(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法において、複数のノードおよびエネルギーを貯蔵する少なくとも１つの貯蔵手段がローカルノードコミュニティを形成し、ローカルノードは、エネルギーを発生する発生手段と、エネルギーを消費する負荷手段とを備え、ローカルノードと前記貯蔵手段はエネルギーを交換するために相互接続され、
負荷分散を行うローカルノードコミュニティ内のエネルギーは、ローカルノードコミュニティにエネルギーを提供する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段から、エネルギー需要を有する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段に転送されるように割り当てられ、
ローカルノードコミュニティ内のローカルエンティティ間での負荷分散後にローカルノードコミュニティのエネルギーの全余剰が正と判明した場合、余剰のエネルギーがローカルノードコミュニティ内の前記１つ以上のローカルな貯蔵手段に貯蔵されることで、前記割り当てられたエネルギーは、ノード間貸出履歴に基づいて、エネルギーを提供した前記１つ以上のエンティティに後の時刻に少なくとも部分的に転送して戻されるように割り当てられることを特徴とする、負荷分散を行う方法。
【請求項２】
ローカルノードコミュニティが公共事業、好ましくは電力網に接続され、ローカルノードコミュニティ内で提供されるすべてのエネルギーを割り当てた後に、ローカルノードコミュニティの全エネルギー余剰または全エネルギー需要が判定されると、ローカルノードコミュニティの全エネルギー余剰またはエネルギー需要を最小化するように、それぞれのエネルギー差分が公共事業との間で交換されるように割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
提供または要求されるエネルギーを判定するため、ローカルノードコミュニティおよび／または公共事業から受領されるエネルギーならびにローカルノードコミュニティおよび／または公共事業に提供されるエネルギーに基づいて、エンティティ余剰情報が、対応するエンティティによって提供されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
エンティティ余剰情報が、需要または発生における余剰を示す正および負の値の形式で提供されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
現在および過去のエンティティのエネルギー余剰および／または需要のデータがエンティティ余剰情報に含まれることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
エネルギーの割当てが、１つ以上のグローバルエネルギー共用基本設定および／またはエンティティエネルギー共用基本設定に基づくこと、および／または、エネルギーの割当てが、１つ以上の優先度ポリシーに基づき、優先度ポリシーは好ましくはエンティティのエネルギー共用履歴に基づくことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
貯蔵手段が、ローカルノードコミュニティの１つ以上のローカルノードに、好ましくは各ローカルノードに含まれることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
貯蔵手段の充電および／または放電の速度、および／または、充電状態が、エンティティ余剰情報に含まれることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
エンティティ余剰情報が周期的に更新され、エネルギーの割当てがそれに従って更新されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ローカルノードコミュニティ内のエンティティの各対について、該対の一方のエンティティに、該対の他方のエンティティに対する現在および／または過去のエネルギー不均衡を示すクレジット値が割り当てられることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
エネルギーを割り当てるため、エンティティ、好ましくはローカルノードコミュニティ内のローカルノードが、現在のエネルギー不均衡の降順にソートされることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
ローカルノードコミュニティ内の他のエンティティとの間での負荷分散の前または後における１つ以上のローカルノードのエネルギー余剰が、それぞれの貯蔵容量を有する各ローカルノードに貯蔵されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行うシステムにおいて、複数のノードおよびエネルギーを貯蔵する少なくとも１つの貯蔵手段がローカルノードコミュニティを形成し、ローカルノードは、エネルギーを発生する発生手段と、エネルギーを消費する負荷手段とを備え、ローカルノードと前記貯蔵手段はエネルギーを交換するために、好ましくは請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行するために相互接続され、
ローカルノードコミュニティ内のローカルエンティティ間での負荷分散後にローカルノードコミュニティのエネルギーの全余剰が正であることを判定し、余剰のエネルギーをローカルノードコミュニティ内の前記１つ以上のローカルな貯蔵手段に貯蔵することを開始し、負荷分散を行うローカルノードコミュニティ内のエネルギーを、ローカルノードコミュニティにエネルギーを提供する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段から、エネルギー需要を有する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段に転送されるように割り当てるとともに、ノード間貸出履歴に基づいて、エネルギーを提供した前記１つ以上のエンティティに後の時刻に少なくとも部分的に転送して戻すエネルギーを割り当てるように動作可能な制御手段を備えたことを特徴とする、負荷分散を行うシステム。
【請求項１４】
ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を制御する制御手段において、複数のノードおよびエネルギーを貯蔵する少なくとも１つの貯蔵手段がローカルノードコミュニティを形成し、ローカルノードは、エネルギーを発生する発生手段と、エネルギーを消費する負荷手段とを備え、ローカルノードと前記貯蔵手段はエネルギーを交換するために、好ましくは請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行するため、および／または、請求項１３に記載のシステムを実現するために相互接続され、
ローカルノードコミュニティ内のローカルエンティティ間での負荷分散後にローカルノードコミュニティのエネルギーの全余剰が正であることを判定し、余剰のエネルギーをローカルノードコミュニティ内の前記１つ以上のローカルな貯蔵手段に貯蔵することを開始し、負荷分散を行うローカルノードコミュニティ内のエネルギーを、ローカルノードコミュニティにエネルギーを提供する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段から、エネルギー需要を有する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段に転送されるように割り当てるとともに、ノード間貸出履歴に基づいて、エネルギーを提供した前記１つ以上のエンティティに後の時刻に少なくとも部分的に転送して戻すエネルギーを割り当てるように動作可能であることを特徴とする制御手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行うシステムに関する。
【０００３】
また、本発明は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う制御手段に関する。
【背景技術】
【０００４】
本発明はエネルギー一般に適用可能であるが、電気エネルギーに関して説明する。
【０００５】
本発明はエネルギーを発生するエネルギー発生手段一般に適用可能であるが、再生可能エネルギー源に関して説明する。
【０００６】
太陽電池パネル等の再生可能エネルギーシステムはますます入手しやすくなり、市街地にも配備が容易になっている。多くの政府が、全エネルギー消費における再生可能エネルギー源の部分をさらに増大させる傾向にあるため、公益事業および住宅の両方に再生可能エネルギー源システムが普及している。このような住宅用再生可能エネルギー源システムは、例えば電力網（グリッド）への保証買取レートを通じて奨励されてきているが、このようなシステムのコスト減少により、保証買取レートの必要性も低下する。というのは、ローカルなエネルギー消費のほうが経済的となっているからである。ローカルなエネルギーの消費および発生を利用することにより、外部電力網からの独立性や、自然エネルギー一般へのユーザの傾倒が高まる可能性がある。
【０００７】
複数の家庭がそれぞれ再生可能エネルギー源およびエネルギー消費者となるようないわゆる分散エネルギー資源の普及は、ローカルに確率的に買い取られるエネルギーの影響による安定性の問題を生じることなく、既存の電力網に統合されなければならない。
【０００８】
非特許文献１には、ローカルノードのネットワークが提案されている。各ノードは、太陽電池パネル等の発電源、貯蔵手段（例えば電池）および負荷（例えば冷蔵庫、テレビ等の電気装置）を有する。これらのノードはそれぞれ、ローカルグリッドを通じて相互接続されてローカルグリッドセグメントを形成する。そして、このグリッドセグメントがさらに電力網に接続される。これらのノード間のエネルギー共用にとって重要なのはエネルギーの正味の流れだけなので、ノード間のエネルギールーティング（転送）はこの場合、会計的な意味で捉えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. He, E. Reutzel, X. Jiang, R. Katz, S. Sanders, D. Culler, K. Lutz, "An Architecture for Local Energy Generation, Distribution, and Sharing." IEEE Energy2030, Atlanta, Georgia, USA, November 2008
【非特許文献２】D. Rastler, "Electricity energy storage technology options: A white paper primer on applications, costs and benefits", EPRI, Palo Alto, CA, December 2010
【非特許文献３】www.nec.co.jp/press/en/1107/images/1301-01-01.pdf
【非特許文献４】K. Bache and M. Lichman, “UCI machine learning repository”, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法、システムおよび制御手段を提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法、システムおよび制御手段を提供することにより、ローカルな変動するエネルギー源の高度利用を可能にすることである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法、システムおよび制御手段を提供することにより、基礎となる負荷分散原理を再最適化あるいは変更することを必要とせずに、ローカルノードコミュニティ内のローカルノード数のフレキシブルな増減を可能にすることである。
【００１３】
本発明のもう１つの目的は、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法、システムおよび制御手段であって、特に公共事業や外部グリッドとの間でのエネルギーの売買に関して費用効果の高いものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的は請求項１の方法によって達成される。
【００１５】
請求項１には、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行う方法が規定される。複数のノードおよびエネルギーを貯蔵する少なくとも１つの貯蔵手段がローカルノードコミュニティを形成する。ローカルノードは、エネルギーを発生する発生手段と、エネルギーを消費する負荷手段とを備える。ローカルノードと前記貯蔵手段はエネルギーを交換するために相互接続される。
【００１６】
請求項１によれば、本方法は以下のことを特徴とする。すなわち、負荷分散を行うローカルノードコミュニティ内のエネルギーは、ローカルノードコミュニティにエネルギーを提供する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段から、エネルギー需要を有する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段に転送されるように割り当てられる。該割り当てられたエネルギーは、エネルギーを提供した前記１つ以上のエンティティに後で少なくとも部分的に転送して戻されるように割り当てられる。
【００１７】
また、上記の目的は請求項１３のシステムによって達成される。
【００１８】
請求項１３には、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を行うシステムが規定される。複数のノードおよびエネルギーを貯蔵する少なくとも１つの貯蔵手段がローカルノードコミュニティを形成する。ローカルノードは、エネルギーを発生する発生手段と、エネルギーを消費する負荷手段とを備える。ローカルノードと前記貯蔵手段はエネルギーを交換するために、好ましくは請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行するために相互接続される。
【００１９】
請求項１３によれば、本システムは、負荷分散を行うローカルノードコミュニティ内のエネルギーを、ローカルノードコミュニティにエネルギーを提供する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段から、エネルギー需要を有する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段に転送されるように割り当てるとともに、エネルギーを提供した前記１つ以上のエンティティに後で少なくとも部分的に転送して戻すエネルギーを割り当てるように動作可能な制御手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、上記の目的は請求項１４の制御手段によって達成される。
【００２１】
請求項１４には、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間で負荷分散を制御する制御手段が規定される。複数のノードおよびエネルギーを貯蔵する少なくとも１つの貯蔵手段が前記ローカルノードコミュニティを形成する。ローカルノードは、エネルギーを発生する発生手段と、エネルギーを消費する負荷手段とを備える。ローカルノードと前記貯蔵手段はエネルギーを交換するために、好ましくは請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行するため、および／または、請求項１３に記載のシステムを実現するために相互接続される。
【００２２】
請求項１６によれば、本制御手段は、負荷分散を行うローカルノードコミュニティ内のエネルギーを、ローカルノードコミュニティにエネルギーを提供する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段から、エネルギー需要を有する１つ以上のローカルノードおよび／または貯蔵手段に転送されるように割り当てるとともに、エネルギーを提供した前記１つ以上のエンティティに後で少なくとも部分的に転送して戻すエネルギーを割り当てるように動作可能である。
【００２３】
本発明によって認識されたこととして、ローカルノードコミュニティ内でのエネルギーの共用および貸出を行うことにより、ローカルノードコミュニティにおけるエネルギー効率の良い協調的負荷分散（負荷均衡化）が可能となる。
【００２４】
また、本発明によって認識されたこととして、ローカルノードによってローカルに発生されたエネルギーを他のエンティティ間で分配することができる。これにより、公共事業との間で売買することを必要とせずに、より高度なローカルエネルギー利用が行われる。
【００２５】
また、本発明によって認識されたこととして、ローカルノードのコミュニティとエネルギーを共用することにより、コミュニティのメンバーが対話的な形でネットワークと直接関与する。これにより、コミュニティメンバーが自分自身で発生したエネルギーの共用への意識や意欲を高め、直接「顔を合わせる」ことができる。
【００２６】
また、本発明によって認識されたこととして、ローカルな市場が実現可能となるため、この目的のための物理インフラとしての接続グリッドを介して、ローカルノードコミュニティ内で小規模な生産者とエネルギーのユーザとの間の取引が可能となる。
【００２７】
また、本発明によって認識されたこととして、効率的なエネルギールーティングが行われるため、ローカルな発電と需要のニーズが均衡する。
【００２８】
また、本発明によって認識されたこととして、後でエネルギーを転送して戻すことにより、補償のために外部公共事業からエネルギーを購入するコストが大幅に低減される。
【００２９】
また、本発明によって認識されたこととして、ローカルノードコミュニティのノードの追加や削除が、基礎となる協調的負荷分散原理を変更することなく実行可能であるので、フレキシビリティが向上する。
【００３０】
換言すれば、本発明は、例えば配電網内のグリッドセグメントに形成されたローカルノードコミュニティ内で協調的負荷分散を実現するために、近隣間の共用関係に基づくローカルノードコミュニティによる仮想的貯蔵システムを提供する。あるローカルノードで利用可能なエネルギー余剰は、特に、発生するよりも多くのエネルギーあるいは電力を現在要求しているローカルコミュニティ内の別のローカルノードまたは貯蔵エンティティと均衡化するため、あるいは、貯蔵エンティティの充電量を増大させるために使用可能である。ローカルに発生したエネルギーの直接の利用が可能である。
【００３１】
さらなる特徴、効果および好ましい実施形態は、従属請求項に記載される。
【００３２】
好ましい実施形態によれば、ローカルノードコミュニティが公共事業、好ましくは電力網に接続される。ローカルノードコミュニティ内で提供されるすべてのエネルギーを割り当てた後に、ローカルノードコミュニティの全エネルギー余剰または全エネルギー需要が判定されると、ローカルノードコミュニティの全エネルギー余剰またはエネルギー需要を最小化するように、それぞれのエネルギー差分が公共事業との間で交換されるように割り当てられる。これにより、まずローカルノードコミュニティ内で負荷分散を実行し、その後に公共事業とエネルギーを交換することが可能となる。したがって、公共事業からエネルギーを購入するのは必要なときだけなので、エネルギー消費のコストが大幅に低減される。
【００３３】
また、好ましい実施形態によれば、提供または要求されるエネルギーを判定するため、ローカルノードコミュニティおよび／または公共事業から受領されるエネルギーならびにローカルノードコミュニティおよび／または公共事業に提供されるエネルギーに基づいて、エンティティ余剰情報が、対応するエンティティによって提供される。これにより、対応するエンティティが自ら情報を提供するので、エンティティ余剰情報を容易に提供することが可能となる。また、エンティティ余剰情報には、受領されるエネルギー、および／または、ローカルノードコミュニティおよび／または公共事業に提供されるエネルギーが含まれるため、エネルギーの効率的な共用および貸出が可能となる。
【００３４】
また、好ましい実施形態によれば、エンティティ余剰情報が、需要または発生における余剰を示す正および負の値の形式で提供される。これにより、単一の値で表されたエンティティ余剰情報を容易に提供することが可能となる。正の値は発生余剰を示し、負の値は負荷余剰あるいは需要余剰を示す。
【００３５】
また、好ましい実施形態によれば、現在および過去のエンティティのエネルギー余剰および／または需要のデータがエンティティ余剰情報に含まれる。これは、ローカルノードコミュニティ内に、より均衡化したエネルギー分配を提供する。というのは、現在だけでなく過去のエンティティのエネルギー余剰データを用いて、ローカルノードコミュニティのローカルエンティティ間の現在のエネルギーの流れを制御することが可能なためである。
【００３６】
また、好ましい実施形態によれば、エネルギーの割当てが、１つ以上のグローバルエネルギー共用基本設定および／またはエンティティエネルギー共用基本設定に基づく。これにより、エネルギーの流れを制御するフレキシビリティが向上する。というのは、例えばローカルノードのユーザの個別の基本設定を負荷分散（すなわち、どのローカルノードあるいは貯蔵手段からのどのエネルギーを別のローカルノードあるいは貯蔵手段に転送するように割り当てるか）のための協調的プロセスに統合することが可能なためである。共用基本設定は、動的に適応させてもよい。例えば、あるローカルノードへの正味のエネルギーの流れがある特定の時間だけ負になるとき、このローカルノードへのエネルギーの提供を禁止してもよい。
【００３７】
また、好ましい実施形態によれば、エネルギーの割当てが、１つ以上の優先度ポリシーに基づき、優先度ポリシーは好ましくはエンティティのエネルギー共用履歴に基づく。優先度ポリシーは、共用基本設定に統合されてもよい。例えば、優先度ポリシーは、他のノードとの間でエネルギーを共用する前に、自己のローカルノードのストレージ（貯蔵手段）をある程度満たすことにより、自己のストレージからエネルギーを提供することによる自己のローカルノード内の内部負荷分散を優先することを規定してもよい。一般に、優先度ポリシーあるいは優先順位付け方式は、エネルギーを現在要求しているローカルノードへのエネルギー割当てのために使用可能である。したがって、ローカルノードおよび／または貯蔵手段の間でエネルギーの流れを割り当てるフレキシビリティがさらに向上する。
【００３８】
また、好ましい実施形態によれば、貯蔵手段が、ローカルノードコミュニティの１つ以上のローカルノードに、好ましくは各ローカルノードに含まれる。貯蔵手段を含むことによって、さらに効率的な均衡化が実現可能である。というのは、例えば、ローカルノード内で発生したエネルギーの余剰が貯蔵され、後でローカルノードの負荷余剰が判明したときにローカルノードコミュニティに対してエネルギーを要求する前に内部で利用することができるからである。
【００３９】
また、好ましい実施形態によれば、貯蔵手段の充電および／または放電の速度、および／または、充電状態が、エンティティ余剰情報に含まれる。これにより、負荷分散のためにノード間でエネルギーを効果的に割り当てることも可能となる。というのは、ローカルノードコミュニティ内のあるローカルノードから別のローカルノードにエネルギーを転送する際に、貯蔵手段の充放電速度および充電状態が考慮されるからである。例えば、充電速度が高ければエネルギーを非常に高速に貯蔵することが可能であるが、ある貯蔵手段の放電速度が低ければ、この貯蔵手段の放電速度が低すぎるかもしれないので、現在の需要に応じて、十分なエネルギーを提供する他の貯蔵手段の起動を要求しなければならない場合がある。
【００４０】
また、好ましい実施形態によれば、エンティティ余剰情報が周期的に更新され、エネルギーの割当てがそれに従って更新される。これにより、例えば、次の期間に貸出側のローカルノードがローカルノードコミュニティにどのくらいのエネルギーを供給しなければならないかを規定するエネルギールーティング方式が可能となる。周期的更新の頻度が高い場合、エンティティ余剰情報、すなわち、当該（短い）期間内のローカルな発生およびローカルな需要の変化はないと仮定することができる。もちろん、周期的更新は、好ましくは例えば日時に応じて動的に適応させることが可能である。夜間には、更新の頻度を低くしても十分な場合がある。というのは、太陽電池パネルによるエネルギーの発生がオフになり、太陽光電力に関する環境条件の変化が少なくなるからである。
【００４１】
また、好ましい実施形態によれば、ローカルノードコミュニティ内のエンティティの各対について、該対の一方のエンティティに、該対の他方のエンティティに対する現在および／または過去のエネルギー不均衡を示すクレジット値が割り当てられる。これにより、ローカルノード間の近隣間関係をそれらの共用履歴に基づいて効率的に確定することができる。こうして、近隣間関係を確定することにより、例えば、ローカルノードコミュニティ内のエンティティ間のエネルギーの流れを容易に分析することが可能となる。
【００４２】
また、好ましい実施形態によれば、エネルギーを割り当てるため、エンティティ、好ましくはローカルノードコミュニティ内のローカルノードが、現在のエネルギー不均衡の降順にソートされる。これにより、貸出側のノードがローカルノードコミュニティにどのくらいのエネルギーを供給しなければならないか、および、借入側のノードがローカルノードコミュニティからどのくらいのエネルギーを得ることができるかを容易に判定することが可能となる。また、電力不均衡のエンティティを高速かつ容易に判定することが可能となる。
【００４３】
また、好ましい実施形態によれば、ローカルノードコミュニティ内のローカルエンティティ間での負荷分散後にローカルノードコミュニティのエネルギーの全余剰が正と判明した場合、余剰のエネルギーがローカルノードコミュニティ内の１つ以上のローカルな貯蔵手段に貯蔵される。これにより、公共事業から購入すべきエネルギーがさらに低減される。というのは、余剰のエネルギーがローカルノードコミュニティ内に貯蔵されるからである。このエネルギーは、将来の期間にエンティティ（例えば負荷余剰状態のローカルノード）間で分配することができ、外部の公共事業からエネルギーを購入することが回避される。
【００４４】
また、好ましい実施形態によれば、負荷分散の前または後における１つ以上のローカルノードのエネルギー余剰が、それぞれの貯蔵容量を有する各ローカルノードに貯蔵される。これにより、さらに効果的な均衡化が可能となる。というのは、例えば各ローカルノードが自分自身で負荷分散を行うことにより、ローカルノードコミュニティ内の他のローカルノードとの間でエネルギーを要求あるいは分配することが回避されるからである。
【００４５】
本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態によるシステムのローカルノードコミュニティの図である。
【図２】本発明の第２実施形態による方法の一部の図である。
【図３】本発明の第３実施形態による方法の一部の図である。
【図４】本発明の第４実施形態によるシステムにおける電池サイズの影響の図である。
【図５】本発明の第５実施形態によるシステムのすべてのノードの全発電および負荷の図である。
【図６】本発明の第６実施形態によるシステムのローカルノードごとの負荷および発電の形式での入力の図である。
【図７】従来の負荷分散のシステムと本発明の第７実施形態によるシステムとを比較したグリッドエネルギーからサービスされるローカル負荷の図である。
【図８】従来のシステムおよび本発明の第８実施形態によるシステムに対するローカルノードコミュニティの時間的挙動の図である。
【図９】供与側ノード（図９ａ）および受入側ノード（図９ｂ）に対する、本発明の第９実施形態によるシステムのノード間均衡およびエネルギーの流れの図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態によるシステムの、時間に対する全転送電力の図である。
【図１１】負荷分散を行う従来のシステムと本発明の第１１実施形態によるシステムとの間での、さまざまなノードの電池サイクル数に関する比較の図である。
【図１２】本発明の第１２実施形態によるシステムのすべてのノードの全発電および負荷の図である。
【図１３】本発明の第１３実施形態によるシステムのローカルノードごとの入力の図である。
【図１４】従来の負荷分散および本発明の第１４実施形態による方法による負荷分散に対するグリッドエネルギーからサービスされるローカル負荷の図である。
【図１５】従来の負荷分散のシステムおよび本発明の第１５実施形態によるシステムに対するローカルノードコミュニティの時間的挙動の図である。
【図１６】供与側ノード（図１６ａ）および受入側ノード（図１６ｂ）に対する、本発明の第１６実施形態によるノード間均衡およびエネルギーの流れの図である。
【図１７】本発明の第１７実施形態による時間に対する全転送電力の図である。
【図１８】従来の負荷分散と本発明の第１８実施形態によるシステムとの間での、さまざまなノードの電池サイクル数に関する比較の図である。
【図１９】本発明の第１９実施形態による方法のステップの図である。
【図２０】本発明の第２０実施形態によるシステムに対するノードごとのエネルギー消費の図である。
【図２１】本発明の第２１実施形態によるシステムのすべてのノードの全電力負荷および発電の図である。
【図２２】本発明の第２２実施形態によるシステムのローカルノードごとのローカル電力負荷および発電の図である。
【図２３】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する本発明の第２３実施形態によるシステムの公共事業からの購入エネルギーによってサービスされるローカル負荷の部分の図である。
【図２４】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する本発明の第２４実施形態によるシステムのローカルノード間の全転送電力の図である。
【図２５】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する本発明の第２５実施形態によるシステムのローカルノードによってストレージから消費されるエネルギーの図である。
【図２６】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する本発明の第２６実施形態によるシステムのローカルノードごとの電池サイクル数の図である。
【図２７】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する本発明の第２７実施形態によるシステムのローカルノードごとの他のローカルノードへの貸出および他のローカルノードからの借入の全エネルギーの図である。
【図２８】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する本発明の第２８実施形態による方法の均衡化方式を含むさまざまな均衡化方式を用いた、公共事業エネルギーによってサービスされる負荷の部分の図である。
【図２９】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する従来の負荷分散方法と本発明の第２９および第３０実施形態による方法との比較の図である。
【図３０】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する従来の負荷分散方法と本発明の第３１および第３２実施形態による方法との比較の図である。
【図３１】（ａ）−（ｃ）は、さまざまなケースに対する従来の負荷分散方法と本発明の第３１および第３２実施形態による方法との電池サイクル数の比較の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、本発明の第１実施形態によるシステムのローカルノードコミュニティを示す。
【００４８】
図１には、多数のノードを有する配電網セグメントが示されている。複数のノード２、３、４、５、６はそれぞれ相互に接続されてローカルノードコミュニティ１を形成する。例えば、ローカルノードコミュニティ１は、各ノード２、３、４、５、６が近隣の住宅を表すようなローカルノード２、３、４、５、６のネットワークとみなしてもよい。各住宅は、ローカルな発電およびローカルな蓄電（ストレージ）の機能を有する。そして、エネルギールーティングが、相互に接続された住宅の既存の電力ネットワークを通じて物理的に実行される。また、ローカルノードコミュニティ１は外部電力網１０にも接続される。各ノード２、３、４、５、６は、発電手段２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、貯蔵手段２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂおよび負荷２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃを有する。さらに、ローカルストレージ２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂにエネルギーを提供することや、ローカルノードコミュニティ１内のそれぞれのノード２、３、４、５、６の負荷との間で電力／エネルギー発生を均衡化することに関して、各ノード２、３、４、５、６を制御する制御手段ＣＭがノード２、３、４、５、６のそれぞれと接続される。
【００４９】
また、制御手段ＣＭは、各ノード２、３、４、５、６のローカルノード余剰情報を収集して、ローカルノードコミュニティ１のどのローカルノード２、３、４、５、６が他のローカルノード２、３、４、５、６にエネルギーを提供可能であり、あるいは、ローカルノードコミュニティ１内の他のローカルノード２、３、４、５、６からエネルギーを必要としているかを判定する。現在エネルギー余剰を有するローカルノード２、３、４、５、６は、現在の需要が自己の発電を超えている他のローカルノード２、３、４、５、６にエネルギーを貸し出すように割り当てられる。各ノード２、３、４、５、６のローカルストレージ２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂは、自己の電力需要と自己の発電とを部分的に均衡化するために使用される。例えば、家庭用の一般的な電力ストレージは、電池技術の形式で与えられる。制御手段ＣＭは、このような電池の利用を低減させる。というのは、このような電池の利用が頻繁になると、電池寿命が短くなるからである。利用可能な充電サイクル数は通常、充放電の最大深さに依存する。したがって、まずローカルノードコミュニティ１自体の中で負荷分散を行うことにより、電池寿命や、一般にローカルノード２、３、４、５、６のストレージ２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂの寿命は向上する。
【００５０】
ローカルノードコミュニティ１内の負荷分散のためにさらなるエネルギーが必要とされるが、ローカルノードコミュニティ１内のノード２、３、４、５、６からそのエネルギーを提供することができない、ということをローカルノードコミュニティ１の全余剰状態が示している場合に、制御手段ＣＭは、外部電力網１０からエネルギーを購入する必要性を判定することも担当する。また、１つ以上のノード２、３、４、５、６自体が、外部電力網１０からエネルギーを購入する必要性を判定してもよい。
【００５１】
ローカルノードコミュニティ１のさらなる例として、近隣で協調するための電気自動車充電システムが考えられる。電力需要は、例えば、自己の自動車を充電したい所有者によって引き起こされる。利点として、例えば、自己の自動車をすぐに充電する必要のある隣人は、このエネルギーが将来返還または精算されるという条件の下で、他のローカルノードの発電によって充電することができる。
【００５２】
図２は、本発明の第２実施形態による方法の一部を示す。
【００５３】
図２には、ノード２、３、４、５、６間の周期的な電力交渉が時間に対して示されている。複数の期間３０ａ、３０ｂが図示されており、これらの期間３０ａ、３０ｂに、ローカル発電２０とローカル需要２１を比較し、その結果として、他のノード３、４、５、６に貸し出すために利用可能な電力２２が判定される。例えば、第１の期間３０ａにおいて、参照符号２で表したノード１は、ローカル発電２０がローカル需要２１を超える余剰を有する。一方、参照符号３で表したノード２は、ローカル発電よりもローカル需要のほうが高い。したがって、エネルギーは、第１のノード２から第２のノード３へルーティング（参照符号２５）されるように割り当てられる。参照符号４で表したノードｎ−２も、ローカル発電がローカル需要を超える余剰を有する。したがって、そのエネルギーは第２のノード３へルーティングされるように割り当てられる。参照符号５および６で表したノードｎ−１およびｎも、第１の期間３０ａにおいては、ローカル発電がローカル需要を超える余剰を有する。しかし、図示したノード３は、参照符号２および４のノードによって均衡化されるので、エネルギー発生の余剰は、対応するローカルノード５、６内に貯蔵されてもよい。
【００５４】
第２の期間３０ｂにおいて、第１のノード２は、ローカル需要がローカル発電を超える余剰を有する。したがって、ローカル発電がローカル需要を超える余剰を有する第２のノード３からエネルギーがルーティングされるように割り当てられる。というのは、過去すなわち第１の期間３０ａに第２のノード３は第１のノード２からエネルギーを受領していたからである。したがって、これらの２つの期間３０ａおよび３０ｂにわたってエネルギーは「均衡化」される。参照符号４で表したノードｎ−２は、第２の期間３０ｂにおいて、ローカル発電がローカル需要を超える余剰を有する。余剰は、参照符号５、６で表したノードｎ−１およびノードｎを均衡化するのに十分である。ノードｎ−２のエネルギー余剰の一部は、ノードｎ−１にルーティングされるように割り当てられ、ノードｎ−２のエネルギー余剰の別の一部は、ノードｎにルーティングされるように割り当てられる。
【００５５】
したがって、エネルギールーティングは、各ノード２、３、４、５、６の現在の発電、各ノード２、３、４、５、６の現在の電力需要、各ノード２、３、４、５、６のエネルギーストレージの充電状態、および各ノード２、３、４、５、６が貸借したエネルギーの履歴状況を考慮して、ルーティングされるエネルギーの電力レートを周期的に再計算あるいは交渉したものに基づく。この交渉は、図２に示すように周期的に実行される。交渉の結果は、次の期間に対するエネルギールーティング方式であり、これは、貸出側のノードがローカルノードコミュニティグリッドにどのくらいのエネルギーを供給しなければならないか、および、借入側のノードが、公共事業１０への支払なしに、ローカルノードコミュニティグリッドからどのくらいのエネルギーを得ることができるかを規定する。
【００５６】
エネルギールーティング２５を交渉する前に、各ノード２、３、４、５、６のエネルギー不均衡が、好ましくはその共用基本設定、その需要、その発電、貯蔵されたエネルギーおよびストレージ充放電速度に基づいて、計算される。そして、ノード２、３、４、５、６は、特に、選択された基準に従ってソートされる。例えば、余剰が高いノードから順に処理して、他のノード２、３、４、５、６からのエネルギー提供および需要と均衡化させる。ローカルノードの余剰エネルギーが他のノード２、３、４、５、６に割り当てられると、要求側のノード２、３、４、５、６は、優先度の降順にソートされる。優先度は、現在処理中のローカルノード２、３、４、５、６に与えられたクレジット単位数に等しくてもよい。これらの電力分配ステップを図３に示す。
【００５７】
図３は、本発明の第３実施形態による方法の一部を示す。
【００５８】
図３において、第１のステップＳ１で、ローカルノード余剰情報が、各ノード２、３、４、５、６の現在の発電、現在の負荷、および充電状態に基づいて生成される。
【００５９】
第２のステップＳ２で、各ノード２、３、４、５、６の現在の電力不均衡が判定される。
【００６０】
第３のステップＳ３で、ノード２、３、４、５、６の各対のクレジットデータとともに、それらの不均衡によってノード２、３、４、５、６がソートされる。例えば、ノードｉが、まずこのノード２、３、４、５、６との間で正のクレジットを有するノード２、３、４、５、６にエネルギーを貸し出す。第２のノードｋが、まずこのノードｋとの間で正のクレジットを有するノード２、３、４、５、６にエネルギーを貸し出す。以下同様である。図３では、ノードｉが貸し出したエネルギーあるいは電力はノード１、２および３に転送されている。転送されるように割り当てられた電力は、参照符号Ｐ１、Ｐ２およびＰ３で表している。ノードｋは、ノード４および５にエネルギーを貸し出す（電力を転送する）ように割り当てられる。これらは参照符号Ｐ４およびＰ５で表している。
【００６１】
第４のステップＳ４で、次の期間における次の交渉プロセスのためにクレジットデータが更新される。本明細書全体を通じて、「交渉」とは、好ましくは、中央エンティティＣＭが各ノード２、３、４、５、６のエネルギー不均衡を判定し、どのノード２、３、４、５、６がどの程度（次の期間に）エネルギー／電力を提供し、どのノード２、３、４、５、６がどの程度（次の期間に）他のノード２、３、４、５、６からエネルギー／電力を受領するように割り当てられるかを決定すること、あるいは、ローカルノードコミュニティ１内に参加しているローカルノード２、３、４、５、６間で協調的／協力的交渉方法が実行されることを意味する。
【００６２】
以下の図４〜図３１は、１０個のローカルノードという設定に対する本発明の実施形態による負荷分散の結果を、従来の負荷分散と比較し、さまざまなケースについて示している。
【００６３】
３１日からなる１か月間で、毎分交渉を行うシミュレーションを実行した。負荷トレースは、フランスの一家庭で行われたエネルギー測定に基づく。負荷トレースは、交渉負荷分散プロセスで用いられる分単位の粒度のデータに基づく。負荷トレースの第１月は第１のノードに対応し、第２月は第２のノードの電力プロファイルのために使用され、などとなる。ローカル発電に関して、半数のノードは太陽電池パネルを備え、他の半数は風車を備える。シミュレーションで用いた太陽放射度は、米国国立再生可能エネルギー研究所（HSU, ２０１２年７月）の測定に対応する。太陽電池パネルを備えたローカルノードは、相異なる太陽電池パネルサイズを有し、その出力電力はｍ２あたりの放射度パワーの２〜５倍に相当する。風データは米国の北西太平洋岸のものであり、２０１３年１月に対応する。すべての風車は同じ出力を有する。シミュレーション設定において、すべてのノードは同じ仕様の電池を有すると仮定している。２ｋＷｈおよび３ｋＷの小容量電池と、６ｋＷｈおよび３ｋＷの大容量電池の２つの場合を考察した。
【００６４】
結果は、本発明の実施形態による協調的負荷分散と、ローカルノードが均衡化のために自己のローカルストレージのみを使用するノード内均衡化とを比較している。後者を「ベースライン」という用語で表す。結果は、要約すれば、公共事業（例えば外部電力網）からローカルノードコミュニティによっておよび個別のローカルノードによって購入されるエネルギー量が低減されることを示しており、同時に、電池サイクル数の減少を通じて電池寿命の増大を達成している。
【００６５】
図４は、本発明の第４実施形態によるシステムにおける電池サイズを示す。
【００６６】
図４には、大小の電池サイズに対して、従来の負荷分散４０ａ、４１ａと本発明による負荷分散（参照符号４０ｂ、４１ｂで表す）の場合に外部電力網１０から消費されるエネルギーの比較を示している。参照符号４１は小さい電池サイズに対応し、参照符号４０は大きい電池サイズに対応する。電池サイズは、さらに、ローカルノードの貯蔵手段の充電能力に対応する。本発明の方法による実施形態（「協調」）に基づくグリッド１０から消費されるエネルギーは、協調のない従来の負荷分散（「ベースライン」）により消費されるエネルギーよりも少ないことがわかる。
【００６７】
図５は、本発明の第５実施形態によるすべてのノードの全発電および負荷を示す。
【００６８】
図５には、ローカルノードコミュニティの太陽および風力エネルギーに基づく全発電およびそれぞれの負荷を示している。各ノードは大きい方の電池を有する。縦軸は全負荷および全発電をそれぞれＷ単位の電力で示し、横軸は時間を分単位で示す。
【００６９】
図６は、本発明の第６実施形態によるローカルノードごとのローカルな負荷および発電の形式での入力を示す。
【００７０】
図６には、各ノードについて、時間に対する電力に関して、対応する負荷および発電のプロファイルを示している。図６の左側に示した最初の５個のノード１〜５は太陽エネルギーに基づいて発電しているのに対して、図６の右側に示したノード６〜１０は風車によって発電している。
【００７１】
図７は、従来の負荷分散のシステムと本発明の第７実施形態によるシステムとを比較したグリッドエネルギーからサービスされるローカル負荷を示す。
【００７２】
図７には、１０個のノードＮ１〜Ｎ１０のそれぞれについて、外部グリッドからサービスされるローカル負荷を、ベースライン（参照符号４２ａ）および本発明による協調（参照符号４２ｂ）の場合に百分率値として示している。本発明の実施形態による協調的負荷分散が使用されるとき、グリッドエネルギーからサービスされるローカル負荷が全消費エネルギーに対して大幅に低減されることがわかる。
【００７３】
図８は、従来のシステムおよび本発明の第８実施形態によるシステムに対するローカルノードコミュニティの時間的挙動を示す。
【００７４】
図８の左上側には、ベースラインおよび協調的均衡化の場合に、ローカルノードコミュニティがグリッドに対して要求する電力を時間に関してワット単位で示している。右上側には、ベースラインおよび協調的負荷分散の場合に、買取電力を時間に関して示している。左下側には電池放電、右下側には電池充電を、全ノードについて合計して、ベースライン均衡化および協調的均衡化の場合に、時間に関してワット単位で示している。
【００７５】
図９ａ、図９ｂは、供与側ノード（図９ａ）および受入側ノード（図９ｂ）に対する、本発明の第９実施形態によるシステムのノード間均衡およびエネルギーの流れを示す。
【００７６】
図９ａには、時間に関する供与側ノードのヒストグラムをそのノードＩＤに従って示している。記号は受入側ノードを示す。例えば、×印は、エネルギーが供与側ノードからノード１へ転送されるように割り当てられることを示す。丸印は、供与側ノードが、本発明の実施形態に従ってノード３に割り当てられるエネルギーを伝達することを示す。
【００７７】
図９ｂには、時間に関する受入側ノードの対応するマトリックスを示している。例えば、×印は、対応するノードがノード１からエネルギーを受領するように割り当てられることを示す。例えば、丸印は、受入側ノードがノード３からエネルギーを受領するように割り当てられることを示す。
【００７８】
したがって、図９ａおよび９ｂは、各ノード対について、ノード間均衡化およびノード間の対応する協調的なエネルギーの流れを示している。
【００７９】
図１０は、本発明の第１０実施形態によるシステムの、時間に対する全転送電力を示す。
【００８０】
図１０には、ローカルノードコミュニティ内のノード間の全転送電力を時間に対してワット単位で示している。「ベースライン」と名付けた従来のシステムには、ノード間負荷分散がないので、転送電力はない。
【００８１】
図１１は、負荷分散を行う従来のシステムと本発明の第１１実施形態によるシステムとの間での、さまざまなノードの電池サイクル数に関する比較を示す。
【００８２】
図１１は、各ノードＮ１〜Ｎ１０について、従来の「ベースライン」（４３ａ）と、本発明の実施形態による「協調」的負荷分散の場合（参照符号４３ｂ）に対する充電サイクル数を示している。図１１からわかるように、本発明の実施形態による協調的負荷分散を実行すると、各ローカルノード内の電池の充電および再充電のサイクル数は大幅に低減される。
【００８３】
図１２〜図１８は、図５〜図１１に対応して、小型の電池の場合、すなわち、各ノードが２ｋＷｈ，３ｋＷの電池を有する場合の図を示している。
【００８４】
すなわち、図１２は、本発明の第１２実施形態によるシステムのすべてのノードの全発電および負荷を示す。図１３は、本発明の第１３実施形態によるシステムのローカルノードごとの入力をローカル負荷および発電の形式で示す。図１４は、従来の負荷分散および本発明の第１４実施形態による方法による均衡化に対するグリッドエネルギーからサービスされるローカル負荷を示す。図１５は、従来の負荷分散のシステムおよび本発明の第１５実施形態によるシステムに対するローカルノードコミュニティの時間的挙動を示す。図１６は、供与側ノード（図１６ａ）および受入側ノード（図１６ｂ）に対する、本発明の第１６実施形態によるノード間均衡およびエネルギーの流れを示す。図１７は、本発明の第１７実施形態による時間に対する全転送電力を示す。図１８は、従来の負荷分散と本発明の第１８実施形態によるシステムとの間での、さまざまなノードの電池サイクル数に関する比較を示す。
【００８５】
図１９は、本発明の第１９実施形態による方法のステップを示す。
【００８６】
図１９には、ある期間の最初にエネルギー割当てを行うステップが示されている。
【００８７】
図１９に示したステップを実行する前に、現在の発電、電力負荷および貯蔵エネルギーと、各ノード対のノード間関係を記述するクレジットとを考慮して、各ノードの現在の不均衡が判定され、エネルギー割当てプロセスのために使用される。正の不均衡値は、ノードが現在、そのノード内で必要とされるよりも多くのエネルギーを生産していることを意味する。他方、負の不均衡値は、ノードの現在の発電およびローカルエネルギーストレージから入手可能な電力が、そのノードの現在の負荷をまかなうには十分でないことを意味する。ノードの不均衡を計算する際に、さまざまなストレージ充放電基本設定が使用可能である。例えば、ノードは、ローカルノードコミュニティ内の他のローカルノードに対してエネルギーを要求する前に、まずすべてのローカルに貯蔵されているエネルギーを使用しようとしてもよい。
【００８８】
最初に、ノードは、現在の不均衡の降順にソートされる。これは図１９の第３行に示されている。その後、ノードは、最高の正の不均衡のノードから処理される。余剰ノードｎが処理される場合、そのエネルギー余剰Ｉｎは、まず、より多くのエネルギーを過去にそのノードｎに貸し出したノードに提供される。というのは、手続きCreditList(n)は、ノードｎが各ノードとの間で有するクレジット数の降順に他のすべてのノードを列挙しているからである。これは第６〜１４行に示されている。転送される電力は、エネルギー要求が、可能であれば完全に、さもなければ最大限、満たされるように決定される。これは第７〜１０行に示されている。
【００８９】
要求するエネルギーの一部しか受領していないノードは、その残りを他のノードから受ける機会を依然として有する。エネルギー転送が合意された後、すなわち、転送されるべきエネルギーが割り当てられた後、転送に参加するノードの現在の不均衡（第１２行に示す）およびクレジット（第１３行に示す）が更新され、エネルギーが、好ましくは一定の電力で転送される。
【００９０】
交渉・転送プロセスの後にストレージ基本設定を使用することにより、一部のローカルノードが依然として正の不均衡を有する場合、エネルギー余剰が将来の消費のためにローカルストレージに貯蔵される。貯蔵可能なエネルギー量は、ローカルエネルギーストレージのエネルギー容量および再充電速度によって制限される。同様に、貯蔵されたエネルギーが消費されるときには、放電速度に従わなければならない。
【００９１】
図２０〜図３１では、以下のシステムが使用される。システムは１０個のローカルノードを有する。すべてのエネルギー取引に対して、平均配電線損失として７％が使用される。各ローカルノードのローカルストレージに対して、同じ充放電効率（roundtrip efficiency）として９０％が使用される。この効率は、非特許文献２に開示されている高効率リチウムイオン電池に相当する。
【００９２】
ローカルストレージ仕様は、非特許文献３に開示されている６ｋＷｈのエネルギー容量および２ｋＷの充放電速度の電池仕様の形式で使用される。この文献には、リチウムイオン電池を備えたＮＥＣの家庭用エネルギー貯蔵システムの例が記載されている。シミュレーションに使用されたシミュレーション期間は４週間である。
【００９３】
負荷トレースは、個別の家庭の電力消費データセットを用いて生成される。これは非特許文献４に基づく。この使用されるデータセットは、２００６年１２月からの約４年の期間にわたって測定されたフランスの一家庭の全電力消費を与える。測定は、１分のサンプリングレートで与えられる。この解像度は、交渉頻度にも使用される。各月のデータセットを用いて、１０個のローカルノードのそれぞれに対する負荷プロファイルを生成した。２００８年１月から２００８年１１月まで、８月を除く各月の４週間が使用される。８月は、居住者が１か月間不在のため電力消費が非常に低かったためである。欠損した値は補間されている。相異なるノードを表すために相異なる月を選択することによって、各ローカルノードの代表的な電力プロファイルを依然として有しながら、ローカルノード間の電力需要のノード間変動が実現された。４週間のシミュレーション期間にわたる各ローカルノードのエネルギー需要が図２０に示されている。１月に対応するノードＮ１はエネルギー消費が最高である一方、７月に対応するノードＮ７は最低である。このように、図２０は、全シミュレーション期間にわたるノードＮ１〜Ｎ１０のノードごとの全エネルギー消費を示している。
【００９４】
また、図２０〜図３１では、さまざまな再生可能エネルギー源が考察される。３つのケースがある。第１のケースでは、すべてのローカルノードが太陽エネルギー発電を行う太陽電池パネルを備える（「太陽光発電」）。第２のケースでは、風力エネルギー発電を行う風車のみを備える（「風力発電」）。最後の場合（第３のケース）では、前半のノードＮ１〜Ｎ５は太陽光発電であり、後半のローカルノードＮ６〜Ｎ１０は風力発電である。したがってこのケースを「混合発電」という。太陽エネルギー源および風力エネルギー源は異なる発電パターンを有する。太陽エネルギーは昼間のみ利用可能であるのに対して、風力エネルギーは夜間にも生成可能なためである。他方、曇りの日にも、ある程度の量の太陽エネルギーは発生し通常の一日の電力出力を提供するが、風は長時間にわたって非常に弱くなる場合がある。すべての太陽電池パネルは同じサイズで定格電力は２．８５ｋＷと仮定する。ＮＲＥＬ "www.nrel.gov/midc" に開示された分単位の解像度の太陽放射度データが使用される。
【００９５】
２０１３年５月の最初の４週間を用いて、各ローカルノードの太陽光発電プロファイルを生成した。太陽電池パネルを有するローカルノードは、当時の太陽放射度によって決定される類似の電力出力を有し、パネル効率、パネルの向きおよび局所放射度のようなパラメータによる相異なるローカルノード間の発電のわずかな差を反映するためにガウス雑音Ｎ（０，１０ｋＷ）が加算された。風データは、太陽光データと同じ期間に対応して、ボンネビル電力事業団（Bonneville Power Administration）からのデータ（例えば、www.transmission.bpa.gov/business/operations/wind/default.aspx に示されている）が用いられる。これを、住宅地に適した垂直軸風車（http://www.urbangreenenergy.com/products/sanya-skypump に開示されている）で取得可能な４ｋＷの定格出力に合うように縮小した。風力発電ローカルノードでは、太陽電池パネルで使用されるのと同じガウス雑音で、類似の電力出力が得られる。
【００９６】
図２１は、本発明の第２１実施形態によるシステムのすべてのノードの全電力負荷および発電を示す。
【００９７】
図２１には、４週間のシミュレーション期間にわたり、１０個のローカルノードすべての全電力負荷および発電がｋＷ単位で示されている。図２１の上段には、太陽電池パネルのケースを示す。中段には風力発電のみのケースを示す。図２１の下段には、混合発電のケースを示す。
【００９８】
図２２は、本発明の第２２実施形態によるシステムのローカルノードごとのローカル電力負荷および発電を示す。
【００９９】
各ノードＮ１〜Ｎ１０の対応するローカルノード電力負荷および発電が図２２に示されている。混合発電の場合には、ノードＮ１〜Ｎ５が太陽光発電、ノードＮ６〜Ｎ１０が風力発電であるため、図２２は太陽光および風力の発電パターンも示している。
【０１００】
図２３ａ〜図２３ｃは、さまざまなケースに対する本発明の第２３実施形態によるシステムの公共事業からの購入エネルギーによってサービスされるローカル負荷の部分を示す。
【０１０１】
図２３ａ〜図２３ｃは、ノード内均衡化のみが使用される場合（すなわち「ベースライン」）と、本発明の実施形態による協調的負荷分散の場合（すなわち「協調」）に、外部電力網によってサービスされる負荷の部分を比較している。結果は、１０個のノードＮ１〜Ｎ１０のそれぞれについて示されている。外部電力網エネルギーに依存する負荷の部分の減少が小さくなり、この減少は、３つの異なるケース、すなわち太陽光発電のみ、風力発電のみ、および混合発電のケースで相異なることがわかる。全ノードが太陽光発電の場合、外部公共事業／電力網から購入されるエネルギー量の減少は低い。例えば、ローカルノードＮ７はノード内均衡化のみの場合よりも多くのエネルギーを公共事業／外部電力網から購入しなければならないため、ローカルノードＮ７は均衡化パフォーマンスが低下する。これは、エネルギー余剰が、ローカルに貯蔵されることが可能なのに他のローカルノードに貸し出され、後でエネルギーが必要になったときに他のローカルノードから入手可能でない場合に起こり得る。
【０１０２】
風力発電ノードの場合（図２３ｂ）、全ローカルノードＮ１〜Ｎ１０が、追加的に負荷の５％まで、入手可能なローカルノードコミュニティ再生可能エネルギーから電力供給されて協調の利益を受ける。均衡化パフォーマンスの最高の改善は、混合発電の場合（図２３ｃ）に達成される。この場合、全ローカルノードＮ１〜Ｎ１０で、外部公共事業／電力網から購入されるエネルギー量が低減される。この場合、実際の改善は、ローカルノードおよびそのエネルギー源の種類に依存して異なる。風力発電ローカルノードも、他のローカルノードとの協調を通じてローカルノードコミュニティ再生可能エネルギーによってサービスされる負荷の部分が増大する。太陽光発電ノードは、この部分が１８％まで増大することによってさらに利益を受ける。この場合の均衡化パフォーマンスのさらなる最適化は、ローカルノード間の発電の変動を活用することによって達成される可能性がある。図２１および図２２が示すように、太陽放射度が低いときに風力エネルギーが利用可能である場合があり、その逆の場合もあるので、協調の機会が増える。
【０１０３】
図２４ａ〜図２４ｃは、さまざまなケースに対する本発明の第２４実施形態によるシステムのローカルノード間の全転送電力を示す。
【０１０４】
図２４ａ〜図２４ｃは、３つの異なるケースについて、シミュレーション期間にわたりローカルノード間で転送される全電力を示している。したがって、システム（すなわちローカルノードコミュニティ）内で現在ルーティングされている全発電量が示されている。このノード間均衡化電力は、４週間の全シミュレーション期間に対して与えられている。協調が最良の結果につながる混合エネルギーの場合にこの電力が最高になることがわかる。
【０１０５】
図２５ａ〜図２５ｃは、さまざまなケースに対する本発明の第２５実施形態によるシステムのローカルノードによってストレージから消費されるエネルギーを示す。
【０１０６】
図２５ａ〜図２５ｃには、３つの異なるケースについて、従来のノード内負荷分散（「ベースライン」）および協調的負荷分散（「協調」）に対するローカルストレージから消費されるエネルギーが示されている。図２５ａは、ローカルノードが太陽光発電のみの場合、図２５ｂはローカルノードが風力発電のみの場合、図２５ｃは混合発電の場合を表す。図２５ａ〜図２５ｃは、本発明の実施形態による協調的負荷分散が適用されるときに、ローカルストレージから消費されるエネルギーが少なくなることを示している。したがって、本発明の実施形態によるノード間均衡化は、ローカル電力ストレージの仮想的拡張とみなすことができる。ローカル電力ストレージの使用頻度が少なくなるため、電池の寿命が増大する。寿命は、全（充電）サイクル数によって制限されるからである。
【０１０７】
図２６ａ〜図２６ｃは、さまざまなケースに対する本発明の第２６実施形態によるシステムのローカルノードごとの電池サイクル数を示す。
【０１０８】
図２６ａ〜図２６ｃは、３つの異なるケースについて、４週間のシミュレーション期間にわたり、ローカルノードＮ１〜Ｎ１０ごとの電池サイクル数を示している。それぞれのケースにおいて、ノード内均衡化のみ（用語「ベースライン」で表す）に比べて、本発明の実施形態による協調的負荷分散が実行されるときに、電池サイクル数が減少する。協調が再生可能エネルギーの利用をほとんど向上させない太陽光発電のみのローカルノードＮ１〜Ｎ１０でも減少が達成される。
【０１０９】
図２７ａ〜図２７ｃは、さまざまなケースに対する本発明の第２７実施形態によるシステムのローカルノードごとの他のローカルノードへの貸出および他のローカルノードからの借入の全エネルギーを示す。
【０１１０】
図２７ａ〜図２７ｃは、３つの異なるケースについて、ローカルノードごとの他への貸出および他からの借入の全エネルギーを示している。太陽光または風力発電のみのノードの場合、全ローカルノードは同程度の量の再生可能エネルギーを発生し、貸出と借入のエネルギーの差は、図２０に示した電力需要に由来する。混合発電の場合、風力発電ノードは太陽光発電ノードよりも多くのエネルギーを生成するため、ローカルノード間のクレジット不均衡が高くなる。ローカルノードのクレジット順位が高くなると、エネルギー余剰が割り当てられる交渉プロセス中の優先度の上昇が確実になるが、クレジット数の差が大きい場合には、その差を補償するためにユーザ間の合意を行うことができる。
【０１１１】
図２８ａ〜図２８ｃは、さまざまなケースに対する本発明の第２８実施形態による方法の均衡化方式を含むさまざまな均衡化方式を用いた、公共事業エネルギーによってサービスされる負荷の部分を示す。
【０１１２】
図２８ａ〜図２８ｃには、３つの異なるケースについて、相異なる均衡化方式で外部公共事業／電力網エネルギーによってサービスされる負荷の部分が示されている。図２８ａ〜図２８ｃは、ローカルノード間のエネルギーの共用のみ、すなわち、エネルギー貯蔵（ノード内均衡化）のないノード間均衡化によって、均衡化を適用しないとき（例えば、再生可能エネルギーが発生するときに発生する場所で使用される）に得られるよりもパフォーマンスが大幅に改善される。図２８ａ〜図２８ｃは、３つの異なる均衡化のケースにおいて、公共事業／外部電力網から購入されるエネルギーからサービスされなければならない負荷の部分を表している。「ベースライン（貯蔵なし）」という用語は、均衡化なしの場合を表し、この場合、エネルギーは発生したローカルノード内のみで、発生時に使用される。「ベースライン（貯蔵あり）」という用語は、前に考察した均衡化の場合であり、ローカルノードは６ｋＷｈ、２ｋＷの電力ストレージによるノード内均衡化を実行する。貯蔵なしの本発明の実施形態による「協調（貯蔵なし）」の場合、ノード間均衡化のみが実行される。最後に、「協調（貯蔵あり）」は、ノード内均衡化と、本発明の方法およびシステムの実施形態によるノード間均衡化との組合せに対応する。
【０１１３】
図２９ａ〜図２９ｃは、さまざまなケースに対する従来の負荷分散方法と本発明の第２９および第３０実施形態による方法との比較を示す。
【０１１４】
前の図１９〜図２８では、ローカルノードはまず他にエネルギー余剰を提供した後、残りのエネルギーがある場合にはそのエネルギーを自己のローカルストレージに貯蔵することができると仮定していた。これに対して、現在の発電に加えてエネルギーを必要としているローカルノードは、まずローカルエネルギーストレージを使用することを試み、それで十分ではない場合、他のローカルノードに対してエネルギーを要求する。そこで、図２９ａ〜図２９ｃは、３つの異なるケースについて、エネルギー余剰のときにローカルノードがまずできるだけ多くのエネルギーを貯蔵した後にのみ残りを他に提供する場合（これを「変形例Ａ」という用語で表す）の、本発明の実施形態による均衡化パフォーマンスを示している。この場合、ローカルノードは、協調により、パフォーマンスが低下し得ないことが保証される。というのは、これは、図２３ａの太陽エネルギーのケースにおけるノードＮ７の場合に該当するからである。
【０１１５】
図３０ａ〜図３０ｃは、さまざまなケースに対する従来の負荷分散方法と本発明の第３１および第３２実施形態による方法との比較を示す。図３１ａ〜図３１ｃは、さまざまなケースに対する従来の負荷分散方法と本発明の第３１および第３２実施形態による方法との電池サイクル数の比較を示す。
【０１１６】
さらなる変形例が、３つの異なるケースについて図３０ａ〜図３０ｃに示されている。図３０ａ〜図３０ｃは、ローカルノードのエネルギー余剰または不足がまず、ローカルノードコミュニティ内のローカルノードのネットワークを通じて均衡化され、ノード間均衡化を実行した後にのみ、ローカルストレージが使用されるという協調に基づく。図３０ａ〜図３０ｃは、この変形例（「変形例Ｂ」という）が、一部のローカルノードに対しては小さい均衡化改善を提供する一方、他のノードはパフォーマンスがわずかに低下することを示している。しかし、図３１ａ〜図３１ｃは、３つの異なるケースについて、電池サイクル数がさらに低減され、電池の寿命が増大することを示している。
【０１１７】
要約すると、本発明によれば、ローカルノードコミュニティのエネルギー共用方式に対する近隣間関係に基づくコミュニティ仮想貯蔵システムが可能となる一方、協調的負荷分散によりローカルコミュニティグリッドにおけるエネルギー効率が向上する。また、本発明によれば、ローカルな供給と需要のニーズを均衡化することにより、および、好ましくはクレジットに基づく共用履歴により、エネルギールーティングが可能となる。共用は、例えばローカルストレージと他のローカルノードの仮想ストレージとの共用基本設定によって影響されてもよい。
【０１１８】
また、本発明によれば、近隣間のクレジットに基づく貸出方式を通じて、同じローカルノードコミュニティからのローカルノードの協調に基づく仮想貯蔵システムにより負荷分散が可能となる。本発明は、外部公共事業／電力網とのやり取りを回避することで、ローカルな変動するエネルギー源の高度利用を可能にする。また、本発明によれば、好ましくは電池の形態で、エネルギー貯蔵装置の仮想的な拡張と、エネルギーストレージの長寿命化が可能となる。
【０１１９】
要約すると、本発明は、とりわけ以下の利点を有する。ローカルに発生したエネルギーをローカルノードコミュニティ内のローカルノード間で分配することができる。これにより、該当する場合には余剰エネルギーを販売したり、あるいは、公共事業や外部電力網から購入したりすることを必要とせずに、より高度なローカルな利用が行われる。また、本発明は、電池の長寿命化のような、エネルギーストレージの健全性にも良い効果を有するので、投資コストが低減される。また、貯蔵限界により貯蔵できない余剰エネルギーは、ローカルノード内のローカルな物理ストレージの仮想的なストレージ拡張としてローカルコミュニティネットワークを用いて、ローカルノードコミュニティ内で共用することができる。また、本発明は、エネルギーが入手可能になり貸出側ローカルノードが必要になったらエネルギーを返還することを制御するクレジットシステムを提供する。また、貯蔵システムは、小型ストレージを有するローカルノードに対して仮想的に拡張可能である。
【０１２０】
さらに、本発明によれば、ローカルコミュニティのメンバーが対話的な形でローカルノードコミュニティと直接関与する。本発明によれば、「コミュニティの共通プールにエネルギーの持分を貸し出す」ことに基づく構想が実現される。近隣間貸出方式により、共用へのコミュニティメンバーの意識や意欲を高め、直接「顔を合わせる」ことができる。また、本発明によれば、共通プールに基づく設計によるさまざまなローカル市場ビジネスモデルが実現可能となる。
【０１２１】
上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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