(57)【要約】  開示のものは、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、オンサイトでエネルギー蓄積及び電源入力を行うシステム及び方法である。このシステムは、電力会社管理部が、電力会社管理部及び顧客双方の電力計上でどれくらいのエネルギーが送られるのかを決定し管理するのを許容する一方で、エネルギーが、いつ、どの程度必要なのかを管理及び制御する。開示された実施形態において、電力会社は、電力供給（送電及び蓄電のいずれか一方）を制御して、仮想発電所として機能するシステム上で電力を決定する一方、エンドユーザは、オンサイトで電力消費評価の制御を維持する。開示されたシステムは、電力会社及びエンドユーザの間においてインターフェースを生成、管理及び制御することによって、これら２者のニーズの仲介役として機能する。【選択図】図１
2012514963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力会社によってエンドユーザに供給される電力に対する需要を一時的にシフトするシステムであって、
上記エンドユーザの近傍に配置され、電力会社からの交流電気エネルギーを受け取って、当該交流電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換して当該変換されたエネルギーを第１の期間蓄積するとともに、当該蓄積エネルギーを上記エンドユーザに供給して、当該エンドユーザの当該交流電気エネルギーに対する需要を、第２の期間削減するエネルギー蓄積ユニットと、
上記エネルギー蓄積ユニットの動作を制御して、上記エンドユーザへの上記蓄積エネルギーの供給を制御する制御装置と、
公益事業体管理部と上記制御装置との間にあって、当該公益事業体管理部による当該制御装置の動作の管理及び制御を許容して、上記蓄積エネルギーの蓄積及び当該蓄積エネルギーの上記エンドユーザへの供給を制御する通信リンクと、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
環境変数を検知して、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に環境データを供給する環境センサを更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
環境変数を検知して、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に、気象変数、条件／消費変数又はコスト変数に関する環境データを供給する環境センサを更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記通信リンクは、当該通信リンクを介して上記エネルギー蓄積ユニットからその動作データを上記公益事業体管理部に供給することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記エネルギー蓄積ユニットは、熱エネルギー、力学エネルギー、化学エネルギー、又は直流電気エネルギーの形態で、エネルギーを蓄積することを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記制御装置は、複数の上記エネルギー蓄積ユニットを制御することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記エネルギー蓄積ユニットは、上記蓄積エネルギーを複数の上記エンドユーザに供給することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記制御装置は、複数組のエンドユーザ集合体を制御することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記制御装置の動作を制御する上記公益事業体管理部は、公益事業会社、ＥＳＣＯ事業会社、需要反応集積会社、サードパーティエネルギー管理会社、又は、プログラム可能な論理回路で構成されることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項２記載のシステムにおいて、
上記環境データは、時間、温度、相対湿度、露点、紫外線指数、大気質指標、炭酸ガス排出量、気候帯、電力消費量、エネルギー需要量、エネルギー消費量、冷房度日、電力会社負荷分布、エネルギー網状態、現在電力価格、現在石油価格、現在プロパン価格、現在天然ガス価格、翌日価格、当日価格、電力会社収益、発電価格、送電価格、配電価格、及び、ＥＳＣＯ事業体収益からなるグループのうちの少なくとも１つのリアルタイム変数からなることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項２記載のシステムにおいて、
上記環境データは、推定温度、推定相対湿度、推定露点、推定紫外線指数、推定大気質指標、推定炭酸ガス排出量、推定電力消費量、推定エネルギー需要量、推定エネルギー消費量、推定冷房度日、推定電力会社負荷分布、推定エネルギー網状態、推定電力価格、推定石油価格、推定プロパン価格、推定天然ガス価格、推定翌日価格、推定当日電力価格、推定発電価格、推定送電価格、推定配電価格、及び、推定電力会社収益からなるグループのうちの少なくとも１つの推定された変数からなることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項２記載のシステムにおいて、
上記環境データは、上記エネルギー蓄積ユニットの位置において得られることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項２記載のシステムにおいて、
上記環境データは、上記エネルギー蓄積ユニットから離れた位置において得られて、上記制御装置に送られることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項２記載のシステムにおいて、
上記環境データは、複数のエネルギー蓄積ユニットからセンサを使用して検知されることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記エネルギー蓄積ユニットの動作の少なくとも一部、及び、上記エンドユーザへの上記蓄積エネルギーの供給制御は、エネルギーの時間依存値に基づいてなされることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムにおいて、
エンドユーザに供給される電力に対する需要の上記シフトの少なくとも一部は、発電価格、送電価格、又は配電価格の少なくとも１つに基づいてなされることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１記載のシステムにおいて、
エンドユーザに供給される電力に対する需要の上記シフトの少なくとも一部は、価格事象、信頼性事象、又は負荷バランス事象に応じてなされることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１記載のシステムにおいて、
上記公益事業体管理部と上記制御装置との間の上記通信リンクは、広域通信インターフェース、外部物理ネットワークインターフェース、及び、ワイヤレスネットワークインターフェースのうちの少なくとも１つを用いて実行されることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
電力会社によってエンドユーザに供給される電力に対する需要を一時的にシフトするシステムであって、
上記電力を発生させる中央発電所と、
上記中央発電所と上記エンドユーザとを接続して、当該エンドユーザに上記電力を供給する送配電ネットワークと、
上記発電と上記中央発電所から上記エンドユーザへの配電とを制御及び管理する公益事業体管理部と、
上記送配電ネットワークと上記エンドユーザとの間に配置され、上記エンドユーザに供給されるか又は当該エンドユーザによって発電された電気エネルギー量を計測する電力計と、
上記電力計のエンドユーザ側に配置され、エネルギーを蓄積して上記エンドユーザにエネルギーを供給するエネルギー蓄積ユニットと、
上記エネルギー蓄積ユニットの動作を制御して、上記蓄積エネルギーの上記エンドユーザへの供給を制御する制御装置と、
上記公益事業体管理部と上記制御装置との間にあって、当該公益事業体管理部による当該制御装置の動作の管理及び制御を許容して、上記蓄積エネルギーの蓄積及び当該蓄積エネルギーの上記エンドユーザへの供給を制御する通信リンクと、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、
環境変数を検知して、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に環境データを供給する環境センサを更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１９記載のシステムにおいて、
環境変数を検知して、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に、気象変数、条件／消費変数又はコスト変数に関する環境データを供給する環境センサを更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記通信リンクは、当該通信リンクを介して上記エネルギー蓄積ユニットからその動作データを上記公益事業体管理部に供給することを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記エネルギー蓄積ユニットは、熱エネルギー、力学エネルギー、化学エネルギー、又は直流電気エネルギーの形態で、エネルギーを蓄積することを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記制御装置は、複数の上記エネルギー蓄積ユニットを制御することを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記エネルギー蓄積ユニットは、上記蓄積エネルギーを複数の上記エンドユーザに供給することを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記制御装置は、複数組のエンドユーザ集合体を制御することを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記制御装置の動作を制御する上記公益事業体管理部は、公益事業会社、ＥＳＣＯ事業会社、需要反応アグリゲータ、サードパーティエネルギー管理会社、又は、プログラム可能な論理回路で構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２０記載のシステムにおいて、
上記環境データは、時間、温度、相対湿度、露点、紫外線指数、大気質指標、炭酸ガス排出量、気候帯、電力消費量、エネルギー需要量、エネルギー消費量、冷房度日、電力会社負荷分布、エネルギー網状態、現在電力価格、現在石油価格、現在プロパン価格、現在天然ガス価格、翌日価格、当日価格、電力会社収益、発電価格、送電価格、配電価格、及び、ＥＳＣＯ事業体収益からなるグループのうちの少なくとも１つのリアルタイム変数からなることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２０記載のシステムにおいて、
上記環境データは、推定温度、推定相対湿度、推定露点、推定紫外線指数、推定大気質指標、推定炭酸ガス排出量、推定電力消費量、推定エネルギー需要量、推定エネルギー消費量、推定冷房度日、推定電力会社負荷分布、推定エネルギー網状態、推定電力価格、推定石油価格、推定プロパン価格、推定天然ガス価格、推定翌日価格、推定当日電力価格、推定発電価格、推定送電価格、推定配電価格、及び、推定電力会社収益からなるグループのうちの少なくとも１つの推定された変数からなることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２０記載のシステムにおいて、
上記環境データは、上記エネルギー蓄積ユニットの位置において得られることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２０記載のシステムにおいて、
上記環境データは、上記エネルギー蓄積ユニットから離れた位置において得られて、上記制御装置に送られることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項２０記載のシステムにおいて、
上記環境データは、複数のエネルギー蓄積ユニットからセンサを使用して検知されることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記エネルギー蓄積ユニットの動作の少なくとも一部、及び、上記エンドユーザへの上記蓄積エネルギーの供給制御は、エネルギーの時間依存値に基づいてなされることを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項１９記載のシステムにおいて、
エンドユーザに供給される電力に対する需要の上記シフトの少なくとも一部は、発電価格、送電価格、又は配電価格の少なくとも１つに基づいてなされることを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項１９記載のシステムにおいて、
エンドユーザに供給される電力に対する需要の上記シフトの少なくとも一部は、価格事象、信頼性事象、又は負荷バランス事象に応じてなされることを特徴とするシステム。
【請求項３６】
請求項１９記載のシステムにおいて、
上記公益事業体管理部と上記制御装置との間の上記通信リンクは、広域通信インターフェース、外部物理ネットワークインターフェース、及び、ワイヤレスネットワークインターフェースのうちの少なくとも１つを用いて実行されることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
電力会社によってエンドユーザに供給される電力に対する需要を一時的にシフトするシステムであって、
上記電力を発生させる中央発電所と、
上記中央発電所と上記エンドユーザとを接続して、当該エンドユーザに上記電力を供給する送配電ネットワークと、
上記発電と上記中央発電所から上記エンドユーザへの配電とを制御及び管理する公益事業体管理部と、
上記エンドユーザの近傍に配置され、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して当該熱エネルギーを蓄積するとともに、当該熱エネルギーを上記エンドユーザに供給することによって、加熱又は空調のための電気エネルギーに対する当該エンドユーザの需要を削減する熱エネルギー蓄積ユニットと、
上記熱エネルギー蓄積ユニットの動作を制御して、上記電気エネルギーから上記熱エネルギーへの変換及び上記エンドユーザへの上記加熱又は空調の供給を制御する制御装置と、
上記公益事業体管理部と上記制御装置との間にあって、当該公益事業体管理部による当該制御装置の動作の管理及び制御を許容して、上記蓄積エネルギーの蓄積及び当該蓄積エネルギーの上記エンドユーザへの供給を制御する通信リンクと、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
電力会社によってエンドユーザに供給される交流電気エネルギーに対する需要を一時的に補う方法であって、
上記エンドユーザの近傍に配置されたエネルギー蓄積ユニットでもって、上記電力会社によって当該エンドユーザに供給される交流電気エネルギーの一部を蓄積するステップを備え、
上記交流電気エネルギーの一部を蓄積するステップは、
電力会社から交流電気エネルギーを受け取るステップと、
上記交流電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換するステップと、
上記変換エネルギーを、第１の期間蓄積するステップと、
を有しており、
上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、及び、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整する制御装置でもって、当該エネルギー蓄積ユニットの動作を制御するステップと、
公益事業体管理部が、当該公益事業体管理部と上記制御装置との間の通信リンクでもって、当該制御装置の動作を制御するステップと、
上記エネルギー蓄積ユニットから上記エンドユーザに上記蓄積エネルギーを供給することによって、当該エンドユーザの上記交流電気エネルギーに対する需要を、第２の期間補うステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、
少なくとも１つの環境変数を検知する少なくとも１つの環境センサから環境データを取得するステップと、
上記環境データを、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に送るステップと、
上記環境データに基づいて、上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、又は、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整するステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３８記載の方法において、
気象変数、条件／消費変数、及びコスト変数からなるグループのうちの少なくとも１つの環境変数を検知する少なくとも１つの環境センサから環境データを取得するステップと、
上記環境データを、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に送るステップと、
上記環境データに基づいて、上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、又は、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整するステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３８記載の方法において、
上記エネルギー蓄積ユニットからその動作データを取得するステップと、
上記動作データを、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に送るステップと、
上記動作データに基づいて、上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、又は、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整するステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３８記載の方法において、
上記制御装置を用いて、複数の上記エネルギー蓄積ユニットを制御するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３８記載の方法において、
上記電力会社が制御する上記エネルギー蓄積ユニットから複数の上記エンドユーザに、上記蓄積エネルギーを供給することによって、上記複数のエンドユーザの上記交流電気エネルギーに対する需要を、上記第２の期間補うステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３８記載の方法において、
上記制御装置を用いて、複数組のエンドユーザ集合体を制御するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３８記載の方法において、
少なくとも１つの環境変数を検知する少なくとも１つの環境センサから環境データを取得するステップと、
上記環境データを、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に送るステップと、
時間、温度、相対湿度、露点、紫外線指数、大気質指標、炭酸ガス排出量、気候帯、電力消費量、エネルギー需要量、エネルギー消費量、冷房度日、電力会社負荷分布、エネルギー網状態、現在電力価格、現在石油価格、現在プロパン価格、現在天然ガス価格、翌日価格、当日価格、電力会社収益、発電価格、送電価格、配電価格、及び、ＥＳＣＯ事業体収益からなるグループのうちの少なくとも１つのリアルタイム変数である上記環境データに基づいて、上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、又は、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整するステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項３８記載の方法において、
少なくとも１つの環境変数を検知する少なくとも１つの環境センサから環境データを取得するステップと、
上記環境データを、上記通信リンクを介して上記公益事業体管理部に送るステップと、
推定温度、推定相対湿度、推定露点、推定紫外線指数、推定大気質指標、推定炭酸ガス排出量、推定電力消費量、推定エネルギー需要量、推定エネルギー消費量、推定冷房度日、推定電力会社負荷分布、推定エネルギー網状態、推定電力価格、推定石油価格、推定プロパン価格、推定天然ガス価格、推定翌日価格、推定当日電力価格、推定発電価格、推定送電価格、推定配電価格、及び、推定電力会社収益からなるグループのうちの少なくとも１つの推定された変数である上記環境データに基づいて、上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、又は、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整するステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項３９記載の方法において、
発電価格、送電価格、配電価格、エネルギーの時間依存値、価格事象、信頼性事象、及び負荷バランス事象の少なくとも１つに基づいて、上記エネルギー蓄積ユニットの動作パラメータを最適化するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項３８記載の方法において、
広域通信インターフェースを用いて、上記公益事業体管理部と上記制御装置との間の上記通信リンクを実行するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項４９】
電力会社によってエンドユーザに供給される交流電気エネルギーに対する需要を一時的に補う方法であって、
上記エンドユーザの近傍に配置されたエネルギー蓄積ユニットでもって、上記電力会社によって当該エンドユーザに供給される交流電気エネルギーの一部を蓄積するステップを備え、
上記交流電気エネルギーの一部を蓄積するステップは、
電力会社から交流電気エネルギーを受け取るステップと、
上記交流電気エネルギーを熱エネルギーに変換するステップと、
第１の期間に上記熱エネルギーを氷の形態で蓄積するステップと、
を有しており、
上記エネルギー蓄積ユニットに供給される交流電気エネルギー量、及び、当該熱エネルギー蓄積ユニットから分配される熱エネルギー量を調整する制御装置でもって、当該熱エネルギー蓄積ユニットの動作を制御するステップと、
電力会社が、当該電力会社と上記制御装置との間の通信リンクでもって、当該制御装置の動作を制御するステップと、
上記熱エネルギー蓄積ユニットから上記エンドユーザに上記蓄積熱エネルギーを供給することによって、当該エンドユーザの上記交流電気エネルギーに対する需要を、第２の期間補うステップと、を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項５０】
電力会社によってエンドユーザに供給される交流電気エネルギーに対する需要を一時的に補う装置であって、
上記エンドユーザの近傍に配置されたエネルギー蓄積ユニットでもって、上記電力会社によって当該エンドユーザに供給される交流電気エネルギーの一部を蓄積する手段を備え、
上記交流電気エネルギーの一部を蓄積する手段は、
電力会社から交流電気エネルギーを受け取る手段と、
上記交流電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段と、
上記変換されたエネルギーを、第１の期間蓄積する手段と、
を有しており、
上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、及び、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整する制御装置でもって、当該エネルギー蓄積ユニットの動作を制御する手段と、
電力会社が、当該電力会社と上記制御装置との間の通信リンクでもって、当該制御装置の動作を制御する手段と、
上記エネルギー蓄積ユニットから上記エンドユーザに上記蓄積エネルギーを供給することによって、当該エンドユーザの上記交流電気エネルギーに対する需要を、第２の期間補う手段と、を更に備えることを特徴とする装置。
【請求項５１】
電力会社によってエンドユーザに供給される冷却に対する需要を満たす方法であって、
電力会社から交流電気エネルギーを受け取るステップと、
上記交流電気エネルギーを熱エネルギーに変換するステップと、
上記エンドユーザの近傍に配置された熱エネルギー蓄積ユニットでもって、上記熱エネルギーを蓄積するステップと、
上記エンドユーザが、当該エンドユーザに供給される上記冷却の供給期間及び供給量を制御するステップと、
公益事業体管理部が、上記エンドユーザへの上記冷却のエネルギー源を制御するステップと、を備えており、
上記エネルギー源は、熱エネルギーに変換される電気エネルギー、上記熱エネルギー蓄積ユニットからの上記蓄積熱エネルギー、又はこれらの組合せであることを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１記載の方法において、
複数の上記エンドユーザに供給される上記冷却のエネルギー源を制御するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５１記載の方法において、
上記公益事業体管理部が、上記熱エネルギー蓄積ユニットでもって、上記熱エネルギーの蓄積のタイミングを制御するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項５４】
電力会社によってエンドユーザに供給されるエネルギーに対する需要を満たす方法であって、
電力会社から交流電気エネルギーを受け取るステップと、
上記交流電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換するステップと、
上記エンドユーザの近傍に配置されたエネルギー蓄積ユニットでもって、上記変換されたエネルギーを蓄積するステップと、
上記エンドユーザが、当該エンドユーザに供給される上記エネルギーの供給期間及び供給量を制御するステップと、
公益事業体管理部が、上記エンドユーザへの上記エネルギーの源を制御するステップと、を備えており、
上記エネルギーの源は、電気エネルギー、上記エネルギー蓄積ユニットからの上記蓄積エネルギー、又は、これらの組合せであることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法において、
複数の上記エンドユーザに供給される上記エネルギーの源を制御するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５４記載の方法において、
上記公益事業体管理部が、上記エネルギー蓄積ユニットでもって、上記エネルギーの蓄積のタイミングを制御するステップを更に備え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、電力会社によってエンドユーザに供給される電力に対する需要を一時的にシフトするシステムに関する。
【０００２】
本出願は、２００６年１２月１４日に出願された、発明の名称が「冷凍装置」である米国特許出願番号１１／６１０，９８２の一部継続出願である。この米国特許出願番号１１／６１０，９８２は、２００４年１０月１５日に出願された、発明の名称が「冷凍装置」である米国特許出願番号１０／９６７，１１４の一部継続出願である。また、この米国特許出願番号１０／９６７，１１４は、２００３年１０月１５日に出願された、発明の名称が「高効率エネルギー蓄積に基づく冷媒及び冷却システム」である米国分割出願６０／５１１，９５２を基礎とする優先権を主張する。上記出願の全体に開示された事項を参照として全てここに援用する。
【背景技術】
【０００３】
ピーク時の電力消費需要が増加する中で、氷蓄熱は、空調電力負荷をオフピーク時間帯及び料金帯にシフトするために利用されてきた環境に優しい方法である。ピーク時間帯からオフピーク時間帯への負荷シフトだけでなく、空調ユニットの容量及び効率の向上もまた必要とされている。エネルギー蓄積システムを備えた現行の空調ユニットは、大規模商業用建物においてしか実用的ではない水冷器に頼っているといった欠点があるため、その成果には限界があり、効率の向上は困難である。大規模及び小規模商業用建物において熱エネルギー蓄積の利点を実用化するためには、熱エネルギー蓄積システムの製造及び設計に費やすコストを最小限に抑えること、変動する動作条件下で最大効率を維持すること、冷媒管理構造の簡素化を図ること、及び、種々の冷却又は空調用途に対する汎用性を保つことが要求される。
【０００４】
蓄積エネルギー供給システムは、特許文献１〜３においてすでに検討されている。これらの特許はすべて氷蓄熱を利用して空調負荷をオンピーク電気料金帯からオフピーク電気料金帯へシフトさせることによって経済的効果を生む。これらの特許の教示及び開示内容はすべてここに援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４７３５０６４号明細書
【特許文献２】米国特許第４９１６９１６号明細書
【特許文献３】米国特許第５６４７２２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電力会社によってエンドユーザに供給される電力の需要を一時的にシフトするシステムを提供することにより、先行技術における短所や制限を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、電力会社によってエンドユーザに供給される電力に対する需要を一時的にシフトするシステムで構成され、当該システムは、上記エンドユーザの近傍に配置され、電力会社からの交流電気エネルギーを受け取って、当該交流電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換して当該変換されたエネルギーを第１の期間蓄積するとともに、当該蓄積エネルギーを上記エンドユーザに供給して、当該エンドユーザの当該交流電気エネルギーに対する需要を、第２の期間削減するエネルギー蓄積ユニットと、上記エネルギー蓄積ユニットの動作を制御して、上記エンドユーザへの上記蓄積エネルギーの供給を制御する制御装置と、公益事業体管理部と上記制御装置との間にあって、当該公益事業体管理部による当該制御装置の動作の管理及び制御を許容して、上記蓄積エネルギーの蓄積及び当該蓄積エネルギーの上記エンドユーザへの供給を制御する通信リンクと、を備える。
【０００８】
本発明の一実施形態は、電力会社によってエンドユーザに供給される電力に対する需要を一時的にシフトするシステムで構成され、当該システムは、上記電力を発生させる中央発電所と、上記中央発電所と上記エンドユーザとを接続して、当該エンドユーザに上記電力を供給する送配電ネットワークと、上記発電と上記中央発電所から上記エンドユーザへの配電とを制御及び管理する公益事業体管理部と、上記エンドユーザの近傍に配置され、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して当該熱エネルギーを蓄積するとともに、当該熱エネルギーを上記エンドユーザに供給することによって、加熱又は空調のための電気エネルギーに対する当該エンドユーザの需要を削減する熱エネルギー蓄積ユニットと、上記熱エネルギー蓄積ユニットの動作を制御して、上記電気エネルギーから上記熱エネルギーへの変換及び上記エンドユーザへの上記加熱又は空調の供給を制御する制御装置と、上記公益事業体管理部と上記制御装置との間にあって、当該公益事業体管理部による当該制御装置の動作の管理及び制御を許容して、上記蓄積エネルギーの蓄積及び当該蓄積エネルギーの上記エンドユーザへの供給を制御する通信リンクと、で構成されてもよい。
【０００９】
本発明の一実施形態は、電力会社によってエンドユーザに供給される交流電気エネルギーに対する需要を一時的に補う方法で構成され、当該方法は、上記エンドユーザの近傍に配置されたエネルギー蓄積ユニットでもって、上記電力会社によって当該エンドユーザに供給される交流電気エネルギーの一部を蓄積するステップ（電力会社から交流電気エネルギーを受け取るステップと、上記交流電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換するステップと、上記変換エネルギーを、第１の期間蓄積するステップと、を有する）と、上記エネルギー蓄積ユニットに供給されるエネルギー量、及び、当該エネルギー蓄積ユニットから分配されるエネルギー量を調整する制御装置でもって、当該エネルギー蓄積ユニットの動作を制御するステップと、公益事業体管理部が、当該公益事業体管理部と上記制御装置との間の通信リンクでもって、当該制御装置の動作を制御するステップと、上記エネルギー蓄積ユニットから上記エンドユーザに上記蓄積エネルギーを供給することによって、当該エンドユーザの上記交流電気エネルギーに対する需要を、第２の期間補うステップと、で構成されてもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態は、電力会社によってエンドユーザに供給される冷却に対する需要を満たす方法で構成され、当該方法は、電力会社から交流電気エネルギーを受け取るステップと、上記交流電気エネルギーを熱エネルギーに変換するステップと、上記エンドユーザの近傍に配置された熱エネルギー蓄積ユニットでもって、上記熱エネルギーを蓄積するステップと、上記エンドユーザが、当該エンドユーザに供給される上記冷却の供給期間及び供給量を制御するステップと、公益事業体管理部が、上記エンドユーザへの上記冷却のエネルギー源を制御するステップと、を備えており、上記エネルギー源は、熱エネルギーに変換される電気エネルギー、上記熱エネルギー蓄積ユニットからの上記蓄積熱エネルギー、又はこれらの組合せである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プロセス流体を冷却する際に使用するモードにおける高効率蓄冷冷却システムの実施形態を示す図である。
【図２】複数の蒸発器を用いて空調するように構成された高効率蓄冷冷却システムの実施形態を示す図である。
【図３】高効率蓄冷冷却システムの実施形態の構成要素の状態を示す表である。
【図４】外部制御及び環境検知能力を用いてエネルギー蓄積及び冷却を提供する冷凍装置の実施形態を示す図である。
【図５】消費サイトによって制御される、オンサイトでエネルギー蓄積を行う発電配電システムの概観を示す図である。
【図６】電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、オンサイトでエネルギー蓄積及び電源入力を行う発電配電システムの概観を示す図である。
【図７】電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、単一のエンドユーザに対してオンサイトで熱エネルギー蓄積及び電源入力を行う発電配電システムの一実施形態を示す図である。
【図８】電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数のエンドユーザに対して熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す図である。
【図９】電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数のエンドユーザに対して熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す図である。
【図１０】電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数のエンドユーザに対して中央集中熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す図である。
【図１１】電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数組のエンドユーザ集合体に対して熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は様々な形の実施形態を含み得るが、その具体的な実施形態を図面に基づいてここに詳細に説明する。本開示は発明の原理を例示するものに過ぎず、以下の具体的な実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
本開示の実施形態によれば、電力会社が最も効率的な設備を使用する、需要量の少ない時間帯（通常、夜間）に、その電力会社からの電力を利用するという利点が提案される。例えば、一般的に水流駆動の高効率発電機は、キロワット時（ＫＷＨ）約８９００ＢＴＵの熱量を発生させる。対照的に、ガスタービンのようなピーク時向けの高容量発電機は同等のＫＷＨ電力を発生するのに１４０００ＢＴＵもの熱量を発生させる。また、夜間は送電線の温度が低下するため、エネルギーを効率よく使用できる。さらに、空冷式空調システムでは、夜間運転によって凝縮ユニットの温度が低下するので、効率が向上する。
【００１４】
本開示の冷媒ベースの熱エネルギー蓄積冷却システムは、高効率で運転するのに用いられる多くのエネルギー蓄積システムのうちの一つの例であり、顕著な総エネルギー損失無しに電力使用量をシフトする総合システムを提供する。更に、オフピーク時の発電及びオフピーク時の圧縮機ベースの冷媒冷却の効率向上、各動作単位の総エネルギー消費量の正味の削減が達成される。
【００１５】
図１に高効率蓄冷冷却システムの実施形態を示す。ここに記載する実施形態では、付加的な構成要素を最小限に抑え、凝縮ユニットがエネルギー蓄積を行うために使用するエネルギー以上のエネルギーを殆ど使用しない。蓄冷冷却システムの構成は、各種の用途に使用できるように汎用性をもって設計されている。本実施形態では、蓄積エネルギーを利用して大規模商業用途の冷水を提供するか、あるいは複数の蒸発器に対して直接冷媒空調を行う。この構成においては、複数の動作モードが採用されていて、任意の構成要素を追加することが可能であり、最大効率でエネルギーを蓄積及び放出することを可能にする制御装置を組み込むこともできる。本システムは、凝縮ユニットに接続されて第１の期間で冷却エネルギーを蓄積し、第２の期間でその蓄積されたエネルギーを利用して冷却を行う。また、凝縮ユニット及び冷媒冷蔵システムの両方を同時に作動させて第３の期間で冷却を行うこともできる。
【００１６】
図１に示すように、高効率エネルギー蓄積冷却システムの実施形態を、本システムに内蔵された４つの主要な構成要素と共に説明する。空調ユニット１０２は従来の凝縮ユニットであり、コンプレッサ１１０及びコンデンサ１１１を用いて高圧液体供給ライン（高圧液体供給管）１１２を介して冷却管理ユニット１０４へと送られる高圧液体冷媒を生成する。冷却管理ユニット１０４は、製氷コイル１４２を有し、且つ、水又はその他の共融材料等の相変化液体が入った絶縁タンク１４０を含むエネルギー蓄積ユニット１０６に接続されている。空調ユニット１０２、冷却管理ユニット１０４及びエネルギー蓄積ユニット１０６は、負荷熱交換器１０８（室内冷却コイルアセンブリ）に対して効率的な冷却を行うように連携して作動することにより、本システムの主要な動作モードの機能を実行する。
【００１７】
さらに、図１に示すように、コンプレッサ１１０は、高圧液体供給ライン１１２を介して冷却管理ユニット１０４へと送られる高圧液体冷媒を生成する。高圧液体供給ライン１１２は分岐されており、油蒸留器／サージ容器１１６及び圧力作動スライドバルブ１１８に供給を行う。油蒸留器／サージ容器１１６は、低圧冷媒中の油を濃縮して、それを乾式吸引戻り管１１４を介してコンプレッサ１１０に戻すために用いられる。油蒸留器／サージ容器１１６がないと、油が蓄積容器内に残存するので、コンプレッサ１１０が油不足によって最終的に停止し、熱交換器の効果が汚損によって弱められてしまう。蒸気は油蒸留器／サージ容器１１６上部まで上昇して排気キャピラリ１２８から排出され、湿式吸引戻り管１２４へと再導入される。これは、熱交換器からの蒸気フローを油蒸留器／サージ容器１１６内で好ましい方向に促すために行われる。排気キャピラリ１２８又は類似の調整抽気装置の長さを利用して油蒸留器／サージ容器１１６内の圧力、ひいては沸騰速度及びシステム内の冷媒量が制御される。圧力作動スライドバルブ１１８は、冷却管理ユニット１０４のその他の部分を通らずに高圧液体冷媒を二次的に液体冷媒ポンプ１２０へ供給し、負荷ユニット１０８への直接供給を行う。
【００１８】
システムが作動すると、液体冷媒ポンプ１２０は、エネルギー蓄積冷却システムの負荷ユニット１０８内における負荷熱交換器１２２の蒸発器コイルに液体冷媒を供給する。低圧冷媒は、負荷熱交換器１２２の蒸発器コイルから湿式吸引戻り管１２４を介して蓄積装置又は総合冷却管理容器（ＵＲＭＶ）１４６及び製氷／排氷コイル１４２からなる内部熱交換器に戻される。低圧蒸気はＵＲＭＶ１４６の上部から排出され、油戻しキャピラリ１４８を介して油蒸留器／サージ容器１１６の底部から流れる蒸留油を多く含む冷媒とともに、乾式吸引戻り管１１４を介して空調ユニット１０２へ戻される。油戻しキャピラリ１４８は、油がシステムに再導入される速度を制御する。油を多く含む液体冷媒はＰトラップ１５０を通過する。これにより、不要な冷媒経路が排除（ブロック）され、油蒸留器／サージ容器１１６が空になる。
【００１９】
湿式吸引戻り管１２４は、ＵＲＭＶ１４６に接続されるよりも先に分岐器１３０に接続されている。分岐器は、混合相調節器１３２（ＴＲＶＴ）からの低圧冷媒を供給する。混合相調節器１３２は、コンデンサ１１１内に十分な量の液体が蓄積されている時にのみ開口して混合相冷媒を放出するバルブ（オリフィス）を有することにより、システム内の冷媒フローを調節する。このように、本システムを駆動させるコンプレッサ１１０は、冷却負荷に見合った高圧冷媒を供給するために作動させるだけでよい。混合相調節器１３２は、蒸気がシステムの低圧側（熱負荷部）に流れ込むことを防止し、蒸気が実質的にコンプレッサ１１０からＵＲＭＶ１４６へ供給されないようにする。その一方で、必要な圧力をコンデンサ圧力から蒸発器飽和圧力にまで降下させる。この結果、システムの全体効率が向上し、冷却管理ユニットの液体過剰供給特性が簡素化される。
【００２０】
絶縁タンク１４０は、製氷／排氷兼用コイル１４２（幾何学的に設計された螺旋コイル）を有する。このコイルは自然循環及び液体冷媒排出を行うように配置されており、上側が上部ヘッダアセンブリ１５４に、下側が下部ヘッダアセンブリ１５６にそれぞれ接続されている。上部ヘッダアセンブリ１５４は、絶縁タンク１４０から外側に冷却管理ユニット１０４まで延びている。冷媒が、製氷／排氷コイル１４２及びヘッダアセンブリ１５４，１５６を流れると、第１の期間においてコイルは蒸発器として機能し、絶縁タンク１４０内の流体１５２は凝固する。製氷／排氷コイル１４２及びヘッダアセンブリ１５４，１５６は冷媒回路の低圧側に接続され、自然循環又はポンプ循環及び液体冷媒排出を行うように配置されている。第２の期間において、暖気相冷媒が、製氷／排氷コイル１４２及びヘッダアセンブリ１５４，１５６を循環して氷１５２を融解することにより、冷媒凝縮機能が実行される。
【００２１】
一実施形態において、本システムで使用する絶縁タンク１４０は、蓋、壁及び底の断熱値がＲ１３〜Ｒ１５の二重壁のロトモールド製法によって製造されたプラスチック製タンクである。本システムは、通常、週単位よりもむしろ日単位で蓄氷／排氷サイクルを実行するので、加算断熱値はシステム全体の性能を顕著に改善しない。絶縁タンク１４０は、外部から取り付けられる冷却管理要素の接続ポイントと一体化していて、冷媒管の出口を備えている。絶縁タンク１４０は、水又は共融物質で満たされており、流体膨張時に流体水位を維持する排水口を組み込んでいる。
【００２２】
冷却管理ユニット１０４の中心となる装置は、総合冷却管理容器すなわちＵＲＭＶ１４６と呼ばれる蓄積容器である。ＵＲＭＶ１４６は、冷媒回路の低圧側にあって、いくつかの機能を実行する。ＵＲＭＶ１４６は、エネルギー蓄積期間及び冷却期間において、液体冷媒と冷媒蒸気とを分離する。ＵＲＭＶ１４６は、エネルギー蓄積期間において、絶縁タンク１４０内の製氷／排氷コイル１４２を介して自然循環する液体冷媒用の管を提供する。ＵＲＭＶ１４６は、蒸気分離容器でもあり、冷媒蓄積を行う。コンプレッサ１１０へ通じる乾式吸引戻り管１１４は、エネルギー蓄積期間においてＵＲＭＶ１４６上部の排出口によって形成される。乾式吸入戻り管１１４は、液体冷媒がコンプレッサへ戻るのを防止するように配置される。湿式吸入戻り管１２４は、エネルギー蓄積システムが冷却を行う期間に、ＵＲＭＶ１４６上部の入口から蒸発器（負荷熱交換器１２２）に接続するように設けられる。
【００２３】
上記第１の期間は、エネルギー蓄積期間すなわち氷にエネルギーを蓄積する期間である。コンプレッサ１１０の出力は、高圧液体（ＨＰＬ）に凝縮された高圧冷媒蒸気である。冷媒ポンプ１２０出口のバルブ（図示せず）は、通電されて負荷ユニット１０８との接続を閉じる。高圧液体は、もう１つの冷媒容器すなわち本システムの下側に接続されている油蒸留器／サージ容器兼用器１１６内で低圧液体冷媒に囲まれている。
【００２４】
上記第１の期間（エネルギー蓄積期間）中、油蒸留器／サージ容器１１６は油蒸留器であり、冷却期間中は冷媒サージ容器として機能する。エネルギー蓄積期間において、空調ユニット１０２からの高圧液体冷媒が流れる内部熱交換器は、一部を除く殆どの低圧液体溶媒が油蒸留器／サージ容器１１６に入ることを防止する。該容器内の冷媒は２つのキャピラリ管によって定められた速度で沸騰する。その２つのキャピラリ管のうちの１つは、油蒸留器／サージ容器１１６中の冷媒水位を制御する排気キャピラリ１２８である。もう１つは、油を多く含む冷媒を所定の速度で空調ユニット１０２内のコンプレッサ１１０へ戻す油戻しキャピラリ１４８である。ＵＲＭＶ１４６内の液体冷媒は、重力の作用を受け、油蒸留器／サージ容器１１６をＵＲＭＶ１４６管の底部近傍に配置することにより、油蒸留器／サージ容器１１６への液体冷媒供給フローが安定に維持される。この容器は、蒸気がＵＲＭＶ１４６又は液体冷媒ポンプ１２０に入るのを防止するＰ型のトラップ（液溜め）１５０を備えた低圧液体供給ライン（低圧液体供給管）１４４に接続されている。サージ機能により、冷却期間において過剰の冷媒が絶縁タンク１４０内の製氷／排氷コイル１４２から排出され、冷媒を凝縮するための表面積が最大に維持される。油蒸留器／サージ容器１１６の物理的配置は、蒸留器及びサージ容器としての性能を左右する一要因である。この油蒸留器／サージ容器１１６は更に、コンプレッサ１１０に戻されるべき冷媒と共に移動する油を戻すための経路を提供する。油蒸留器／サージ容器１１６から排出される、僅かにサブクールされた（冷媒の気相−液相転移温度よりも低温である）高圧液体冷媒は、圧力降下を生じさせる混合相調節器１３２（熱力学的冷媒蒸気トラップ）を通過する。
【００２５】
上記のように、冷却管理ユニット１０４には、空調ユニットから高圧液体供給ライン１１２を介して高圧液体冷媒が送られる。高圧液体冷媒は、油蒸留器／サージ容器１１６内の熱交換器を通過してサブクールされ、冷媒圧降下が生じる混合相調節器１３２へと流れる。混合相調節器１３２を使用することにより、液体冷媒圧力降下に加えて、各種の好ましい機能がもたらされる。エネルギー蓄積期間において、混合相調節器１３２を通過する冷媒の量が、製氷コイル１４２での冷媒沸騰速度に適合した値となる。これによって、冷媒水位の制御が不要となる。混合相調節器１３２は、サブクールされた液体冷媒を通過させるが、入口で蒸気（又はサブクールが不十分な液体）を感知すると閉鎖する。混合相調節器１３２の開閉による冷媒の脈動作用が、閉鎖された管内に定在波を生じさせるため、液体冷媒に対してハンマー効果をもたらす。これにより、エネルギー蓄積期間において製氷コイル１４２内の液体冷媒が攪拌されて熱交換が向上し、液相冷媒及び気相冷媒の分離が促進される。混合相調節器１３２は、ＵＲＭＶ１４６と連動して空調ユニット１０２から液体冷媒を排出させ、その表面積を凝縮に利用できる状態にする。混合相調節器１３２は、空冷式凝縮ユニットの圧力水頭が周囲温度に伴って変動することを許容する。本システムにおいては、膨張式冷却装置に直接接続される大多数の凝縮ユニットにとって必須である過熱及びサブクール回路を必要としない。
【００２６】
混合相調節器１３２を調整することにより、エネルギー蓄積冷却システムは標準的な４段階手法で製氷を行う。混合相調節器１３２から排出された低圧液体冷媒は、冷媒の自然循環をアシストするために、分岐器１３０を通過して、ＵＲＭＶ１４６への入口と製氷コイル１４２の上部ヘッダアセンブリ１５４との間に位置するエゼクタ（又は注入ノズル）へ向かう。分岐器１３０は、液体冷媒の圧力及び流量を低減させる。期エネルギー蓄積間において、エゼクタは冷媒が分岐器１３０から排出される際に圧力降下を生じさせる。これにより、製氷コイル１４２内での冷媒循環速度が増し、システム性能が向上する。
【００２７】
混合相調節器１３２はまた、ＵＲＭＶ１４６内にて一定圧を維持することにより、蒸発器の負荷に応じて冷媒流量を変化させる。これにより、凝縮圧が周囲温度に伴って変動する。周囲温度が低下すると、コンプレッサ１１０の圧力水頭が低下する。混合相調節器１３２は、液体冷媒を通過させるが、蒸気を感知するとそれを遮断する。つまり二相混合物を「トラップ」に保留する。混合相調節器は、（濃縮されている）液体を通過させるが、低密度ガスが通過すると閉じられる。蒸気はコンデンサ１１１まで戻され、さらに凝縮されて液体になる。混合相調節器１３２は、（一旦較正されれば）自動調節型であり、付随的な損失（断熱膨張）を生じない。また、混合相調節器１３２は、蒸気を液体から取り除き、低圧側に脈動作用をもたらすことによって、熱交換器のコイル内での効率を向上させる。上記のように、混合相調節器１３２は、低圧液体を通過させるために開放され、高圧側で蒸気を閉じ込めて調節器の低圧側で脈動作用を発生させるために閉鎖される。この脈動作用は沸騰段階で分岐回路の内壁をさらに湿らせるため、熱交換が促進される。
【００２８】
上記低圧液体はＵＲＭＶ１４６に入り、液体成分と蒸気成分とに分離される。液体成分はＵＲＭＶ１４６を所定の水位まで満たし、蒸気成分は空調ユニット１０２のコンプレッサへ戻される。通常の直接膨張式冷却システムでは、蒸気成分はシステム全体を循環するため、効率が低下する。本実施形態では、蒸気成分は即座にコンプレッサ１１０へ戻される。ＵＲＭＶ１４６内の液体冷媒は、エネルギー蓄積期間において２つの経路を通る。１つは油蒸留器／サージ容器１１６へ続く経路であって、流出速度はキャピラリ管１２８，１４８によって調整される。液体冷媒のもう１つの経路は製氷コイル１４２及び上部ヘッダアセンブリ１５４を介して下部ヘッダアセンブリ１５６へと続き、ＵＲＭＶ１４６を通過してコンプレッサ１１０へ戻る経路である。このような自然循環により、タンクが水等の相変化流体で充填されたときに、エネルギーが氷の状態で蓄積される。ＵＲＭＶ１４６内の液体冷媒は、冷媒が蒸気になるにつれて製氷コイル１４２中で低密度になっていく。この差によって自然循環が維持される。冷媒は、まず蒸気となり、その後、蓄積サイクルにおいて液体及び蒸気となり、そしてＵＲＭＶ１４６に戻される。液体は再びＵＲＭＶ１４６管に戻され、蒸気は空調ユニット１０２のコンプレッサ１１０に戻される。製氷は自然循環によって均一かつ確実に行われる。製氷コイル１４２のうちの１つがより多くの氷を製造すると、その熱流速度が低下する。そうすると、その隣のコイルが同等の熱流速度になるまでより多くの冷媒を受け取ることになる。
【００２９】
製氷コイル１４２の構成により、製氷蓄積期間においてコンプレッサ吸引圧を高く保つための製氷パターンが作成される。エネルギー蓄積期間の最終段階において、急速製氷が行われ、吸引圧が劇的に降下する。これはフル蓄積を意味し、調節可能な冷媒圧スイッチによって凝縮ユニットが自動的に停止される。
【００３０】
エネルギー蓄積期間中に空調ユニットがＯＮされると、高圧液体冷媒の作用により、圧力作動スライドバルブのスライド（ピストン）が負荷熱交換器１２２への冷媒の自由流動を遮断する。エネルギー蓄積システムが十分に蓄積され、空調ユニット１０２が停止すると、混合相調節器１３２が速やかに冷媒システムの圧力を均一化する。高圧液体がスライドを閉方向に押圧しなくなると、バネによってスライドが開位置に戻され、冷媒が無制限に負荷熱交換器１２２へと流れる。一実施形態において、負荷熱交換器１２２はエネルギー蓄積システムの下部に配置される。冷媒は重力を受けて満液式の蒸発器へと流れ、熱サイホンとして動作する。
【００３１】
要約すると、タンクが水で満たされて冷媒がコイルを循環するとき、第１の期間においてコイルは蒸発器として作用し、製氷及びエネルギー蓄積を行う。第２の期間では、冷媒はコイルを循環して氷を融解し、冷媒凝縮機能を実行する。このエネルギー蓄積及び放出の原理体系は、アイス・オンコイル、内部融解として公知である。各期間は、エンドユーザ、公益事業体（電力会社）、又は、システムに内蔵若しくは付属の任意の制御によって決定される。
【００３２】
本開示の実施形態は、熱エネルギー蓄積及び冷却を基本に行う冷媒を提供する高効率の冷凍装置を提供する。本システムがコンデンサユニットに接続されると、本システムは、第１の期間においてエネルギー蓄積能力を有し、第２の期間において蓄積エネルギーから冷却を提供する。本システムは、いずれの期間においても最小限の作動エネルギーしか必要とせず、第１の期間に本システムを稼動するのに要するエネルギーの残りは、第２の期間において追加の冷媒ポンプを使用する本システムを稼動するために必要となる。
【００３３】
図２に複数の蒸発器を有する空調用に構成された高効率蓄冷冷却システム（欧州及び極東地域において周知のミニスプリットシステムを含む）の実施形態を示す。図２に示すように、本蓄冷冷却システムには、各種の効果的なオプションを追加することが可能である。先に述べたように、冷却管理ユニット１０４内の液体冷媒ポンプ１２０は、本実施形態では、ミニスプリット蒸発器１６０として図示される負荷に冷媒を循環させるように、圧力作動スライドバルブ１１８の下流側に追加することができる。ミニスプリット蒸発器１６０の熱交換器のコイルには、液体過剰供給技術によって冷媒が直接供給される。湿式吸引戻り管１２４では、液体と蒸気の両方がエネルギー蓄積ユニット１０６へ戻される。蒸気は、氷１５２内の製氷／排氷コイル１４２によって凝縮され、液体冷媒は、液体冷媒ポンプ１２０の入口へと戻される。エネルギー蓄積期間において使用可能であった過剰の冷媒は油蒸留器／サージ容器１１６に蓄積される。図２に圧力作動スライドバルブと共に示される冷媒経路のオプションにより、空調ユニット１０２及びエネルギー蓄積ユニット１０６の両方が負荷ユニット１０８のミニスプリット蒸発器１６０のための凝縮を行うことになる。これは「プッシュ（Ｐｕｓｈ）」モードと呼ばれるもので、第３の期間において動作する。
【００３４】
製氷／排氷コイル１４２を構成する複数のコイルは、該製氷／排氷コイル１４２と物理的に接触しかつ氷の境界外に水を排出するための経路を形成する複数の受動的排出管１６４を有する受動的排水システムを備えていてもよい。これらの受動的排出管１６４は、コイル間の適当な間隔を維持する支柱と共に輸送中にコイルを機械的に保護する。任意のエアーバブラー、送水ポンプ、攪拌器、循環器等を組み込んで、いずれの方向にも流れを促進させる流体を積極的に排出することができる。流体／氷１５２間の排出及び熱交換を更に行うために、受動的排出フィン１６２を、上部ヘッダアセンブリ１５４、下部ヘッダアセンブリ１５６又はエネルギー蓄積ユニット１０６内のその他の熱交換面で用いてもよい。
【００３５】
上記複数のコイルは更に、該コイルと物理的に接触しかつ氷の境界外に水を排出するための経路を形成する複数の管を有する受動的排水システムを備えていてもよい。これらの管は、コイル間の適当な間隔を維持する支柱と共に輸送中にコイルを機械的に保護する。任意のエアーバブラー、送水ポンプ、攪拌器、循環器等を組み込んで、いずれの方向にも流れを促進させる流体を積極的に排出することができる。
【００３６】
図３は、３つの期間及びモードで作動する高効率蓄冷冷却システムの実施形態の構成要素の状態を示す表である。図３に示すように、３つの期間及びモードにおける空調ユニット１０２、油蒸留器／サージ容器１１６、製氷／排氷コイル１４２及び圧力作動スライドバルブ１１８の状態がそれぞれ記載されている。例えば、第１の期間において、エネルギー蓄積モード中、空調ユニット１０２はＯＮ状態であり、油蒸留器／サージ容器１１６は油蒸留器として作動し、製氷／排氷コイル１４２は下から上へ流れる冷媒を用いて製氷を行い、圧力作動スライドバルブ１１８は閉状態となっている。
【００３７】
この製氷（エネルギー蓄積）サイクル中、空調ユニット１０２は、システムに高温液体冷媒を供給する。循環路は、コンデンサ１１１からの高圧液体から始まって冷媒を低圧液体に変える混合相調節器１３２（フロート）を通過し、ＵＲＭＶ１４６に流れ込む経路をたどる。本システムでは、低温液体はエネルギー蓄積ユニット１０６の熱交換器の下部ヘッダアセンブリ１５６に供給され、そこで絶縁タンク１４０内の水の殆どが徐々に凍結される。気相冷媒は上部ヘッダアセンブリから排出されてＵＲＭＶ１４６へ戻る。残った液体はＵＲＭＶ１４６底部へ落下し、製氷／排氷コイル１４２を通って再び循環する。得られた「乾燥」低圧蒸気はＵＲＭＶ１４６から排出され、サイクルが再開する。
【００３８】
第２の期間において、冷却モード中、つまり冷却又は氷融解（放熱）サイクルでは、空調ユニット１０２がＯＦＦ状態であり、油蒸留器／サージ容器１１６はサージ容器として作動し、製氷／排氷コイル１４２は上から下へ流れる冷媒を用いて凝縮を行い、冷媒ポンプ１２０及び圧力作動スライドバルブ１１８は開状態となっている。
【００３９】
ピークエネルギー期間（又は電力会社にとって有利な他の期間）、システムに接続された空調ユニット１０２はＯＦＦされ、システムは製氷サイクルで製造された氷を排出する。システムは氷によるエネルギーシンクを放出して冷却を行う。本開示の実施形態においては、システムモジュールによる２つの冷却サイクル方法、すなわち負荷シフト及び負荷平準化がある。負荷シフトでは単一冷却回路、つまり通常の蒸発器コイルに接続されて顕熱冷却及び潜熱冷却の両方を行うシステムを用いる。負荷平準化モードでは、２つの別々の冷却回路、つまり顕熱冷却（循環空気からの熱の除去）を行うための顕熱蒸発器回路と、潜熱冷却（湿度除去）を行うための別の氷蒸発器とを用いて冷却を行う。通常の空調ユニット１０２及び大型の蒸発器コイル（負荷ユニット１０８）が顕熱蒸発器回路を構成し、第２の蒸発器コイル及びエネルギー蓄積ユニット１０６が氷蒸発器回路を構成する。負荷平準化システムのその他の実施形態においてこれらを逆にすることも可能である。
【００４０】
負荷シフトモードにおける冷却回路及び負荷平準化モードにおける氷蒸発器回路は、どちらも蒸発器コイル（負荷ユニット１０８）に接続されているという点で基本的に類似している。両者の違いは負荷シフトモードにおいて負荷ユニット１０８が顕熱冷却及び潜熱冷却の両方を行うのに対し、負荷平準化モードでは負荷ユニット１０８が主に潜熱冷却を行うことである。このことにより、多様な構成において異なる機能を同一基本構造のコイルによって実行することができる。
【００４１】
氷融解サイクルにおいて、冷媒ポンプ１２０は負荷ユニット１０８に冷媒を送るための駆動力となる。標準的な空調システムと比較して、このシステムの特異な点は、屋内ユニット（エアハンドラー及び負荷ユニット１０８）とエネルギー蓄積ユニット１０６との間に１５０フィート（４５．７２ｍ）の距離があってもよいことである（通常は最大８０フィート（２４．３８４ｍ））。これは、油蒸留器／サージ容器１１６が液体受容器として機能し、長いラインを横断するのに必要な追加の液体冷媒量を調節するからである。標準的な空調システムでは、そのような距離があると液体不足が起こり、性能が低下する。このことにより、本開示のシステムを、通常のスプリット空調装置と比べてはるかに大きな建物に適用することが可能となる。
【００４２】
この種の冷却装置の主な用途としては、日中時の空調によるピーク電力需要の負荷シフトが挙げられる。夏期のピーク時における高電力需要を避けるため、主として２つの方法がある。１つは負荷制限と呼ばれる方法であって、ピーク時にコンプレッサを停止して氷等の蓄積エネルギーを用いて冷却を行う方法である。もう１つは負荷平準化と呼ばれる方法であって、小型のコンプレッサを連続的に作動させる方法である。冷却需要が低い期間にエネルギーを氷として熱的に蓄積する。需要が中程度のときには、小型コンプレッサユニットがその負荷要求に対応する。要求されたエネルギーを小型コンプレッサで供給しきれない高需要時は、氷を融解してシステム容量を補完することにより、その差を埋め合わせる。空調需要の低い間の製氷期間は、短くて３時間又は長くて１０時間であるピーク需要時と比較して、１２〜１４時間と長くしてもよい。
【００４３】
以下に負荷シフトモード及び負荷平準化モードでの氷蒸発回路のための冷媒フローを説明する。氷融解（放熱）サイクルにおいて、エネルギー蓄積ユニット１０６の製氷／排氷コイルはコンデンサとして作用し、負荷ユニット１０８からの気相冷媒を取り込んで凝縮する。低温液体冷媒（３２°Ｆ（０℃）〜５８°Ｆ（１４．４℃））は液体冷媒ポンプ１２０を介して負荷ユニット１０８へ循環する。負荷ユニット１０８が冷却管理ユニット１０６の下側であって十分に近いところにある場合には、このサイクルは完全な密度差をもって（熱サイホンとして）作動する。したがって、この場合には液体冷媒ポンプ１２０は不要となり、エネルギー消費が削減できる（システム効率が向上する）。この回路は低圧液体冷媒及び気相冷媒のみを使用する。
【００４４】
氷蒸発回路でのステップは、以下の通りである。
１．液体冷媒ポンプ１２０を介して、液体冷媒がＵＲＭＶ１４６からポンプ排出されて、負荷ユニット１０８へと送られる。
２．液体冷媒が負荷ユニット１０８で沸騰、蒸発する。
３．気体と液体との混合物が、負荷ユニット１０８から湿式吸引戻り管１２４を通してＵＲＭＶ１４６へと戻される。
４．液体冷媒がＵＲＭＶ１４６の底部に落下する。
５．気相冷媒の殆どがＵＲＭＶ１４６に入らずに、冷却サブユニット（コイル）内の凝縮冷媒の吸引圧によって、エネルギー蓄積ユニット１０６の熱交換器に入る。
６．気相冷媒が、製氷／排氷コイル１４２に入り、下部ヘッダアセンブリ１５６で液体に凝縮される。
７．液体冷媒が、下部ヘッダアセンブリ１５６から排出されて、ＵＲＭＶ１４６の底部に回収される。
８．上記サイクルが繰り返される。
【００４５】
負荷シフトモードでは、エネルギー蓄積ユニット１０６のみが上記ピーク時においてエネルギーを使用する冷却システムとなる。したがって、エネルギー利用の大部分（最大１００％）を、その他のオフピーク時にシフトすることができる。負荷シフト機能の目的は、電力需要をオフピーク時にシフトすることである。空調ユニットが低い周囲温度で稼動して、電力需要がピーク時からオフピーク時にシフトされるため、全体的な需要が低減され、効率が向上する。
【００４６】
負荷平準化モードでは、２つの別々の冷却回路を使用して冷却を行う。第１の回路は、その他の冷却システムから供給されて顕熱冷却を行うことが好ましい。ここに開示される実施形態では、第２の冷却回路である氷蒸発器回路の一部として使用される。本開示のシステムは、極めて効果的な潜熱冷却を行う。なぜなら、これは最も標準的な空調システムと比較してはるかに低温（低圧）の冷媒を負荷ユニット１０８へ供給するからである。結果として、得られる露点が低いため、空気中により多くの水分（潜熱エネルギー）が与えられる。負荷平準化モードで本システムを使用して潜熱冷却を行うことにより、顕熱冷却専用の空調システムのサイズを小さくすることができる。小型の空気処理システムを使用することも可能である。理想的なのは、第１コイルでの除湿（潜熱冷却）を排除し、第２コイルだけでそれを行うことである。第１冷却回路の効率を向上させ、本システムを利用して第２回路に冷却を供給することにより、ピーク需要が低減し、冷却需要に依存して、（従来の単一空調システムに比較して）全体効率が向上する。
【００４７】
負荷平準化構造において、本システムは、冷却負荷が最小であるか又はエネルギー管理システムによって設定されるピークの前後又は冬期においても、ピーク電力需要をさらに小さくするように全冷却負荷を供給することができる。
【００４８】
最後に、第３の期間における「プッシュ」モード（図３のＰＵＳＨモード）では、空調ユニット１０２はＯＮ状態であり、油蒸留器／サージ容器１１６は油蒸留器／サージ容器兼用器として作動し、製氷／排氷コイル１４２は上から下へ流れる冷媒を用いて凝縮を行い、冷媒ポンプ１２０及び圧力作動スライドバルブ１１８は開状態である。「プッシュ」モードでは、（製氷のための）システムに付随するコンプレッサ１１０が負荷ユニット１０８に対して直接冷却（製氷）を行う。これにより、氷を使い切った後に冷却を行う、ピーク時に（氷に加えて）さらに容量を追加する、更なるコスト削減のために後に氷を残しておく、といったさまざまの効果がもたらされる。
【００４９】
通常、製氷のタイミングは、例えばｋＷｈあたりの価格といったエネルギーコストだけに対応するために計算される。しかしながら、この計算によって、全エネルギーコストに間接的に影響を及ぼす、夜間の各時間帯におけるシステムの効率に対応することもまた可能である。夜間の効率は周囲温度及び天候条件によって異なる。夜間の温度は、通常、測定プロフィール（日の出直前が最も低い）に従うので、これを用いて製氷時間を最適化することができる。しかしながら、天気予報及びその他のフィードフォワード機構を用いて製氷時間を最適化することも可能である。製氷時間の最適化においては、ノイズ、利便性、最大消費量閾値等のような各種制約及び要因が考慮される。
【００５０】
製氷は、予測される冷却需要に応じて最適化することもできる。つまり、計算又はルールによって（次のサイクル又はある一定の期間は）製氷の必要がないとされたときに、製氷を行わないようにすることは経済的に有益である。本システムは、施設の冷却のためだけに構成される必要はなく、人間の快適性のために構成されていてもよい。本システムは、どのような目的のためにも冷却を行うことができ、プロセス中の別の液体を冷却することもできる。供給容量（速度）は、蒸発器又は負荷ユニット１０８をバイパスして（例えば液体冷媒ポンプ１２０から）システムに出力の一部を直接供給するバルブを介して調節することができる。
【００５１】
本システムは、凝縮によって自ら十分な量の水を生じさせるので、蒸発のために絶縁タンク１４０に補充を行う、といった必要はない。凝縮によって生じた過剰の水は、氷の上側から地面へ続くチューブを介して排出される。この経路がタンクへの高温空気フロー源となるのを防止するために、水トラップ又はその他のバルブシステムをチューブに配してもよい。
【００５２】
絶縁タンク１４０内に形成された氷塊１５２は、（冷媒蒸発により）頂部から底部へ、かつ、各製氷／排氷コイル１４２が設けられている内側部分から外側部分へ融解されるようになっている（コイルに接触している氷が先に融解される）。製氷／排氷コイル１４２に接触している氷がすべて融解すると、氷ではなく水がコイルに接触することになるが、水の「被覆」が頂部又は底部に溜められる可能性がある。この水被覆は、コイルから氷への伝熱率を低下させるが、効率及び作動条件は、上記被覆を介して水を循環させることによって向上する。このフローを作用させるためには、２つの事柄を満たす必要がある。すなわち、各製氷／排氷コイル１４２に沿って、解氷領域から解氷領域までの完全な経路を形成することと、フローを促すための手段を設けることである。上記経路を形成するには、受動的排出管１６４（銅管等の熱導体）を、コイルアセンブリの底部に向かうように配置して、排出管長手方向に沿って各製氷／排氷コイル１４２に物理的に結合させる。受動的排出管１６４は、製氷領域を通って解氷領域へと延出している。このような導体は複数追加してもよい。各導体は、それぞれ解氷領域から始まって各コイルの水被覆に結合する水の「被覆」を形成することにより、完全な経路を形成する。各コイルの頂部に、氷の頂部を通る別の被覆を形成するために、受動的排出管１６４を更に追加する。この導体は異なる構成のものであってもよく、ヘッダから上方へ延びる４本の軸であってもよいし、各コイルアセンブリの全長にわたって設けられる薄型導体フィンであってもよい。この方法は、水面がタンク内側にありかつこの水が完全に氷になったときに氷の上方に解氷領域が生じるように最適化される（氷の方が低密度なので水位は製氷時に実質的に上昇し、よって水位は最初からコイルアセンブリの上方にある必要はない）。水の経路を、解氷領域から各コイルへ、更には氷塊頂部へ続くように設けたため、水流促進の問題は解消される。受動的及び能動的な方法の両方が利用可能である。受動的な方法では、温度及び密度の成層化によって自然流を形成できる。能動的システムでは、水泡をタンク又は各コイルに導入するか、又は、ポンプで送水して循環させることによって、フローを促進することができる。
【００５３】
図４は、ソレノイドバルブ１６６を用いた、蓄冷冷却システムとして用いられる冷却装置の別の実施形態を示す。ソレノイドバルブ１６６は、図１の圧力作動スライドバルブ１１８の代替として構成されるものであって、氷融解サイクル中に開放され、製氷サイクル中に閉鎖される。圧力作動スライドバルブ１１８を使用する際は、製氷サイクルにおいて、コンプレッサから放出される高圧液体供給ライン１１２の圧力が高く、圧力作動スライドバルブ１１８のバネの力を上回ってしまう。そうすると、バルブのピストンが液体冷媒ポンプ１２０への入口ラインを閉鎖する最遠位置に移動し、液体フローを妨げる。氷融解サイクルにおいては、高圧液体供給ライン１１２の圧力は低いので、ピストンは最近位置に位置している。この状況で、バルブ入口及び出口の両方が開放され、冷媒は液体供給ポンプ１２０へ流れ込み、図１に示すように、更に負荷ユニット１０８へと流れる。
【００５４】
圧力作動スライドバルブ１１８及び高圧液体供給ライン１１２からの直接アクセスラインを排除することにより、冷媒は常にＵＲＭＶ１４６から液体冷媒ポンプ１２０へと流れるようになるが、そのフローはソレノイドバルブ１６６（本実施形態においては液体冷媒ポンプの下流側にある）によって調節される。この構成により、既成のバルブを使用することができ、圧力スイッチに頼ってフロー調節を行う代わりに、電子リレー式制御装置を用いて正確にフローを制御できる。図４に示す実施形態において、エネルギー蓄積装置（本実施形態では、冷却装置）の完全制御は、冷却管理ユニット１０４と連動してシステム動作を制御するために使用される制御装置１６８（本実施形態では、冷却管理制御装置）で行ってもよい。制御装置１６８は、アナログ、デジタル並びにリレー入力及び出力を備えかつプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）又はプログラマブルマイクロコントローラの形態で内蔵されたＰＣ型ボードやＩＣチップで駆動させてもよい。これによって、システムの汎用性が大幅に向上し、製造コストが低減する。また、その他の多様な用途及び装置の「スマートコントロール」が可能になる。
【００５５】
制御装置１６８は、複数の環境センサ１７２との通信によってリアルタイムデータ及び環境情報を受け取るようにしてもよい。これらの環境センサ１７２は、時間、温度、湿度（露点）、紫外線指数、大気質指標、炭酸ガス排出量、気候帯といった気象変数、電力消費量、エネルギー網状態、エネルギー需要量、エネルギー消費量、冷房度日、電力会社負荷分布といった条件／消費変数、及び／又は、発電コスト、電力価格、エネルギーの時間依存値、石油価格、プロパン価格、天然ガス価格、翌日価格、当日価格、発電価格、送電価格、配電価格、電力会社収益、ＥＳＣＯ事業体(Energy Service Company)収益といったコスト変数、又は、冷却装置が、例えば価格事象、信頼性事象、又は負荷バランス事象に応じて、いつどのように動作すべきかを決定するのに有用と考えられるその他各種の変数を計測する。これらの要素が、製氷サイクルにおいて、ユニットからのノイズが関係するときような動作や他のファクターを最適化する時間、速度及び特定の動作を変更させ得る。上記（冷却管理）制御装置１６８はまた、履歴及び環境データ並びに動作が蓄積されるデータ回収ユニット１７０を有していてもよい。このデータは、例えば「データヒストリアン」（Data Historian）などのように、システムの外部に蓄積されていて、ユニットの履歴データに基づいて動作を変更するために、部外者（例えば、公益事業会社、エネルギー供給会社、ＥＳＣＯ事業体、需要反応集積会社（需要反応アグリゲータ）、システムオペレータなど）又は冷却管理制御装置１６８によって利用されてもよい。
【００５６】
通信機器１７４を用いて、制御装置１６８との追加の通信を行ってもよい。この通信機器１７４は、電気通信１８０とのワイヤレスリンク１７６、ハードワイヤーリンク１７８（例えば、外部物理ネットワークインターフェース又は拡張インターフェース）、又は、ネットワーク／インターネット（例えば、広域ネットワーク、ブロードバンド・インターネット、電力線通信（ＢＰＬ）、衛星通信、光ファイバ通信、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、広域通信インターフェース、ラジオ無線システム、ページングシステムなど）を容易にするものである。このように、回収された履歴データをシステムからダウンロードするか、又は、例えば気象データ及び天気予報、太陽表等の特定の制御機能を装置にプログラムしてもよい。例えば局所的なエネルギー供給、コスト又は消費データ等のような、制御装置１６８の直接感知能力の範囲外である最新の一般状況又は予測される状況に基づき、外部制御入力又はデータを制御装置１６８に供給してもよい。履歴データ（制御装置が取り込んだもの又は外部からのもの）、環境データ、過去及び現在の予測、天候、エネルギー、コスト、あるいは効率又は所望の性能及び製氷／融解時間の最適化に対して顕著な影響を与えるその他のデータを用いて、様々な利用環境において装置の動作を最適化することができる。
【００５７】
ここに示す実施形態では、エネルギー蓄積ユニット（例えば熱エネルギー蓄積ユニット）の制御が通信リンク（例えば無線リンク１７６又はハードワイヤリンク１７８）によって実行されるものとして、詳細に述べる。エネルギー蓄積装置の最終の制御は、エンドユーザ、電力供給源（例えば公益事業会社（電力会社）又は配電ネットワーク）、又はサードパーティ管理会社によって行われる。
【００５８】
本開示の実施形態では、多種多様な熱負荷用途が上記システムと連動して適用されてもよい。本質的に、冷媒管を介して送られるいかなる冷却要求においても、これらのシステムを活用しうる。例えば牛乳の冷却、樹脂の射出成形の冷却、とれたての魚の冷凍、ガスタービン発電の吸気口冷却、船舶冷凍及び空調、並びに種々のプロセス冷却への応用などは、これらのタイプのシステムから恩恵を受ける。
【００５９】
図５は、消費サイトによって制御される、オンサイトでエネルギー蓄積を行う発電配電システムの概略図を示す。図５に示すように、従来の中央発電所２０６（パワーステーション、ジェネレーション・ステーション、パワープラントパワーハウスや他の発電施設）が、発電に利用されてきた。この発電所２０６は、燃料発電（例えば石炭、天然ガス、水素、バイオ燃料など）、太陽光発電、風力発電、水力発電、燃料電池、原子力発電、地熱発電などであろうが、多くの場合、架空送電線を通じて、送電線２１６を経由して、変圧器（図示せず）を使用して電圧を高圧から低圧又は逆に変換する変電所２０８に送られる（通常高圧で、例えば１１０ｋＶ以上で）。電力は、発電所と顧客との間の複数の変電所２０８を流れて、複数段階で電圧変化する。電力は、配電線２１８によって、変電所２０８からエンドユーザ又はサイト消費２１０の顧客に送られる。
【００６０】
中央発電所２０６と組み合わせて、分散発電又は分散エネルギー供給源２２０が利用され、多くの場合、送電網を通じて多くの更に小さな発電所を利用する。これら分散エネルギー供給源２２０のうちのいくつかは産業プロセスからの廃熱を利用し、その他の分散エネルギー供給源は、燃料又は埋立処分場ガスのように他では廃棄されるような他の技術を利用する。更に、風力、太陽光、グリッドレベルストレージ、揚水、燃料電池などはすべて、集積する自然エネルギーの密度が低いため、このような分散された発電源である。
【００６１】
この発電送配電ネットワークは、工業地、商業地及び住宅地のエンドユーザに利用される。以下の実施形態では、住宅地モデルを示す図５〜図１１にて述べるが、これらの実施形態は本発明の原理の例示であり、図示された特定の住宅地用途に限定されず、工業地用や商業地用といった更なる用途も含む。
【００６２】
典型的な住宅地において、サイト消費２１０は電力であって、電気器具、電子機器、暖房、照明及び空調装置によって消費される。より経済的でより環境に優しい生活をするために、新しい技術や装置がこれらエネルギー消費装置の運転を制御するために与えられてきた。これらは、プログラム可能なサーモスタットから、電力会社管理の直接負荷制御プログラムまで、様々な形をとってきた。これらのプログラムは、消費者の空調機や電気温水器に、電力会社がピーク電力需要時の短い期間に電気器具の電源をオフしたり、電源を一旦切ってすぐに入れなおすのを許可するスイッチを、電力会社が組み込むのを許可するのと引き換えに、信用証券を提供する。
【００６３】
典型的なサイト消費２１０に加えて、多くのエンドユーザは、特定のサイト消費の必要性に応じて配電線２１８を増やしたり相殺するために、サイト発電２１３に目を向けてきた。これらの例示において、エンドユーザは、太陽光（例えば能動的光電流、受動的光電流）、風力発電、水力発電、燃料電池などの発電装置をエンドユーザ側に据え付けてきた。多くの場合、このエネルギー生成量はサイトの消費量を超えており、エネルギー蓄積の方法や装置が、この余剰又は利用されていない電力を蓄積するために利用される。このタイプのエネルギー蓄積の一般的な例は、能動的又は受動的な太陽光エネルギーを利用するエネルギー蓄積であり、このエネルギー蓄積は、日中のピーク時に熱水又は高温固体の形で蓄積され、夜間に住宅の暖房に利用される。機械的形態（例えば、フライホイール）、化学的形態（例えば、燃料電池）、電気的形態（例えば、バッテリやコンデンサ）及び熱的形態（例えば、熱エネルギー蓄積（TES）又は熱水）といった多くの形態を採り得るエネルギー蓄積装置２１２は、制御装置１６８を使ってエンドユーザが制御する。この制御装置１６８によって、消費者は、サイト消費２１０向けの蓄積エネルギーを適切に利用できる。この従来モデルにおいては、中央発電所２０６、送電線２１６、補助的な分散エネルギー供給源２２０を有する変電所及びサイト消費２１０は、電力会社ドメイン２０２の支配下にあって、米国内の地域及び国家によって規制された、投資者所有の事業体、公営事業体、共同組合事業体、及び、国営事業体を含む公益電気事業体（電力会社）によって制御される。サイト消費２１０、サイト発電２１３及びエネルギー蓄積装置２１２、及び、エネルギー蓄積の制御（制御装置１６８）は、エンドユーザ・ドメイン２０４内にあって、施設又は住居の所有者によって制御される。エネルギー蓄積装置２１２をいつ利用するかを最終的に決定するのは、エンドユーザである。ごく少数の場合を除いて、電力会社によって管理された直接負荷制御プログラムのように、消費者がサイト消費２１０を完全に管理してきた。これら直接負荷制御プログラムは、消費者がもっとも必要とするときにサービスの消費を奪うことによって、ある程度の成功を収めてきた。
【００６４】
図６は、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、オンサイトでエネルギー蓄積及び電源入力を行う発電配電システムの全体図を示す。図６に詳細に示すように、中央発電所２０６は、架空送電線を通じて、送電線２１６を経由して変圧器（図示せず）を使用することで電圧が高圧から低圧又は逆に変えられる変電所２０８に送られる電気を生成するのに用いられる。電気は、変電所２０８から配電線２１８によってエンドユーザ又はサイト消費２１０の消費者に送られる。この特定の実施形態において、変電所２０８を通過する電力は、電力会社管理制御装置２１４によってモニタされ、管理され、制御される。電力会社管理制御装置２１４は、エネルギー蓄積装置２１２を操作してエネルギー蓄積装置２１２とサイト消費２１０との間のインターフェースを管理する制御装置１６８と通信している。
【００６５】
本実施形態において、エネルギー蓄積装置２１２は、電力会社管理制御装置２１４によってモニタされ、管理され、制御されていて、図５の実施形態のようにエンドユーザによって制御されない。つまり、エンドユーザ・ドメイン２０４は、サイト消費２１０及びサイト発電２１３に制限され、電力会社ドメイン２０２は、中央発電所２０６と、送電線２１６と、補助的な分散エネルギー供給源２２０及び配電線２１８を備えた変電所２０８とを含み、更に追加的に電力会社／サードパーティ・ドメイン２２２を包含する。電力会社／サードパーティ・ドメイン２２２は、本実施形態において最終消費者には目につかない仮想発電所２５０として機能するエネルギー蓄積装置２１２及び制御装置１６８を含む。電力会社管理制御装置２１４に加えて、又は、電力会社管理制御装置２１４の代わりに、仮想発電所２５０は、電力会社管理制御装置２１４とは別体のものとして機能するサードパーティ管理制御装置２２４によってモニタされ、管理され、制御される。これにより、電力会社は、仮想発電所２５０の更なるモニタ、管理又は制御に従事することなく、従来のように電力会社ドメイン２０２のすべてに亘り制御を維持できる。図５の実施形態のように、分散発電又は分散エネルギー供給源２２０は、装置レベルで統合される方法で中央発電所２０６と組み合わせて利用され、エンドユーザには機能上目に見えず、そして、中央発電所２０６が重い負担をかけられ又は顧客ベースへの電力供給が不十分なときに、サービスの拒絶や削減を課さない。したがって、エンドユーザは、電力会社への影響に対する認識や考慮なしに冷却を制御し、それと同時に、電力会社はエンドユーザのエネルギー需要（例えばＡ／Ｃ制御）判断の認識や考慮なしに供給されるエネルギーの供給源を管理する。
【００６６】
本実施形態のシステムは、複雑な通信、安全性、制御及びセキュリティ問題といった重荷を負わず、スマートメータ、プログラム可能な通信サーモスタット、是正措置スキーム、局所発電のような従来利用された装置と良好に連動して、エンドユーザの電力計の裏側で作動するシステムのように、管理及び互換性の問題を回避する。電力会社管理部の観点から、発電所は、要求に応じた電力、制御プログラム構造及びデータ履歴を供給する能力のような基本的かつ重要な特徴を有する。詳細な実施形態における仮想発電所２５０は、これら基本的かつ重要な特徴をまねていて、要求に応じた電力、制御プログラム構造及びデータ履歴を供給する能力を備えた電力会社管理部（公益事業体管理部）を提供する。つまり、電力会社管理部の観点から、仮想発電所２５０は、他の発電所のように視認したり動作したり反応したりするように設計されるが、この場合、電力は、電力計の反対側にあるエンドユーザ１０９のサイトに配置されたエネルギー蓄積から取り出される。
【００６７】
特定の実施形態を示す目的で、公益事業体管理部は、電力会社及び消費者のニーズを分析し、制御装置１６８に、エネルギー蓄積装置２１２及び／又は仮想発電所２５０の動作を制御する特定の命令を実行するように命令する事業体として示されている。この例を制限する目的ではなく、公益事業体管理部は、特に電力会社の一部ではないサードパーティ管理部（例えば契約サービスプロバイダ）でもよく、又は、電力会社の条件及び環境に応じて自動的に、又は、予めプログラムされた上記動作を管理するプログラム可能な論理回路一式でもよい。これらプログラム可能な論理回路は、システムの至るところに配置されて存在し、システムハードウェアのいかなる部分の範囲にも限定されない。例えば、プログラム可能な論理回路は、制御装置１６８に組み込まれて、仮想発電所２５０は局所的に管理される。
【００６８】
典型的な住宅地又は商業地において、サイト消費２１０は電力であり、従来の装置によって消費される。消費者の空調機や電気温水器に、電力会社がピーク電力需要時の短い期間に電気器具の電源をオフしたり電源のオン／オフを繰り返したりすることができるスイッチを電力会社が組み込む代わりに、電力会社管理制御装置２１４及び／又はサードパーティ管理制御装置２２４がエネルギー蓄積装置２１２及び仮想発電所２５０を完全に管理する。この場合、消費者は、電気器具を最も必要とするときにその使用を拒否されない。その代わりに、サイト消費２１０に供給されたエネルギーは、サイト消費２１０が遮られないように、かつ、この制御（電力会社管理制御装置２１４及び／又はサードパーティ管理制御装置２２４）が快適制御の観点からエンドユーザに機能的に目立たないか又は認識されないように、モニタされ、管理され、制御される。
【００６９】
エネルギー蓄積装置２１２は、オフピーク時に交流電力を受け取り、その交流電力を他の非ＡＣ形式のエネルギー、すなわち、熱エネルギー（例えば加熱、冷却、氷など）、力学エネルギー（例えばフライホイール、揚水、圧縮ガスなど）、直流電気エネルギー（例えばバッテリ、コンデンサなど）、化学エネルギー（例えば燃料電池、加水分解など）に変換して、ピーク需要時に使用するためにエネルギーを蓄積する。図７〜図１０の実施形態で詳細に示すように、熱エネルギー蓄積装置１０５が、これらピーク需要時に、蓄積された熱エネルギーをエンドユーザに供給するように管理される。例えば、サイト消費２１０又はエンドユーザは、従来の空調に基づく冷媒による冷却を必要とする。この冷却要求には、通常、一斉に電力を消費する様々な照明及び電気器具が加わるが、典型的な住宅のエンドユーザによる電力消費は、８０％位が空調に偏っている。全体の送電網の５０％位が空調にとられるため、電力会社は、ピーク需要時に電力供給するために、自らの給電能力を使って全力を尽くす。つまり、熱エネルギー蓄積（ＴＥＳ）は、ピーク電力需要期間を管理する電力会社システムの能力に影響を与えうるエネルギー蓄積のモデルである。
【００７０】
エネルギー蓄積装置２１２（例えば熱エネルギー蓄積装置）は、消費者がサイト消費２１０において蓄積エネルギーを適切に利用できるようにする制御装置１６８を用いて、電力会社管理制御装置２１４及び／又はサードパーティ管理制御装置２２４によって制御される。サイト消費２１０及びサイト発電２１３がエンドユーザ・ドメイン２０４内に存続した状態で、エネルギー蓄積装置２１２及び蓄積制御装置（制御装置１６８）は、電力会社／サードパーティ・ドメイン２２２内にある。電力会社管理部及び／又はサードパーティ管理部は、電力会社にとってエネルギー蓄積２１２がいつ、どの範囲まで要求され、利用され、そして環境条件に基づいているのが最適なのかという点について、最終的に決断する。つまり、エンドユーザの近傍に配置されたエネルギー蓄積装置２１２は、電力会社から交流電力を受け取り、交流電力を他のエネルギー形態に変換し、（外部環境温度や負荷（需要シフト）のような生産上の理由による）電力会社にとって最も利益ある期間に変換エネルギーを蓄積する。エネルギー蓄積装置２１２は、エンドユーザの交流電気エネルギー需要を後の時間帯において低下させるために、この変換エネルギーをエンドユーザに供給することができる。本システムは、蓄積エネルギーを交流電気エネルギーに戻す変換を行うことなく、エンドユーザの電力需要を低下させる（つまり、中央発電所２０６の出力を効率的に増やす）ことができる。
【００７１】
この例において、消費者は、サービスが拒否されず、そして、サイトで消費されたエネルギーが配電線２１８からのものなのか、又は、仮想発電所２５０からのものなのかを知らないであろう。本システムは、電力会社管理部又はサードパーティ管理部に関連付けされた制御装置１６８及び環境センサ１７２の制御管理機能に加えて、当該システム中のサブシステム及び装置の動作を診断し、モニタしてもよい。開示された実施形態は、多用途であり、季節から瞬時までの時間枠におけるセンサの反応や履歴データのモニタを許容する。
【００７２】
更に、本開示のシステムは、コンピュータ化されたシステムモニタリングを伴うシンプル且つシームレスな統合を許容し、産業上の、インフラの、又は設備ベースの監視制御・データ取得（SCADA：Supervisory Control and Data Acquisition）及び分散制御システム（DCS：Distributed Control Systems）のようなシステムを制御する。本タイプの構造を用いる仮想発電所２５０の監視制御によって、電力会社管理部又はサードパーティ管理部が標準的なエネルギー蓄積の動作を決定することができ、また月ごと、週ごと、日ごと、時間ごと、又は電力会社にとって有益な期間で制御戦略を修正する能力を与えられる。本システムは、データ取得を許容する電力会社のニーズごとにインターフェースを提供し、コンピュータ・サーバ、ポータル、インターネット及びイントラネットに、安全且つシームレスに接続している。このように、ユーティリティ・ミドルウェアがバイパスされて、リスク、制限、複雑さ、及び時間を減らす。
【００７３】
本開示のシステムでは、（例えば、中央発電所２０６、サードパーティ管理制御装置２２４等にて）電力供給の動作の制御及び管理に応答する管理部は、エンドユーザ１０９からの空調要求が増加すると、その増加した電力需要の要求を認識する。電力会社管理部又は自動システムは、システム内において電力供給を増やすことによって現在の状況に反応する。本実施形態において、電力会社管理部は、エンドユーザ１０９が要求する冷却を駆動する電力源を直接又は間接に支配する制御決定に反応する。通信リンク１７７によって送られたこれらの制御決定は、従来のSCADA信号又はDCS信号を処理する、同じ制御及び通信ネットワーク内に構造化されたり、又は、完全に分離した独立ネットワーク又はこれらの組み合わせによって処理されてもよい。一度、制御装置１６８が、要求に応じて実行コマンドを取得し又は初期化すると、制御装置１６８は、熱エネルギー蓄積装置１０５を用いてエンドユーザ１０９に冷却を供給することによって応答する。この例において、エンドユーザは、冷却が、空調１０２によって生じているのか、又は熱エネルギー蓄積装置１０５に蓄積された冷却によって生じているのか必ずしも知らず、十中八九気にもしていない。電力会社管理部は、どれくらいの冷却が顧客に届けられるのかを決定して管理する一方で、顧客は、いつ、どれくらいの冷却が必要かを管理して制御する。すなわち、電力会社は、電力供給（送電又は蓄電のいずれか）を制御し、発電所（仮想発電所２５０）のように機能するシステム上で電力を決定し、エンドユーザ１０９は、資源（住居内の冷却）を制御し、空調装置のように機能するシステム上で快適な決定を行う。本開示のシステムは、電力会社とエンドユーザとの間のインターフェースを生成、管理、制御することによって、両者のニーズの仲介人として機能する。
【００７４】
図７は、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、単一のエンドユーザに対してオンサイトで熱エネルギー蓄積及び電源入力を行う発電配電システムの一実施形態を示す。この実施形態において、中央発電所２０６からの電気は、電力会社管理の送電線２１６及び配電線２１８を経由して、エンドユーザサイトの電力計２１９を通じてエンドユーザ１０９に送電される。この例において、熱エネルギー蓄積装置１０５（図４に詳細に示す）が、空調ユニット１０２によって住居に供給される冷却を補う、及び／又は、置換することによって、エンドユーザ１０９に対してエネルギー蓄積装置２１２を提供するのに用いられる。この例において、空調ユニット１０２及び熱エネルギー蓄積装置１０５の一方又は双方が、中央発電所２０６、分散エネルギー供給源２２０、サイト発電２１３等の他の電力源から電力を受け取るが、空調ユニット１０２及び熱エネルギー蓄積装置１０５の双方は、エンドユーザ１０９の近傍（例えば、現場（オンサイト）又は１０００フィート（３０４．８ｍ）内の近傍）に配置されて、オンサイト電力供給ライン２２８によって住居から電力が供給される。
【００７５】
図４の実施形態に概要が説明されている環境センサ１７２は、発電、配電、管理及び利用の環境を評価するために、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって利用される。電力会社管理部又はサードパーティ管理部は、これら環境センサ１７２との通信からリアルタイムのデータ及び環境情報を受け取る。これらリアルタイムのデータ及び環境情報の詳細は、時間、温度、湿度（露点）、紫外線指数、大気質指標、炭酸ガス排出量、気候帯といった気象変数、電力消費量、エネルギー網状態、エネルギー需要量、エネルギー消費量、冷房度日、電力会社負荷分布といった条件／消費変数、及び／又は、発電コスト、電力価格、エネルギーの時間依存値、石油価格、プロパン価格、天然ガス価格、翌日価格、当日価格、発電価格、送電価格、配電価格、電力会社収益、ＥＳＣＯ事業体収益といったコスト変数、又は、エネルギー蓄積装置２１２（この場合、熱エネルギー蓄積装置１０５）が、例えば価格事象、信頼性事象、又は負荷バランス事象に応じて、いつどのように動作すべきかを決定するのに有用と考えられるその他各種の変数である。これらの要素が、エネルギー蓄積装置２１２からのノイズが関係するときような動作や他のファクターを最適化する時間、速度及び特定の動作を変更させ得る。電力会社管理部又はサードパーティ管理部は、履歴データに基づいて動作又は利用率を変化させるために、履歴環境及び動作のデータを収集してもよい。
【００７６】
中央発電所２０６から制御装置１６８への通信は、ワイヤレスリンク、ハードワイヤリンク（例えば外部物理ネットワークインターフェース又は拡張インターフェース）、電気通信又はネットワーク／インターネット（例えば広域ネットワーク、広域通信インターフェース、ラジオ無線システム、ページングシステム）等である通信リンク１７７で達成される。収集された履歴データは、システムからダウンロードされてもよく、又は、気象データ、天気予報、太陽表などの特定の制御機能が装置にプログラムされてもよい。外部制御入力又はデータは、地域電力需要、コスト、又は消費データのような、制御装置１６８の直接的な検知能力を超えた、現在の、典型的な、又は予測される条件に基づいて、制御装置１６８に伝えることも可能である。履歴データ（捕捉された、又は、外部から得られたかのいずれか一方）、環境データ（過去、現在又は見通し）、天気、エネルギー、コスト、又は、エネルギー蓄積装置２１２の効率又は所望の動作及び最適化に顕著な影響を与える他のデータが、様々なの利用環境における装置の動作を良好に最適化する。
【００７７】
一例として、中央発電所２０６の施設が稼動している特定の地域の天気は、極めて季節外れの陽気である。天気予報は、強い日光及び高い紫外線指数により、その後数日の間の継続的な温度上昇を予測する。環境センサ１７２のリアルタイム解析と比較した、当該環境センサ１７２から取得したデータの履歴解析は、翌日の正午から午後６時の間に、送電網が商業用及び住居用空調によって大きなストレス下にあることを示唆する。この予測された需要に応答して、電力会社管理部又はサードパーティ管理部は、この潜在的に好ましくない状況を埋め合わせる支援をするために、（低需要の）夜間にエネルギー蓄積を進める。これにより、中央発電所２０６または電力計２１９の下流側に配置された制御装置１６８に繋がるサードパーティ管理制御装置２２４のいずれかからの通信リンク１７７が成立する。このリンクは、独自のＩＰを有しかつ双方向通信能力のある各制御装置１６８を用いて、制御管理及び／又はデータ収集、データ蓄積及び（例えばデータベース、データヒストリアンなどの）検索システムを使って、インターネット接続またはウェブポータルを通じたものである。このように、エネルギー蓄積を利用して、エンドユーザ１０９に蓄積エネルギーを生成及び供給する最適条件を管理することによって、エンドユーザ１０９がエネルギーを消費するときに電力又は冷却の中断や変化を認識することのないように、中央発電所２０６でのピーク需要を顕著に低下させる。このモデルは、分散型エネルギー源が仮想発電所として機能するように設計された、電力会社が推進する非集合分散エネルギー蓄積システムを示す。この例では、エンドユーザ１０９は、集合体としてではなく、単体として扱われる。電力会社は、需要分布を確立するために環境センサ及び履歴データを信頼し、そして、発電、送電、配電及び電力蓄積のシステム全体の動作を最適化するために、需要反応を生成する。
【００７８】
図８は、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数のエンドユーザに対して熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す。この実施形態において、中央発電所２０６からの電気は、電力会社管理の送電線２１６及び配電線２１８を経由して、複数のエンドユーザ１０９に送電される。この例では、複数の熱エネルギー蓄積装置１０５（図４に詳細に示す）が、空調ユニット１０２によって住居に供給される冷却を補う又は置換することで、各エンドユーザ１０９に対してエネルギー蓄積装置２１２を提供するのに用いられる。
【００７９】
図４及び図７の実施形態に概要が説明されている環境センサ１７２は、発電、配電、管理及び利用の環境を評価及び／又は予測するために、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって利用される。電力会社管理部又はサードパーティ管理部は、これら環境センサ１７２との通信からリアルタイムのデータ及び環境情報を受け取る。これらリアルタイムのデータ及び環境情報の詳細は、時間、温度、湿度（露点）、紫外線指数、大気質指標、炭酸ガス排出量、気候帯といった気象変数、電力消費量、エネルギー網状態、エネルギー需要量、エネルギー消費量、冷房度日、電力会社負荷分布といった条件／消費変数、及び／又は、発電コスト、電力価格、エネルギーの時間依存値、石油価格、プロパン価格、天然ガス価格、翌日価格、当日価格、発電価格、送電価格、配電価格、電力会社収益、ＥＳＣＯ事業体収益といったコスト変数、又は、エネルギー蓄積装置２１２（この場合、熱エネルギー蓄積装置１０５）が、例えば価格事象、信頼性事象、又は負荷バランス事象に応じて、いつどのように動作すべきかを決定するのに有用と考えられるその他各種の変数である。これらの要素が、エネルギー蓄積装置２１２からのノイズが関係ときのような動作や他のファクターを最適化する時間、速度及び特定の動作を変更させ得る。電力会社管理部又はサードパーティ管理部は、履歴データに基づいて動作又は利用率を変化させるために、履歴環境及び動作のデータを収集してもよい。
【００８０】
中央発電所２０６から制御装置１６８への通信は、ワイヤレスリンク、ハードワイヤリンク（例えば外部物理ネットワークインターフェース又は拡張インターフェース）、電気通信又はネットワーク／インターネット（例えば広域ネットワーク、広域通信インターフェース、ラジオ無線システム、ページングシステム）等である通信リンク１７７で達成される。この通信リンク１７７は、電力会社と共同して若しくは電力会社の代わりにシステムを管理するサードパーティ管理制御装置２２４と接続されるか、又は、このサードパーティ管理制御装置２２４と置換されてもよい。収集された履歴データは、システムからダウンロードされてもよく、又は、気象データ、天気予報、太陽表などの特定の制御機能が装置にプログラムされてもよい。外部制御入力又はデータは、地域電力需要、コスト、又は消費データのような、制御装置１６８の直接的な検知能力を超えた、現在の、典型的な、又は予測される条件に基づいて、制御装置１６８に伝えられることも可能である。履歴データ（捕捉された、又は、外部から得られたかのいずれか一方）、環境データ（過去、現在又は見通し）、天気、エネルギー、コスト、又は、エネルギー蓄積装置２１２の効率又は所望の動作及び最適化に顕著な影響を与える他のデータが、様々なの利用環境における装置の動作を良好に最適化する。
【００８１】
一例として、中央発電所２０６の施設が稼動している特定の地域の天気は、極めて季節外れの陽気である。天気予報は、強い日光及び高い紫外線指数により、その後数日の間の継続的な温度上昇を予測する。環境センサ１７２のリアルタイム解析と比較した、当該環境センサ１７２から取得したデータの履歴解析は、翌日の正午から午後６時の間に、送電網が商業用及び住居用空調によって大きなストレス下にあることを示唆する。この予測された需要に応答して、電力会社管理部又はサードパーティ管理部は、この潜在的に好ましくない状況を埋め合わせる支援をするために、（低需要の）夜間にエネルギー蓄積を進める。更に、この応答は、例えば当該地域において風が強まって分散エネルギー供給源２２０からの風力エネルギーが供給されるときと一致するように、熱エネルギー蓄積装置１０５の製氷タイミングの目標を選択してもよい。このように、エネルギー蓄積を利用して、エンドユーザ１０９に蓄積エネルギーを生成及び供給する最適条件を管理することによって、エネルギーを消費するときにエンドユーザ１０９が電力又は冷却の中断や変化を認識することのないように、中央発電所２０６でのピーク需要を顕著に低下させる。このモデルは、分散型エネルギー源が仮想発電所として機能するように設計された、電力会社が推進する非集合分散エネルギー蓄積システムを示す。この例では、各エンドユーザ１０９は、集合体としてではなく、単体として扱われる。電力会社は、需要分布を確立するために環境センサ及び履歴データを信頼し、そして、発電、送電、配電及び電力蓄積のシステム全体の動作を最適化するために、需要反応を生成する。
【００８２】
図９は、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数のエンドユーザに対して熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す。この実施形態において、中央発電所２０６からの電気は、電力会社管理の送電線２１６及び配電線２１８を経由して、複数のエンドユーザ１０９に送電される。この例では、複数の熱エネルギー蓄積装置１０５（図４に詳細に示す）が、空調ユニット１０２によって住居に供給される冷却を補う又は置換することで、各エンドユーザ１０９に対してエネルギー蓄積装置２１２を提供するのに用いられる。
【００８３】
図４及び図７の実施形態に概要が説明されている環境センサ１７２は、発電、配電、管理及び利用の環境を評価及び／又は予測するために、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって利用される。この実施形態において、中央発電所２０６から制御装置１６８への通信は、上記の実施形態における、ワイヤレスリンク、ハードワイヤリンク、遠距離通信、又はネットワーク／インターネットなどの通信リンク１７７によって達成される。この通信リンク１７７は、電力会社と共同して若しくは電力会社の代わりにシステムを管理するサードパーティ管理制御装置２２４と接続されるか、又は、このサードパーティ管理制御装置２２４と置換されてもよい。この特定の実施形態において、制御装置１６８は、複数の熱エネルギー蓄積装置１０５を管理する。すなわち、エンドユーザ１０９のネットワークが、仮想発電所２５０の管理を個々のエンドユーザサブユニットに単純化及び集中化させる単一の制御装置１６８によって管理される。上記エンドユーザサブユニットは、２つのエンドユーザのレベルであってもよく、各ビジネス街、地域、選挙区、自治体、町、都市、国又は領域のレベルであってもよい。
【００８４】
このように、複数エンドユーザの特定の集合体は、同じようなエネルギーニーズを持つグループにグループ化され、単一の存在として管理される。外部制御入力又はデータは、エネルギー蓄積装置２１２の効率又は所望の動作及び最適化に集合体として影響を与えるために、単一の制御装置１６８に送信され、多くの利用環境において、動作の更なる最適化をもたらす。
【００８５】
図１０は、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数のエンドユーザに対して中央集中熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す。図７、図８及び図９の上記実施形態と同様に、中央発電所２０６からの電気は、電力会社管理の送電線２１６及び配電線２１８を経由して、複数のエンドユーザ１０９に送電される。この例では、１つの中央熱エネルギー蓄積装置１０７が、空調ユニット１０２によって住居に供給される冷却を補う又は置換することで、各エンドユーザ１０９に対してエネルギー蓄積装置２１２を提供するのに用いられる。
【００８６】
図４及び図７の実施形態に概要が説明されている環境センサ１７２は、発電、配電、管理及び利用の環境を評価及び／又は予測するために、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって利用される。この実施形態において、中央発電所２０６から制御装置１６８への通信は、上記の実施形態における、ワイヤレスリンク、ハードワイヤリンク、遠距離通信、又はネットワーク／インターネットなどの通信リンク１７７によって達成される。この通信リンク１７７は、電力会社と共同して若しくは電力会社の代わりにシステムを管理するサードパーティ管理制御装置２２４と接続されるか、又は、このサードパーティ管理制御装置２２４と置換されてもよい。この特定の実施形態において、中央熱エネルギー蓄積装置１０７は、制御装置１６８によって管理される。すなわち、エンドユーザ１０９のネットワークが、単一の中央熱エネルギー蓄積装置１０７を制御して仮想発電所２５０のエネルギー蓄積装置２１２を個々のエンドユーザサブユニットに単純化及び集中化させる単一の制御装置１６８によって管理される。中央熱エネルギー蓄積装置１０７は熱エネルギーを、僅か２つのエンドユーザに供給してもよく、各ビジネス街や小さな地域等に供給するような大型装置としてもよい。
【００８７】
このように、複数エンドユーザの特定の集合体は、同じようなエネルギーニーズを持つグループにグループ化され、単一の中央熱エネルギー蓄積装置１０７を使って単一の存在として管理される。外部制御入力又はデータは、エネルギー蓄積装置２１２の効率又は所望の動作及び最適化に集合体として影響を与えるために、単一の制御装置１６８に送信され、多くの利用環境において、動作の更なる最適化をもたらす。
【００８８】
図１１は、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって制御される、複数組のエンドユーザ集合体に対して熱エネルギー蓄積を行う発電配電システムの一実施形態を示す。図７〜図１０の上記実施形態と同様に、中央発電所２０６からの電気は、電力会社管理の送電線２１６及び配電線２１８を経由して、複数組のエンドユーザ集合体１１１（複数のエンドユーザ１０９、又は、個々のビジネス街、地域、選挙区、自治体、町、都市、国、又は領域を含む）に送電される。この例では、エネルギー蓄積装置２１２（例えば熱エネルギー蓄積装置）が、空調ユニット１０２によって住居に供給される冷却を補う又は置換することで、エンドユーザ集合体に対して仮想発電所２５０を提供するのに用いられる。
【００８９】
図４及び図７の実施形態に概要が説明されている環境センサ１７２は、発電、配電、管理及び利用の環境を評価及び／又は予測するために、電力会社管理部又はサードパーティ管理部によって利用される。この実施形態において、中央発電所２０６から制御装置１６８への通信は、上記の実施形態における、ワイヤレスリンク、ハードワイヤリンク、遠距離通信、又はネットワーク／インターネットなどの通信リンク１７７によって達成される。この通信リンク１７７は、電力会社と共同して若しくは電力会社の代わりにシステムを管理するサードパーティ管理制御装置２２４と接続されるか、又は、このサードパーティ管理制御装置２２４と置換されてもよい。この特定の実施形態において、各エンドユーザ集合体１１１が、制御装置１６８によってそれぞれ制御され管理される。すなわち、エンドユーザ集合体１１１のネットワークが、単一の集合体を制御して仮想発電所２５０のエネルギー蓄積装置２１２を個々のエンドユーザサブユニットに単純化及び集中化させる単一の制御装置１６８によって管理される。このように、特定のエンドユーザ集合体１１１は、同じようなエネルギーニーズを持つグループにグループ化され、単一の存在として管理される。外部制御入力又はデータは、エネルギー蓄積装置２１２の効率又は所望の動作及び最適化に影響を与えるために、単一の制御装置１６８に送信されて、多くの利用環境において、動作の更なる最適化をもたらす。
【００９０】
本発明の前述の説明は、図示及び説明を目的として提示されたものである。前述の説明は、包括的なもの、又は、本発明を開示された明確な形に制限することを意図したものではなく、他の改良及び変更は、上記内容を考慮した上で可能である。実施形態は、本発明の原理を最もよく説明するために選択されて記述され、他の当業者が様々な実施形態及び様々な改良において本発明を最もよく利用することが可能な実用化は、熟考された特定の使用に適合する。クレームは、先行技術に限定される場合を除いて、本発明の他の実施形態を含むものとして解釈される。
【図１】
2012514963.tif 000003
【図２】
2012514963.tif 000004
【図３】
2012514963.tif 000005
【図４】
2012514963.tif 000006
【図５】
2012514963.tif 000007
【図６】
2012514963.tif 000008
【図７】
2012514963.tif 000009
【図８】
2012514963.tif 000010
【図９】
2012514963.tif 000011
【図１０】
2012514963.tif 000012
【図１１】
2012514963.tif 000013