 시스템(120) 또는 내연 기관과 같은 다른 연료 기반 에너지 변환기(124)가 전력 생성을 위해 이용할 수 있는, 상기 2차 연료원을 수소로 변환하는 리포머(reformer), 전기분해 시스템 등과 같은 변환기를 포함할 수 있다.
하나 이상의 연료 기반 에너지원들(118, 122)이 2차 연료들을 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)은 대체 에너지 저장 장치(119)를 포함할 수 있다. 상기 대체 에너지 저장 장치(119)는 이후에 전력으로 변환하기 위해 여분의 1차 연료 또는 전위 에너지를 저장할 수 있다. 전위 에너지를 저장하는 것의 예들은 열을 저장하는 것, 증기를 생성하는 것, 물과 같은 물체를 위치 상승시키는 것, 용수철을 감는 것, 또는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)이 요구될 때 전력으로 변환할 수 있는 다른 전위 에너지를 저장하는 것을 포함한다. 상기 대체 에너지 저장 장치(119)는 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의해 생성된 여분의 전기 에너지를 낭비함이 없이 1차 연료 및/또는 전위 에너지로 저장되게 함으로써 상기 시스템(100)의 효율성을 증가시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 하나 이상의 변환기 서브시스템(128)을 포함한다. 상기 변환기 서브시스템들(128) 각각은 상기 전기 및 제어 시스템(106)으로부터 제어 신호들을 수신할 수 있다. 상기 변환기 서브시스템(128)은, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)이 2차 연료들을 1차 연료들로 변환하는 비율 또는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)이 전력을 생성하는 비율에 영향을 미치는, 공기 펌프, 물 펌프, 냉각 송풍기, 솔레노이드 밸브 (solenoid valves), 전기 스위치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 변환기 서브시스템들(128)은, 공기를 상기 연료 전지 시스템(120) 내부로 펌핑하여 전력 생성을 위한 연료를 공급하는 가변 속도 공기 펌프들, 물을 화학적 수소화물 내부로 펌핑하여 상기 연료 전지 시스템(120)에 의한 수소 생성을 촉진시키는 물 펌프들, 상기 연료원들(118, 122) 중의 하나 상의 밸브(valve) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104) 각각은 사용되는 연료 기반 에너지원(118, 122)에 근거하는 고유한 변환 지연을 포함한다. 상기 변환 지연은, 변환기 서브시스템(128)을 통해 2차 연료를 1차 연료로 변환하고 상기 1차 연료를 전력으로 변환하도록 구성되는 연료 기반 변환기들(104)들에 대한 지연이 1차 에너지를 직접적으로 사용하도록 구성되는 연료 기반 변환기들(104)들에 대한 지연보다 더 클 수 있다.
상기 변환 지연은 상기 전기 및 제어 시스템(106)이 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 제어 신호를 전달할 때부터 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 전력 출력이 상기 제어 신호를 반영할 때까지 소요되는 시간을 포함할 수 있다. 상기 제어 신호는 스타트업(startup) 신호, 셧다운(shutdown) 신호, 전력 증가/감소 신호, 또는 다른 제어 신호일 수 있다. 상기 변환 지연은 전력 생성 시간, 및 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)이 1차 연료를 전력으로 변환하는데 소요되는 시간을 포함할 수 있다. 또는, 상기 변환 지연은 전력 생성 시간, 에너지원 변환 시간, 및 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)이 하나 이상의 변환기 서브시스템들(128)과 협업하여 2차 연료를 1차 연료하고 상기 1차 연료를 전력으로 변환하는데 소요되는 시간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 수소 연료원(118) 및 수소 연료 전지 시스템(120)을 포함한다. 상술한 예에서 설명된 바와 같이, 상기 수소원(source)(118)는 수소 가스를 저장할 수 있으며, 또는 상기 수소원(118)는 화학적 수소화물, 물, 탄화수소 등과 같은 하나 이상의 수소원들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 수소 연료 전지 시스템(120)은 천연 가스 또는 다른 탄화수소를 상기 수소원(118)로부터 수소 가스로 변환하는 하나 이상의 리포머(reformers) (즉 변환기 서브시스템들(128))를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 수소 변환기 서브시스템(128)은 전기분해를 이용하여 물과 같은 수소를 포함하는 화합물을 상기 수소원(118)로부터 분해하여 수소 가스를 상기 연료 전지 시스템(120)에서 사용되도록 방출할 수 있다. 대안적인 실시예에 있어서, 상기 연료 전지 시스템(120)은 상기 수소원(118)로부터의 수소를 직접 이용하여 전력을 생성할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 수소 변환기 서브시스템(128)은 상기 수소원(118)로부터의 화학적 수소화물과 물을 이용하여 수소를 생성할 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 수소 변환기 서브시스템(128)은 물과 같은 액체를 고체 무수(anhydrous) 화학 수소화물과 같은 고체 반응물(reactant)을 함유하는 하나 이상의 중공들(cavities)을 포함하는 액체 투과성 파우치(pouch)로 도입할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 고체 반응물은 고체 무수 활성화 작용물(agent)을 더 포함하여 상기 물과 반응물 사이의 반응을 촉진시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 화학 수소화물은 물 또는 다른 산화제와 반응 하여 수소 가스를 생성하는 수소를 함유하는 감소시키는 환원성(reducing) 화합물로 간주될 수 있다.
중공들, 화학적 수소화물 및 활성화 작용물의 예들을 포함하는, 화학적 수소화물로부터 수소를 생성하는 시스템의 실시예들이 2007년 7월 26일에 출원된 미국특허출원 11/829,019에 개시되어 있으며, 그 전체 내용들이 참조로써 본 출원에 포함된다. 화학 수소화물들은 유기 또는 무기(nonorganic) 화합물을 포함할 수 있다. 화학 수소화물들의 비제한적 실시예들은 수소화 붕소 나트륨 (sodium borohydride), 수소화 붕소 리튬 (lithium borohydride), 리튬 알루미늄 수소화물 (lithium aluminum hydride), 리튬 수소화물 (lithium hydride), 나트륨 수소화물(sodium hydride), 및 칼슘 수소화물(calcium hydride)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 마이크로터빈 연료원(122) 및 마이크로터빈 시스템(124)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 마이크로터빈 시스템(124)은 수소 마이크로터빈이고, 상기 마이크로터빈 연료원(122)은 상기 수소원(118)과 실질적으로 유사하다. 다른 실시예에 있어서, 상기 마이크로터빈 시스템(124)은 천연 가스 마이크로터빈 또는 다른 탄화수소 마이크로터빈이고, 상기 마이크로터빈 연료원(122)은 천연 가스 또는 다른 탄화수소 연료원이다. 상기 마이크로터빈 시스템(124)은 상기 마이크로터빈 시스템(124)이 생성하는 여분의 열로부터 전력을 열병합 발전하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 수소 리포머들(미도시), 수소 전기분해(미도시), 탄화수소 전기 발전기(미도시), 또는 다른 연료 기반 에너지 변환기들(104)와 같은 변환기 서브시스템(128)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 전력을 제공한다. 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124) 및 변환기 서브시스템(128)은 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102)로부터의 전력을 이용하여, 전기 분해를 이용하여 물을 수소로 변환하는 것과 같이, 2차 연료를 1차 연료로 변환할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 전력을 전기 및 제어 시스템(106)에 제공하여 상기 시스템(100)에 동력을 공급하고 전기 부하(166)에 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 하나 이상의 에너지원 센서들(126) 및 하나 이상의 에너지 변환기 센서들(127)을 포함한다. 상기 하나 이상의 에너지원 센서들(126)은 압력 센서, 무게 센서, 양 센서, 카운터, 흐름 센서, 레벨 센서, 부유물, 또는 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)의 에너지원 상태를 측정하는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 에너지원 센서들(126)은 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)의 충만 상태 또는 연료 잔량을 모니터링한다. 상기 에너지원 센서들(126)의 유형은 사용되는 연료 기반 에너지원들(118, 122)의 유형에 따라 결정된다. 예를 들어, 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)이 압축된 수소인 경우, 상기 에너지원 센서들(126)은 수소 압력 센서를 포함할 수 있다.
상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)이 화학 수소화물, 탄화수소, 또는 물과 같은 2차 연료원을 제공하는 실시예에 있어서, 상기 에너지원 센서들(126)은 상기 변환기 서브시스템(128)의 하류에 위치할 수 있다. 마찬가지로, 상기 에너지원 센서들(126)의 유형은 사용되는 변환기 서브시스템(128)의 유형에 따라 결정된다. 예를 들어, 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)이 물이고 상기 변환기 서브시스템(128)이 물을 수소로 변환하는 전기분해 시스템인 경우, 상기 에너지원 센서들(126)은 수소 유속 센서, 수소 압력 센서, 및 그것들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 에너지 변환기 센서들(127)은 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)에 의해 생성된 하나 이상의 전압 및/또는 전류들을 모니터링 하는 전기 센서들을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 에너지 변환기 센서들(127)은 하나 이상의 온도 센서, 압력 센서, 다른 운영 데이터, 또는 안전 센서들을 포함할 수 있다. 상기 에너지원 센서들(126) 및 에너지 변환기 센서들(127)은 상기 전기 및 제어 시스템(106)과 통신할 수 있으며, 상기 에너지원 센서들(126) 및 에너지 변환기 센서들(127)은 온도, 속도, 전압, 전류, 압력 등과 같은 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 전력 레벨 정보를 포함하는 통신 신호들을 상기 전기 및 제어 시스템(106)에 전달한다.
일 실시예에 있어서, 상기 시스템(100)은 생성된 연료 압력, 양, 유속, 온도 등을 상기 에너지 변환기 센서들(127) 및 하나 이상의 에너지원 센서들(126) 중의 하나 이상에 의한 판독에 근거하여 실질적으로 일정한 레벨로 유지한다. 상기 센서 판독을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하기 위하여, 상기 시스템(100)은 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)로부터의 연료의 방출량을 증가시키거나, 변환기 서브시스템(128)에 의한 2차 에너지의 1차 에너지로의 변환량을 증가시키거나, 상기 전기 에너지 저장 장치들(130)로부터의 연료의 방출량을 증가시킴으로써 연료 전지 시스템(120)에서의 수소의 소모량과 같은 에너지의 소모량을 상기 연료 기반 에너지원들(118, 122)에 의해 생성된 연료들로 균등화하여, 상기 시스템(100)에 연결된 전기 부하(166)의 전력 요구 조건들을 만족시키면서 실질적으로 일정한 센서 판독 레벨을 유지한다. 대안적으로, 상기 시스템(100)은 전기 부하(166)의 필요조건에 근거하여 상기 센서 판독을 동적 레벨로 유지할 수 있다.
상기 시스템(100)은 두 개의 균등화(balancing) 유형들을 제공한다. 제1 유형의 균등화는 상기 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102)로부터, 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터, 및 상기 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)로부터 공급되어 상기 시스템(100)에 결합된 전기 부하(166)에 전달된 전력을 균등화하는 것이다. 상기 공급된 전력은 상기 전기 부하(166)에서의 모니터링한 변화에 응답하여 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104), 및 상기 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130) 사이에서 스위칭하는 동작 및/또는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의해 생성된 전력의 양을 조종하는 동작에 의해 균등화될 수 있다.
제2 유형의 균등화는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124), 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 및 상기 하나 이상의 변환기 서브시스템들(128) 사이에서 이루어진다. 상기 제어기(104)은 상기 에너지원 센서들(126) 및 상기 에너지 변환기 센서들(127)로부터의 데이터를 이용하여 에너지의 형태에 관계없이 가용 에너지의 사용을 최대화는 방법을 결정한다. 상기 에너지의 형태는 태양, 기계 (바람, 파도 등), 및 수소와 같은 1차 화학적 연료원, 화학적 수소화물과 같은 2차 화학적 연료원, 전기분해, 광화학적 분해, 열분해 등을 위한 물, 및 개질(reformation)을 위한 탄화수소일 수 있다.
상기 제어기(104)은 상기 에너지원 센서들(126) 및 상기 에너지 변환기 센서들(127)로부터의 데이터를 처리하고, 상기 가용한 비연료 기반 에너지원, 1차 연료원, 2차 연료원, 및 다른 제3 연료원들 적절히 최대한으로 활용하기 위하여 소정 스위치들 또는 밸브들 개방하거나 소정 펌프들 및/또는 서브시스템들을 활성화할 지를 결정한다. 예를 들어, 태양 전지들(110)과 같은 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 전지 시스템(120), 마이크로터빈 시스템(124), 및 전기 배터리들과 같은 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)을 가지는 시스템(100) 가정해 보자. 상기 제어기(104)은 상기 에너지원 센서들(126), 상기 에너지 변환기 센서들(127) 및 상기 전기 부하(166)로부터의 데이터를 검토한다. 이러한 예에서, 상기 제어기(104)은 상기 전기 부하(166)의 수요가 낮고, 상기 태양 전지들(110)의 전기 출력이 높으나, 상기 배터리들(130)이 충분히 충전되었다고 판단할 수 있다. 따라서, 가용 에너지를 최대한으로 활용하기 위하여, 상기 제어기(104)은 변환기 서브시스템(128)를 활성화하여 전기분해를 통해 물로부터 수소를 생성하고 그 생성된 수소를 (펌프 등을 활성화하여) 수소를 유지하는 상기 대체 에너지 저장 장치(119)에 저장할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 비연료 기반 에너지원, 1차 연료원, 2차 연료원, 및 다른 제3 연료원들이 최대한 효율적으로 이용된다.
마찬가지로, 상기 전기 부하(166)가 연장된 기간 동안 지속되거나 증가하는 경우, 상기 제어기(104)은 현재 공급되고 있는 전력이 다른 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)을 온라인 상태로 만들어서 현재 제공되는 전력을 보충하지 않고서는 유지될 수 없다는 것을 나타내는 에너지원 센서들(126)에서의 변화를 검출한다. 변환 지연의 충격이 제공되는 전력 레벨에 부정적인 영향을 미치기 전에 변환기들(104, 102)과 전위 변환기 서브시스템(128)이 온라인 상태로 되도록, 상기 제어기(104)은 상기 에너지원 센서들을 위해 임계치들을 이용할 수 있다. 상기 전기 부하(166) 수요에 있는 단기적인 스파이크들(spikes)은 상기 전기 에너지 저장 장치들(130)을 사용하여 극복된다. 일 실시예에 있어서, 상기 시스템(100)은 전기 및 제어 시스템(106)를 포함한다. 일반적으로, 상기 전기 및 제어 시스템(106)은 상기 센서들(116, 126, 127)로부터의 통신 신호들을 모니터링하고, 전기 부하(166)에 전달된 전력의 공급을 상기 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의하여 생성된 전력과 전기 에너지 저장 장치들(130)에 저장된 전력 사이에서 균등화하여 전력의 공급이 사기 전기 부하(166)를 만족하게 하고, 상기 하나 이상의 변환기 서브시스템들(128)을 제어하여 상기 센서들(116, 126, 127)로부터의 통신 신호들이 하나 이상의 기설정 임계치 값들을 만족하게 한다.
상기 시스템(100)은 상기 전기 부하(1660을 연료 기반 에너지 변환기들(104), 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및 전기 에너지 저장 장치들(130)을 이용하여 균등화시킨다. 일 실시예에 있어서, 이는 화학적 수소화물에 공급된 물을 제어하여 화학적 수소화물로부터의 수소를 이용하는 연료 전지 시스템(120)이 상기 전기 부하(166)에 의해 요구되는 전력을 생성하게 함으로써 이루어진다.
상기 화학적 수소화물 변환기(128) 및 연료 전지 시스템(120)이 변환 지연을 가지거나 상기 전기 부하(166)에 의해 요구되는 전력량을 전달할 수 없는 경우, 상기 제어기(154)는 상기 시스템(100)의 동적 (과도) 응답을 개선하도록 보상하여 변화에 대한 순간적인 응답을 상기 전기 부하(166), 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 다른 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터 제공한다. 경우에 따라, 상기 제어기(154)는 저장소의 역할을 하는 배터리와 같은 전기 에너지 저장 장치들(130)로부터 전력을 추출하여 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 에너지 여분을 저장하고 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 전력이 부족한 경우에 전력 부족을 보상한다. 또한, 상기 시스템(100)은 물을 화학적 수소화물에 공급함으로써 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 전력 출력을 증가시켜서, 소정 량의 전기가 항상 사용 가능하도록 배터리들과 같은 전기 에너지 저장 장치들(130)을 다시 충전시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기 및 제어 시스템(106)는 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 전기 에너지 저장 장치들(130)은 재충전 가능하며, 잉여 전력 및 연료를 셧다운 사이클(cycle) 동안 이용하기 위하여, 전력의 일부가 상기 전기 부하(166)에 의하여 사용되지 않는 경우나 상기 전기 부하(166)가 차단된 후에, 상기 전기 에너지 저장 장치들(130)은 상기 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 상기 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의해 충전된다. 전기 에너지 저장 장치들(130)은 시스템(100)의 스타트업 주기와 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 변환 지연 동안에 전기 부하(166)에 순간적인 전력을 제공한다. 이것은 시스템(100)에 연결된 전기 부하(166)가 순간적인 전력을 가지며 전력을 받기 전에 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 변환 지연을 기다릴 필요 없다는 것을 의미한다.
일 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)은 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 병렬로 연결되고, 연료 기반 에너지 변환기들(104)이 전기 부하(166)에 기반하는 그것들의 출력 변화 없이 그것들의 가장 효율적인 전력 레벨로 동작할 수 있도록 연료 기반 에너지 변환기들(104) 상의 전기 부하(166)를 균등화시킨다. 전기 에너지 저장 장치들(130)은 전기 부하(166)에 의해 추출된 전력에 있는 스파이크 동안 및 스타트업 또는 전력 수요의 변화 후의 변환 지연 동안에 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의해 생성된 전력 보충할 것이다. 전기 에너지 저장 장치들(130)은 밀폐형 납 축전지, 리튬 이온 (Li 이온) 배터리, 니켈 금속 수소화물 (NiMH) 배터리, 또는 다양한 재충전 배터리와 같은 배터리들, 커패시터(capacitor), 슈퍼 커패시터(super capacitor), 울트라 커패시터(ultra capacitor), 및 전기 에너지를 저장할 수 있는 기타 장치들로 이루어지는 그룹에서 선택될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전기 에너지 저장 장치들(130)은 필요한 것 보다 큰 에너지 용량의 사용을 위해 선택되어, 전기 에너지 저장 장치들(130)의 딥 사이클링(deep cycling: 재충전 전에 완전히 배터리를 방전시키는 과정)을 방지하기 위하여 연료 기반 에너지 변환기들(104)를 보충하고, 전기 에너지 저장 장치들(130)의 수명을 증가시킨다. 다른 실시예에 있어서, 연료 기반 에너지원들(118, 122)에 전력을 공급하는 대신에, 비연료 기반 에너지 변환기들(102)은 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)에도 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 있어서, 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및 전기 에너지 저장 장치들(130)은 전력/에너지 인터페이스(158)에 전기적으로 연결된다. 다른 실시예에 있어서, 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및 전기 에너지 저장 장치들(130)은 하나 이상의 플러그형(플러그형) 커넥터들 이용하여 전력/에너지 인터페이스(158)에 착탈식으로 결합될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전력/에너지 인터페이스(158)는 하나 이상의 변환기 포트들(160), 하나 이상의 전기 저장 포트들(162), 및 전력 출력 포트(164)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 하나 이상의 변환기 포트들(160) 및/또는 전기 저장 포트들(162)은 표준화된 통신 및 전력 전달 인터페이스를 구비한다. 또한, 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130) 각각은 표준화된 통신 및 전력 전달 인터페이스를 구현하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 관하여 상술한 바와 같이, 표준화된 통신 그리고 전력 전달 인터페이스는 기계적인 커넥터와 통합될 수 있으며, 해당 플러그형 커넥터를 전력 인터페이스에 착탈식으로 결합할 수 있다.
상이한 유형의 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130)을 위한 표준화된 통신 및 전력 전달 포트 및 플러그형 커넥터 인터페이스는 시스템(100)에 모듈 방식의 주문형(customizable) 구조를 제공하고, 추가적인 변환기 및/또는 에너지 저장 유형들이 시스템(100)에 추가되거나 시스템(100)으로부터 제거될 수 있게 한다. 또한, 상기 모듈 방식의 주문형 구조는 시스템(100)이 소형 휴대용 시스템으로부터 대형 주택용 상업적 시스템으로 확장될 수 있게 하고, 최종 사용자가 시스템(100)를 위태롭게 하지 않고서 구성 요소들을 연결할 수 있게 한다.
일 실시예에 있어서, 하나 이상의 변환기 포트들(160) 및/또는 전기 저장 포트들(162)의 통신 인터페이스는 전기 및 제어 시스템(106)이 센서들(116, 126, 127, 131)로부터 신호들을 수신 및/또는 변환기 유형 정보를 수신할 수 있게 한다. 변환기 유형 정보는 에너지 변환기 및/또는, 하나 이상의 변환기 포트들(160) 및/또는 하나 이상의 전기 저장 포트들(162)에 연결되는 에너지 저장 장치의 특정한 유형을 확인한다. 변환기 유형 정보의 예들은 변환기 유형 인식기, 에너지 변환기 유형 정의 인식기, 에너지 변환기 유형 정의 등을 포함한다. 에너지 변환기 유형 정의는 제어기(154)와 관련하여 아래에서 상세히 설명된다.
일 실시예에 있어서, 하나 이상의 변환기 포트들(160) 및/또는 전기 저장 포트들(162)의 전력 전달 인터페이스는 전력을 전력/에너지 인터페이스(158)로 전달하고 전력을 전력 출력 포트(164)를 통해 전기 및 제어 시스템(106)의 나머지 부분들에 전달하는 것을 허용한다. 일 실시예에 있어서, 전력/에너지 인터페이스(158)는 하나 이상의 스위치들 또는 트랜지스터와 같은 다른 전기 리우팅(routing)/변환 수단, 다이오드, 릴레이, 또는 하기에서 설명되는 DC/DC (DC/DC) 컨버터(132)와 같은 변환기 등을 포함하며, 이것들은 제어기(154)에 의해 제어될 수 있어서 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130)로부터 수신된 전력을 밸런싱, 라우팅, 변환 또는 관리할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 AC(AC) 전력을 생성하고, 변환기 포트들(160)의 하나 이상은 AC 전력을 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 풍력 터빈들(114)와 같은 터빈 기반 에너지 변환기들은 AC 전력을 생성하는데 더 효율적일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 전기 에너지 저장 장치들(130)은 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 직접적으로 병렬 결합된 커패시터, 배터리, DC/DC 변환기(132) 또는 다른 전기적 장치 이후에 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 간접적으로 병렬 결합된 다른 에너지 저장 장치(130)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전기 및 제어 시스템(106)는 시스템(100)의 센서, 밸브 및 다른 구성 요소와의 전력 및 제어 신호의 통신을 위해 결합된다. 일 실시예에 있어서, 전기 및 제어 시스템(106)는 하나 이상의 전압 및 전류 센서들(131), DC/DC 변환기(132), 회로 차단기(134), 비접지회로차단기(GFCI: Ground Fault Circuit Interrupter) 장치(136), 전자적인 스위치(138), DC 아울렛(outlet)(140), AC 변환기(142), AC 아울렛(144), 회로 차단기 스위치(146), GFCI 스위치(148), 디스플레이(display)(150), 키패드(keypad)(152), 제어기(154), 및 컴퓨터 통신 인터페이스(156)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전압 및 전류 센서들(131)은 전기 에너지 저장 장치들(130)의 양쪽 극들에서의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된다. 전기 및 제어 시스템(106)는 전기 에너지 저장 장치들(130)의 극들의 전압 및/또는 전류를 이용하여 전기 에너지 저장 장치들(130)의 충전/전력 레벨을 결정할 수 있다. 전압과 전류 센서들(131)의 측정치에 기반하여, 전기 및 제어 시스템(106)은 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전할 지 또는 전기 에너지 저장 장치들(130)을 유도할 지를 결정하여 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 비연료 기반 에너지 변환기들(102)를 보충한다. 또한, 전기 및 제어 시스템(106)는 사용자에게 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 상태 정보를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, DC/DC 변환기(132)는 연료 기반 에너지 변환기들(104) 회로 및/또는 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 DC 생성부들의 가변 전압을 실질적으로 일정한 전압으로 변환하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 연료 기반 에너지 변환기들(104) 회로 및/또는 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 DC 생성부들로부터의 전력은 DC/DC 변환기(132)를 바이패스(bypass) 한다. 일 실시예에 있어서, 상기 실질적으로 일정한 전압은 5V, 9V, 12V, 14V, 24V 등과 같은 표준 전압이다. 일 실시예에 있어서, DC/DC 변환기(132)는 벅(buck), 부스트(boost), 벅-부스트, 인버팅(inverting), 포워드(forward), 플라이백(flyback), 푸시-풀(push-pull), 하프 브리지(half bridge), 풀 브리지(full bridge), 쿡(Cuk) 또는 SEPIC DC/DC 변환기와 같은 스위칭 변환기를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, DC/DC 변환기(132)는 전압 조절기를 포함한다. 일반적으로, 스위칭 DC/DC 변환기를 사용하는 경우는 전압 조절기 DC/DC 변환기를 사용하는 경우보다 전력 손실 더 작다. DC/DC 변환기(132)는 시스템(100)의 전기적 구성 요소와 시스템(100)에 결합되는 전기 부하(166)에 전력을 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, DC/DC 변환기(132)는 전력/에너지 인터페이스(158)와 통합된다.
일 실시예에 있어서, 회로 차단기(134)는 전기 회로에서의 전기적 단락 또는 전기 과부하에 응답하여 전기 회로를 차단한다. 회로에서의 과부하는 시스템(100)이 제공할 수 있는 것 보다 더 많은 전류를 전기 부하(166)가 요구하는 경우에 발생될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 회로 차단기(134)의 등급은 시스템(100)의 전력 생성 능력에 의해 결정된다. 일 실시예에 있어서, 회로 차단기(134)는 전기 및 제어 시스템(106)의 전류 레벨을 위해 지정된 표준 등급의 회로 차단기이다. 일 실시예에 있어서, 회로 차단기 스위치(146)는 회로 차단기(134)가 회로를 차단한 후에 회로 차단기(134)를 재설정하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, GFCI 장치(136)는 전기 회로에 있는 전기적 누설에 응답하여 전기 회로를 차단한다. GFCI 장치(136)는 회로 차단기(134) 보다 더 신속하게 전기 회로를 차단할 수 있다. GFCI 장치(136)는 회로에 들어가는 전류의 양과 회로에서 나오는 전류의 양 사이의 차이를 검출하도록 구성되어, 전류 누출 또는 접지로의 별도의 경로를 나타낸다. 일 실시예에 있어서, GFCI 장치(136)는 4 mA 또는 5 mA 정도의 작은 전류 불일치(mismatch)를 감지할 수 있으며, 전류 불일치에 1/30초 만큼 빠르게 반응할 수 있다. 일 실시예에 있어서, GFCI 스위치(148)는 GFCI 장치(136)가 회로를 차단한 후에 GFCI 장치(136)를 재설정하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 전자적인 스위치(138)는 회로의 나머지 부분을 차단하지 않고서 전력으로부터 전기 부하(166)를 차단한다. 일 실시예에 있어서, 전자적인 스위치(138)는 사용자가 시스템의 전력 감소 단계를 개시한 후에 전기 부하(166)를 차단한다. 셧다운 상태 동안, 시스템(100)은 전자적인 스위치(138)를 동작시키고, 전기 부하(166)를 차단하고, 계속적으로 전기를 생성하여 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전하고, 연료 기반 에너지원들(118, 122)의해 생성된 여분의 연료를 이용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, DC 아울렛(140)은 DC 장치들에 DC 전원 공급을 위한 하나 이상의 아울렛 또는 플러그 인터페이스들을 제공한다. 일 실시예에 있어서, DC 전력은 표준 DC 전압을 가진다. 일 실시예에 있어서, 표준 DC 전압은 대략 9V 내지 15V이다. 다른 실시예에 있어서, DC 아울렛(140)는 많은 자동차들에서 사용되는 DC 아울렛들과 유사한 "담배 라이터" 타입의 플러그이다.
일 실시예에 있어서, AC 변환기(142)는 DC/DC 변환기(136)로부터의 DC 전력을 AC 전력으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, AC 변환기(142)는 DC 전력을 표준 AC 전압을 가지는 AC 전력으로 변환한다. 표준 AC 전압은 영역을 기반으로 선택되거나 시스템(100)의 예정된 용도에 따라 선택될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 표준 AC 전압은 대략 110V 내지 120V이다. 다른 실시예에 있어서, 표준 AC 전압은 대략 220V 내지 240V이다. 일 실시예에 있어서, AC 변환기(142)는 DC 전력을 50Hz 또는 60Hz와 같은 표준 주파수를 가지는 AC 전력으로 변환한다. 표준 주파수는 영역에 근거하여 선택되거나 16.7Hz 또는 400Hz와 같은 예정된 용도에 따라 선택될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, AC 아울렛(144)는 AC 변환기(142)로부터 AC 장치들에 AC 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 아울렛 또는 플러그 인터페이스들 제공한다. 일 실시예에 있어서, AC 아울렛(144)는 지리적인 영역에 따라 표준 AC 아울렛으로 구성된다. 또한, AC 아울렛(144)는 다수의 AC 아울렛들 또는 주택 또는 건물의 도처에 배치된 AC 아울렛의 시스템을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 디스플레이 장치(150)는 사용자에게 정보를 전달하도록 구성된다. 디스플레이 장치(150)는 액정 표시 장치 (LCD: Liquid Crystal Display), 발광다이오드 (LED: Light Emitting Diode) 표시 장치, 유기 LED(OLED: Organic LED) 표시 장치, 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube) 표시 장치, 또는 사용자에게 신호 가능한 다른 표시 장치일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 디스플레이 장치(150)는 사용자에게 에러 메시지를 전달하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 디스플레이 장치(150)는 사용자에게 전기 에너지 저장 장치들(130)에 의해 저장된 에너지의 양에 대한 정보를 전달하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 디스플레이 장치(150)는 사용자에게 연료 기반 에너지원들(118, 122)의 사용 상태를 전달하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 키패드(152)는 사용자에게서 입력을 수신하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 사용자는 기술자이고, 키패드(152)는 기술자에 의한 시스템 에러 진단 또는 고장 진단(troubleshooting) 촉진하도록 구성된다. 상기 입력은 시스템(100)에 신호하여 스타트업 또는 셧다운 단계를 개시하거나, 디스플레이 장치(150)에 표시된 메시지, 옵션 또는 메뉴를 조정하거나, 사용자에 의한 메뉴 항목의 선택을 알리거나, 시스템(100)에 에러, 고장 진단 또는 다른 정보를 전달하도록 구성될 수 있다. 키패드(152)는 하나 이상의 키들, 숫자 키패드, 버튼들, 클릭-휠들 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어기(154)는 시스템(100)의 하나 이상의 구성 요소들을 제어하도록 구성된다. 제어기(154)는 도 2 및 도 3을 참조하여 더 상세히 설명된다. 일반적으로, 제어기(154)는 센서들(116, 126, 127, 131)로부터의 신호들을 모니터링하고, 전기 부하(166)에 전달된 전력의 공급을 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의하여 생성된 전력과 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)에 의해 저장된 전력 사이에서 균등화하여 전력의 공급이 전기 부하(166)를 실질적으로 만족하게 하고, 하나 이상의 변환기 서브시스템들(128)을 제어하여 센서들(116, 126, 127, 131)로부터의 통신 신호들 중의 하나 이상이 하나 이상의 기설정 임계치 값을 만족하게 한다. 제어기(154)는 마이크로프로세서, 응용 주문 집적회로(ASIC: Application Specific Integrated Circuit), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array) 등과 같은 집적 회로일 수 있다. 제어기(154)는 비연료 기반 에너지 변환기 센서들(116), 연료 기반 에너지원 센서들(126), 연료 기반 에너지 변환기 센서들(127), 변환기 서브시스템들(128), 전기 센서들(131), 디스플레이 장치(150), 키패드(152), 전력/에너지 인터페이스(158) 및/또는 시스템(100)의 다른 구성 요소들과 통신한다.
일 실시예에 있어서, 제어기(154)는 제어 버스를 사용하여 시스템(100)의 다양한 구성 요소들과 통신한다. 상기 제어 버스는 하나 이상의 와이어, 또는 제어 명령들을 직렬 또는 병렬로 제공하는 다른 전달 매체일 수 있다. 제어기(154)는 디지털 또는 아날로그 통신 방식으로 버스를 통해 통신할 수 있다. 도 2와 도 3를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 제어기(154)는 시스템 효율성과 시스템 안전을 모니터링하고 최적화할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제어기(154)는 디스플레이 장치(152) 또는 컴퓨터 통신 인터페이스(156)를 사용해 사용자에 의해 접근될 수 있는 로그 통계 자료, 성능 데이터, 또는 상태 메시지들을 저장할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제어기(154) 및 다른 회로는 시스템(100) 내부의 물로 인한 쇼트와 화재를 방지하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 제어기(154) 및 다른 회로는 시스템(100)의 상부 쪽으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어기(154)는 주문형 에너지 변환기 유형 정의를 수신하도록 더 구성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제어기(154)는 상기 주문형 에너지 변환기 유형 정의로부터의 정보를 이용하여 상기 주문형 에너지 변환기 유형 정의에 대응하는 에너지 변환기를 제어한다. 상기 주문형 에너지 변환기 유형 정의에 해당되는 에너지 변환기는 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 중의 하나 또는 연료 기반 에너지 변환기들(104) 중의 하나와 유사할 수 있거나, 상이하거나 새로운 에너지 변환기 유형일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 주문형 에너지 변환기 유형 정의는 제어기(154)를 위한 에너지 변환기의 유형을 정의하여 시스템(100)이 주문형이며, 갱신 가능하고, 업그레이드 가능하게 한다. 예를 들어, 시스템(100)은 하나 이상의 디폴트(default) 에너지 변환기 유형 정의를 포함하여 전기 및 제어 시스템(106)이 그것들이 하나 이상의 변환기 포트들(160)에 결합될 때 디폴트 에너지 변환기 유형들의 집합의 일부를 제어할 수 있다. 제조자, 사용자, 기술자, 설치자 등은 하나 이상의 주문형 에너지 변환기 유형을 정의하여, 전기 및 제어 시스템(106)이 그것들이 하나 이상의 변환기 포트들(160)에 결합될 때 추가적인 에너지 변환기 유형들을 제어할 수 있게 한다.
일 실시예에 있어서, 에너지 변환기 유형 정의들은 우선순위 정보, 통신 신호/센서 정보, 변환기 디폴트 설정 또는 정보, 전류, 전압, 전력 레벨, 에너지 레벨, 또는 제어기(154)가 해당 에너지 변환기 유형 정의에 대응하는 에너지 변환기 또는 에너지 저장 장치를 통신을 통해 제어할 수 있게 하는 다른 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제어기(154)는 에너지 변환기 및 에너지 변환기 유형 정의와 해당 에너지 변환기로부터의 신호들에 근거하여 변환기 포트들(160) 중의 하나로 플러그되는 에너지 변환기의 유형을 결정하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 제어기(154)는 주문형 에너지 변환기 유형 정의들을 상술한 시스템 버스를 통해 컴퓨터 통신 인터페이스(156)로부터 수신하거나, 다른 통신 인터페이스를 통해 다른 모듈, 시스템 또는 장치로부터 수신할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 컴퓨터 통신 인터페이스(156)는 제어기(154)가 컴퓨터 또는 다른 전자적인 장치들과 인터페이스 하도록 구성된다. 컴퓨터 통신 인터페이스(156)는 시리얼 포트, 이서넷(Ethernet) 포트, 범용 직렬 버스(USB) 포트 또는 다른 통신 포트와 같은 하나 이상의 포트들, 터미널들, 어댑터들(adapters), 소켓들(sockets), 플러그들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 컴퓨터는 통신 인터페이스(156)를 이용하여 시스템 로그 정보, 성능 데이터, 시스템 상태 정보를 액세스하여 시스템 설정을 변경하거나 제어기(154)를 프로그램 할 수 있다.
도 2는 제어기(200)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에 있어서, 제어기(200)는 도 1의 제어기(154)와 실질적으로 유사하다. 제어기(200)는 모니터링 모듈(202), 판단 모듈(204), 및 조정 모듈(206) 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 모니터링 모듈(202)는 에너지원 센서들(126), 에너지 변환기 센서들(116, 127) 및/또는 전기 센서들(131)로부터 통신 신호들을 받는다. 상술한 바와 같이, 상기 통신 신호들은 압력, 온도, 전압, 전류, 속도 등과 같은 상기 센서들(116, 126, 127, 131)로부터의 판독값들을 포함할 수 있으며, 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104), 전기 에너지 저장 장치들(130) 및/또는 시스템(100)에 결합된 전기 부하(166)의 전력 레벨 정보를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 통신 신호들은 에너지원의 충만 상태, 에너지 변환기의 1차/2차 연료 변환 상태, 에너지 변환기의 전기 생성 상태, 에너지 저장 장치의 전기적 상태 등을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 통신 신호들은 연료 누출 탐지, 전기적 과전류 데이터 또는 전기적 저전류 데이터와 같은 안전 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 센서들(116, 126, 127, 131) 각각은 다양한 마이크로컨트롤러에 연결된다. 상기 마이크로컨트롤러들은 시리얼 주변 장치 인터페이스 버스(SPI: Serial Peripheral Interface)와 같은 제어 버스를 통해 모니터링 모듈(202)과 통신할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 상기 통신 신호들을 비교하여 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 전력이 전기 부하(166)를 만족시키는 지를 판단한다. 다른 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 미리 정의한 임계치 레벨을 만족시키는 지를 더 판단한다. 판단 모듈(204)은 전기 부하(166)에 전달된 전력 공급을 하나 이상의 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의해 생성된 전력 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130)에 저장된 전력 사이에서 균등화할 수 있다. 또한, 판단 모듈(204)은 국부적인 전력과 같은 다른 소스로부터의 전력을 균등화할 수 있다. 판단 모듈(204)은 모니터링 모듈(202)이 수신하는 통신 신호들, 전기 부하(166)의 전력 수요 및/또는 에너지 변환기들(102, 104) 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130)의 우선 순위에 근거하여 전력 공급을 균등화할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및 하나 이상의 대체 에너지 저장 장치들(119) 사이의 전력/에너지의 생성을 관리한다. 당업자라면 대체 에너지 저장 장치(119)가 배터리와 같은 화학적 장치, 수소의 공급, 화학 수소화물, 가연성 액체 연료, 축열기, 증기, 스프링 또는 권선, 수직적으로 배치된 물 탱크를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 하나 이상의 에너지원 센서들(126)로부터의 데이터를 하나 이상의 연료 기반 변환기들(120, 124) 및 하나 이상의 변환기 서브시스템들(128) 의 동작 속도를 변경할지의 여부와 에너지 저장 장치들(103) 중의 하나 이상으로부터의 전력/에너지를 보전 또는 추출할지의 여부를 제어하는 결정 인자로서 사용한다.
예를 들어, 예시적인 시스템(100)이 연료 전지 시스템(120)과 같은 연료 기반 에너지 변환기들(102)를 포함한다고 가정하자. 예시적인 시스템(100)은 양을 조절할 수 있는 물을 추가하여 화학적 수소화물을 수소로 변환하는 시스템과 같은 변환기 서브시스템(128)를 포함할 수 있다. 예시적인 시스템(100)은 리튬 이온 배터리들과 같은 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)를 포함할 수 있다. 제어기(104)은 에너지원 센서들(126), 에너지 변환기 센서들(127) 및 전기 부하(166)로부터의 데이터를 검토한다. 본 예에서, 판단 모듈(204)은 수소 압력 센서로부터의 데이터를 통해 변환기 서브시스템들(127)이 연료 전지 시스템(120)으로부터 원하는 전력을 얻기 위해 현재 필요한 것 보다 더 많은 수소를 생성하고 있으며, 변환기 서브시스템들(127)이 전기 부하(166)를 만족시키기 위해 필요한 것 보다 많은 수소를 생성하고 있다고 판단한다. 이것은 소정 임계치를 초과하는 수소 압력에 의해 나타날 수 있다. 설정된 임계치들은 시스템의 다른 구성 요소의 소정 변환 지연들을 설명하도록 설정될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 에너지 변환기 센서들(116, 127)로부터의 전류 및/또는 전압 또는 다른 전력/에너지 레벨 정보에 근거하여 그러한 결정을 할 수 있다.
따라서, 판단 모듈(204)은 더 많은 수소를 사용할 수 있도록 연료 전지 시스템(120)의 전기 생성 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 판단 모듈(204)은 연료 전지 시스템(120)에 의해 생성된 전기를 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)로 전환할 수 있다. 또한, 전기 에너지 저장 장치들(130)이 이미 충분히 충전된 경우, 판단 모듈(204)은 예를 들어, 서브시스템 변환기(128)와 수소 저장 탱크(119) 사이의 밸브를 개방 및/또는 펌프를 활성화하여 여분의 수소를 수소 저장 탱크(119)에 이동시킴으로써, 변환기 서브시스템(128)에 의해 생성된 수소를 수소 저장 장치(119) (즉, 수소 저장 탱크)로 전환할 수 있다. 또한, 판단 모듈(204)은 화학적 수소화물 변환기 서브시스템(128)으로 펌핑되는 물의 양을 감소시켜 생성되는 수소의 양을 감소시키거나, 연료 전지 시스템(120)에 의해 생성된 여분의 전력을 대체 에너지 저장 장치(119)에 저장될 수소 또는 다른 연료 또는 전위 에너지의 생성으로 전환할 수 있다.
이러한 방식으로, 비연료 기반 에너지원들, 1차 연료원들, 2차 연료원들 및 다른 제3차 연료원들, 변환기 서브시스템들(128), 및 전기 에너지 저장 장치들(130)이 최대한 효율적으로 사용된다. 이 명세를 통해, 당업자는 상술한 예의 판단 모듈(204)의 동작들이 상기 전기 부하(166)를 만족하기 위해 더 큰 전력이 필요한 경우에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 이 명세를 통해 당업자는 관련된 하나 이상의 에너지원 센서들(126) 및 하나 이상의 에너지 변환기 센서들(127)에 응답하여 상기 비연료 기반 에너지들, 1차 연료원들, 2차 연료원들 및 다른 제3 차 연료원들의 입력들과 출력들을 조절하는 개념을 적용하는 방식을 이해할 수 있을 것이다.
일 실시예에 있어서, 전기 에너지 저장 장치들(130)은 실질적으로 적어도 12 시간 동안 전기 부하(166)의 전력 추출을 만족시킬 수 있는 저장 용량을 가진다. 그러한 저장 용량으로, 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 전기 부하(166)의 평균 전력 추출을 만족시키는 전력량을 출력하도록 구성될 것이다. 이는 시스템(100)의 전체적인 효율성을 증가시키고 시스템(100)의 전체적인 비용을 감소시킨다.
판단 모듈(204)은 능동적 또는 수동적으로 전력의 공급을 균등화할 수 있다. 예를 들어, 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및 전기 에너지 저장 장치들(130) 각각이 전기적으로 병렬 연결되어, 판단 모듈(204)은 생성되는 전력의 양을 제어함으로써 그것들 사이의 전기 부하(166)에 전달된 전력 수동적으로 균등화할 수 있다. 판단 모듈(204)은 변환 지연들 동안에 높은 부하 조건하에서 전기 에너지 저장 장치들(130)을 방전하고 낮은 부하 조건하에서 전기 에너지 저장 장치들(130)을 방전해서 전력을 균등화할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 전력/에너지 인터페이스(158) 내부의 스위치들, 변환기들 등을 조절하여 전력의 공급을 능등적으로 균등화한다.
판단 모듈(204)은 변환기 서브시스템들(128)을 제어하여 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 의해 제공된 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 화학 수소화물 변환기 서브시스템(128)을 이용하여, 판단 모듈(204)은 물이 화학 수소화물에 첨가되는 비율을 조절할 수 있다. 전기 부하(166)의 요구 조건, 시스템(100)의 내부 소비 및 전기 에너지 저장 장치(130)의 충전 레벨/전력 레벨 상태에 근거하여, 전기 부하(166)로부터의 (장기) 전력 요구 조건들과 내부 시스템 소비량이 일치하고 바람직한 문턱 전기 에너지 저장 장치(130)의 충전 레벨이 유지되도록 판단 모듈(204)은 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터 유도되는 전력의 양을 판단하고 제어한다.
다른 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 장치 스위칭을 이용하여 전기 부하(166)에 전달된 전력을 에너지원 센서들(126), 에너지 변환기 센서들(116, 127) 및 전기 센서들(131)로부터의 통신 신호들에 근거하여 균등화 할 수 있다. 판단 모듈(204)은 제어 신호들을 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들, 비연료 기반 에너지 변환기들 및/또는 에너지 저장 장치들에 전기적으로 연결된 하나 이상의 스위치들에 전달하여 전력을 균등화할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 스위치들은 상술한 바와 같이 전력/에너지 인터페이스(158) 내부에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제어 신호들은 펄스 폭 조절된 (PWM: Pulse Width Modulated) 신호들이고, 상기 스위치는 PWM 제어된 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors)이다.
다른 실시예에 있어서, 전기 에너지 저장 장치들(130)이 DC/DC 변환기(132)에 직접 연결되어, 전기 부하(166)로부터의 단기적인 고전력 요구 조건이 순간적으로 만족되고 시스템(100)은 하나 이상의 연료 기반 에너지 변환기들(104)이 최대의 용량으로 동작하면서 제공할 수 있는 것보다 더 높은 전력을 전기 부하(166)에 제공할 수 있다. 전력 생성이 최적화되고 차단되지 않도록, DC/DC 변환기(132)는 조절될 속도로 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터 전력을 추출한다.
다른 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 에너지 변환기들(102, 104) 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130)의 우선 순위에 근거하여 전력을 균등화할 수 있는 우선 순위 결정 모듈(208)을 더 포함한다. 상기 우선 순위는 경제적 우선 순위, 에너지 전환 비용 우선 순위, 에너지 전환 효율성 우선 순위, 환경적 우선 순위, 에너지 전환 지연 우선 순위, 잔여 연료 우선 순위, 안전 우선 순위, 및 그것들의 조합일 수 있다. 상기 우선 순위는 정적이거나, 동적이거나, 사용자 입력에 근거하거나, 센서들(116, 126, 127, 131)로부터의 판독에 근거할 수 있다. 상기 우선 순위는 하나 이상의 수학적 또는 통계적인 곡선들에 근거할 수 있다. 상기 우선 순위 결정 모듈(208)은 더 높은 우선 순위 변환기 또는 장치에 의한 전기 출력의 감소, 더 높은 우선 순위 변환기 또는 장치의 변환 지연, 전기 부하(166)으로부터의 전력 수요의 감소 등에 응답하여 더 낮은 우선 순위 변환기 또는 장치로부터의 전력을 증가시켜서 전력을 균등화 할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전기 부하(166)가 시스템(100)이 생성할 수 있는 전력을 초과할 때, 우선 순위 결정 모듈(208)는 전기 부하(166)로부터 시스템(100)를 차단한다.
일 실시예에 있어서, 전원들의 우선 순위 결정에서, 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 우선 순위는 전기 에너지 저장 장치들(130)의 우선 순위보다는 더 높고, 전기 에너지 저장 장치들(130)의 우선 순위는 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 우선권 보다는 더 높다. 예를 들어, 전원들의 우선 순위 결정은 비연료 기반 에너지 변환기들(102)에 높은 우선 순위를 부여하고, 전기 에너지 저장 장치들(130)에 중간 우선 순위를 부여하고, 비연료 기반 에너지 변환기들(102)에 낮은 우선 순위를 부여하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 우선 순위 결정 방식에 따라, 우선 순위 결정 모듈(208)은 전력을 비연료 기반 에너지 변환기들(102)로부터 전기 부하(166)로 전달하여 제어 어려운 전원이 낭비되지 않게 한다. 비연료 기반 에너지 변환기들(102)에 의해 전달된 전력이 전기 부하(166)를 만족시키지 않는 경우에, 우선 순위 결정 모듈(208)은 전력을 전기 에너지 저장 장치들(130)로부터 전기 부하(166)로 전달한다. 전기 부하(166)가 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및 에너지 저장 장치(130)가 제공할 수 있는 것보다 높은 추출을 가지는 경우에, 우선 순위 결정 모듈(208)은 전력을 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터 전기 부하(166) 또는 전기 에너지 저장 장치들(130)로 전달해서 그것들을 충전하여 전기 부하(166)를 만족하게 한다.
일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 사용자 제어(override) 모듈(210)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 사용자 제어 모듈(210)은 사용자 입력에 근거하여 우선 순위 결정 모듈(208)의 전원들의 우선 순위 결정을 제어한다. 상기 사용자 입력은 컴퓨터 통신 인터페이스(156)를 통해 키패드(152)로부터 입력되거나, 에너지 인터페이스 포트들(160), 162)를 통해 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 다른 전기 에너지 저장 장치들(130)로부터 직접적으로 입력되거나, 다른 소스로부터 입력될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 에너지 보존 모듈(212)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 에너지 보존 모듈(212)은 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 여분의 전력을 대체 에너지 유형으로 저장한다. 상술한 바와 같이, 대체 에너지 유형은 대체 에너지 저장 장치(119)에 저장될 수 있다. 에너지 보존 모듈(212)은, 비연료 기반 에너지 변환기들(102) 및/또는 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 전력이 전기 부하(166)를 만족시키며 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 미리 정의한 임계치 수준을 만족시킨다는 판단 모듈(204)의 결정에 응답하여, 여분의 전력을 대체 에너지 유형으로 저장할 수 있다.
에너지 보존 모듈(212)는 연료 기반 에너지 변환기들(104) 중의 하나 이상이 여분의 전력을 연료, 열 에너지, 화학적 에너지 또는 전위 에너지와 같은 대체 에너지 유형으로 변환하게 할 수 있다. 예를 들어, 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 여분의 전력을 사용하여 전기 분해를 통해 물을 수소로 변환하고, 그 수소를 대체 에너지 저장 장치(119)에 저장한다. 다른 예로서, 연료 기반 에너지 변환기들(104)은 여분의 전력을 이용하여 물을 가열하고, 이후에 그 가열된 열 및/또는 증기와 마이크로터빈, 폐열 열병합 발전 및 농축기들/수집기들(concentrators/collectors)를 이용하여 전력을 생성하여 수소 생성 반응을 촉진할 수 있다. 또 다른 예로서, 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 비연료 기반 에너지 변환기들(104)은 여분의 전력을 이용하여 스프링을 감거나 압축하고, 액체를 펌핑하거나 물체를 더 높은 곳으로 들어 올리고, 나중에 전력으로 변환될 수 있는 위치 에너지를 저장할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 판단 모듈(204)은 예측 모듈(214)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 예측 모듈(214)은 전기 부하(166)의 이전의 전력 추출에 근거하여 전기 부하(166)의 향후의 전력 추출에 대한 예측을 한다. 예를 들어, 전력 사용 패턴들을 추적하고 이용하여 상기 부하가 선택된 레벨을 초과는 시간 주기를 예측할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 예측 모듈(214)은 상기 예측에 기반하여 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 전력 및/또는 연료 생성을 조절할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 예측 모듈(214)는 이전의 출력 전력 레벨에 근거하여 비연료 기반 에너지 변환기들(102)의 출력 전력 레벨을 예측하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 풍력 변환기들(104)은 하루 중 다른 시간에 또는 일년 중 다른 날에 더 많은 전력을 생성할 수 있다. 예측 모듈(214)는 이렇게 전기 부하(166) 및/또는 비연료 기반 에너지 변환기들(102)에서의 패턴들을 검출할 수 있다. 상기 패턴의 예들은 매일 소정 시간에 설비 또는 장치를 가동하는 것, 일몰 시 태양 전지(110)로부터의 전력의 감소, 일출 시 전력 레벨의 감소, 또는 다른 일정한 패턴을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 조정 모듈(206)은 하나 이상의 제어 신호들로 에너지 변환기들(104)을 제어하여 모니터링 모듈(202)이 센서들(116, 126, 127, 131)로부터 수신한 통신 신호들이 하나 이상의 기설정 임계치 값들을 만족하게 한다. 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력이 전기 부하(166)에 대한 전기 부하 임계치를 만족시키지 않고 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 기설정 임계치 레벨을 만족시키지 않는다는 판단 모듈(204)의 결정에 응답하여, 조정 모듈(206)은 상기 제어 신호들을 이용하여 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터 출력된 전력을 조절할 수 있다.
조정 모듈(206)은 전력 출력이 현재의 전기 부하(166) 또는 예측된 전기 부하에 어떻게 비교되는지에 따라 전력 출력을 증가하거나 감소할 수 있다. 전력 출력을 증가시키기 위해, 조정 모듈(206)는 연료 기반 에너지 변환기들(104)로 더 높은 출력으로 작동하도록 신호를 보내서 더 많은 분당 전력을 생성할 수 있다. "더 높은 출력"의 의미는 연료 기반 에너지 변환기(104)의 유형에 따라 결정되며, 예들 들어, 내연 기관 엔진의 경우에는, 엔진의 RPMS을 증가시켜서 출력 전력을 증가시킬 수 있으며, 연료 전지 에너지 변환기(104) 엔진의 경우에는, 연료 전지에 전달되는 수소의 유속을 증가시켜서 출력 전력을 증가시킬 수 있다. 당업자라면 연료 기반 에너지 변환기들(104)이 전력 출력을 증가/감소시키는 능력을 구비할 수도 있고 구비하지 않을 수도 있다는 점과 전력 출력을 증가/감소시키는 요인들이 연료 기반 에너지 변환기들(104) 사이에서 변할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 설명의 편의를 위해, 조정 모듈(206)은 그러한 변화를 해명하고 전력 출력을 조정하도록 연료 기반 에너지 변환기들(104)에 신호하도록 구성된다.
마찬가지로, 전력 출력을 감소시키기 위하여, 조정 모듈(206)은 보다 낮은 속도 또는 유속으로 동작하라고 연료 상기 기반 에너지 변화기들(104)에게 신호를 보내거나 분 당 작은 전력을 발생시키기 위해 소정의 연료 기반 에너지 변환기들(104)이 작동 중지(즉, 완전히 정지)를 완전히 취하도록 신호를 보낼 수 있다. 전기 부하 문턱치는 증가되거나 감소되게 전력 출력을 조정하도록 조정 모듈(206)을 트리깅하는 전력을 규정한다. 전기 부하 문턱치는 전기 부하(166)의 값 이하의 값을 포함할 수 있다. 또는, 전기 부하 문턱치는 전기 부하(166)의 백분비 값을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 조정 모듈(206)은 제어신호들을 변환기 서브시스템들(128)에게 제어신호들을 전송할 수 있다. 제어신호들은 MOSFETs에게 PWM 신호들이거나 변화기 서브시스템들(128)에게 다른 제어신호들일 수 있다. 일실시예에서, 변환기 서브시스템들(128)은 조정 모듈(206)로부터의 제어신호들에 응답하여 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)을 통해 일차 연료 생산을 증가시키거나 감소키실 수 있다. 다른 실시예에서, 변환기 서브시스템들(128)은 조정 모듈(206)로부터의 제어신호들에 응답하여 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)을 통해 전력 생산을 증가시키거나 감소키실 수 있다. 또다른 실시예에서, 변환기 서브시스템들(128)은 조정 모듈(206)로부터의 제어신호들에 응답하여 연료 기반 에너지원들(118, 122)로부터의 일차 또는 이차 연료 출력을 증가시킬 수 있다.
일실시예에서, 변환기 서브시스템(128)은 펌프 속도의 변경, 냉각 시스템의 조정, 밸브의 개폐 또는 다른 변환기 서브시스템(128)의 조정에 따라 응답할 수 있다. 예를 들면, 조정 모듈(126)은 에너지 변환기 센서들(127)로부터 소정의 저압 문턱치나 그보다 낮은 문턱치를 갖는 모니터링 모듈(202)로 판독되는 수소압에 응답하여 화학적 수소화물로 펌핑되는 물, 전기분해 시스템으로 전달되는 전력 또는 수소 탱크로부터의 수소 유입을 증가시키도록 구성된 변환기 서브시스템(128)에게 제어신호를 전송할 수 있다.
문턱치들은 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)에 대한 대상 연료원 압력들, 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)에 대한 안전 변환기 온도들, 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)에 대한 대상 전력 출력들, 전기 에너지 저장 장치들(130)에 대한 대상 에너지 저장량들 등일 수 있다. 일실시예에서, 문턱치들은 변환기 우선순위들을 반영한다. 문턱치들은 정적이가 동적일 수 있으며, 그리고 전기 부하(166) 및 전기 에너지 저장 장치들(130)의 충전 상태 등에 기반할 수 있다. 일실시예에서, 문턱치들은 전력 수요들 또는 센서들(116, 126, 127, 131)에 대한 문턱치들과 변환기 서브시스템들(128)의 상태들, 속도들 및 비율들 등을 조화시키는 수학적 또는 통계적 곡선들을 포함한다.
일실시예에서, 전기 에너지 저장 장치들(130)의 문턱치는 연료 기반 에너지 변환기들(104)의 전력 변환 지연에 기반할 수 있다. 예를 들어, 연료 기반 에너지 변환기들(104)이 10분 에너지 변환 지연을 갖으면, 문턱치가 적어도 1분 이상 동안 전기 부하(166)를 충족시킬 때 전기 에너지 저장 장치들(130)이 여전히 충분한 전력을 갖도록 전기 에너지 저장 장치들(130)의 문턱치가 산출되거나 결정될 수 있다. 예를 들어, 연료 기반 에너지 변환기들(104)이 재충전을 시작하기 전에 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 50%로 낮아지는 것을 알고 있으면, 문턱치는 60%로 설정될 수 있다.
다음의 개략적인 흐름도는 일반적으로 논리적 흐름도로 기술된다. 따라서, 기술 순서 및 표식을 붙인 단계들은 제공되는 방법의 일례를 나타낸다. 그 밖의 다른 단계 및 방법들이 도시된 방법의 하나 이상의 단계 또는 이들의 일부에 대하여 기능, 논리, 또는 효력에서 동등한 것으로 이해될 수 있다. 추가적으로, 채택된 형식 및 기호들은 방법의 논리적 단계를 설명하기 위하여 제공되고, 방법의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해할 것이다. 다양한 화살 형태 및 라인 형태들이 흐름도에 이용될 수 있으나, 이들은 해당 방법의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해된다. 실제로, 몇몇 화살표 및 그 밖의 다른 연결자들은 방법의 논리적 흐름만을 지시하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 화살표는 기술된 방법의 열거된 단계들 간의 명기하지 않은 기간의 대기 또는 감시 주기를 나타낼 수 있다. 추가적으로, 특정 방법이 일어나는 순서는 도시된 해당 단계들의 순서를 엄격히 따르거나 따르지 않을 수 있다.
도 3은 전력 생산과 사용의 관리 방법을 나타낸다. 일실시예에서, 시스템(100)은 스타트업 사이클을 실행한다(302). 시스템(100)은 버튼 누름 및 스위치 플립 등과 같은 사용자 입력 또는 다른 사용자 입력에 응답하거나, 타이머 또는 다른 상태 변화에 응답하여 스타트업할 수 있다(302). 스타트업 사이클의 실행(302)은 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)의 충전 상태와 하나 이상의 연료 기반 에너지원들(118, 122)의 충분 상태를 테스트하는 것을 포함하는 한 번 이상 셀프 테스트들을 실행하는 것과, 에너지원 센서들(126), 에너지 변환기 센서들(116, 127) 및 전기 센서들(131)을 판독하는 것 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 스타트업 사이클의 실행(302)은 노말 스타트업 사이클 및 빠른 스타트업 사이클 등과 같은 다중 가능한 스타트업 사이클들 중 하나를 실행하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 연료 기반 전력 변환기들(104)의 변환 지연들 동안 전력이 전기 부하(166)의 전력 수요들을 충족시키도록 판단 모듈(204)은 스타트업 사이클의 실행(302) 동안 전기 부하(166)로 전달되는 전력의 균형을 맞출 수 있다.
일실시예에서, 모니터링 모듈(202)은 하나 이상의 센서들(116, 126, 127, 131)들로부터 통신신호들을 수신한다(304). 판단 모듈(204)은 통신신호들이 하나 이상의 문턱치들을 충족하는지를 판단한다(306). 또한, 판단 모듈(204)은 동적 문턱치들을 산출할 수 있다.
하나 이상의 통신신호들이 문턱치들을 충족하지 않는 것으로 판단되면(306), 판단 모듈(204)은 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 전기 에너지 저장 장치들(130) 간에 전기 부하(166)로 전달되는 전력의 균형을 맞출 수 있다(314). 균형 맞추기(314)는 하나 이상의 변환기 우선순위들, 변환 지연들 및 전력 상태들 등에 기반할 수 있다. 균형 맞추기(314)는 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104), 전기 에너지 저장 장치들(130) 및/또는 전력원들로부터 전기 부하(166)로 전달되는 전력의 일정 부분들을 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 일실시예에서, 판단 모듈(204)은 방법(300) 전체에 걸쳐서 전기 부하(166)로 전달되는 전력의 균형을 맞출 수 있다(314).
판단 모듈(204)이 하나 이상의 통신신호들이 문턱치들을 충족하지 않는 것으로 판단하면(306), 조정 모듈(206)은 하나 이상의 제어신호들을 하나 이상의 변환기 서브시스템들(128)로 전송할 수 있다(312). 하나 이상의 제어신호들은 문턱치들 내에서 문턱치들을 충족하지 않은 통신신호들을 가져오도록 구성될 수 있고, 그 결과 연료 기반 에너지원들(118, 122)을 통해 연료 출력을 증가시키고, 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)을 통해 이차 대 일차 연료 변환을 증가시키고, 온도를 낮추고, 연료 기반 에너지 변환기들(120, 124)을 통해 전기적 생산을 증가시기킬 수 있다.
판단 모듈(204)이 통신신호들이 문턱치들을 충족하는 것으로 판단하면(306), 제어기(200)는 시스템(308)이 셧다운 상태에 도달하였는지를 판단한다(308). 제어기(200)는 타이머, 시스템 에러 조건, 안전 위험 요소 또는 다른 시스템 상태 변환에 따라 버튼 누름 및 스위치 플립 등과 같은 사용자 입력이나 다른 사용자 입력에 기반하여 시스템을 셧다운시킬 것인지를 판단할 수 있다(308). 제어기(200)가 시스템(100)을 셧다운시키는 것으로 판단하면(308), 시스템(100)은 셧다운 사이클을 실행한다(310). 셧다운 사이클의 실행(310)은 하나 이상의 시스템 퍼지들(purges), 냉각 다운 사이클 및 셀프 테스트들 등을 포함할 수 있다. 일실시예에서, 셧다운 사이클의 실행(310)은 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전시키는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 셧다운 사이클의 실행(310)은 노말 셧다운 사이클 및 빠른 셧다운 사이클 등과 같은 다중 가능 셧다운 사이클들 중 하나를 실행시키는 것을 포함할 수 있다. 전력이 전기 부하(166)로 전달되지 않고 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치들(130)로 전달되도록, 판단 모듈(204)은 셧다운 사이클의 실행(310) 동안 전력의 균형을 맞출 수 있다. 이는 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전시키고 연료 낭비없이 연료 기반 에너지원들(118, 122)로부터의 초과 연료를 사용할 수 있다.
도 4는 전력 생산 및 사용의 관리 방법(400)을 나타낸다. 일실시예에서, 방법(400)은 위에 설명된 도 3의 방법(300)과 실질적으로 유사하다. 일실시예에서, 시스템(100)은 위에 설명된 바와 같이 스타트업 사이클을 실행한다(402). 일실시예에서, 모니터링 모듈(202)은 하나 이상의 센서들(116, 126, 127, 131)로부터 통신신호들을 수신한다(404). 통신신호들은 비연료 기반 에너지 변환기들(102), 연료 기반 에너지 변환기들(104), 전기 에너지 저장 장치들(130) 및/또는 전기 부하(166)의 전력 레벨들 또는 전력 레벨 정보들을 포함할 수 있다.
판단 모듈(204)은 비연료 기반 에너지 변환기들(102)로부터의 전력이 전기 부하(166)를 충족시키는 지를 판단한다(406). 비연료 기반 에너지 변환기들(102)로부터의 전력이 전기 부하(166)를 충족시키는 않는 것으로 판단되면(406), 판단 모듈(204)은 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 소정의 문턱 레벨보다 낮은지를 판단한다(408). 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 소정의 문턱 레벨보다 낮은 것으로 판단되면(408), 조정 모듈(206)은 연료 기반 에너지 변환기들(104)로부터의 전력을 증가시키고(410), 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전시키며(418), 그리고 방법(400)은 셧다운 판단 단계(422)로 진행한다. 판단 모듈(204)이 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 소정의 문턱 레벨보다 낮지 않은 것으로 판단하면(408), 방법(400)은 셧다운 판단 단계(422)로 진행한다.
판단 모듈(204)이 비연료 기반 에너지 변환기들(102)로부터의 전력이 전기 부하(166)를 충족하는 것으로 판단하면(406), 에너지 보존 모듈(212)은 전기 에너지 저장 장치들(130)이 소정의 셋포인트(setpoint) 이상의 전력 레벨을 갖는 지를 판단한다(412). 셋포인트 전기 에너지 저장 장치들(130)에 대한 최적 또는 대상 전력 레벨/충전 레벨을 포함할 수 있다. 예로서, 셋포인트들은 80%, 90%, 95% 또는 다른 전력 레벨들을 포함한다.
에너지 보존 모듈(212)이 전기 에너지 저장 장치들(130)의 전력 레벨이 셋포인트보다 크지 않은 것으로 판단하면(412), 조정 모듈(206)은 비연료 기반 에너지 변환기들(102)에 의해 생성된 초과 전력을 사용하여 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전시키며(418), 그리고 방법(400)은 셧다운 판단 단계(422)로 진행한다.
전기 에너지 저장 장치들(130)이 셋포인트보다 큰 전력 레벨/충전 레벨을 갖는 것으로 판단되면(412), 에너지 보존 모듈(212)은 대치 에너지 저장 장치(119)가 가득채워져 있는지를 판단할 수 있다(414). 대치 에너지 저장 장치(119)가 가득채워져 있으면(414), 에너지 보존 모듈(212)은 전기 에너지 저장 장치들(130)이 가득채워져 있는지를 판단할 수 있다(416). 전기 에너지 저장 장치들(130)이 가득채워져 있지 않으면, 조정 모듈(206)은 전기 에너지 저장 장치들(130)을 충전시킬 수 있다.
에너지 보존 모듈(212)이 대체 에너지 저장 장치(119)가 가득채워져 있지 않은 것으로 판단하면(414), 조정 모듈(206)은 대체 에너지 저장 장치(119)에 저장할 연료 및/또는 위치 에너지 등과 같은 대체 에너지 형태를 생성하도록 연료 기반 에너지 변환기들(104) 및/또는 비연료 기반 에너지 변환기들(102)이 초과 전력을 사용하게 할 수 있다. 제어기(200)는 시스템(100)이 셧다운 상태에 도달했는지를 판단한다(422). 제어기(200)가 시스템(100)이 셧다운된 것으로 판단하면(422), 시스템(100)은 셧다운 사이클을 실행한다(424).
본 발명은 본 발명의 사상 또는 핵심적인 특징들을 벗어나지 않고서 다른 특정 형태들로 구현될 수 있다. 기술된 실시예는 모든 점에서 단지 예시적인 것에 불과할 뿐 제한적이 아닌 것으로서 고려될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 오히려 첨부된 청구항에 의하여 나타날 것이다. 청구항들의 등가의 의미 및 범위 내에 들어오는 모든 변화는 이들의 범위에 속할 것이다.

Claims (25)

  1. 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치에 있어서,
    하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨 정보 및 전기 부하의 전력 레벨 정보를 포함하는 신호들을 하나 이상의 센서들로부터 수신하는 모니터링 모듈;
    상기 신호들을 비교하여 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력이 상기 전기 부하를 만족하는지를 판단하는 판단 모듈; 및
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력이 상기 전기 부하 임계치를 만족시키지 않는다는 상기 판단 모듈의 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력을 조정하는 조정 모듈을
    포함하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력이 상기 전기 부하를 만족한다는 상기 판단 모듈의 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 여분의 전력을 대체 에너지 유형으로 저장하는 에너지 보존 모듈을 더 포함하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 보존 모듈이 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 2차 연료를 상기 대체 에너지 유형을 포함하는 1차 연료로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 대체 에너지 유형은 수소 가스, 열 에너지, 화학적 에너지 및 위치 에너지로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에너지 보존 모듈이 실질적으로 충만된 대체 에너지 저장 장치에 응답하여 상기 전기 에너지 저장 장치를 충전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전력/에너지원들의 우선 순위 결정에 근거하여 전기 부하로 전달되는 전력의 공급을 균등화하는 우선 순위 결정 모듈을 더 포함하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변환기들이 연료 기반 에너지 변환기들과 비연료 기반 에너지 변환기들을 포함하고,
    전원들의 우선 순위 결정에 있어서, 상기 비연료 기반 에너지 변환기들의 우선 순위가 상기 전기 에너지 저장 장치의 우선 순위보다 높으며, 상기 전기 에너지 저장 장치의 우선 순위가 상기 연료 기반 에너지 변환기들의 우선 순위보다 높은 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전원들의 우선 순위 결정이 에너지 변환 비용, 에너지 변환 효율, 에너지 변환 지연, 및 사용자 입력에 따라 전원들의 우선 순위 결정을 제어하는 사용자 제어 모듈 중의 하나 이상에 근거하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 부하의 과거의 전력 추출에 근거하여 상기 전기 부하의 미래의 전력 추출을 예측하는 예측 모듈을 더 포함하되,
    상기 판단 모듈이 상기 예측에 근거하여 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 장치.
  10. 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템에 있어서,
    각각이 에너지원을 전력으로 변환하는 하나 이상의 에너지 변환기들;
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 전력/에너지를 저장 및 공급하는 전기 에너지 저장 장치;
    상기 전기 에너지 저장 장치의 전력/에너지 레벨, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력/에너지 레벨, 및 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 및 상기 전기 에너지 저장 장치들에 연결되는 전기 부하의 전력 레벨을 측정하는 하나 이상의 센서들;
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하는지 그리고 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 소정 임계 레벨을 만족하는지를 판단하고, 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하지 않고 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 못한다는 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력 레벨을 증가시키는 제어기; 및
    상기하나 이상의 센서들, 상기 전기 에너지 저장 장치 및 상기 제어기를 전기적으로 연결하는 전력 인터페이스를
    포함하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호들이 상기 하나 이상의 에너지 변환기들의 전력/에너지 생성 능력 및 에너지원 상태에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력 생성 능력이 상기 하나 이상의 에너지 변환기들에 의해 생성된 수소의 측정된 가스 압력을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 태양 전지들, 풍력 터빈들, 수력 터빈들, 지열 터빈들, 태양 집광기들 및 폐열 열병합 발전으로 이루어지는 그룹에서 선택된 비연료 기반 에너지 변환기인 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 연료 전지들, 마이크로터빈 시스템들, 수소 리포머(reformer), 수소 전기 분해 시스템들 및 내연 기관 발전기들 이루어지는 그룹에서 선택된 연료 기반 에너지 변환기인 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 인터페이스가 하나 이상의 표준화 포트들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 표준화 포트들 각각이 상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 하나의 해당 플러그형 커넥터로부터 통신 신호들과 전기 에너지를 전달하고 상기 해당 플러그형 커넥터를 상기 전력 인터페이스에 착탈식으로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기가 주문형 에너지 변환기 유형 정의들을 수신하고 상기 주문형 에너지 변환기 유형 정의들에 대응하는 에너지 변환기들을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 접이식 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들 중의 적어도 하나가 2차 연료를 1차 연료로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 2차 연료가 물 및 탄화 수소로 이루어지는 그룹에서 선택되되 상기 1차 연료가 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 2차 연료가 화학적 수소화물을 포함하고 상기 1차 연료가 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 화학적 수소화물이 고체 무수(anhydrous) 화학적 수소화물 및 활성화 작용물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  22. 제 10 항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 장치가 적어도 약 12 시간 동안 상기 전기 부하의 전력 추출을 실질적으로 만족하도록 구성되는 에너지 저장 용량을 포함하되,
    상기 하나 이상의 에너지 변환기들이 상기 전기 부하의 평균 전력 추출을 만족하며 상기 전기 부하의 피크 전력 추출보다 작은 양의 전력을 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력의 생성 및 사용을 관리하는 시스템.
  23. 전력/에너지의 생성 및 사용을 관리하기 위한 동작들을 수행하도록 실행되는 컴퓨터 사용 가능 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터로 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품의 동작들이:
    전기 에너지 저장 장치의 전력/에너지 레벨 정보, 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들의 전력/에너지 레벨 정보, 수소 저장 장치의 압력 레벨 정보 및 전기 부하의 전력/에너지 레벨 정보를 포함하는 신호들을 하나 이상의 센서들로부터 수신하는 단계;
    상기 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들로부터의 전력/에너지 레벨이 상기 전기 부하를 만족하는지를 판단하는 단계;
    상기 전기 에너지 저장 장치의 에너지 레벨이 소정 임계 레벨을 만족하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들로부터의 전력/에너지 레벨이 상기 전기 부하를 만족하지 않고 상기 전기 에너지 저장 장치의 에너지 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 않는다는 판단에 따라 수소 생성 장치의 수소 생성을 증가시키는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품의 동작들이:
    상기 하나 이상의 수소 기반 에너지 변환기들의 전력 레벨이 상기 전기 부하를 만족하고 상기 전기 에너지 저장 장치의 전력/에너지 레벨이 상기 소정 임계 레벨을 만족한다는 판단에 따라 상기 하나 이상의 에너지 변환기들로부터의 여분의 전력/에너지를 대체 에너지 유형으로 저장하는 단계; 및
    충만된 대체 에너지 저장 장치에 응답하여 상기 전기 에너지 저장 장치를 충전하는 단계를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품의 동작들이
    상기 전기 에너지 저장 장치가 상기 소정 임계 레벨을 만족하지 않는다는 판단에 따라 상기 전기 에너지 저장 장치를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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