(57)【要約】  地域送電ハブ（１３）と、該ハブ（１３）に対して選択的に送受電するように構成されている複数のユニット（１２ａ、１２ｂ）と、から成る地域配電ネットワーク（１）である。該ハブは、外部配電網（２０）に対して選択的に送受電するように構成されている。個々のユニット（１２ａ、１２ｂ）は、地域送電ハブから受けとるエネルギー市場に関する情報に基づいて、該地域送電ハブ（１３）にエネルギーを送出するか或いは該地域送電ハブ（１３）からエネルギーを受け入れるべきかどうかを決定する。同様に、地域送電ハブは、外部配電網から受け取るエネルギー市場情報に基づいて、該外部配電網（２０）にエネルギーを送出するか或いは該外部配電網（２０）からエネルギーを受け入れるべきかどうかを決定する。
2007502600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地域送電ハブと、前記地域送電ハブに対して選択的に送受電するように構成されている複数のユニットと、から成る地域配電ネットワークであって、前記地域送電ハブは、外部配電網に対して選択的に送受電するように構成されており、前記各ユニットは、前記各ユニットと前記地域送電ハブとの間で交信されるデータに基づいて、前記地域送電ハブに送電、或いは、前記地域送電ハブから受電するかどうかを決定するように構成されており、前記地域送電ハブは、前記地域送電ハブと前記外部配電網との間で交信されるデータに基づいて、前記外部配電網に送電、或いは、前記外部配電網から受電するかどうかを決定することを特徴とする地域配電ネットワーク。
【請求項２】
前記地域送電ハブは、前記外部配電網に接続されている複数のハブの１つであり、もって、前記外部配電網自身がハブとして動作することを特徴とする請求項１に記載の地域配電ネットワーク。
【請求項３】
前記外部配電網は、更なるハブに接続されている複数の外部配電網の１つであり、もって、データは前記各外部配電網と前記更なるハブとの間で交信可能であり、もって、前記更なるハブは、前記各外部配電網に送電、或いは、前記各外部配電網から受電するかどうかを決定できることを特徴とする請求項２に記載の地域配電ネットワーク。
【請求項４】
複数の異なる配電サブネットワークから成る配電ネットワークであって、前記各サブネットワークは、ハブと、前記ハブと電気的に且つデータの交信が行えるように接続されている複数の電気需要及び／又は供給源と、から成り、前記電気需要及び／又は供給源は、他のサブネットワークのハブを備えており、前記ネットワークは、前記ハブと前記ハブに接続されている前記電気需要及び／又は供給源との間のみで伝達されているデータに基づいて、前記各ハブに対して流入・流出する電流を制御することによって、均衡が図られていることを特徴とする配電ネットワーク。
【請求項５】
各ユニットと前記各ユニットのハブとの間には送電ケーブル及び別個のデータケーブルが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の配電ネットワーク。  
【請求項６】
前記ハブは、買値と売値とを決定するように構成されており、前記買値及び前記売値は、前記ハブに接続されている前記ユニットに伝達されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の配電ネットワーク。
【請求項７】
前記ユニットは、自動的に、生産費用を決定し、且つ、電気を買うか或いは売ることが好ましいかどうかを決定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の配電ネットワーク。
【請求項８】
前記ユニットは、費用の情報を前記ハブに伝達することを特徴とする請求項７に記載の配電ネットワーク。
【請求項９】
前記ハブは、前記費用の情報を使用して前記ネットワークの制御を支援することを特徴とする請求項８に記載の配電ネットワーク。
【請求項１０】
前記ユニットは、熱電併給ユニットから成ることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の配電ネットワーク。
【請求項１１】
電気を生産及び／又は消費するユニットに接続されているハブから成る地域配電システムであって、前記ハブは、前記ユニットと市場を形成し、もって、前記ハブは、電気の売値と買値とを繰り返し決定し、前記売値及び前記買値は、前記システムの均衡を図るために決定され、前記ユニットは、前記売値及び前記買値に基づいて、前記ハブに送電、或いは、前記ハブから受電するかどうかを自動的に決定することを特徴とする地域配電システム。
【請求項１２】
電気を供給し、且つ／又は配電ネットワークの均衡を図る方法であって、前記方法は、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載されたシステム或いは装置を使用することから成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電システム、特に、効率的な方法で発電することを確実に行うとともに、発電と電気の消費とを均衡させるように構成されている配電システムに関する。また、本発明は、該配電システムの一部を構成する地域配電ネットワークと、該ネットワークの一部を構成する発電ユニットと、に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車及び小規模な熱電併給ユニット（ＣＨＰ）等の低出力ユニットによって比較的少量の電力が発生する大型の発電所が主に英国内には存在する。該発電所は、必要な際に電力を国中に分配することを可能にする全国高圧電線網に接続されている。従って、発電所は、一般的にはエネルギーを蓄えることはしないが（ポンプによる貯蔵は希であり例外）、大きな電力貯蔵所としてある程度機能する。需要と供給とを均衡させるために、配電網に供給される電力量は、配電網の操作者が発電所からの出力を減少させたり発電所の運転を停止させたりすることを選択的に行うことによって制御される。
【０００３】
対照的に、デンマークでは、電気の約７０パーセントが比較的小規模な生産者によって生産される。この全体的な構成は、発電容量が地理学的に分配されることから分配システムと称されている。多数の小さなＣＨＰユニットと風力タービンとが存在する。風力タービンは風が吹くときはいつでも電気を生産し、ＣＨＰ等の比較的小さな発電ユニットに対する集中制御はない。このことから、デンマークでは、必要以上の電力が生産された場合、例えば海底ケーブルを介して電力をノルウェーに輸出しなければならないか或いは、大きな発電所が運転を停止する。ＣＨＰ及び風力タービンから配電網への電力の供給の制御は限定的なものでしかない。ごくわずかの中型ＣＨＰ及び大きな風力発電地帯は、極端な場合においては、中央で制御されて停止することができる。
【０００４】
デンマークの上記構成は、多くの電力が風力及び波力等の環境に優しい手段によって生産されているので、今後、より一般的なものになるであろうと考えられている。また、小規模なＣＨＰ等の潜在的により効率的な技術が支持されている。しかし、このようなシステムが全体的に効率良く作動して費用の面で効果的となるためには、配電網からの受電（ｉｍｐｏｒｔ）及び配電網への送電（ｅｘｐｏｒｔ）を制御する効果的な機構が存在することが重要である。このようなシステムにおいては、費用の面で最も効果的なエネルギー生産が所定の時間に行われなければならなく、制御が技術的に最も簡単なエネルギー生産者を動作させたりその動作を停止させたりするものであってはならない。
【０００５】
下記の特許文献１は、熱電併給システム、特に、数多くの熱電併給システムが集中遠隔制御装置に接続されている構成に関する。この文献における制御システムは、地域での発電が経済的な点から実用可能であるか、又は、配電網からエネルギーを受け入れることが好ましいかを決定するために、ガスの価格と電気の価格をチェックすることができる。小さな配電者から配電網への送電に伴う制御に関する問題点は考慮されていない。
【０００６】
下記の特許文献２は、配電網に接続されているグループ毎に構成されている地域電力生産ユニット（ＬＰＰＵ）に関する。これらのグループは、伝送バスによって接合された多数のＬＰＰＵから成る私的な配電網を備えており、この私的な配電網は公的な配電網に接続することができる。システムは、各ノード（ノードとは１又はそれ以上のＬＰＰＵ及び地域内の負荷並びにコントローラのことである。）にリンクされている状態で、どこの電力が売買されているかを決定するネットワークオペレーティングセンタ−で中央にて制御される。
【０００７】
下記の特許文献３は配電網に売ることが可能な電気の地域生産に関する。システムは、燃料の価格、負荷等を考慮することによって、電気の地域生産を行うべきかどうかを決定する。遠隔の情報を使用することが可能ではあるが、これは、発電配電網全体の均衡を図るという問題には対応していない。
【０００８】
【特許文献１】ＥＰ０２９７７１８
【特許文献２】ＷＯ０３／００７１２０
【特許文献３】ＵＳ６２２５８０５
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、地域送電ハブと、地域送電ハブに対して選択的に送受電するように構成されている複数のユニットと、から成る地域配電ネットワークであって、地域送電ハブは、外部配電網に対して選択的に送受電するように構成されており、各ユニットは、各ユニットと地域送電ハブとの間で交信されるデータに基づいて、地域送電ハブに送電、或いは、地域送電ハブから受電するかどうかを決定するように構成されており、地域送電ハブは、地域送電ハブと外部配電網との間で交信されるデータに基づいて、外部配電網に送電、或いは、外部配電網から受電するかどうかを決定することを特徴とする地域配電ネットワークが提供されている。
【００１０】
従って、ユニットハブとの間、及び外部配電網とハブとの間で伝送されるデータを介して、ハブからの電気の需要とハブへの電気の供給との均衡が図れる。
【００１１】
ネットワークには、また、受電するだけ、或いは、送電することしかできないユニットが含まれていてもよい。
【００１２】
ハブは、外部配電網に接続されている複数のハブの１つであり、もって、外部配電網自身がハブとして作用する。更に、外部配電網は、更なるハブに接続されている複数の外部配電網の１つであり、もって、各外部配電網と更なるハブとの間でデータの交信が行われ、もって、更なるハブは、各外部配電網から受電或いは各外部配電網に送電するかどうかを決定することができる。
【００１３】
ハブから更に高い電力線網へデータ通信が可能な接続を行うことができ、もって、更なるハブは、より高圧の電線網から受電、或いは、該電線網に送電するかどうかを決定することができる。
【００１４】
このパターンは、所望の回数だけ繰り返し行われ、もって、国全体或いは国際的な電気供給ネットワークが提供される。このようなシステムは、各発電ユニットと交信する中央制御部を備えずに、均衡を図ることができる。データは、各ハブと該ハブに接続された需要及び供給源との間を流れるだけでよい。
【００１５】
従って、本発明の他の概念から鑑みると、複数の異なる配電サブネットワークから成る配電ネットワークであって、各サブネットワークは、ハブと、ハブと電気的に且つデータの交信が行えるように接続されている複数の電気需要及び／又は供給源と、から成り、電気需要及び／又は供給源は、他のサブネットワークのハブを備えており、ネットワークは、ハブとハブに接続されている電気需要及び／又は供給源との間のみで伝達されているデータに基づいて、各ハブに流れる電流及び各ハブから流れ出る電流を制御することによって、均衡が図られていることを特徴とする配電ネットワークが提供されている。
【００１６】
本書において、ユニット／ハブとハブ／外部ネットワークとの間で伝送されるデータに対して使用される“制御”等の用語は、個々のユニット或いはハブが中央で制御されることを示唆するのではなく、個々のユニット或いはハブが制御データに基づいて自動的に動作して、もって、相互に作用し合うネットワークのコンポーネントの効果が組み合わされてネットワークが制御されることを示唆するものである。
【００１７】
小規模ＣＨＰユニットと発電を行わない消費者とを接続する地域配電システム（例えば４００Ｖのレベルの分配システム）は、例えばデンマークにみられるような電力分配ネットワークに適用される際、１組のハブを構成する。これらは、他のハブを構成する（例えば１０ｋＶの）分配ネットワークに接続可能である。これは、また、大型の風力タービン、大型のＣＨＰユニット、或いは燃料燃焼発電所等の大規模な電力生産者に接続可能である。より高い電圧（例えば６０ｋＶ）のハブに接続されている多数のハブがあってもよい。多数のハブは、（例えば）１５０ｋＶのハブに接続可能であり、適用可能であれば、例えば４００ｋＶの更なるハブが提供される。各ハブには更なる発電容量が接続可能である。
【００１８】
従って、本発明は、多数の異なるレベルを有するピラミッドのような即ち階層型のネットワークに適用できる。各レベルは、特定の分配電圧に対応している。しかし、本発明は、２つのレベル、つまり、ユニット及びハブのみを含むネットワークにも同じように適用できる。従って、各ハブは、他のハブにのみ接続可能である。送電損失が深刻なものにならない程度に距離が十分短い場合は、全体のシステムは共通の電圧で動作することができるが、ハブ間の送電は、階段状に上がる電圧で行われることが好ましい。
【００１９】
各ユニットとそのハブとの間には送電ケーブル及び別個のデータケーブルが提供可能である。若しくは、適切な変更を行って、データを送電ケーブルに沿って送信するようにしてもよい。また、データをインターネット等を介してワイヤレスリンクによって送信してもよい。
【００２０】
システムを制御するために、それぞれ異なる様々なデータが使用できる。データには、求められる電力の量或いは供給される電力の量が含まれる。システムが効率的に動作できるためには、データは、発電の物理的な効率に関係するデータを含んでいることが好ましい。これは、熱効率として示すことができ、例えば送電等によるエネルギー損失を考慮している。このようにして、ハブは最も高い効率で動作する電力源から電力を優先的に得ることができ、それによって、ネットワーク全体の燃料消費を低減する。ＣＨＰの場合、発電の際に発生する熱の使用から得られる効率の効果的な改良は、効率のデータを導く際に、考慮される。
【００２１】
更に、或いは、代替的に、データは、発電の経済的な費用に基づくことが可能である。無論、これは、物理的な効率と密接に関係しているが、維持費等の他の要因を考慮することができる。また、多数の変数が存在するＣＨＰユニット等の複雑なユニットを考慮することは特に便利な方法である。
【００２２】
単純な構成において、ハブに伝送されるデータは、セント等の適切な単位で示されるユニット毎の価格である（或いは該データは該価格に関連する）。ハブは、例えば発電ユニットに制御信号を伝送することによって、最も低い価格の電力源から電力を得ることができる。無論、製造によって費用は変化するので、異なる量の電気に対して、２つ以上の価格が提供される。結果として、最も費用の高い（それ故に、通常、効率が最も低い）ユニットは、需要が最も多いとき、ハブに電気を供給することしか行わない。
【００２３】
ユニットは、該ユニットが望む受電量を示すデータを伝送することができる、或いは、ハブは、電圧を監視することによって、容量を下回り始めるとき或いは容量を超え始めるときを決定することができる。
【００２４】
より高度化した構成において、ハブは、該ハブに接続されているユニットに伝達される売値及び買値を決定することができる。個々のユニットは、次いで、ハブから電気を買うかどうか、或いは、ハブに電気を売るかどうかを決定する。従って、データの値は、市場の価格と関連しており、製造費用に関連しているのではない。需要と供給の変化によって著しいバラツキが存在する可能性がある。
【００２５】
市場の価格に基づいて（ハブへの、且つ／又はハブからの）自動的な支払いを可能にするように構成された計量設備が関連することも可能である。好ましくは、ユニットは、自動的に、製造費用を決定し、電気を買うことが好ましいか、電気を売ることが好ましいのか、或いは電気の売り買いのどちらも行わないことが好ましいのかどうかを決定する。
【００２６】
このような構成において、需要を供給に合わせるために、ハブは、売値及び買値を変化させる。需要が増えると、ハブによって売り買いされる電気の値段が上昇する。この上昇は、均衡が達成されるほど十分に需要が減る、且つ／又は供給が増えるまで継続する。地域ユニットからの製造を増加させる、或いは、外部ハブからの受電を増加させることによってこの均衡が達成されるのかどうかは重要ではない。
【００２７】
買値及び売値は同じにできるが、損失、動作費用、利益等を考慮して両者との間に差（広がり）があることが好ましい。このような広がりがあることによって、システムの安定性が向上する。
【００２８】
このようなシステムは、データがユニットからハブに伝送されることなく、動作することができるが、実用上、基礎的なフィードバック制御しか備えることしかできない。従って、データがユニットからハブに伝送されることが好ましく、このデータはユニットの売値及び買値を含んでいることが好ましい。現在の電力供給者だけでなく潜在的な電力供給者についての情報がハブに提供されるので、システムの動作に対する安定性は高くなる。即ち、ハブは安定したフィードフォワードシステムとして動作できる。
【００２９】
本発明の更なる他の概念から鑑みて、電気を生産及び／又は消費するユニットに接続されているハブから成る地域配電システムであって、ハブは、ユニットと市場を形成し、もって、ハブは、電気の売値と買値とを繰り返し決定し、売値及び買値は、システムの均衡を図るために決定され、ユニットは、売値及び買値に基づいて、ハブに送電、或いは、ハブから受電するかどうかを自動的に決定することを特徴とする地域配電システムが提供されている。
【００３０】
ユニットはＣＨＰユニットを備えることができる。好ましくは、複数あるユニットのうちの少なくとも１つは更なるハブである。
【００３１】
本発明のこの概念におけるシステムは、上記の好ましい特徴の全て或いはいくつかを更に備えていることが好ましい。従って、好ましくは、例えば、ユニットの買値及び売値はハブに伝送され、これらの価格がハブの動作の制御を支援するために使用される。
【００３２】
本発明は、また、電気を供給し、且つ／又は配電ネットワークの均衡を図る方法にも及んでおり、該方法は、上記のシステム或いは装置を使用することから成る。また、本発明は、上記システムにおけるハブに接続されている例えばＣＨＰユニット等の発電ユニットを動作させる方法にも及んでおり、該方法によって、ユニットは、上記の価格のデータを導きだし、該データをハブに伝送し、該データに基づいて制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
添付の図面を参照しながら本発明の実施例を説明するが、この実施例は例示的なものに過ぎない。
【００３４】
図１は、デンマークで使用されている種類の発電ネットワーク１を示している。この種類のネットワークは、ほとんどの発電容量が大きな発電所によって提供されている他国でみられるネットワークとは著しく異なっている。最大規模の発電容量は、数千メガワット程度の電力を４００キロボルトのネットワーク３に供給する１又はそれ以上の従来の発電所２によって提供されている。このネットワークは、電力を長距離にわたって送るために用いられている。その後、電力は変圧されて１５０キロボルトにまで下がり、地域ネットワーク４に供給される。このネットワークには大きな沖合風力タービン５等の発電容量が接続されている。
【００３５】
１５０キロボルトのネットワークからの電力は変圧されて６０キロボルトにまで下げられて区域ネットワークに供給される。このネットワークには内陸の風力タービン６及び大きな区域の熱電併給ユニット７が接続可能となっている。
【００３６】
電力を様々な地域のエリアに分配するために、電力は変圧されて１０キロボルトまで下げられて、中電圧ネットワーク２０を構成する。より小さな規模のＣＨＰユニット８及びより小さな内陸風車１０もまたネットワーク２０に電力を供給することができる。ネットワーク２０から大きな産業用の建物９が提供され、これらの建物は、ある場合においては、選択肢としてネットワークに電力を供給することもできる。
【００３７】
４００ボルトで動作する地域配電ネットワーク１１、１２は、変圧器を介して各中電圧ネットワーク２０から提供される。
【００３８】
地域ネットワーク１１は多数の消費者１１ａ、１１ｂ等から成る。地域ネットワーク１２において、発電容量を有している消費者もある。これは、熱電併給ユニット１２ｂ、１２ｄを備えている。
【００３９】
このシステムにおいて、電力は、全て異なるレベルで分配ネットワークに供給されることが分かるであろう。ネットワークにおいて過剰な電力がある場合、その電力は、国際海底ケーブルによって、４００キロボルトレベルのネットワーク３から輸出される。
【００４０】
従来では、電力の需要と供給とを均衡させるために、発電容量は、集中制御部からの指令に基づいて、選択的に、システムに追加されたり該システムから取り除かれたりしていた。
【００４１】
本発明の実施例は、図１に示される従来の集中制御部を備えていない発電ネットワークを制御して該ネットワークの均衡を図っている。ネットワークの個々の小区域の内部において通信が行われる。次いで、該小区域はその他の小区域と通信する。
【００４２】
本発明の実施例は、まず、地域配電ネットワーク１２に関して記載されている。該地域配電ネットワーク１２は１つの小区域を構成する。これは図２に詳細に示されている。
【００４３】
地域配電ネットワーク１２は小さな町に電力を提供する。地域配電ネットワーク１２は、電力ケーブル１５ａ、１５ｂ等及びデータケーブル１４ａ、１４ｂ等を介して地域配電ハブ１３に接続されている多数の発電／消費ユニット１２ａ、１２ｂ等から成る。個々のユニットは、多数の異なる形態をとることができる。例えば、ユニット１２ａは、従来の方法でハブから電気を取る家の集団である。しかし、ユニット１２ｂは、小さな産業ユニットにエネルギーを供給する熱電併給ユニットである。ユニット１２ｂは、産業ユニットのピーク時の需要を満たすのに十分な電力を発生させることができる。必要な場合、ユニット１２ｂは、また、ハブ１３に電気を供給することができ、また、ハブ１３から受電することができる。
【００４４】
ハブ１３は、電力ケーブル１７及びデータケーブル１５６を介して中電圧ネットワーク２０に接続される。
【００４５】
従って、ハブは、ユニット１２ａ、１２ｂ等と交信することができ、これらのユニットから受電したり、且つこれらのユニットに送電することができる。類似した方法で、ハブは、中電圧ネットワークと交信することができ、また、該ネットワークから受電且つ該ネットワークに送電することができる。
【００４６】
熱電併給ユニット（ＣＨＰ）であるユニット１２ｂ等のユニットは、加熱用の温水と電気とを提供することができる。これらのユニットの特徴としては、電気が、熱の発生による効果的な副産物となっていることである。従って、所定の熱量が求められている場合、ある一定の対応した量の電気も発生する。所望の程度の加熱を行うと同時に、ユニット内において電気の生産にバラツキがあるようにするためには、１つ又はそれ以上の蓄熱器をユニットに関連させて提供してもよい。更に、過剰な電気が蓄熱器の水を加熱するために使用されるように抵抗負荷を提供してもよい。従って、ＣＨＰユニットは、電気及び熱の需要にバラツキをもたせることができる。
【００４７】
しかし、ＣＨＰのみから十分な熱或いは電気を生産することが技術的に常に可能であるわけではない。また、ＣＨＰのみから十分な熱或いは電気を生産することが様々な理由で不経済となる場合もある。従って、ＣＨＰユニットは、ハブ１３から受電することができる。更なる熱源或いは代替的な熱源を提供するために、従来のガスボイラーを提供してもよい。従って、地域で発電させるようにしたり、或いは、受電するようにすることができる。また、ＣＨＰシステム自身或いはガスボイラーから熱を発生させることができる。必要に応じて、燃料電池或いはソーラパネル等の他の電源をユニットに接続することができる。
【００４８】
更に、上述の通り、ユニットからハブに送電されることが可能である。この送電は、求められている熱の生産量に伴い発生する電気が過剰であったり、或いは、経済的な理由によって行われる。事実、この実施例の構成は、際だった量の電力が各種ユニットの少なくともいくつかからハブに送出され、且つ、適当な場合においては、該電力は、ハブから中電圧ネットワークに送出され、該中電圧ネットワークから直接的或いは間接的に他のハブに供給される。
【００４９】
個々のユニットは、熱及び電気の供給する方法に関する多数の選択肢を有しており、更に、送電用の電気を生産するという選択肢を有していることは理解できよう。更に、可能であれば常に風力タービン５による生産を維持することが通例となっているが、発電所２等の大規模な生産者によって生産された量の電気を変えることもできる。
【００５０】
上述したように、本発明の目的は、費用の面で最も効果的な方法での発電を可能にすると同時に、電気の消費と発電との均衡を可能にすることである。本発明の目的は、各ユニットとそのハブとの間での通信を可能にすることによって、達成される。地域で発電するよりもハブに受電するほうが費用の面で効果的である場合、その受電が容易となる。
【００５１】
この目的は、ハブ１３の内部に市場を構築することによって達成される。ハブは、個々のユニット或いは中電圧ネットワークから電気を買うときの価格と、個々のユニット或いは中電圧ネットワークへ電気を売るときの価格と、を設定する。この２つの価格の差（広がり）は、送電損出、システムの動作の費用及び利益を考慮している。ハブが単純に他のユニットのように、中電圧ネットワークと交信することは重要である。買値及び売値は、データケーブル１５ａ等を介してユニット１２ａ、１２ｂ等及び中電圧ネットワーク２０に伝送される。
【００５２】
個々のユニットもまた買値及び売値を決定する。ユニットがハブから放送された売値よりも高い買値を有しているとき、該ユニットは受電する。ユニットがハブの買値よりも高い売値を有しているとき、該ユニットは送電する。これと同じ関係がハブと中電圧ネットワークとの間にも適用される。どちらの状況も適用されない場合、ユニットは自身用の電力のみを生産する。従って、ユニットが自身で消費するための電気の生産価格の範囲が存在する。同様に、ハブが中電圧ネットワークから受電及び中電圧ネットワークに送電しない場合の価格の範囲が存在する。これらの範囲もまたシステムに安定性をもたらす。
【００５３】
価格は、必要な量の電力或いは提供された量の電力とともに、データケーブル１５ａ等を介してハブに伝達される。ハブには現時点での電力の供給者だけでなく潜在的な電力の供給者に関する情報が提供されるので、システムは、この伝達によって、より安定性が向上して動作する。即ち、ハブは、基本的なフィードバックシステムとしてではなく、安定したフィードフォワードシステムとして動作できる。
【００５４】
ハブによって設定された価格は、自動的に且つ動的に変化する。ハブからの電気の需要が増加して該ハブへの電気の供給を超えた場合、買値及び売値は、双方の均衡が再び確立されるまで、上昇する。売値が上昇する場合、いくつかのユニット或いは全てのユニットは自身の電力を生産するほうが費用の面で効果的であると決定することから、結果として受電を求めるユニットの数が減少する。同時に、買値が上昇する場合、ハブに送電することが望ましいと決定するユニットが増える。ユニットは、受電と送電とを単純に開始及び停止させるだけでなく、同じ理由で双方向に送られる電力の量を変えることができる。
【００５５】
従って、各ユニットとハブとの間で絶え間なく実時間で交信が行われることによって、発電と需要との均衡が費用の面で効果的な方法で図られる。ハブは、該ハブからの電気の供給及び需要と該ハブへの電気の供給及び需要とを、個々のユニット及び中電圧ネットワークから該ハブへ伝達される価格とともに、絶え間なく監視する。ハブは、ユニット及び中電圧ネットワークに放送される価格を、均衡が達成されるまで動的に調整する。
【００５６】
全体の配電網にわたって、各小区域は、前述のハブと同じ方法で動作する。従って、各中電圧ネットワーク２０（多数あるネットワーク２０）は、６０キロボルトの配電網によって構成されているハブとの交信を行う単体ユニットとして動作する。個々のユニットに関するデータは、地域ハブを超えて伝送されることはない。その代わりに、各ハブは、上記の価格情報を含んだ１組のデータを、該ハブと交信しているより大きな規模のハブに伝送し、そのより大きな規模のハブから対応する情報を受け取る。
【００５７】
この原理は、配電網の水平方向に（即ち、所定のレベルの分配鎖線に接続されている全ユニットに）適用されるとともに、４００キロボルトのネットワークによって構成されるハブにまで至る配電網の鉛直方向にも適用される。
【００５８】
例えば発電所２のようにいくつかのユニットは発電しかできず、また、例えばユニット１２ａのように電力を消費することしかできないユニットもあるという事実はシステムの変更を求めていない。これらのユニットは、単に、ゼロ容量（ｚｅｒｏ  ｃａｐａｃｉｔｙ）の売買を提供している。
【００５９】
以上、分配システムの全体の動作を説明したが、次に、該システムに接続されたユニット１２ｂ等の個々の熱電併給ユニットの動作の説明を行う。
【００６０】
主要なＣＨＰ装置は内燃機関に駆動される発電機である。該発電機から冷却材は熱交換器を循環する。これによって、水は加熱されて、加熱システム及び蓄熱ユニットに供給される。発電機は、天然ガスによって燃料を供給されている。また、温水を供給できる天然ガス燃焼ボイラがある。ＣＨＰユニットの詳細を図３を参照しながら説明する。
【００６１】
ＣＨＰ装置３０は、交流発電機を駆動する内燃機関から成る。これは遮音ハウジング内に備えられている。冷却材は、ハウジングから出て熱交換器３１に供給される前に、従来の方法で内燃機関の周囲を循環する。熱交換器はセントラルヒーティングマニホールド３２に供給される水を加熱するために使用される。更に、ガス燃料ボイラー３３もまたセントラルヒーティングマニホールド３２に温水を供給する。
【００６２】
蓄熱タンク３４は、セントラルヒーティングマニホールド３２に接続されている。所定の時間に必要以上の熱が生産されたとき、該熱は、タンク３４内に含まれている水の温度を上昇させることによって、蓄えられる。ヒートポンプ或いは復水ボイラ３５を追加することによって、システムに更なる柔軟性を持たせることができる。
【００６３】
ＣＨＰ装置３０から生産された電気は、生産メータ３８及び消費メータ３９を介して地域負荷３７に直接供給される。地域負荷は、過剰な電気の生産を、蓄えることが可能な熱に変換するヒートポンプを備えることができる。更に、生産メータ及び実用メータ４０を介して、ハブに繋がるケーブル４１への接続が提供されている。これによって、ユニットからハブへの送電が可能になる。ケーブル４１は、実用メータ４０を介して消費メータ３９に接続されており、受電による電気が地域負荷３７に供給されることを可能にする。
【００６４】
上述のように、熱は、ＣＨＰ装置３０或いはボイラ３３から必要に応じて選択的に生産される。更に、熱は蓄熱タンク３４から取り戻すことができる。ＣＨＰユニットによって発電され（且つ選択的に送電され）たり、或いは、ハブから受電される。
【００６５】
上記の各構成部品には、システム管理ユニット３６が接続されている。これは、どの発電方法を用いるべきか、受電するべきか或いは送電するべきか等を決定する役割を担っている。また、ユニット３６は、本発明の説明には関連しないシステムの多数の特定の動作を制御する。
【００６６】
技術的及び経済的な考慮に基づいてどの動作モードが適切かを決定することがシステム管理ユニット３６の機能である。ＣＨＰユニットのみによって提供できる電気を上回る電気の需要がある場合、少なくともある程度受電されなければならない。しかし、他のほとんどの状況においては、ユニットが選択できる多数の代替となるものがある。
【００６７】
システム管理ユニット３６は、所定の状況において費用の面で最も効果的な熱或いは電気の生産方法を算出し、それに応じて売値及び買値を決定するように構成されているコンピュータから成る。システム管理ユニット３６は、ハブからの現在のガスの価格及び価格データ等の入力データを提供するデータ入出力ポート４２を有している。該ポートによって、ユニット３６は、買値及び売値をハブに伝達することができる。
【００６８】
受電或いは送電するべきかどうかを決定するために、ユニットは、現在の生産費用を決定する。これは、燃料価格だけでなく、ＣＨＰユニットから出力される熱にも依存する。その理由は、発電システムの効率は負荷で変化し、生産された熱の値を計算に入れる必要があるからである。維持費用等に基づく１時間の運転費用もまた、計算に入れることができる。
【００６９】
電気の生産費用は、次いで、ハブから得られた買値及び売値と比較される。生産費用が売値よりも高い場合、システム管理ユニット３６は、その売値で所望量の電気を求めて、ハブにデータをリンク４２に沿って伝送する。反対に、電気の生産価格が提示された買値よりも低い場合、システム管理ユニット３６は、システムの最大容量まで発電を行い、ハブに送電する。
【００７０】
上述の通り、ハブは、該ハブからの受電と該ハブへの送電との均衡を絶え間なく監視し、且つ、必要であれば、実時間で価格を調整する。従って、システム管理ユニット３６は、価格を頻繁に監視し、上記計算の結果を絶え間なく更新し、この更新された計算結果に対して、必要であれば、システムの動作を絶え間なく変更する。
【００７１】
他の電気生産ユニットは、それぞれ、同様の計算を行うので、ハブのレベルにおいて、電気が最も効率良い方法、即ち、費用の面で最も効果的な方法で生産されることが分かる。この試みは分配システム全体にわたって横方向及び縦方向に沿って行われるので、全体のシステムは、費用の面で効果的に発電することが分かる。上述の計算は、システム全体にわたって、最下位のレベルに至るまで実行されるが、ネットワークの中央制御は存在しない。システム全体において、各ユニットがその地域ハブ等と交信するだけでよい。
【００７２】
システム管理ユニット３６によって行われる種類の計算の例をディーゼルによって燃料が供給されるＣＨＰユニットに基づいて説明する。
【００７３】
ｋｗで示されるアイドル燃料消費量（ｉｄｌｅ  ｆｕｅｌ  ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）（Ｔｆ）、表示効率ベース（ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｂａｓｅ）（ＢＩ）、及びファクター・インディケータ（ｆａｃｔｏｒ  ｉｎｄｉｃ．）（ＦＩ）は周知の定数である。
【００７４】
即時の電気出力（ｉｍｍｅｄｉａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｔｙ  ｏｕｔｐｕｔ）（Ｐｅ）は、まず、対応する表示効率（ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（ＩＶ）を計算するために使用される。この計算を以下に示す。
（ＩＶ）＝（ＢＩ）−（Ｐｅ）ｘ（ＦＩ）
【００７５】
ｋｗで示される即時の燃料消費量（ｉｍｍｅｄｉａｔｅ  ｆｕｅｌ  ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）（ＩＥ）を次いで以下のように計算する。
（ＩＥ）＝（Ｔｆ）＋（Ｐｅ／ＩＶ）
【００７６】
典型的なＣＨＰユニットの場合、（Ｔｆ）＝１０ｋｗ、（ＢＩ）＝０．５６５、（ＦＩ）＝０．００７８、（Ｐｅ）＝１２ｋｗである。従って、（ＩＶ）及び（ＩＥ）は、それぞれ、以下の通り。
（ＩＶ）＝０．５６５−（１２ｘ０．００７８）＝０．４７１４
（ＩＥ）＝１０＋（１２／０．４７１４）
＝３５．４５ｋＷ（即ち、３．５５  ｌ／ｈ）
【００７７】
熱出力は、３つの定数、即ち、熱効率アイドル（ｈｅａｔ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（ＶＴ）、ファクター・ヒート（ｆａｃｔｏｒ  ｈｅａｔ）（ＦＶ）、及び損失（Ｔａ）を用いて、燃料消費量及び電気出力から導き出される。上記と同じ装置の場合、これらの定数の値は、それぞれ、０．７５、１．２、及び０．５である。
【００７８】
熱出力（Ｑｖ）は、次いで、以下の式から求められる。
（Ｑｖ）＝（ＶＴ）ｘ（ＩＥ）−｛（Ｐｅ）ｘ（ＩＶ）ｘ（ＦＶ）｝−（Ｔａ）
従って、この例においては、
（Ｑｖ）＝０．７５ｘ３３．４５−（１２ｘ０．４７１４ｘ１．２）−０．５        ＝１９．３ｋｗ  となる。
【００７９】
従って、燃料消費量及び熱出力は、電気出力の単純な関数になる。図４は、上記の例のＣＨＰユニットにおける燃料消費量及び熱出力のグラフを示す。線Ａは燃料消費量であり線Ｂは熱出力である。
【００８０】
上記と同じ手法は天然ガス燃料ＣＨＰユニットに適用可能である。図５は、そのユニットにおける燃料消費量及び熱出力の図４に対応するグラフを示す。
【００８１】
ユニットの動作方法を変更することが望ましい場合、この変更は単純に行える。例えば、亜酸化窒素の排出を（効率を犠牲にして）低減しなければならない場合、必然的に起こり得る熱出力の増加等の変化を考慮するために、新しい値の（ＢＩ）及び（ＦＩ）が用いられるであろう。
【００８２】
次いで、生産される電気の１ｋｗｈ当たりセントで示される費用と１時間当たりでセントで示される運転の費用とに基づく維持費と、（１ｋｗｈ当たりセントで示される）燃料価格と、を適用することによって、１時間当たりの費用を算出する。
【００８３】
従って、例えばディーゼルの場合、
燃料費＝３セント／ｋｗｈｘＩＥ
であり、
維持費＝２５ｃ／ｈ＋０．５ｃ／ｋｗＨｅｌｘ（ＰＥ）
である。
【００８４】
正味の費用は、１０ｃ／ｋＷｈ（購入価格である値）に基づいて、生産された電気の値（以下に示す）を熱の生産費用から引くことによって算出される。
電気の値＝１０ｃｘ（Ｐｅ）
【００８５】
生産された電気の値を含む１時間当たりの全体の費用は以下の通りである。
全体の費用／ｈ＝３ｃ／ｋＷｈｘ（ＩＥ）＋２５ｃ＋０．５ｃ／ｋＷｈｘ（Ｐｅ）−（１０ｃｘ（ＰＥ））
【００８６】
システムは、電気ネットワークに接続されており、それ故に、該システムは、必要に応じて電気を生産できるが、熱の消費を補わなければならない状況において動作する。１時間当たりの全体の費用は、以下の式で示されるように、熱の生産で割ることができ、ＣＨＰの熱の単価が確定される。該熱の単価は、代価的な資源から提供される熱の価格に匹敵し、全体のシステムの経済を示している。
熱の価格＝（全体の費用／ｈ）／（Ｑｖ）
【００８７】
この価格は、システムの制御に使用される。これに基づいて、ユニットは、買値及び売値を設定して、十分な電気がユニットでは生産できない場合、或いは、費用の面で効果的である場合は、受電のみ行う。前者の場合、ハブによって設定された売値にまで買値を上げなければならない。後者の場合、受電するかどうかは、ハブの売値次第である。これは、送電するかどうかを決定する場合にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】全国発電ネットワークの概略図。
【図２】本発明に係わる全国的な発電ネットワークに含まれている地域的な市場の概略的模式図。
【図３】発電ネットワークに接続されているＣＨＰユニットの概略的模式図。
【図４】実施例のＣＨＰユニットにおける燃料消費量及び熱出力と電気出力との関係を示すグラフ。
【図５】実施例のＣＨＰユニットに匹敵するガス燃料ＣＨＰユニットにおける燃料消費量及び熱出力と電気出力との関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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