(57)【要約】  局所暖房システムが提示される。局所暖房システムは、暖房グリッド（１１０）に接続可能であり、暖房グリッド（１１０）から熱を抽出するように配置された第１の熱源（１０）と、電気エネルギーグリッド（１２０）に接続可能であり、電気エネルギーグリッド（１２０）を通る電気供給を熱に変換する第２の熱源（２０）と、放熱装置（３０）と、放熱装置（３０）と第１の熱源（１０）および第２の熱源（２０）との間で伝熱流体を循環させるための分配システム（４０）と、第１の熱源（１０）および第２の熱源（２０）による暖房グリッド（１１０）および電気エネルギーグリッド（１２０）からのそれぞれの熱の相対的取出しを制御するように構成されたコントローラ（５０）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房グリッド（１１０）に接続された第１の熱源（１０）と、電気エネルギーグリッド（１２０）に接続された第２の熱源（２０）と、快適暖房を提供するための１つまたは複数の放熱装置（３０）と、前記１つまたは複数の放熱装置（３０）と前記第１の熱源（１０）および前記第２の熱源（２０）との間で伝熱流体を循環させるための分配システム（４０）と、を備える一次局所暖房システムを制御する方法であって、
前記暖房グリッド（１１０）の時間分解総利用可能暖房能力に関連して複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示す時間分解暖房制御パラメータを決定すること（Ｓ２０２）であって、前記複数の局所暖房システムが前記暖房グリッド（１１０）に接続されている、決定すること（Ｓ２０２）、
前記第２の熱源（２０）が接続されている前記電気エネルギーグリッド（１２０）の時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す時間分解電力制御パラメータを決定すること（Ｓ２０４）、ならびに
前記時間分解暖房制御パラメータと前記時間分解電力制御パラメータの比較に基づいて、前記第１の熱源（１０）および前記第２の熱源（２０）からの熱の相対的取出しを制御して、（前記時間分解暖房制御パラメータ×前記第１の熱源（１０）からの熱の前記取出し）＋（前記時間分解電力制御パラメータ×前記第２の熱源（２０）からの熱の前記取出し）が最小化されるようにすること（Ｓ２０６）、
を含む方法。
【請求項２】
前記時間分解暖房制御パラメータが、前記暖房グリッド（１１０）を介して提供される熱のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間分解暖房制御パラメータが、前記暖房グリッド（１１０）から前記分配システム（４０）の前記伝熱流体に熱を伝達する前記第１の熱源（１０）の能力の効率に関する情報を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記時間分解暖房制御パラメータが、前記暖房グリッド（１１０）を介して提供される熱のエネルギー単位当たりのコストに関する情報を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記時間分解電力制御パラメータが、前記電気エネルギーグリッド（１２０）の電気のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記時間分解電力制御パラメータが、前記電気エネルギーグリッド（１２０）からの電気エネルギーを前記分配システム（４０）の前記伝熱流体中の熱に変換する前記第２の熱源（２０）の能力の効率に関する情報を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記時間分解電力制御パラメータが、前記電気エネルギーグリッド（１２０）の電気のエネルギー単位当たりのコストに関する情報を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の熱源（１０）が、前記暖房グリッド（１１０）に接続された熱交換器またはヒートポンプである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の熱源（２０）が抵抗性電気ヒータである、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
局所暖房システムであって、
暖房グリッド（１１０）に接続可能であり、前記暖房グリッド（１１０）から熱を抽出するように配置された第１の熱源（１０）と、
電気エネルギーグリッド（１２０）に接続可能であり、前記電気エネルギーグリッド（１２０）を通る電気供給を熱に変換する第２の熱源（２０）と、
放熱装置（３０）と、
前記放熱装置（３０）と前記第１の熱源（１０）および前記第２の熱源（２０）との間で伝熱流体を循環させるための分配システム（４０）と、
前記第１の熱源（１０）および前記第２の熱源（２０）による前記暖房グリッド（１１０）および前記電気エネルギーグリッド（１２０）からのそれぞれの熱の相対的取出しを制御するように構成されたコントローラ（５０）と、
を備える局所暖房システム。
【請求項１１】
前記コントローラ（５０）が、前記制御を時間分解暖房制御パラメータと時間分解電力制御パラメータの比較に基づいて行うように構成され、前記時間分解暖房制御パラメータが、前記暖房グリッド（１１０）の時間分解総利用可能暖房能力に関連して複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示し、前記複数の局所暖房システムが前記暖房グリッド（１１０）に接続されており、前記時間分解電力制御パラメータが、前記電気エネルギーグリッド（１２０）の時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す、請求項１０に記載の局所暖房システム。
【請求項１２】
前記コントローラ（５０）が、（前記時間分解暖房制御パラメータ×前記第１の熱源（１０）からの熱の前記取出し）＋（前記時間分解電力制御パラメータ×前記第２の熱源（２０）からの熱の前記取出し）が最小化されるように前記第１の熱源（１０）および前記第２の熱源（２０）からの熱の前記相対的取出しを制御するようにさらに構成される、請求項１１に記載の局所暖房システム。
【請求項１３】
前記第２の熱源（２０）が前記分配システム（４０）内に配置される、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の局所暖房システム。
【請求項１４】
前記第２の熱源（２０）が電気抵抗ヒータである、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の局所暖房システム。
【請求項１５】
前記第１の熱源（１０）が熱交換器またはヒートポンプである、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の局所暖房システム。
【請求項１６】
暖房グリッド（１１０）に接続された第１の熱源（１０）および電気エネルギーグリッド（１２０）に接続された第２の熱源（２０）からの熱の相対的取出しを制御するように構成されたコントローラであって、前記第１の熱源および前記第２の熱源が局所暖房システム（１）に属し、
前記コントローラ５０が、（時間分解暖房制御パラメータ×前記第１の熱源（１０）からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×前記第２の熱源（２０）からの熱の取出し）が最小化されるように前記第１の熱源（１０）および前記第２の熱源（２０）からの熱の前記相対的取出しを制御するように構成され、
前記時間分解暖房制御パラメータが、前記暖房グリッド（１１０）の時間分解総利用可能暖房能力に関連して複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示し、前記複数の局所暖房システムが前記暖房グリッド（１１０）に接続されており、
前記時間分解電力制御パラメータが、前記第２の熱源（２０）が接続されている前記電気エネルギーグリッド（１２０）の時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す、コントローラ。
【請求項１７】
前記時間分解暖房制御パラメータおよび／または前記時間分解電力制御パラメータを局所的に決定するようにさらに構成される、請求項１６に記載のコントローラ。
【請求項１８】
制御弁（１２）を制御することにより、前記第１の熱源（１０）による前記暖房グリッド（１１０）からの熱の取出しを制御するようにさらに構成される、請求項１６または１７に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房グリッドに接続された第１の熱源と電気エネルギーグリッドに接続された第２の熱源とを備える局所暖房システムを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界のほぼすべての先進大都市では、その都市のインフラストラクチャに少なくとも２種類のエネルギー分配グリッドが組み込まれており、一方のグリッドは暖房を提供するためのものであり、他方のグリッドは電気を提供するためのものである。暖房を提供するためのグリッドは、例えば、快適暖房および／またはプロセス暖房、ならびに／あるいは熱水道水の準備を提供するために使用され得る。電気を提供するためのグリッドは、家庭用器具、電気自動車、照明装置などに電力を提供するために使用され得る。
【０００３】
暖房を提供するための一般的なグリッドは、可燃性ガス、通常は化石燃料ガスを提供するガスグリッドである。ガスグリッドによって提供されるガスは、快適暖房および／またはプロセス暖房、ならびに／あるいは熱水道水の準備を提供するために建物において局所的に燃やされる。暖房を提供するための代替グリッドが地域暖房グリッドである。地域暖房グリッドは、加熱済み伝熱液体を、通常は水の形で都市の建物に提供するために使用される。中央に配置された暖房およびポンプ設備が、伝熱液体を加熱し分配するために使用される。伝熱液体は、１つまたは複数の供給導管を通って都市の建物に送られ、１つまたは複数の戻り導管を通って暖房およびポンプ設備に戻される。局所的に建物では、伝熱液体からの熱が、熱交換器を介して局所暖房システムに抽出される。さらなる代替として、電気エネルギーグリッドの電気エネルギーが暖房に使用され得る。電気エネルギーは、例えば、水道水を加熱するために、あるいは快適暖房および／またはプロセス暖房に使用される局所伝熱液体を加熱するために使用され得る。
【０００４】
暖房のためのエネルギーの使用は着実に増加しており、環境に悪影響を及ぼす。エネルギー分配グリッドにおいて分配されたエネルギーの利用率を向上させることにより、環境への悪影響を低減することができる。したがって、エネルギー分配グリッドにおいて分配されたエネルギーの利用率を向上させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一目的は、複数のエネルギーグリッドの利用率を向上させることにより、上記の欠点を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、この目的は、一次局所暖房システムを制御する方法によって達成されている。一次局所暖房システムは、暖房グリッドに接続可能な第１の熱源と、電気エネルギーグリッドに接続可能な第２の熱源と、快適暖房を提供するための１つまたは複数の放熱装置と、前記１つまたは複数の放熱装置と第１の熱源および第２の熱源との間で伝熱流体を循環させるための分配システムと、を備える。この方法を動作させると、第１の熱源は暖房グリッドに接続され、第２の熱源は電気エネルギーグリッドに接続される。この方法は、暖房グリッドの時間分解総利用可能暖房能力に関連して、暖房グリッドに接続された複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示す時間分解暖房制御パラメータを決定することを含む。この方法は、第２の熱源が接続されている電気エネルギーグリッドの時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す時間分解電力制御パラメータを決定することをさらに含む。また、この方法は、時間分解暖房制御パラメータと時間分解電力制御パラメータの比較に基づいて、第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御することを含む。相対的取出しは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最適化されるように制御される。
【０００７】
時間分解総暖房消費ニーズは、熱を消費する特性から履歴データを収集することによって予測され得る。履歴データは、時刻や通日などの時間データに起因し得る。履歴データはさらに、風の特性、降雨量、降雪量、戸外温度、屋外湿度などの気象データに起因し得る。さらに、時間分解総暖房消費ニーズは、履歴データ、時間データ、および／または天気予報データから予測され得る。加えて、熱を消費する様々な特性に関するデータが、時間分解総暖房消費ニーズを予測するために使用され得る。
【０００８】
時間分解総電力ニーズは、電気消費者から履歴データを収集することによって予測され得る。履歴データは、時刻や通日などの時間データに起因し得る。履歴データはさらに、風の特性、降雨量、降雪量、戸外温度、屋外湿度などの気象データに起因し得る。さらに、時間分解総電力ニーズは、履歴データ、時間データ、および／または天気予報データから予測され得る。
【０００９】
複数の局所暖房システムはそれぞれ、暖房グリッドに接続可能な熱源と、快適暖房を提供するための１つまたは複数の放熱装置と、前記１つまたは複数の放熱装置と熱源との間で伝熱流体を循環させる分配システムと、を備える。複数の局所暖房システムは、一次局所暖房システムを備えることができる。
【００１０】
暖房グリッドおよび電気エネルギーグリッドのエネルギーの投入、デリバランス効率および／または能力はそれぞれ時間と共に変化することが理解されるべきである。
【００１１】
例えば、電気エネルギーグリッドの総利用可能電力の時間的変化は、追加のエネルギー生産プラントの一時的使用によることがあり、かつ／または、太陽光発電、風力、および／もしくは潮力など、生産が時間と共に変化する電気生産プラントの使用によることがある。生産が時間と共に変化する電気生産プラントの使用は、今後ますます増えるはずである。また、変化は、水力発電所の貯水池の水位の変化によることもある。さらに、総利用可能電力は、電気エネルギーグリッドへの損傷、または電気エネルギーグリッドに給電する発電所でのシャットダウンにより変化し得る。
【００１２】
同様に、暖房グリッドの総利用可能暖房能力は時間と共に変化し得る。この変化は、暖房グリッドにフィードする追加のエネルギー生産プラントの一時的使用によるか、暖房グリッドにフィードする地熱エネルギーの可用性の増加によるか、または暖房グリッドにフィードするために使用される燃焼発電所での燃焼用材料の過剰によることがある。さらに、暖房グリッドの総利用可能暖房能力は、暖房グリッドへの損傷、または暖房グリッドにフィードする１つまたは複数の発電所のシャットダウンにより時間と共に変化し得る。
【００１３】
総暖房消費ニーズは時間と共に変化し得る。総暖房消費ニーズに影響を及ぼす要因としては、寒い戸外温度、風の状態、局所暖房システムがその中で快適暖房を送っている建物の占有率、太陽からの放射、時刻、曜日、および／または通日がある。例えば、総暖房消費ニーズは、無風および／または比較的高い戸外温度の期間中に減少し得る。別の例によれば、総暖房消費ニーズは、週末中に、またはいくつかのオフィスビルが低い室内温度に制御されるときに減少し得る。別の例によれば、総暖房消費ニーズは、風の強い条件の期間中にかつ／または比較的低い戸外温度の期間中に増大し得る。
【００１４】
総電力ニーズは時間と共に変化し得る。総電力ニーズに影響を及ぼす要因としては、戸外温度、風の状態、電気エネルギーグリッドがその中で電力を送っている建物の占有率、太陽からの放射、時刻、曜日、および／または通日がある。
【００１５】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房エネルギーの供給と需要との間の時間的に分解された関係を示して、暖房グリッドの能力の量を消費する「仮想コスト」を与えることができる。
【００１６】
時間分解電力制御パラメータは、電力の需要と供給との間の時間的に分解された関係を示して、電気エネルギーグリッドの能力の量を消費する「仮想コスト」を与えることができる。
【００１７】
暖房制御パラメータおよびエネルギー電力制御パラメータは、共通尺度に正規化され得る。したがって、両制御パラメータは互いに簡単に比較することができる。
【００１８】
暖房制御パラメータおよびエネルギー電力制御パラメータを導入し、両制御パラメータの値を決定し、次いでこれらの値に基づいて第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御することにより、総利用可能能力／電力と比較して総ニーズ相互間の不均衡を補償することが可能である。例えば、総暖房消費ニーズに比較的高い総需要がある場合、熱が電気エネルギーグリッドに接続された第２の熱源から主としてまたは十分に取り出されるように第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御することは有益となり得る。他方、例えば、総電力ニーズに比較的高い総需要がある場合、熱が電気エネルギーグリッドに接続された第２の熱源から主としてまたは十分に取り出されるように第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御することは有益となり得る。
【００１９】
暖房制御パラメータおよびエネルギー電力制御パラメータは、純粋に総ニーズと利用可能な能力との間の関係以外の要因を考慮に入れるために使用することもできる。上記パラメータは、暖房エネルギーおよび電気エネルギーの生産の環境への影響を考慮に入れることもできる。上記パラメータは、予測を考慮に入れることもできる。総計暖房ニーズが、別の暖房プラントを始動することがほぼ必要である臨界点に達した場合、暖房制御パラメータは決定され、次いで実際の場合よりもさらに大きい総暖房消費ニーズを示すように設定され、それにより、主として電気暖房グリッドに接続された第２の熱源が使用されるように熱の取出しを導くことができる。したがって、暖房グリッドからの暖房能力のニーズが低減され、それにより願わくば、暖房グリッドに熱を投入するように構成された追加の熱生産プラントの始動を回避することができる。
【００２０】
暖房制御パラメータおよびエネルギー電力制御パラメータは、エネルギー量当たりの価格として表すことができる。これらの制御パラメータは、エネルギー量に直接関係のない数値指標値として表すことができる。
【００２１】
上記の方法により、エネルギー取出しは、暖房グリッドと電気エネルギーグリッドとの間で動的に調整され得る。したがって、現在のところ最も資源効率の良いエネルギーを証明しているエネルギー分配グリッドからの取出しがなされ得る。これにより、環境への影響を低減することが可能となり得る。例えば、エネルギーは、電気エネルギーグリッドからのみ取り出すことができる、または暖房グリッドからのみ取り出すことができる、または両方のグリッドから部分的に様々な比率で取り出すことができる。したがって、取出しは、現在の期間で何が最適であるかに依存し得る。
【００２２】
一例によれば、相対的取出しは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最小化されるように最適化され得る。この文脈では、「最小化される」は、相対的取出しのための関数の実際の最小値に限定されない。一方が実際の最小値に十分近づくことで十分である。例えば、実際の最小値の２０％以内である。好ましくは、実際の最小値の１０％以内である。
【００２３】
現在の熱需要に関連して暖房グリッドの能力が限られるまたは不十分であるような状況であれば、暖房に電気エネルギーグリッドしか使用しない特定の状況であろう。あるいは、電力グリッド全体の現在の電気需要に関連して電気エネルギーグリッドの生産能力が非常に限られている状況であれば、エネルギーは暖房グリッドからしか取り出すことができない。
【００２４】
さらに、同じ暖房グリッドおよび電気エネルギーグリッドにそれぞれ接続された複数の一次局所暖房システムにおいて上記の方法を提供することにより、より多くの局所暖房システムを一定の能力のグリッドに接続すること、様々なユーザの暖房ニーズのより大きな変化を可能にすること、暖房エネルギーおよび／または電気エネルギーのより断続的な生産を可能にすることが可能である。
【００２５】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドを介して提供される熱のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報を含むことができる。暖房グリッドを介して提供される熱のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報も利用することにより、例えば、熱生産が温室効果ガスをそれほど生成しない資源によって行われるときにそのような熱を取り出すことにより温室効果ガスの放出が軽減されるように、局所暖房システムによる暖房グリッドからの熱の相対的取出しを制御することが可能である。
【００２６】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドから分配システムの伝熱流体に熱を伝達する第１の熱源の能力の効率に関する情報を含むことができる。暖房グリッドから分配システムの伝熱流体に熱を伝達する第１の熱源の能力の効率に関する情報も利用することにより、エネルギー効率の良い取出しまたは熱をさらに改善することが可能であり、それにより環境への影響を低減することが可能になる。
【００２７】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドを介して提供される熱のエネルギー単位当たりのコストに関する情報を含むことができる。暖房グリッドを介して提供される熱のエネルギー単位当たりのコストに関する情報も利用することにより、各熱源を使用するコストをより簡単に比較することが可能であり、したがって熱の相対的取出しを制御するためにコストをより簡単に使用することができる。
【００２８】
時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドの電気のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報を含むことができる。電気エネルギーグリッドの電気のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報も利用することにより、例えば、電力生産が温室効果ガスをそれほど生成しない資源によって行われるときにそのような熱エネルギーを取り出すことにより温室効果ガスの放出が軽減されるように、局所暖房システムによる電力グリッドからの熱の相対的取出しを制御することが可能である。
【００２９】
時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドからの電気エネルギーを分配システムの伝熱流体中の熱に変換する第２の熱源の能力の効率に関する情報を含むことができる。
【００３０】
時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドの電気のエネルギー単位当たりのコストに関する情報を含むことができる。電気エネルギーグリッドの電気のエネルギー単位当たりのコストに関する情報も利用することにより、暖房に電気を使用するコストをより簡単に比較することが可能であり、したがって熱の相対的取出しを制御するためにコストをより簡単に使用することができる。
【００３１】
第１の熱源は、暖房グリッドに接続された熱交換器またはヒートポンプとすることができる。
【００３２】
第２の熱源は抵抗性電気ヒータとすることができる。
【００３３】
第２の態様によれば、上記の目的は、局所暖房システムによって達成されている。局所暖房システムは、暖房グリッドに接続可能であり、暖房グリッドから熱を抽出するように配置された第１の熱源と、電気エネルギーグリッドに接続可能であり、電気エネルギーグリッドを通る電気供給を熱に変換する第２の熱源と、放熱装置と、放熱装置と第１の熱源および第２の熱源との間で伝熱流体を循環させるための分配システムと、第１の熱源および第２の熱源による暖房グリッドおよび電気エネルギーグリッドからのそれぞれの熱の相対的取出しを制御するように構成されたコントローラと、を備える。
【００３４】
コントローラは、上記制御を時間分解暖房制御パラメータと時間分解電力制御パラメータの比較に基づいて行うように構成されてもよく、時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドの時間分解総利用可能暖房能力に関連して、暖房グリッドに接続された複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示し、時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドの時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す。
【００３５】
コントローラは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの時間の取出し）が最適化されるように第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御するようにさらに構成され得る。
【００３６】
一例によれば、相対的取出しは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最小化されるように最適化され得る。この文脈では、「最小化される」は、相対的取出しのための関数の実際の最小値に限定されない。一方が実際の最小値に十分近づくことで十分である。例えば、実際の最小値の２０％以内である。好ましくは、実際の最小値の１０％以内である。
【００３７】
第２の熱源は分配システム内に配置され得る。
【００３８】
第２の熱源は電気抵抗ヒータとすることができる。
【００３９】
第１の熱源は熱交換器またはヒートポンプとすることができる。
【００４０】
方法の上記の特徴は、適用可能な場合、この第２の態様にも適用される。必要以上の繰り返しを避けるために、上記を参照されたい。
【００４１】
第３の態様によれば、上記の目的は、コントローラによって達成されている。コントローラは、暖房グリッドに接続された第１の熱源および電気エネルギーグリッドに接続された第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御するように構成され、第１の熱源および第２の熱源は局所暖房システムに属する。コントローラは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最小化されるように第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御するようにさらに構成される。時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドの時間分解総利用可能暖房能力に関連して複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示し、複数の局所暖房システムは暖房グリッドに接続されている。時間分解電力制御パラメータは、第２の熱源が接続されている電気エネルギーグリッドの時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す。
【００４２】
コントローラは、時間分解暖房制御パラメータおよび／または時間分解電力制御パラメータを局所的に決定するようにさらに構成され得る。
【００４３】
コントローラは、制御弁を制御することにより、第１の熱源による暖房グリッドからの熱の取出しを制御するようにさらに構成され得る。
【００４４】
方法および局所暖房システムの上記の特徴は、適用可能な場合、この第３の態様にも適用される。必要以上の繰り返しを避けるために、上記を参照されたい。
【００４５】
本発明のさらなる適用範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、本発明の範囲内にある様々な変更および修正がこの詳細な説明から当業者には明らかになるため、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示す一方で、例示としてのみ与えられることが理解されるべきである。
【００４６】
したがって、本発明は、記載された装置の特定の構成要素または記載された方法のステップに限定されないことを、かかる装置および方法が変わり得るので限定されないことを理解すべきである。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定するためのものではないことも理解すべきである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、文脈上特に明確に示していない限り要素のうちの１つまたは複数があることを意味することを意図していることに留意されなければならない。したがって、例えば、「ユニット（ａ  ｕｎｉｔ）」または「ユニット（ｔｈｅ  ｕｎｉｔ）」に言及することは、いくつかの装置などを含むことができる。さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という語、および類似の表現は、他の要素またはステップを除外するものではない。
【００４７】
次に、本発明の上記および他の態様について、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。図は、本発明を特定の実施形態に限定するものと見なされるべきではなく、代わりに、図は本発明を説明し理解するために使用される。
【００４８】
図に示されるように、層および領域のサイズは、例示の目的で誇張されており、したがって、本発明の実施形態の一般的な構造を示すために提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の熱源および第２の熱源を備える局所暖房システムの概略図である。
【図２】図１の局所暖房システムの第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御する方法２００のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
次に、本発明について、本発明の現時点で好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照しながら以下でより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化され得るので、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、完璧さおよび完全性のために、かつ本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。
【００５１】
図１を参照して、局所暖房システム１について論じる。局所暖房システム１は、第１の熱源１０と、第２の熱源２０と、放熱装置３０と、放熱装置３０と第１の熱源１０および第２の熱源２０との間で伝熱流体を循環させるための分配システム４０と、を備える。
【００５２】
第１の熱源１０は暖房グリッド１１０に接続される。暖房グリッド１１０は、第１の熱源１０に熱を分配するように構成される。
【００５３】
暖房グリッド１１０は地域暖房システムとすることができる。地域暖房システムは、地域伝熱流体の流入流れのための地域供給導管と地域伝熱流体の戻り流れのための地域戻り導管とを備える液圧ネットワーク（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｎｅｔｗｏｒｋ）を備える。地域暖房システムでは、液圧ネットワークの地域供給導管と地域戻り導管との間の駆動圧力差がいわゆる「圧円錐（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｎｅ）」を作りだし、それにより地域供給導管内の圧力は戻り導管内の圧力よりも高い。この圧力差は、中央熱生産プラントと地域暖房システムに接続された局所暖房システムとの間の液圧ネットワーク内で地域伝熱流体を循環させる。さらに、駆動圧力差を与えるために、１つまたは複数の地域グリッド循環ポンプが地域暖房システム内に配置される。暖房グリッド１００が地域暖房システムである場合、第１の熱源１０は熱交換器である。この場合も、これは図１に示される実施形態である。
【００５４】
あるいは、暖房グリッド１１０は、国際公開第２０１７／０７６８６８号パンフレットで定義されている地域熱エネルギー分配システムであってもよい。この場合、第１の熱源１０は、国際公開第２０１７／０７６８６８号パンフレットおよび／または国際公開第２０１７／０７６８６６号パンフレットに定義されている熱エネルギー消費者熱交換器である。
【００５５】
さらに別法として、暖房グリッド１１０は、可燃性ガスを分配するように構成されたガス分配グリッドであってもよい。この場合、第１の熱源１０はガスバーナである。
【００５６】
分配システム４０は、供給ライン４２および戻りライン４４を備える。分配システム４０は、循環ポンプ４６をさらに備えることができる。第１の熱源１０は、伝熱流体が戻りライン４４から第１の熱源１０を経由して供給ライン４２の中に流れるようにするために、供給ライン４２および戻りライン４４に流体接続される。そうしている間、第１の熱源１０は、第１の熱源１０を流れる分配システム４０の伝熱流体を加熱するように構成される。したがって、第１の熱源１０は、暖房グリッド１１０から分配システム４０の伝熱流体に熱を伝達するように構成される。
【００５７】
第２の熱源２０は電気エネルギーグリッド１２０に接続される。第２の熱源２０は通常は電気抵抗ヒータである。第２の熱源２０は分配システム４０内に配置される。好ましくは、第２の熱源２０は供給ライン４２上に配置される。
【００５８】
放熱装置３０は、快適暖房を提供するように構成される。放熱装置３０はラジエータとすることができる。局所暖房システム１は、複数の放熱装置３０を備えることができる。放熱装置３０は、放熱装置３０の周囲に熱を放出するように構成される。通常、放熱装置３０は、建物の部屋の中に配置される。
【００５９】
第１の熱源１０は、暖房グリッド１１０の伝熱流体から局所暖房システム１の分配システム４０内の伝熱流体に熱を伝達することができる。このようにして、熱は、遠隔で大規模な熱生産プラント（図示せず）において生成され、プラントから遠く離れて局所的に放出され得る。プラントは、例えば、地熱エネルギーまたは家庭ごみの燃焼などの他のプロセスからのエネルギーを使用することができる。次いで、生産された熱は、暖房グリッド１１０を通って複数の局所暖房システムに分配され、そこで熱は暖房グリッド１１０に接続された熱源によって取り出される。
【００６０】
第１の熱源１０からの熱を使用することに加えて、またはその代わりに、第２の熱源２０を使用して、電気エネルギーグリッド１２０から第２の熱源２０の中に電気を供給し、次いで第２の熱源２０が局所暖房システム１の分配システム４０の伝熱流体を加熱することにより、局所暖房システム１内で局所的に熱を発生させることができる。
【００６１】
電気エネルギーグリッド１２０は暖房グリッド１１０とは異なる動作をするので、暖房グリッド１１０または電気エネルギーグリッド１２０のいずれかの不足または機能不良の悪影響は、他の当該熱源１０、２０の利用率を高めることにより軽減することができる。どの熱源をどの程度使用すべきかについての決定は、各局所暖房システム１において局所的に、あるいは暖房グリッド１１０および／または電気エネルギーグリッド１２０に接続された各当該局所暖房システム１に接続されたコントローラによって集中的に制御することができる。
【００６２】
局所暖房システムは、第１の熱源１０および第２の熱源２０による熱の取出しを制御するように構成されたコントローラ５０をさらに備えることができる。コントローラ５０は、第１の熱源１０および第２の熱源２０による暖房グリッド１１０および電気エネルギーグリッド１２０からのそれぞれの熱の相対的取出しを制御するように構成される。相対制御は、第１の熱源１０および第２の熱源２０が１つずつ使用されなければならないことを意味するものではなく、むしろ、第１の熱源１０および第２の熱源２０は、１つずつかまたは同時に、各熱源１０、２０からの相対的エネルギー取出しの様々な度合いで使用することができる。
【００６３】
コントローラ５０は、第１の熱源１０および第２の熱源２０からの熱の相対的取出しを制御するように構成される。コントローラ５０は、時間分解暖房制御パラメータと時間分解電力制御パラメータの比較に基づいて制御を行うように構成される。時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッド１１０の時間分解総利用可能暖房能力に関連して、暖房グリッド１１０に接続された複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示す。コントローラ５０は、時間分解暖房制御パラメータを局所的に決定するように構成され得る。あるいは、コントローラ５０には、時間分解暖房制御パラメータを決定するように構成された中央サーバ（図示せず）から時間分解暖房制御パラメータをフィードされ得る。時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッド１２０の時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す。コントローラ５０は、時間分解電力制御パラメータを局所的に決定するように構成され得る。あるいは、コントローラ５０には、時間分解電力制御パラメータを決定するように構成された中央サーバ（図示せず）から時間分解電力制御パラメータをフィードされ得る。
【００６４】
コントローラ５０は、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最適化されるように第１の熱源１０および第２の熱源２０からの熱の相対的取出しを制御するようにさらに構成される。一例によれば、相対的取出しは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最小化されるように最適化され得る。この文脈では、「最小化される」は、相対的取出しのための関数の実際の最小値に限定されない。一方が実際の最小値に十分近づくことで十分である。例えば、実際の最小値の２０％以内である。好ましくは、実際の最小値の１０％以内である。
【００６５】
第１の熱源１０による暖房グリッド１１０からの熱の取出しは、制御弁１２を制御することによって制御され得る。制御弁１２を制御することにより、暖房グリッドの伝熱流体の第１の熱源１０内への流れが制御される。コントローラ５０は、制御弁１２を制御するように構成され得る。制御弁１２は、図１に示されている実施形態のように、伝熱流体を第１の熱源１０から暖房グリッドに戻すように配置された戻りラインに配置され得る。このセットアップは、例えば、暖房グリッド１１０が熱ヒートを輸送するように構成されたグリッド内の伝熱流体を加熱するように構成されたグリッドである場合に使用され得る。あるいは、制御弁１２は、伝熱流体を暖房グリッド１１０から第１の熱源１０に供給するように配置された供給ラインに配置され得る。このセットアップは、例えば、暖房グリッド１１０が可燃性ガスを提供するグリッドであり、第１の熱源１０がガスバーナである場合に使用され得る。
【００６６】
したがって、第１の熱源１０および第２の熱源２０からの熱の相対的取出しの制御は、データ分析に基づくことができる。随意に、第１の熱源１０および第２の熱源２０からの熱の相対的取出しの制御は、手動の決定およびオーバーライドと組み合わせたデータ分析に基づくことができる。
【００６７】
図２を参照して、上記による局所暖房システム１の第１の熱源１０および第２の熱源２０からの熱の相対的取出しを制御する方法２００について論じる。方法２００は、暖房グリッドの時間分解総利用可能暖房能力に関連して、暖房グリッドに接続している複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズを示す時間分解暖房制御パラメータを決定すること（Ｓ２０２）を含む。複数の局所暖房システムの時間分解総暖房消費ニーズが、所定の期間にわたる複数の局所暖房システムの暖房にどれだけのエネルギーが必要かに関する情報を含むことができる。これは、履歴データに基づくことができるが、予測に基づくこともできる。暖房グリッドの時間分解総利用可能暖房能力は、例えば、履歴データに基づいて決定され得るが、天気予報に基づくなど、予測に基づいても決定され得る。各局所暖房システム用の局所センサを使用して、戸外温度、風、屋外湿度などの局所気象データを報告することができ、次いで、局所気象データを使用して、時間分解された総暖房消費ニーズまたは局所暖房消費ニーズを決定するのを支援することができる。
【００６８】
方法２００は、第２の熱源が接続されている電気エネルギーグリッドの時間分解総利用可能電力に関連して時間分解総電力ニーズを示す時間分解電力制御パラメータを決定すること（Ｓ２０４）をさらに含む。
【００６９】
さらに、方法２００は、時間分解暖房制御パラメータと時間分解電力制御パラメータの比較に基づいて、第１の熱源および第２の熱源からの熱の相対的取出しを制御すること（Ｓ２０６）を含む。この取出しは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最適化されるように制御される。一例によれば、相対的取出しは、（時間分解暖房制御パラメータ×第１の熱源からの熱の取出し）＋（時間分解電力制御パラメータ×第２の熱源からの熱の取出し）が最小化されるように最適化され得る。この文脈では、「最小化される」は、相対的取出しのための関数の実際の最小値に限定されない。一方が実際の最小値に十分近づくことで十分である。例えば、実際の最小値の２０％以内である。好ましくは、実際の最小値の１０％以内である。
【００７０】
時間的分析のための所定の期間は、局所暖房システム、熱生産プラント、または電気生産プラントから収集されたデータの分解能や遅延など、各エネルギー分配グリッドの状況に依存する。例えば、所定の期間は、１時間、２時間、６時間または２４時間とすることができる。他の期間も本開示の範囲内で可能である。
【００７１】
総利用可能暖房能力は、生産されたすべての暖房に関連している、すなわち消費された暖房を考慮に入れない。同様に、総利用可能電力は、生産されたすべての電力に関連している、すなわち消費された電力を考慮に入れない。
【００７２】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドを介して提供される熱のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報を含むことができる。
【００７３】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドから分配システムの伝熱流体に熱を伝達する第１の熱源の能力の効率に関する情報を含むことができる。
【００７４】
時間分解暖房制御パラメータは、暖房グリッドを介して提供される熱のエネルギー単位当たりのコストに関する情報を含むことができる。
【００７５】
時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドの電気のエネルギー単位当たりの放出温室効果ガスの量に関する情報を含むことができる。
【００７６】
時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドからの電気エネルギーを分配システムの伝熱流体中の熱に変換する第２の熱源の能力の効率に関する情報を含むことができる。
【００７７】
時間分解電力制御パラメータは、電気エネルギーグリッドの電気のエネルギー単位当たりのコストに関する情報を含むことができる。
【００７８】
当業者は、本発明が上記の好ましい実施形態に決して限定されないことを理解する。それどころか、多くの修正および変更が添付の特許請求の範囲内で可能である。
【００７９】
例えば、コントローラ５０は、多くの異なる方法で具体化され得る。一例によれば、コントローラ５０は、第１の熱源１０および第２の熱源２０を共に制御するように構成された単一コントローラとすることができる。別の例によれば、コントローラ５０は、２つ以上のコントローラモジュールを備える分散型コントローラとすることができる。例えば、第１のコントローラモジュールは第１の熱源１０を制御するように構成されてもよく、第２のコントローラモジュールは第２の熱源２０を制御するように構成されてもよい。第１のコントローラモジュールおよび第２のコントローラモジュールは、互いに通信しデータを交換するように構成される。通信は有線でも無線でもよい。
【００８０】
さらに、開示された実施形態に対する変形形態は、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、請求項に係る発明を実施する際に当業者によって理解および達成され得る。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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