(57)【要約】顧客の構内でのエネルギ使用及び電力コジェネレーション設備に関する新しい配置であり、小さな顧客であっても入手可能なエネルギ源の中から一つ以上の主エネルギの形を選択することが出来、自己の負荷要求に合わせた全体的な資本及び運転コストを低減するものである。自己の負荷を低減することで金を節約する機会を考慮し、及び／又はネットワーク保持のための支払い及びそうしたスキームが適用される補助的なサービスより利益を得る。高いレベルの信頼性が要求される運転に関して、２重の電力供給接続線又は高価な自家発電設備の余分な高いコストを求められること無く、構内での運転に関する信頼性の所望のレベルを達成する機会を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力配電網から電力を受け取る顧客に対するエネルギの供給を管理する設備であって、
駆動される負荷、発電機として運転も可能な電気モータ（モータ−発電機）及び原動機の、主要な構成要素の三つ全てと係合し、又はそれらの内の二つと選択的に結合する、少なくとも一つの動力伝達装置を有し、
前記負荷、モータ−発電機及び原動機の駆動軸の回転速度の情報、電力価格及び、短期間の価格傾向の予測を含む、前記原動機で使用される燃料の価格に関する情報、前記駆動される負荷の現在の負荷要求に関する情報、構内において他に接続された負荷の電力要求に関する情報、を連続的に受けることの出来るコンピュータ駆動のコントローラを有し、
前記コントローラは、前記原動機を運転するために関連する固定及び変動コストに関する情報を格納することが出来、それら情報は、前記駆動される負荷、原動機及びモータ−発電機の出力をその回転速度に基づいて制御するのに必要な関連する設計及び運転データを含んでおり、
前記コントローラは、電力及び燃料供給契約条件及び電力の使用を管理し配電網に対して輸出する条件に関する関連する情報を格納することが出来、
前記コントローラは、前記駆動されるべき負荷が前記電気モータ、又は電動機又はそれら両方の組み合わせのどれにより駆動されるか選択し、又は、前記原動機が前記モータを、発電機として単独で又は前記負荷を駆動することの他に発電機として駆動すべきかを選択し、前記原動機からの部分的な電力の輸出を伴いつつ又は、輸出を行うことなく前記構内の電力要求に応え、又は、原動機と発電機の組み合わせにより生産される全ての電力を輸出し、
前記原動機に対する燃料供給を制御するコンピュータ信号を含む、前記コンピュータからの制御信号に反応して前記主な構成要素のそれぞれを係合又は係合解除して、前記発電機が接続された場合に、所望の負荷出力及び／又は発電機出力に基づいて演算された駆動速度を維持するスイッチ装置を有する、
ことを特徴とする設備。
【請求項２】
請求項１記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記顧客は、リアルタイムプール形エネルギ市場が提供される地域に位置し、当該顧客に対するエネルギ供給に関する特別の商業的な取り決めを持っており、
該取り決めは、供給者が適当なプール価格で未使用のエネルギを、時間間隔を置いて量／価格に応じた表に基づいて買い戻すことを供給者に提供するものであり、更に、前記構内で発電された電力を電力幹線に輸出することを含んだ契約を含んでおり、更に、該契約は、前記供給者に、高いプール価格に反応する要求側のインセンティブを高めるために割増金を加えるオプションを与える条項を含んでおり、
前記顧客の構内において、プール価格、エネルギ供給契約条件、現在の負荷要求及び予想負荷変化をモニタし、これらを考慮して負荷を満足するために使用するエネルギ源の最適な混合を決定する、エネルギの転換を制御するコンピュータシステムを有し、
該コンピュータシステムは、運転／燃料コストを比較してプール価格が高い時には、前記配電網に対して電力を輸出して利益を得る機会を決定し、中間エネルギ貯蔵設備及び、利用可能ならば追加のエネルギ源の最適な使用を決定し、幹線供給に接続する前に発電機の出力を同期させ、運転状態がセットされたパラメータに到達した時に、視覚的な表示及び音の警報を発することを含む、セットされた手順に基づいて前記決定を実行する、
ことを特徴とする設備。
【請求項３】
請求項１記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
モータとして使用する前記モータ−発電機のスピードの制御及び発電機として使用する該モータ−発電機からの電気出力の制御は、インバータ／コンバータ装置を用いて行われる、
ことを特徴とする、設備。
【請求項４】
請求項１又は２記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記動力伝達装置は、前記主要な構成要素のそれぞれの主駆動軸に設けられたプーリを有するベルト駆動装置を有しており、
前記プーリは、前記それぞれの主要な構成要素からまたそれぞれの主要な構成要素への動力伝達を接続、また接続解除することの出来る、前記コンピュータからの信号により制御することの出来る遠隔操作可能なクラッチ装置に関連付けられている、
ことを特徴とする、設備。
【請求項５】
請求項１又は２記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記動力伝達装置は各前記主要な構成要素の主駆動軸に接続された、流体パワーコンバータを持った流体駆動装置を有し、
前記流体パワーコンバータは、前記それぞれの主要な構成要素からまたそれぞれの主要な構成要素への動力伝達を接続、また接続解除することの出来る遠隔操作可能な、コンピュータからの信号により制御することの出来る流体流れ制御装置を有しており、
前記流体駆動装置は、流体パワーコンバータからの、また該コンバータへの、前記コンピュータにより連続的に変化させられる流体の流れに関する装置と共に、又は当該装置を有さず、前記一つ以上の主要な構成要素の駆動シャフトの速度を制御する、
ことを特徴とする、設備。
【請求項６】
請求項１又は２記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記動力伝達装置は各前記主要な構成要素のそれぞれに接続された三つの駆動軸を有するギヤボックスを有し、
前記ギヤボックスは、前記コンピュータからの信号により各駆動軸を係合又は係合解除する手段を有し、
前記ギヤボックスは、前記コンピュータからの信号により、任意の二つの駆動軸間のギヤ比を連続的に、かつ独立的に変化させることが出来る手段を有する、
ことを特徴とする、設備。
【請求項７】
請求項１又は２記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記原動機は前記負荷と前記モータ−発電機に、遠隔制御が可能な各接続に関するクラッチ装置をそれぞれ有する定速たわみ継手を使用して接続された二つの出力駆動軸を有し、前記コンピュータからの信号により前記負荷又はモータ−発電機の係合又は係合解除を可能とし、
前記原動機は、コンピュータ制御可能な減圧バルブを有し、前記負荷が前記モータにより駆動されている時に、原動機の減圧バルブを開いて該原動機をアイドル状態にして、動力が前記モータから負荷へ伝達されるようにした、ことを特徴とする、設備。
【請求項８】
請求項４記載の動力伝達設備において、
少なくとも一つの遠隔的に変動させることが可能な駆動速度変動装置を、前記主要な構成要素の一つ以上と接続された主駆動軸の動力伝達軸と前記動力伝達装置の間に介在させ、
前記遠隔的に変動させることが可能な駆動速度変動装置は、前記コンピュータからの信号により制御することが出来る、
ことを特徴とする、設備。
【請求項９】
請求項１ないし８の内、いずれか１項記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記駆動される負荷は、顧客の構内において全ての主要な冷暖房要求に使用されるヒートポンプであり、該ヒートポンプは、冷房と暖房を択一的に供給することのできるリバース運転が可能であり、
冷熱を貯蔵する設備を有し、前記コンピュータにより制御された断続的な、負荷の運転、ヒートポンプの運転を可能とする、
ことを特徴とする、設備。
【請求項１０】
請求項９項記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
熱貯蔵媒体は、温度勾配を維持するために接続された二つの貯蔵タンクに貯蔵された、前記構内で使用される水であり、
一つの前記タンクは、前記構内で直接使用されるために必要な高温に保持されたタンクであり、他の前記タンクは、前記原動機から生成される熱を吸収し、より高い温度の前記貯蔵タンクに分配するために熱エネルギを抽出する熱源としても動作する中間温度貯蔵タンクであり、
前記各タンクの温度及びヒートポンプの運転は、前記コンピュータにより制御される、ことを特徴とする、設備。
【請求項１１】
請求項１０項記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
一つ以上の太陽熱温水器を前記中間温度貯蔵タンクに、温水が出力されるように接続し、
前記太陽熱温水器からの温水の流量制御、接続、接続解除は前記コンピュータにより制御され、
前記設備の効率は更に向上される、
ことを特徴とする、設備。
【請求項１２】
請求項９項記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記構内の冷房負荷は要求される暖房負荷よりもかなり多く、例えば夏の期間又は大きな冷凍負荷があるところなど、熱貯蔵媒体は二つの貯蔵タンクに貯蔵された前記構内で使用される水であり、一つの前記タンクは、前記構内で直接使用されるために必要な高温に保持されたタンクであり、他のタンクは、低温水を貯蔵するタンクであり、
前記高温貯蔵タンクは、前記原動機から生成される熱を吸収する熱交換機を有しており、演算された温度レベルを維持するために必要な熱は、前記ヒートポンプを運転して、前記低温貯蔵タンクから熱を前記交換貯蔵タンクに移すことにより補われ、
前記低温貯蔵タンクは、前記ヒートポンプが冷凍サイクルで運転された際に抽出された熱エネルギを廃棄するヒートポンプ集積所をも形成しており、
前記太陽温水機及びヒートポンプの運転を介した水の全ての流れは、前記コンピュータにより制御され、
運転条件がそのように要求され、前記ヒートポンプがそのように設計されて、前記ヒートポンプを高速で運転して運転温度範囲を拡張する、
ことを特徴とする、設備。
【請求項１３】
請求項１２項記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
前記逆転可能なヒートポンプは、高い冷凍負荷に使用される代りの冷却回路を提供する追加的なスイッチ設備を有し、
前記負荷要求は、代りの冷却回路が使用されないときよりも前記ヒートポンプをより高速で運転することで、満足させられる、
ことを特徴とする、設備。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
一つ以上の太陽熱温水器を、前記太陽熱温水器を介した流れがより高い温度の水を分配できるように制限された形で、前記高温貯蔵タンクに、温水が出力されるように接続し、
前記同じ太陽温水器を前記低温水貯蔵タンクに、夜間に強制的に循環させることで冷水を出力できるように、接続して構成したことを特徴とする、設備。
【請求項１５】
請求項１ないし８の内、いずれか１項記載の顧客に対するエネルギの供給を管理する設備において、
端末顧客が使用するために、汲み上げられた流体を中間貯蔵容器に貯蔵することの出来る用途に使用される、少なくとも一つのポンプ又はコンプレッサ、及び／又は、前記動力伝達装置に接続された前記負荷を間欠的に駆動する（機会負荷）ためにだけ必要な、更に一つ以上のポンプ又はコンプレッサを有する、前記駆動される負荷を有し、
サービスのレベルを維持しつつ財政上の利益を最適化することの出来る、前記負荷及び発電機運転のコンピュータ制御装置を有し、
前記負荷及び発電機運転のコンピュータ制御装置の制御は、負荷及びエネルギ価格の予想に基づいて中間貯蔵の量を変化させ、前記モータ及び／又は原動機を介した前記機会負荷を運転するための最適な回数及び前記発電機を運転する最適な回数を引き出し、もし利用可能ならば前記他の負荷装置を選択的に運転する、ことを特徴とする設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、エネルギ変換の新しい処理及び顧客の建物内における発電設備に関し、該顧客により使用されるエネルギの全体コストを下げ、顧客の供給における信頼性を増し、給電システムの信頼性の向上に寄与することも可能なものである。本発明は、電気のコジェネレーションを使用者の建物で請け負った際の初期設備コスト及び深刻な運転上の過大なコストの両方を減少させることによる分散発電及びコジェネレーションに関する範囲にまで及ぶものである。本発明は、それぞれのエネルギ市場の価格差に基づき、構内でのエネルギ要求の重要な部分を満足させるために、電気又は他の主要な燃料を使用すべきか否かを選択することの出来る究極の裁定取引人に、末端需要者をしてしまうことを可能とする。
【背景技術】
【０００２】
［背景の記述］
電気供給産業（ＥＳＩ）の発展の初期段階においては、電力供給の信頼性は今日の標準に比して低く、その結果、例えば、病院、高層ビルなどの信頼性に重きを置く顧客は、何らかの理由で主要な供給が阻害されたり利用できなくなったりした時に、自家用として非常発電設備を持っていた。このことは、多大な初期投資を伴い、非常発電装置を運用するランニングコストは、電力配電網から供給される電気のコストに匹敵するものであった（ここで、適用される料金は、低い損益分岐コストの基本負荷状態の発電プラントの供給コストに、より高いコストの中間及ピーク時の発電プラントから供給されるエネルギの少ない部分を考慮した小さなプレミアムを加えた、供給コストに多くは基づいている）。
【０００３】
基本負荷状態の電気発電プラント及び他の大きな発電装置は、通常、２５％から５０％の間の燃料効率である。例えば、中間圧蒸気を高めること及び／又はボイラ供給水を加熱するエコノマイザ等の２次熱回収回路を導入することで、主要回路の廃熱を回収することが可能となり、これにより発電所の燃料効率を７０％あたりまで増加させることが出来た。従来、復水器又は主運転排気からの廃棄低温熱を使用することで、燃料効率を更に８０％あたりまで向上させることが可能とであることが確認されている。いくつかのヨーロッパの例（例えば、地域暖房計画）を除いて、基本負荷プラントは殆どが、例えば、石炭鉱山など燃料源に近く配置され、廃棄低温熱を使用する機械は殆ど無かった。ガスタービンユニットの導入及び発電産業の独立した発電業者への開拓により、コジェネレーションに関する興味が復活した。こうしたコジェネレーション設備はボイラ／蒸気タービンからの蒸気を共用することを含み、そこでは、（発電機を駆動する）蒸気タービンの第１段の後の蒸気の一部が顧客の処理に使用するために転換され、又は、ガスタービンからの廃熱が蒸気タービン用の蒸気を発生させるために使用され、及び／又は廃棄ガスからの低温熱を顧客使用用のお湯を供給するために使用される。両方の要求のために設けられた一つのボイラを持つこと及び燃料購入及び取り扱いを組み合わせることからコストの相乗効果が生じた。しかし、装置サイズが基本負荷プラントよりも小さくなること（規模による経済性を失う）及び基本負荷プラントの燃料コスト（卸値）と比較した燃料の運搬／取り扱いの追加コストを考慮すると、コジェネレーションの選択はごく僅かな場合でしか経済的ではなかった。例外は、石油精製所のような場所であり、そこでは、燃料は内部的な副産物であり、代替え使用するために容易に販売することは出来なかったし、しかも／また、プラント運転用の電気供給の信頼性は厳しかったのである。最近では、天然ガスの入手の容易化、コストのかなりの低減及び電気発電用ガスタービンのより大型化に伴って、殆ど１から２０ＭＷの範囲のコジェネレーションの使用が少し増加してきている（パーセントとしては大きな増加ではあるが、とても小さな値がベースとなっている。オーストラリア中でこうしたケースは１００件以下である）。
【０００４】
エネルギ産業のリストラクチャリングにより、電気やガスを需要と供給の間のバランスに依存したリアルタイムでの取引を行うプールマーケットが設立された。これらのマーケットでは、ほぼリアルタイの精算値段が設定される。その結果、値段は、特に、電気は非常に不安定なものとなっている。低コストで天然ガスが素早く調達出来ることで、電気発電用ガスタービンが大いに使用されることとなった。その結果、ガスタービン設計は発展し、その初期コストが低減された。英国では、電機産業におけるリストラクチャリングの先駆者の一つが、よく発達した天然ガスマーケットをも持っており、（料金を徴収してガスを電気に変換する）専用の料金所が出現している。これは、電気とガスの商品市場における値段の間のさや取り売買いの機会を提供した。
【０００５】
上記した発達はごく限られたスケールでしか生じなかったので、電気市場の成果としては十分なインパクトとはならず、市場価格はなおも不安定であり続けた。今日まで、小さな顧客はこうした発展に参加する機会はなく、大部分において、小さな顧客は、大きな資産運用的発電者と独占的なネットワーク運用者の市場パワーの人質とされていた。必要なことは、低コストの選択であり、代替え発電、コジェネレーション及び料金所の望ましい状況を具体化し、そうした選択を居住する顧客のような小さな顧客にとってさえ経済的に実行可能なものとすることである。そうした計画を他の同世代の計画から区別するために、本発明で述べられた新しい計画は“機会発電（Opportunity Generation）と呼ばれ、大量販売に適用するものとして十分に適合させられて提案される。本発明の応用は、顧客にOpportunity
Power（オーストラリアにおける登録商標）を与え、プールタイプのエネルギ市場における過度の価格変動を和らげ、効率的なエネルギ市場を確立することが出来る。オーストラリア特許第７４８８００号（Ｐｅｒｅｒａ）の”プールタイプのエネルギ市場における価格に反応することを顧客に可能とさせる方法“では、あたかもそれが完全にその中で示されたかのようにその全体が言及されることで導入されている。該特許は、好ましい取引結果を達成するために、エネルギの単位を取引する方法及びエネルギの使用をモニタし制御するシステム及び顧客の構内のエネルギ置換装置を開示している。メインの供給者以外からエネルギの供給を受けるための、エネルギ置換装置の使用が、実施例で述べられており、それは、メインの電力供給者から構内負荷を切断した後、該構内負荷に供給するか、周波数整合に問題がない場合には、エネルギの負荷と供給源を該メインの電力供給者と共に並行的に運転することである。
【０００６】
本発明は、新しい方法に関する物であり、その一例はエネルギ補足／置換方法として使用することが出来、従来の非常発電設備、コジェネレーション又はエネルギ貯蔵設備よりも全体的なコストが実質的に安く、電気、天然ガス又は他の燃料の市場価格に基づいたエネルギ源を選択する経済的な機会を提供するものである。
【０００７】
顧客がどのような価値を供給の高い信頼性（供給停止の回数が少ないこと及び／又は所定の期間における供給停止時間の総計がより少ないこと）に見いだしているかを知るための調査では、常に、小さな（そして多くの田舎の）顧客は供給の信頼性が高いレベルにあることに対して実質的により低い価値を与え、商業的な／いくつかの大きな顧客は供給の信頼性が高いレベルにあることに対して実質的により高い価値を与えている。本当の“顧客の選択”は、顧客が、使用時にその裏に隠された値段に依存する電気を使用するか否かを選択し、信頼性が高いレベルの極めて高い値段（しばしば、顧客が高い基準のサービスとする価値よりも遙かに高い値段）を支払わされることを強要されない“機会”を持つことを要求する。オーストラリア特許第７４８８００号は、顧客に所定の量の電気の使用を先行させ、また所定量を契約した卸商に一般的なプール値段で売り戻すことを可能とする。しかし、ある期間の電気の使用量についての顧客の契約量が少ない時に、高いプール値段が生じる事項が該期間に生じた時には、利益は小さくなる。自身の電力手段を生成する設備を持って、高いプール値段の事象から利益を得る機会は。契約された使用の面に制限されるものではない。本発明の一つの意図は、リアルタイム料金の適用からの利益を高め、オーストラリア特許第７４８８００で記述されたシステムを支持する選択を小さな顧客に対しても提供することである。
【０００８】
電気供給産業のリストラクチャリングの一つの側面は、電気取引に対する開かれた市場を持ったことと、以前、地域ごとに垂直方向に一体化された独占的な電気供給者によりサービスされてきた個別の電気供給地域が相互に結び付いてきたということである。これらの個別の供給地域は、通常は主要なエネルギ源に近く位置し、伝達及び分配ラインシステムにより、発電された電気を末端の消費顧客にまで運ぶ手段を持った、大きな発電所を持つことで特徴づけられていた。これらのネットワークは、供給地域を完全に横切って大量のエネルギを運搬するようには設計されておらず、むしろ、発電源から電気エネルギを伝達／分配ラインの末端にまで運んでユーザに渡すようになっている。殆どの場合、供給地域の境界への供給設備は、その境界領域にある一般的には小さなローカルな負荷に電力を供給するように設計されていた。更に、該ネットワークシステムは免許された地域内で発電所の全設備を充足するように設計され、発電設備における用途の広さがネットワークの欠点を補うという認識があった。別の言い方をすると、ネットワークは、免許された供給地域で全体の電力システムを背景にして最小のコストで与えられた顧客の寄せ集めに対して供給することをベースに設計され、建築され、維持されてきたのである。
【０００９】
こうした以前の供給地域が集まったより広い領域内で発電の競争が始まることで、各発電会社は、この新しいプールタイプの開拓市場に供給し、またそこからの供給（そこでは、相互的な契約が許容される）を転換し、抑制（例えば、定期点検）することで、最高の財務上の成果を上げようと現在、努力している。ネットワークの容量には以前よりも緊張があり、しばしば供給の信頼性を支えていたネットワークの冗長性は使い果たされてしまう。また、予備の発電容量をプールすることで、電力の大きな振れが生じやすくなり、電力システム内の基幹伝達ライン上により大きなストレスを生じさせている。メッシュ化されたシステム（多数の並行的な送電パスが存在する）における電力の流れは、最小抵抗のパスを取る傾向があり、そしてライン／変圧抵抗（容量性及び誘導性インピーダンスを含む）は周囲の温度と電流の流れの状況で変化するので、アメリカ合衆国／カナダ（２００３年８月）、１９９８年のオクークランド（３９日間）、２００３年９月のイタリア、２００３年のスエーデン−デンマーク等のように、大規模な停電が最近多くなっていることからも分かるように、大きな相互に結合した電力システムは壊滅的な機能停止の傾向がより強くなり、数百万の顧客に影響を与え、全ての影響された顧客に電力を復旧させるのに何日もの停電期間が発生する。
【００１０】
負荷の増大が、生じるべきネットワークの拡大を追い越した時、極めて高い負荷が生じている期間や、送電線の損傷や発電機の故障に引き続いて、不安定な供給状態（冗長性の欠如及び供給ラインの構成要素の欠如が供給のロスとなる）となる状況もある。そうしたネットワークの制約や不安定な供給の事実は、顧客への信頼性の高い供給を行う能力について影響があり、プール値段にインパクトを与えるかもしれない。ある管区においては、壊滅的な電力システムの機能停止を、負荷を取り除いて冗長性の要求されたレベルを回復することで避けている。こうした計画は、その管区が供給と要求をいつでもバランスさせることが出来ることを確保する市場のメカニズムが機能停止（及び／又はネットワークの拡大の手落ちに対する調整工程）したいこと等しい。オーストラリア特許第７４８８００には、ネットワークオペレータにプール値段に、要求側の反応に対する動機付けとして上乗せ価格を加えることを可能とし、これにより、そうした影響のある地域の顧客に対して負荷管理に参加させる特別の動機付けを与え、これにより、ネットワークの冗長性に所望のレベルを回復させる方法が述べられている。企業内の発電設備の全体コストを引き下げる本発明は、小さな顧客でさえ、有利にそうした要求側の反応に参加する能力を高める。
設備及び燃料コストの見積もり
【００１１】
発電機の燃料効率は端末顧客への電気の価格を決定する上での一つの要素でしかない。発電機に届けられる燃料のコストに対して考慮がなされるべきである。炭坑の近くに位置している石炭火力発電所の場合（例えは、ビクトリア州の褐炭は、発電所からコンベアで運べる距離内の露天掘りの鉱山から来ている）、電気の単位量を製造する燃料コストは、他のどの燃料源よりも実質的に低いものである。オーストラリアにおける発電の長期又は短期の限界原価を示したものを以下の表１に示す。これは、ACIL Tasman“ＮＥＭにおける発電機のＳＲＭＣ及びＬＲＭＣ−ＩＰＲＣ及びＮＥＭＭＣＯに関する報告”による研究から抽出したものであり、ここで参考文献として導入する。
【表１】
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【００１２】
異なるタイプの発電プラントに対して典型的な設備利用率を与えた場合、燃料コスト（発電の限界原価の殆ど）は褐炭発電所が最も低く、高効率ガスタービンの燃料コストは４倍高い。ガスタービン発電機の設備コスト（資本経費部分）は実質的に石炭発電所よりも低いが、総合経費（＄／ＭＷｈ）は石炭火力発電の両方のタイプは１／３以下である。ガスタービンは、その容易なスタート／停止性能及びそのメンテナンスの必要性−従って、比較的低い利用率である−から中間／ピーク用プラントとして使用されている。顧客の財産が増え、エアコンなどの設備に対するより高い購入能力により、それらは複合して、以下のグラフ１に示すビクトリア州における２００２年の負荷持続時間カーブに示されたように、年間のシステム負荷のピークを生じさせている。
【表２】
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【００１３】
ビクトリア州における２００２年の最大地域要求は７，５８１ＭＷｓであり、７，０００ＭＷｓを超えた要求があったところは、丁度８２半時間であった。このことは、年間４２時間以下の運転のために、５８１ＭＷｓ発電能力を持つことを意味し、実に重い財政上の負担である。
【００１４】
オーストラリアナショナル電力市場の現在のプール料金上限規定制（現在はＭＷｈ当たり＄１０，０００）を実質的に増加させ、年間に数時間のみ運転する必要のあるピークプラント設備に対する新しい投資に対する十分に財政的なインセンティブを確保せんとする要求が増大している。
関連する技術の記述
【００１５】
幹線を通して供給される電力の信頼性のレベルが徐々に増大するにつれ、非常用発電設備は不必要な出費であるとの見なされるようになって来つつある。現在、コンピュータ用無停電装置（ＵＰＳ）及び／又は交流へのインバータシステムを持った、又はそれ自体が電気設備に埋め込まれた電子クロックとしてのバッテリ／コンデンサ充電バックアップなど、より目的化した非常供給装置を持つことが可能となっている。非常用発電機の使用を最大限にせんとする試みのジレンマは、高いプール値段（もし、オーストラリア特許第７４８８００で述べられた方法を使用すると自動的に）に反応することが出来る反面、該発電機セットの資本経費が財政的な負担を残すことである。
【００１６】
コジェネレーションは、本来燃料効率が向上することの利益から導入されたものだが、何らかの理由でコジェネレータが利用できない場合、電力の非常電源としてメイン供給を使用することが出来るので、供給における特別な保証を提供するものと見なされてもいる。プール市場の特徴は、限界原価が低い大規模な基本負荷発電機によりその価格が設定されているので、殆どの時間、値段が安いことである。とてもまれに、負荷要求に適合させるためにとても高い値段が付けられたより高いコストの発電機が必要となった場合には、非常に高い値段が瞬間的に現れる。下のグラフ２は、価格持続カーブであり、２００２年におけるビクトリア州の電力の半時間地域価格を示す。２００２年には、価格が、１０００＄／ＭＷｈを超えた時が２８半時間あり、＄１００／ＭＷｈを超えた時が１６９半時間あった。時間の１２．８％は、価格が＄４０／ＭＷｈ以上であり、時間の３２．９％は、価格が＄３０／ＭＷｈ以上であった。小電力供給システムとして石炭を使用することは実際的ではなく、小売り顧客に配達システムを介して供給されるガスの価格は電力ステーションに本管を介して供給されるガスの値段よりも実質的に高くなり得ることを考慮すると、コジェネレーション実例は極めてまれである。コジェネレーションで成功したものは、（ネットワークの制限を克服するために延期された投資における設備コスト削減に基づいて）伝達又は配達ネットワークがネットワークを維持する支出を提供していたり、及び／又は使用燃料が主となる活動の副産物であったり、又は、例えば、サトウキビの絞りかすのように、他の用途における価値が殆ど無い場合である。
【表３】
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【００１７】
例えば、コジェネレーションシステムの従来技術の一例を米国特許第６，５２５，４３１に見ることが出来る。そこには、水貯蔵タンクを含んだ家庭又は商業ビル用のコジェネレーションシステムに関するものであり、これにより、該システムは、スターリングサイクルエンジンから２次熱回収を行い、使用されたエンジン振動と騒音を低減させる手段を提供している。示された更なる利点は、冷却水用の貯蔵タンク及び冷却水それ自体が２次熱交換に使用され、またエンジンの騒音と振動を低減させる手段として使用されていることである。
【００１８】
かなりの努力が燃料電池などの他の新しいコジェネレーションに対して向けられており、これは電気、水及び熱の、投入水素燃料の実際の燃焼を生じさせることのないコジェネレーションが可能となる。主要なステージは通常、他の手段による燃焼よりもより効率的ではあるが、二酸化炭素の排出を伴って水素へ転換される（主としてメタンを含む）天然ガスに関連するものである。提案者は、エネルギ転換効率を、組み合わせ処理として、５０から７０パーセントの間を要求している。
【００１９】
米国連邦議会予算事務所による、分散型電力発電の見通し（２００３年９月）と表題された報告書は、米国内で適用可能な分散型発電に適した選択された技術の基準原価の、良い比較コスト表を示しており、それは、
2008524972.tif 000006
で入手することが出来る。この報告書はここで、参照文献として導入される。
【表４】
2008524972.tif 000007
【００２０】
この報告書は、以下の見識を提供した。“ディーゼルサイクル及び火花点火モータを含む内燃機関発電機は、最も一般に使用されている技術であり、信頼性の高い又はエネルギ供給目的のための非常用電力を供給する。装置は、５キロワットから７メガワットの間の大きさである。それらは生成された石油製品（軽油及びガソリン）又は天然ガズを燃焼させることができる。天然ガスを燃焼させる装置からは、燃焼工程の設計改良及び触媒式排ガス浄化装置により、とても低い排出物質しか排出されない。配置された発電機にふさわしい容量を持った装置に関して、設置キロワットごとのコストは、全ての発達した技術のなかでは最も低い中にある。上記したシステムの問題は、燃料使用効率の増加とカーボンクレジット又はそうしたスキームを介して入手出来る給付金の増加が、小規模小売り顧客レベルにおいて燃料（ガソリン、軽油又は小売り天然ガス）のより高いコストを埋め合わせるには不十分であることである。ビクトリア州におけるビジネス顧客に対する２００２年の小売り天然ガスの平均価格は、約＄５／ＧＪであり、一方、居住者（小規模ユーザ）に対しては、価格は約＄１０／ＧＪであった（出典：ビクトリアのエネルギ−自然資源及び環境部門  ２００２）。上記した表１に示すように、最高となっている設備のオープンサイクルガズタービン（ＯＧＣＴ）の、投入される天然ガスの価格は、約＄５．００／ＧＪであり、主流となっている発電所の複合サイクルガスタービンで使用される天然ガスの価格は、約＄３．１５／ＧＪであった。複合サイクルのガスタービン（ＣＣＧＴ）は約５０％の燃料効率を有しているので、小売りレベルで競争的なものとするためには、新しいコジェネレーション技術から得る燃料効率は、１００％以上の燃料価格差を埋め合わせる必要がある。注目すべき点は、これらのニューテクノロジーとしてのコジェネレーションの資本経費の現時点の見積もりとして、運転経費から得られるべき利益は、約＄１，０００／ｋＷのＣＣＧＴの資本経費と実質的に異ならないということである。米国特許第３，９３５，０２８の”燃料電池セット及び方法“は、燃料電池技術発展の初期段階の一例を示しており、その技術は３０年後においても非常に限られた範囲でしか利用されていない。上で引用した米国連邦議会予算事務所により報告に示されたように、熱及び電力の組み合わせを用いた燃料電池出力の共通基準原価は、米国の電力平均価格を実質的に上回り、天然ガスで運転され、熱及び電力の使用を含んだ内燃機関を使用した共通基準原価をも実質的に上回る。これらのスキーム内のいくつかにおける、他の不利益な点は、可能な出力電力が、有用な熱回収の量により制限されるという事実である。現地での発電は、送電損失を減らすことから財務上の利益を得、送電ネットワークの保守支払いのスキームが利用出来たら、追加的な利益も得ることが出来る。しかし、これらの全ては、こうしたユニットの幅広い普及に対する十分な動機とはなっていない。
【００２１】
ヒートポンプは、この何年もの間で、いまやあちこちにある。近年それはより広汎に利用されており、特に低コストの天然ガスが得られない地域で利用されている。その人気は、裕福な顧客の数の増加により現在求められている、空間冷房の空調システムの幅広い使用によっても影響されている。一方、空間暖房にも使用するこの出来る逆サイクルの空調機について、顧客の選択を見分けている。これらの設備が約３（３００％の効率）の運転率又はＣＯＰを持つとすると、それらの限界運転原価（熱出力のｋＷｈあたり約４セント）は、天然ガスの空間暖房設備の運転コストの約１／２である（ガス設備は、約５０％の変換効率を有するものと仮定する）。電気モータ駆動のヒートポンプは、現在開発されている新しい小規模コジェネレーション装置の運転コストと比較しても、もとても競争力がある。顧客の視点から、暑い夏の午後に空間冷房を行うことが出来るのは追加的な魅力である。他方で、完全なシステムに初期資本経費はそれまでの空間／水ヒータよりもとても高いものとなり得るが、排気口が少ない装置としてとても競争上有利である。米国特許第４，３２７，５６１の“高運転効率ヒートポンプ”は、地球をヒートシンクとして使用する逆サイクル空間暖房／冷房装置について述べている。米国特許第４，３９２，３５９の“直接展開型太陽集熱器−ヒートポンプシステム”は、効率を太陽集熱器を用いて改良した逆サイクル空間暖房／冷房装置について述べている。
【００２２】
本発明は、コジェネレーションシステムとヒートポンプの両方の改良に関わり、両方の技術の利点を組み合わせることを可能としたものである。それは、非常用発電装置と同じ機能性を有し、実質的により低い資本経費及び運転経費で提供される（本発明の１実施例において、被駆動負荷はヒートポンプコンプレッサーであり、殆どの時間、エンジンを動かすよりも電気供給によりヒートポンプをより経済的に動かしている）。本発明により、顧客は、電気駆動装置又は主要な発動機を運転するためのより経済的な燃料の選択が可能となり、内部的な負荷要求を満足させ、望むなら電力システムに電気を輸出することが出来る。これにより、利益を得、又はネットワークの負担を軽減するためにネットワークを維持するための支払いを軽減することが出来る。
【００２３】
米国特許第４，８７３，８４０の“エネルギーコジェネレーションシステム”は、電気、暖房及び冷房を生成するためのコジェネレーションシステムについて述べている。構成部品は、内燃機関、該内燃機関に接続されたボイラ、蒸気機関及び該蒸気機関により駆動される電気発電機を含む。復水器が蒸気機関の蒸気排出口に接続され、該復水器は熱システムに熱を供給し、蒸気排出口から排出される蒸気を復水する。吸収冷却器が蒸気機関の蒸気排出口に接続され、該吸収冷却器は冷却システムの冷却流体を冷却する。ヒートポンプ又は遠心冷却器ももた蒸気機関の出力軸により駆動可能である。該コジェネレーションシステムは、熱を暖房システムに更に運ぶために燃料ガズ冷却器を設けることが出来る。
【００２４】
より最近の技術では、コジェネレーションは、エンジン軸内にヒートポンプを一体化し、発電機を駆動することが出来るように、又はヒートポンプシステムのコンプレッサを駆動することが出来るようになっている。“一体化されたコジェネレーション”と題された米国特許第６，６５１，４４３は、こうした例の一つであり、以下のステップからなるコジェネレーション方法を含んでいる。
（ａ）熱排出ガスを出すタービンを運転することで軸出力を引き出し、
（ｂ）前記軸出力を使用し、電気エネルギ又は冷却からなるグループから選択された出力を生成する。
（ｃ）前記熱排出ガスを使用して、耐熱性熱伝達液を含んだ熱交換機に該ガスを送ることで蒸気を生成する。
（ｄ）前記熱伝達液を蒸気発生器を介して送り、蒸気を発生させ、吸収冷凍機の前記蒸気発生器と熱伝達関係となる。
（ｅ）前記蒸気発生器から蒸気を蒸気タービンに分配し、出力軸に出力を引き出す。
（ｆ）前記蒸気タービンの出力軸の出力を用いて、電気エネルギの生成又は冷却を行う。
【００２５】
他のコジェネレーションシステムと共通することであるが、上記した異なるタービンを用いて燃料変換効率を向上させる経済的な利点は、小売りの顧客レベルにおけるタービン燃料コストの増加をまかなうことは、時として出来ない。そして、主電気供給を用いてヒートポンプを運転するのと比較してよりコスト高となる。更に、廃熱を用いて生成された蒸気で運転するタービンからなる上記したシステムは、通常１ＭＷ以上の大規模設備にのみ適用可能である。
【００２６】
以下の教示を含む従来技術の他の例
“ピーク電力削減装置及び方法”と題した米国特許第４，７３１，５４７（Alenduff他）１９８８年３月１５日がある。記述された方法は、主要供給と共に非常用発電装置を並行して運転するが、該発電機は初期コストを有し、通常高い割り増し運転コストを伴う。述べられた方法によると、非常用発電装置の出力は、与えられたセット点以下となるように運転ユニットにより要求された出力を維持するように制御されている。このセット点は、通常、電力に関するプールタイプの市場が導入される以前の標準電気供給契約に規定されたように、１５分又は半時間を超えた最大要求を集めたものと関連している。電気供給のプールタイプの市場が導入されることで、新しいタイプの供給契約は、義務付けられたネットワーク料金から、競争的に値付けされたエネルギ構成要素を除外する傾向である。この構成要素は、現在、最大要求料金を含んでいる（ネットワークは、最大要求を提供することをベースに構築されているので）。ネットワークコスト要素をここで概略的にトータルな電気料金請求書の半分以下とすると、最大要求料金の重要性は実質的に低下し、これにより、前記した教示の利益が低下する。本発明は最大要求を含むニーズをより経済的に処理することが出来るばかりか、末端顧客が、変動する電気のプール価格とオープン市場におけるエンジン燃料の価格の間からさや取りも可能とするものである（プール価格はカリフォルニア州で起きたようにとても高騰する可能性があり、オーストラリアの国立電気市場においては、高騰し続けることはまれである）。これは、一つの変換ステージを無くすことで（エンジンは直接負荷を駆動する）より高い変換効率を達成する工程により可能である。
【００２７】
“インダクションモータ発電機を駆動する可変スピード駆動装置を持った無停電装置”と題された米国特許第５，０８１，３６８（West）１９９２年１月１４日には、ＡＣ主電源の代りの電源として作動する分離された非常用電源を有する無停電装置が述べられており、発電機に直接接続されたモータを駆動するために電力を供給し、該発電機から問題となっている負荷に対して２次電源を供給する。これは、源源供給の信頼性が卓越した状況にのみ適した、優れた装置である。
【００２８】
“主原動機のスタート能力を有する双方向パワーコンバータ持ったパワー変換システム”と題された米国特許第５，０１５，９４１（Dhyanchand）１９９１年５月１４日には、発電モードにおいて運転する時は主原動機により駆動されるブラシレス発電機を利用し、開始モードで運転するときは、該主原動機を駆動する独特なシステムが述べられている。本発明は、インダクションモータを使用する共通の特徴を用いて、電気も発電しているが、該モータをモータモードで使用して原動機を始動させる実施例では、こうした独特な組み合わせを選択するかどうかは、設置場所の要求、構成要素の利用可能性及びコストに応じている。
【００２９】
“分散された発電源の集合体”と題された米国特許２００４／０１１１２２６（Brewster他）２００４年６月１０日には、地域的な電力分配システム内の電力供給状況と該分散された発電設備と関連した顧客の電力要求データを参照して分散された発電設備の制御を調整する方法とシステムが述べられている。そこで述べられた技術で採用された中央集中型制御手法とは異なり、本発明は、プールタイプの市場に適用される条件に対する個々の顧客による自立した市場の反応に頼っており、該条件は、関連のある小売業者、地方ネットワークの所有者又は運営者、又は地域の電力システムの制御者など場合に応じた他の市場パートナーによりもたらされる適当なインセンティブにより容易なものとなる。新しいプールタイプの市場は既に一定の値段に値付けされた発電機の中央集権的なシステムを既に有し、電力を送出していることを考慮すると、述べられた２次システムは、動作の自由が制限されているだけである。顧客自身の設備に対する制御を外の機関に引き渡すことに対する顧客の抵抗を考えると、欠点は不十分な自由度とシステムを成功させようとする刺激に乏しいことである。一方で、この発明が適用される対象は、全体コストを下げる負荷、原動機及び電気モータ−発電機の新しい配列及びこれを顧客の負荷要求に基づいて運転するシステムであり、２００１年８月２１日に提出されたオーストラリア特許第７４８８００（Perera）で考察された方法に沿ってプールタイプのエネルギ市場で金融上の利益を得る機会である。
【００３０】
２００１年３月１日のＰＣＴ出願ＷＯ  ０１／７１８８１（Lagod他）では、現場非常用発電設備に基づくエネルギ管理システムを述べている。そうしたシステムの問題は、現場に別の非常用発電設備を作るコストの高さと、そうしたシステムの高い運転コストである。本発明は、既に述べた電力伝達システムに基づいて原動機により駆動する時は発電機として二役動作する負荷モータを持つことでこれらの制限を克服したものである。これにより、設備コストが低減され、必要なときに原動機から負荷を直接駆動することで二つのエネルギ変換及びそれに伴う効率損失を無くしたものである。
[発明の要約]
【００３１】
広く一般的に使用されている交流誘導電動機は、他のより複雑な電気モータ／発電機と共に、原動機によりその同期速度で駆動されることで、発電機としても運転出来る能力を有する。本発明は、この特徴を用いて、殆どどんな電気モータで駆動される装置であっても、代替え可能な原動機を該モータ駆動装置に加えることで経済的な機会駆動兼用発電システム（機会発電）に変換し、これにより、より経済的な燃料源を選択して与えられた負荷へのサービスを可能とし、また、状況が適切であるなら、装置負荷へのサービスを行いつつも、原動機と共に、又は原動機を用いず、装置を発電機として運転することを、同時に可能とする。発電中に同時に負荷が運転を必要とするかどうかは、その時点の負荷要求、中間貯蔵設備が負荷の断続的運転を許容するか否か、及び信頼性の観点から導入された他の動力（原動機及び／又はモータ）が有るかどうかに依存する。
【００３２】
原動機が発電中においても負荷を同時に運転することが出来るか否かは、発電機の軸の速度制御に用いる設備及び、例えばコンバータ−インバータシステムなどの出力される電力の調整手段が入手可能かどうかに依存する。殆どのモータは時間的に変動する負荷に使用され、モータ駆動装置は、例えば、冷蔵室のケース内の温度、液体ポンプ装置内の圧力／液体レベル等の適切なパラメータの最小値と最大値により制御される“オン”及び“オフ”サイクルで運転されるように設計されている。最近のヒートポンプを用いた加熱／冷却システムの設計は、コンバータ−インバータを用いてモータの速度を負荷要求に応じて変える傾向にあるが、本発明で述べるように中間の熱／冷貯蔵を導入することで、より経済的な出力（例えば、周期的な運転が自己使用及び／又は高圧線配電網に電力を輸出するために発電する機会を提供する）を達成することが可能となる。
【００３３】
コストの制限が課せられる対象となる小規模装置にとって、天然ガスエンジンを有する通常の誘導電動機は好ましい選択である。先進国の殆どの部分で空間及び水の加熱に使用される天然ガスの広い入手可能性を考慮すると、数百万の潜在的な顧客にとって実行可能な選択である。ネットワークで天然ガスが配られる地域ではなく、液化石油ガス（ＬＰＧは軽油よりも安いことがわかっている）の貯蔵／使用の設備を持っている地域では、ＬＰＧエンジン（又は、ＬＰＧで運転できるように変更されたエンジン）は好ましい選択である。ディゼルエンジンに対するより大きな親しみ及び入手容易性により、特に、ディゼルエンジンのより高いコストを相殺する補助金及び／又は、そうした電気発電からの補助的な収入源及び／又は、熱及び電気のコジェネレーションからの十分な節約へのアクセスが有る場合には、こうした装置もとても適しており、及び／又は、こうした装置は、負荷に適用する信頼性の所望のレベルを確保するには最小限のコスト選択である。より大きな装置に対しては、マイクロタービン及びガスタービンも使用可能である。
【００３４】
発電機として運転可能なモータ用の特別駆動装置、原動機及び駆動される負荷、及びそれらの運転／出力は、全て、駆動される負荷、モータ−発電機及び原動機の回転速度に関する情報、短期の価格の流れに対する予測を含めて、電力価格及び原動機で使用される燃料価格に関する情報、駆動される負荷の現在進行中の負荷要求、構内の他の接続された負荷の電力要求に関する情報を連続的に受けることが出来るコンピュータにより制御され、該コンピュータは、駆動される負荷、原動機及びモータ−発電機に関して、それらの回転速度に基づく出力を制御するのに必要な、関連する設計／運転データを含んだ、前記原動機を運転するための関連した固定及び変動コストに関する情報及び、電力送電網への電力の輸出及び使用を規定する条件及び、電力及び燃料供給契約条件に関する関連する情報を、格納することが出来、負荷が電気モータで、又は電動機で、又は、それらの組み合わせで駆動されるべきであるかを、又は、原動機が、負荷を駆動することに加えて又は択一的に発電機として、原動機がモータを駆動べきであるか選択し、原動機からの部分的な出力を輸出しつつ、また輸出することなく、構内の電力要求に応じ、又は、原動機及び発電機の組み合わせにより生成される全ての電力を輸出する。該コンピュータからの制御信号に応じて主構成部品のそれぞれに接続された動力伝達部材を係合、係合解除する、スイッチ設備が追加的に有る。コンピュータからの制御信号は、原動機への燃料供給を制御して、所望の負荷出力及び／又は、発電機が接続された場合には所望の発電機出力に基づく演算された駆動速度を維持するようにする信号を含むものであり、スイッチ設備は、モータの速度又は発電機出力を直接制御することのできるインバータ／コンバータ装置を用いたコンピュータを用いてもよく、またそうしたコンピュータを用いなくても良い。
［図面の簡単な説明］
【００３５】
本発明の特徴、目的及び利点は添付した図面及び表を参照することでよりよく理解されるであろう。
【００３６】
図１は、水ポンプステーションに見られるような高信頼性環境にある本発明の一実施例を示す模式図である。理解を容易にするために駆動装置の主要部部のみを示す。
【００３７】
図２は、ヒートポンプを用いた建物の暖房に適用した本発明の一実施例を示す模式図である。図面は、理解を容易にするために暖房のみを適用しているが、殆どのこうした適用においては、建物におけるお湯の供給に加えて、冬の空間暖房と夏の空間冷房の逆サイクルでヒートポンプを使用している。
【００３８】
図３は、太陽熱パネルを使用することで補完されたヒートポンプを用いて建物の暖房に適用した本発明の他の実施例を示す模式図である。
［発明の詳細な記述］
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１に示すように、明瞭にする目的で、水ポンプ所のような高い信頼性環境に本発明の簡単な実施例を適用したもので、本発明の動作を最初に述べる。こうしたポンプ所の通常の設計では、３台の、モータで駆動されるポンプを有し、２台のポンプはピーク負荷に備えてタンデムで運転される必要があるが、殆どの運転時間は、一台のポンプで負荷要求に十分応えることが出来る（もし中間貯蔵部が無かったなら典型的な配置）。予備のポンプセットは一台のポンプが壊れたり、定期点検のために動かないような状況に使用される。モータ４，６駆動ポンプ５，７は、主供給１７からアイソレータ２０，２３及びスタータ装置１９，２２を経由してライン２１，１８により電気の供給を受ける。
【００４０】
ポンプ所への電気の主供給は通常、好ましくは二つの分配変電所を起点として異なる経路を辿った二つの交互に変わる送電線を源としている。場所にもよるが、予備（交代）の送電線接続は非常にコスト高であり、しばしばポンプセット一台分に等しい出費のディーゼル発電装置のコストよりも高い。非常用発電装置は、特にその大きさが大きくなることでより重要性を増しつつあり、大きな相互接続された電力システムの複雑性が大規模な停電を引き起こしがちになり、そして電力システムの確実性の基準のために供給停止を受けた顧客は、新しい競争市場でのルールに下で自己処理を行うように見事に転換してることは、注目すべきことである。ポンプ５，７は入り口ヘッダ８−これは水源パイプラインである−に接続されており、また、出口ヘッダ９−これは分配出口−にも接続されている。出口ヘッダ９は、通常ポンプの稼働／遮断を制御する水位の目標値をもつ中間貯蔵塔に（も）接続さていてもよい。
【００４１】
第３ポンプは、エンジン２と、同期速度上で駆動される発電機としても運転することが出来る電気モータ３の両方に接続されている。図示した駆動接続システムはベルト（１０）及びプーリ（１１，１２，１３）装置であり、駆動負荷要求に適するように設計されている。しかし、ギヤボックスや油圧駆動接続システムなど他の適宜な装置も使用可能である。プーリ１１，１２，１３はまた遠隔制御が可能な電気クラッチ装置を有しているので、モータはポンプだけ、エンジンだけ、又はポンプとエンジンを共に駆動することが出来るばかりか、エンジンはポンプだけ、モータ発電機だけ、又はポンプとモータ発電機の両方を駆動することが出来る。これにより、モータはエンジンを（減圧モードで、または減圧モードでない状態で）始動させて、動機速度まで駆動し、その後、エンジン速度を同期速度以上に上昇させて電気を発電することが出来る。好適な実施例では、ポンプ所の管理設備は同期運転のこの部分を自動的に行うモジュールを持っている。
【００４２】
モータ発電機３は主供給１７に、アイソレータ１６及びスタータユニット１５を有する接続線１４を利用して接続されている。供給当局により要求される他の計測、安全及び保護システムは、導入を必要とするが、理解を容易にするためにこれらは示さない。より大きなまたより複雑な設備においては、部品１５は、コンバータ−インバータシステムである可能性が高い。これは、能動及び受動電力を電力システムにフィードバックするようなより複雑な電力システムの相互作用を可能とするばかりか、駆動速度を変えることで負荷を制御することが出来る利点がある。大きな設備では、スターデルタスタータを用いるような起動時の電圧を低下させるものは、分配システムの電圧変動基準に適合させるには不十分であり、コンバータ−インバータは義務的である可能性が高い。パワーエレクトロニクスにおける発展及びそうした装置の人気の上昇は、それらの有効性を増し、そのコストを下げることに寄与した。低コストの成果を必要とする単純な応用においては、標準の誘導電動機がよく適しているが、幹線の高圧線配電分配システムから無効電力を導入する必要性が生じる不利を被る。現場のコンデンサが主電力供給におけるこの要求を低減させることができるが、ブラシレス２重給電誘導発電機のようなよりよい選択をすると、高圧線配電網に割り増し料金で無効電力を輸出することが出来る。こうしたより複雑化した装置はより大きな設備に非常に適しており、もし、無効電力を高圧線配電分配システムに供給して副次的な有効な支払いを受けることが出来れば、余分なコストは部分的に回復されることが可能である。
【００４３】
明瞭にするために、コンピュータ制御システム及び制御アクセサリーは示されていない。コンピュータ制御システムの多くの特徴は、オーストラリア特許第７４８８００で述べられたものと同様なものである。それらは、価格、エネルギ供給契約条件、構内における負荷要求、高圧線配電網に電気を輸出するための発電機の稼働状態などをモニタすることに関する。また、コンピュータ制御システムは、各駆動軸上の回転速度センサの出力をモニタし、所望の負荷及び／又は発電された電気出力を分配するに適した回転速度を決定する要求があった時には、制御すべき装置の設計データを参照することが出来、電気を輸出することから財政的な利益を得る機会を考慮しつつ、代替えエネルギ源を使用しながら負荷を駆動することで、最適な財政的結果を演算することができ、例えば、温度／容積の最適な中間貯蔵パラメータを決定し、追加的な暖房／冷房用に太陽電池板の使用などの追加的なエネルギ源の最適な利用を決定することが出来る。
【００４４】
本発明による“機会発電”システムは、そうするに適当な時に分配システム内に電気を輸出することが出来るばかりか、電力の市場価格とガス（又は他の燃料）の市場価格の間で権威者となることが出来る。オーストラリア特許第７４８８００は、プールタイプのエネルギ市場における価格に対する要求側の反応に対する方法とシステムを提供している。関連する本発明は、プールタイプのエネルギ市場のない領域のものであり、オーストラリア特許第７４８８００で述べられた価格／要求管理の動機付けとなる特色は、適切な電気（及びガズ）小売業者との適切な供給／買い戻し契約の中で話し合われる必要がある。
【００４５】
“機会発電”装置が、仮に電気供給が通常の価格で行えるときに運転するように要求された場合、モータモードで走らせる運転コストは、電気の分配コストが電気の小売りコストの大部分を占める遠隔地でない限り、エンジンを走らせるよりも安くなる。また、そうした遠隔地においては、天然ガスのネットワーク配送も無いので、仮に入手できるものが、ＬＰＧ又は軽油の場合には、コストの相違はモータモードでの運転がいまだ有利かもしれない。エンジンを軽負荷で運転し、電気の輸出価格が高い期間の間は、主負荷装置（即ち、ポンプ）を運転すると共にモータを発電機モードで運転し、駆動エンジンの余剰能力はいくらかの電気を電気分配システムに輸出するために利用することができる。エンジン速度制御モジュールは、電気の輸出速度セッティングを管理し、負荷ユニットの速度を綿密に制御される必要があるところでは（水ポンプや圧縮機についての問題ほど大きくはない）、外部的にセット可能な連続可変ギヤボックス（図示せず）を結合プーリと負荷ユニットの間に介在させると良い。
【００４６】
仮に、分配システムへの輸出電気の予想価格がとても魅力的な場合には、設備の全ての装置（ポンプセット）は、本発明に基づいて、“機会発電”システムを導入することが出来る。電気を輸出するためのこの方法による能力は、実質的に増加させることが出来、仮に地域の電気伝達／分配ネットワークがその会社の能力に近づき、“ネットワーク維持”支払いが可能な時は、利益も大きい。ネットワーク維持支払いの取り決めには伝達及び分配ネットワーク運用者との交渉が必要であり、特許第７４８８００号で考察された自動システムが利用できないときには、直接介入をベースにする必要がある。
【００４７】
本発明の一実施例は、特許第８５５７０／０１で述べられたエネルギユニットの取引方法を含み、適用されるネットワーク維持スキームの取引協定が、該ネットワーク維持スキーム内で規定された対応する支払いを割増金として含むことで、小売店主と関連するネットワークサービス提供者との間の合意契約に導入される。発電装置の全容量を、通常の要求を減らすことによる更なる支持と共に、又はそれを伴わずに、輸出目的で利用することが可能であるという事実は、出力用に位置づけられた発電機の最低価格のセットで、ネットワーク維持のための確かな貢献が今や可能となることを意味する。
【００４８】
機会発電において、初期資本経費は別個の非常用発電装置を持つよりも非常に少なく、殆どの場合、専用の非常用接続線及び予備電力システム能力の余分なコストよりも実質的に少ない。他の利点は、エネルギ市場間のさや取りの機会があることであり、特に、電力価格の展望が高いときに有効である。エネルギ市場の設置がそのように許されているところでは、電力輸出販売（グラフ２は、プール価格が＞１００＄／ＭＷｈの時が、８４時間有ることを示している）及びネットワーク維持支払いを通して、相当な金額を儲ける潜在的な可能性がある。
【００４９】
供給接続が負荷の増大により拡大されなければならない時はいつでも、また、供給契約／最大要求レベルを交渉する機会が生じた時は、取引／ネットワーク維持支払いの取り決めは、供給接続の最初の取り決めの段階で設定されうる。ネットワークの拡大を請け負った時はいつでも、殆どの調整管理形態はネットワークの保持者に要求側の反応を調べることを要求する。これにより、提案された拡大される資産が顧客の供給ポイントの上流であるならば、ネットワーク維持サービスを交渉する更なる機会が生じる。
【００５０】
図１とその記述が単一の原動機（エンジン）を述べている一方で、一個以上の原動機（例えば、風車又は水車／小型の水車駆動）を持つことも可能である。一個以上の原動機を有する場合、それらを共に駆動することが望ましい。それらのそれぞれの入力軸速度を変える装置を持つ必要がある。好ましくは、連続可変速度装置を介して、駆動力利用を最適化することが出来る。
本発明の他の実施例
【００５１】
温暖な気候において国内のエネルギ消費の約７５％は空間の冷暖房と温水用である。空間暖房のための逆サイクル空調機を提供する製造者の数が増加している。こうした状況で本発明の一つの実施例が図２に示され、温水システムを用いた水加熱及び空間加熱の組み合わせが描かれている。二つの負荷をこうした方法で組み合わせることで、大規模な機会発電装置を使用することが出来、これにより、適切な時に電力を売り戻す能力が増大する。説明を簡略化するために、加熱回路だけが示されているが、当該技術に通じた当業者ならば、冷水タンクとチャージオーバーバルブを加えることで描かれたシステムが簡単に空間冷房をも提供するように変換され得ることを認識するであろう。
【００５２】
図２では、負荷装置としてコンプレッサ１０が設けられており、それはパイプ１０５によりコンデンサ１０４に接続されている。その後、作動流体はコンデンサ１０４に接続されたパイプ１０６上のエキスパンションバルブ１０７を介してエバポレータ１０１へ流れる。エバポレータ１０１は、周囲の空気をエバポレータの管に吹き付ける外部ファン（図示せず）及び／又はエバポレータの管の外側を濡らす循環水システムを持っていてもよい。流体は、コンプレッサに接続管１０８を介して戻る。コンデンサ１０４は、底に水入り口１１１が、上部に出口１１２が設けられた貯蔵水タンク１０２内に設けられている。タンク１０２は、消音器１１０を介して大気に排出される前にパイプ１０９を介してエンジン２からの排気ガズを運ぶ熱交換チューブ１０３も持っている。図示しないが、他の熱交換回路をエンジンジャケット冷却液からの有効熱を抽出するために使用することが出来る。
【００５３】
ヒートポンプを温水循環暖房システムと組み合わせることで、空気と接触させる（通常、運転効率（ＣＯＰ）は約３）よりも水と接触させる（水泳用プールの加熱に商業利用可能なシステムで見られるような、ＣＯＰが４と６の間である）ことでコンデンサ及び／又はエバポレータのチューブの熱伝達をよくすることが出来、運転効率（ＣＯＰ）を向上さる利点がある。
【００５４】
異なるタイプのヒートポンプを使用することが出来、コスト負担がそれほど大きくない場合には、スクロールタイプのコンプレッサを使用する高効率ユニットが望ましい。そうした装置の別の利点は、適当な大きさの熱貯蔵タンクを介して熱を貯蔵することが出来ることである。
【００５５】
これにより、ヒートポンプは断続的な運転態様が可能となり、無負荷期間の間に、当該（エンジン／）発電機で決められた電気出力割合の最大まで電力を輸出する能力を持つことが出来る。熱貯蔵タンクの大きさは、負荷要求と調和したヒートポンプ、エンジン及びモータ／発電機ユニットの大きさを最適化するために利用可能な自由度を決定する。なお、予想される燃料価格及び予想される自家用及び輸出用電力価格を考慮する必要がある。
【００５６】
ヒートポンプの広く広がった使用の主要な欠点は、それらが同時に運転される（例えば、“寒波”又は朝の“目覚め”の時）傾向があることであり、それにより分配／伝達システムに局部的な負荷のピークが生じる。お湯貯蔵タンク及び／又は予熱タイマーを使用することで、当該局部的な負荷のピークをいくらか平坦にすることが出来る。図２に示すように、熱貯蔵設備１０２の大きさに依存するが、そうしたピーク期間においても電力を輸出することが出来、もし有るならば、ネットワーク維持支払いから利益を得ることが出来る。特許第７４８８００で述べられた自動システムを用いて機会発電を行うことは、プールエネルギ市場の殆どの価格変動において利益を得る機会を提供する。
【００５７】
ヒートポンプで冷暖房調節を行う一つの大きな欠点は、周囲温度が氷点付近又はそれ以下に下がると、ヒートポンプの効率が激しく落ちることである。そうした状況では、地下水熱又は太陽熱パネルを利用して熱入力をエバポレータに供給することが望ましい。太陽熱パネル３３５を用いた本発明の一実施例を図３に示す。そこからの熱は、ポンプ３３５，接続パイプ３３４及び３３６を用いて貯蔵タンク３０５内の水を加熱するために使用される。ヒートポンプのエバポレータ３０６が、コンデンサ１０４に、エクスパンションバルブ３３１を持ったパイプ３０３を介して接続された、タンク３０５内に配置されている。補充水がタンク３０５の底部でパイプ３２１を介して入り、温水がパイプ３２２を介してタンク３０５の上端から熱水タンク１０２の底にまで通過する。作動流体はコンプレッサにパイプ３０４を介して戻る。構内で使用する熱水は熱水タンク１０２の頂部でパイプ３２３から引き出される。発電機の運転時間を長くするために、図３では、もし熱水タンク１０２の温度が高い設定温度に達した場合には、消音器３０１を介して大気に排気ガズを排出するための分岐弁３０２が示されている。
【００５８】
当業者であるならば。図３に示された装置は、空間冷水タンクを導入し、代りのエバポレータコイルを設けて、太陽熱パネルポンプを夜間に作動させて冷水をタンク３０５内に貯蔵することで、夏の空間冷房用に逆サイクルモードでヒートポンプを運転するように簡単に変更することが出来る。熱交換コイル３０６はヒートポンプの逆サイクルにおいては、コンデンサとして動作する。夏季においては熱水の需要は冬よりも少ないので、エンジンからの排気熱で十分に熱水タンク１０２の温度を維持することが出来るが、エンジンが動いていない場合や熱水の温度が下限設定温度以下に落ちた場合には、ヒートポンプを加熱サイクルで運転して熱水タンク１０２に熱を補充することも出来る。夏の冷房期間中は、温水循環システムは、熱水タンク１０２からの熱水に代えて、冷水タンク（図示しない）からの冷水を使用する。
【００５９】
（莫大な金額を含む）世界中の発電、伝達及び分配システムを改良する緊急の必要性に適合させるための見積もりを行うと、本発明が広く普及することによる極めて低い資本コストは、外部的な干渉や規則に依存しなければならない状態より、むしろ自己調整可能な（そうした取り決めは、今まで役に立たないものであった）、より成功し、堅固なエネルギ市場を確立するために多大な価値を持つものとなる。基本的な負荷発電設備の最低コストは、ＭＷ当り約＄７５０，０００のコストのかかるガスタービンの使用を介したものであり、それにネットワークの増大コストに関する殆ど等しい金額が加算されなければならない。天然ガス／デーセルエンジン発電装置セットはｋＷ当り、＄５００以下であり、それはＭＷ当り約＄５００，０００に相当する。コンバータ−インバータシステム、駆動及び制御システムのような装置の、他の値段は、小規模な設置においては約＄５,０００を加算する見積もりである。ヒートポンプや他の負荷設備はそれらによりもたらされる性能改良能力において、そのコストは正当化され得る。
【００６０】
【表５】
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下に示したグラフ３は、２００２年のビクトリア地域の電力プール価格及びビクトリアのガスプール市場価格の日毎の平均である。高い電力価格は、電力発電に天然ガスを使おうとする大きな流れにより、ガスのプール価格に影響を与える傾向がある。日毎の平均電力価格が年次の日毎の平均価格を激しく上回る時が多日数あること、しかし、ガスのプール価格はそんなに多くは変動していないことが分かる。我々が、半時間電力プール価格のレベルに穴を開けたなら、ガスのプール価格に影響を与えない電力価格の変動の機会がより増えるだろう。本発明は、オーストラリア特許第７４８８００と協働して動作することが望ましいが、小さな顧客レベルの運転においても、十分なエネルギ市場値段の差異が有る事実に有利に反応するように理想的に適合している。
【００６１】
バイオガス、バイオ−ディーゼル、エタノールなどの低コストな主要燃料の選択は、実質的に経済的な生産量を達成することの困難から商業的な応用を見い出せないでいる。本発明は、小さな生産量であってもそうした燃料を経済的なものとする機会を提供するものであり、特に、天然ガスが入手できず、ＬＰＧ又は軽油の運搬費が極めて高くなる遠隔地において有効である。
【００６２】
本発明を、好ましい及び他の実施例に基づいて述べたが、当業者で有れば、多様な他の装置を本発明の範囲及び精神から離れることなく、工夫することが出来る。これらの教示の範囲に属する本発明に対する変形及び置換は、本発明の範囲に含まれるものと考える。本発明は、以下のクレームによること以外に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、水ポンプステーションに見られるような高信頼性環境にある本発明の一実施例を示す模式図である。
【図２】図２は、ヒートポンプを用いた建物の暖房に適用した本発明の一実施例を示す模式図である。
【図３】図３は、太陽熱パネルを使用することで補完されたヒートポンプを用いて建物の暖房に適用した本発明の他の実施例を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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